淺析現(xiàn)代機(jī)械環(huán)保產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法

樂國祥

摘 要：工業(yè)化進(jìn)程的加快，帶動了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，各種各樣的機(jī)械產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，在推動社會生產(chǎn)力水平提高，方便人們工作和生活的同時(shí)，所造成的資源消耗和環(huán)境污染問題也日益嚴(yán)峻，受到了社會各界的重視。在這種情況下，環(huán)保設(shè)計(jì)理念在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中得到了越來越多的重視。文章結(jié)合現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的相關(guān)概念，對現(xiàn)代機(jī)械環(huán)保產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了討論和研究。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代機(jī)械；環(huán)保產(chǎn)品；設(shè)計(jì)方法

前言

機(jī)械設(shè)計(jì)是指從產(chǎn)品的使用需求出發(fā)，對機(jī)械產(chǎn)品的工作原理、結(jié)構(gòu)特征、運(yùn)動形式以及力的傳遞方式、元件尺寸大小等問題進(jìn)行綜合考慮、分析和決策的創(chuàng)造性過程。在當(dāng)前工業(yè)化進(jìn)程不斷加快的背景下，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理念的發(fā)展使得各種各樣的設(shè)計(jì)方法得以涌現(xiàn)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中不僅關(guān)注產(chǎn)品的合理性、可靠性、安全性和經(jīng)濟(jì)性，也開始關(guān)注其環(huán)保性，注重產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、制造和使用過程中的節(jié)能減排效果。

1 現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)概述

現(xiàn)代設(shè)計(jì)是對傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的延伸和創(chuàng)新，是將傳統(tǒng)中的經(jīng)驗(yàn)、類比設(shè)計(jì)提升到邏輯、理性、系統(tǒng)設(shè)計(jì)的新方法，是在靜態(tài)分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行動態(tài)多變量的最優(yōu)化，是復(fù)雜的思維過程。自上世紀(jì)六十年代初期開始，人們將機(jī)械設(shè)計(jì)的過程細(xì)分成了不同的設(shè)計(jì)階段，如用戶體驗(yàn)階段、技術(shù)設(shè)計(jì)階段、工藝設(shè)計(jì)階段等。而伴隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和進(jìn)步，機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)逐漸發(fā)展成為一門科學(xué)，不再單純的依賴設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)技術(shù)或者思想靈感。不僅如此，在發(fā)展過程中，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)引進(jìn)了許多現(xiàn)金和的設(shè)計(jì)方法理念，包括系統(tǒng)科學(xué)、信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等，推動了機(jī)械設(shè)計(jì)行業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

在工業(yè)化進(jìn)程不斷加快的背景下，現(xiàn)代生產(chǎn)對于機(jī)械產(chǎn)品的需求不斷增加，使得機(jī)械產(chǎn)品的種類繁多，結(jié)構(gòu)也日趨復(fù)雜。從實(shí)現(xiàn)功能的角度分析，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)包括傳統(tǒng)功能、系統(tǒng)功能、執(zhí)行功能以及操作功能等，通過這些功能，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械的正常運(yùn)作。同時(shí)，在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)中，計(jì)算機(jī)和專業(yè)軟件是主要工具，可以是實(shí)現(xiàn)參數(shù)計(jì)算、結(jié)構(gòu)分析、圖紙繪制等，從而大大提高機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率。

2 現(xiàn)代機(jī)械環(huán)保產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，環(huán)保設(shè)計(jì)也稱生態(tài)設(shè)計(jì)，是指從產(chǎn)品的生命周期考慮，關(guān)注產(chǎn)品的一些環(huán)境屬性，如可拆卸性、可回收性、可重復(fù)利用性等，并將其作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的一個(gè)目標(biāo)，在滿足產(chǎn)品質(zhì)量、性能和壽命等需求的同時(shí)，滿足其環(huán)保需求，減少對于能源和原材料的消耗、減少對于環(huán)境的污染和影響。

2.1 選擇綠色環(huán)保材料

綠色環(huán)保材料是指材料本身的性能優(yōu)越，對于資源和能源的損耗小，對于環(huán)境的污染小，能夠重復(fù)利用或者循環(huán)再生的材料，對于環(huán)保產(chǎn)品的設(shè)計(jì)是非常重要的。在對綠色環(huán)保材料進(jìn)行選擇時(shí)，應(yīng)該從材料的工藝性能、機(jī)械性能、經(jīng)濟(jì)性以及環(huán)保性等方面進(jìn)行綜合考慮，有限選擇可再生材料，同時(shí)提升資源的回收利用效率，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。在對機(jī)械產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該盡可能采用大模塊化結(jié)構(gòu)，選擇無毒無害材料，以提升工程材料的再生率為目的。在材料選擇過程中，應(yīng)該盡量避免采用有毒有害材料以及存在嚴(yán)重輻射的材料，在資金條件允許的情況下，選擇具備較高科技含量的新型環(huán)保材料。

2.2 回收性設(shè)計(jì)

所謂回收性設(shè)計(jì)，是指在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，充分考慮產(chǎn)品零部件及材料回收利用的可能性和回收價(jià)值，明確回收處理工藝，從而實(shí)現(xiàn)對材料以及零部件的高效利用。在回收性設(shè)計(jì)中，應(yīng)該將環(huán)境污染最小化作為設(shè)計(jì)的關(guān)鍵和重點(diǎn)，對機(jī)械產(chǎn)品中可回收的零部件進(jìn)行標(biāo)記，研制對回收零部件進(jìn)行加工處理和重復(fù)利用的工藝方法，明確零部件回收的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。在機(jī)械產(chǎn)品回收設(shè)計(jì)中，需要關(guān)注幾個(gè)方面的問題，一是結(jié)構(gòu)的可拆卸性和可維修性，二是可重復(fù)使用零部件的識別，三是對回收零部件的清潔處理，四是確保結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的系列化圖模塊化。

2.3 壽命性設(shè)計(jì)

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，應(yīng)該在控制成本的基礎(chǔ)上，延長其使用壽命，從而減少生產(chǎn)消耗，降低報(bào)廢率，減少對于環(huán)境的污染和破壞。因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)中，應(yīng)該在保持產(chǎn)品各項(xiàng)性能參數(shù)的前提下，盡量削減產(chǎn)品體積和重量，提升零部件的強(qiáng)度和耐久性，選擇低環(huán)境負(fù)荷材料，如果沒有必要，應(yīng)該避免對含氯橡膠、樹脂以及石棉等有害材料的使用，在蓄電池、散熱器等的設(shè)計(jì)中，減少鉛的使用。

2.4 注重發(fā)動機(jī)與零部件的環(huán)保性

以發(fā)動機(jī)為例，作為機(jī)械設(shè)備運(yùn)行中噪聲、振動以及廢氣的主要生產(chǎn)者，發(fā)動機(jī)的環(huán)保設(shè)計(jì)是非常必要的，選擇環(huán)保型較高的發(fā)動機(jī)，是改善機(jī)械產(chǎn)品環(huán)保型的關(guān)鍵所在。與內(nèi)燃機(jī)相比，同等功率的電動機(jī)無論是噪聲還是振動，都比較小，而且不存在排氣污染，因此，在能夠滿足機(jī)械產(chǎn)品動力性和行走性需求的情況下，產(chǎn)品的動力設(shè)備應(yīng)該優(yōu)先選擇電動機(jī)，而如果必須選擇內(nèi)燃機(jī)，則應(yīng)該關(guān)注設(shè)備的噪聲、振動、排氣煙度等因素，選擇環(huán)保型較好的內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)品。對于環(huán)保型零部件的選擇，主要是針對運(yùn)行過程中存在噪聲和振動的零部件。例如，在樁工機(jī)械中，應(yīng)該選擇噪聲和振動較小的電磁錘、液壓錘代替?zhèn)鹘y(tǒng)的柴油錘，以減少設(shè)備運(yùn)行過程中產(chǎn)生的噪聲和振動，減少對于周邊環(huán)境的影響。

2.5 減振與降噪設(shè)計(jì)

在機(jī)械環(huán)保產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，減振與降噪是最需要關(guān)注的問題，直接影響了產(chǎn)品的運(yùn)行效果。例如，在對裝載機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，動力裝置可以采用雙向減振懸掛系統(tǒng)，從而有效克服設(shè)備傳動系統(tǒng)與車架的共振噪聲，減少動力系統(tǒng)的疲勞損壞；在后橋設(shè)計(jì)中，可以利用中心擺動結(jié)構(gòu)，將后橋擺動中心與動力輸入中心重合，減少附加力矩對傳動系統(tǒng)沖擊所產(chǎn)生的振動和噪聲。在產(chǎn)品中，出了需要選擇低噪聲發(fā)動機(jī)及零部件以外，還應(yīng)該對主機(jī)的結(jié)構(gòu)布置或者系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行一些針對性的改進(jìn)和調(diào)整，例如，可以使用單獨(dú)的液壓馬達(dá)帶動冷卻風(fēng)扇，不再由發(fā)動機(jī)直接驅(qū)動，將風(fēng)扇與發(fā)動機(jī)隔離開來，對發(fā)動機(jī)進(jìn)行整體密封，消除噪聲傳遞的途徑，進(jìn)而降低其對于周邊環(huán)境的影響；可以對液壓管路的排列情況進(jìn)行優(yōu)化，降低液壓油泵在運(yùn)行過程中產(chǎn)生的振動；可以在設(shè)備覆蓋件位置，設(shè)置相應(yīng)的隔音和吸音材料，對噪音進(jìn)行消除；可以采用全密封整體式駕駛室結(jié)構(gòu)，通過密封的方式實(shí)現(xiàn)隔音降噪的效果。

2.6 環(huán)保設(shè)備的節(jié)能控制設(shè)計(jì)

科學(xué)合理的選用變壓器，應(yīng)當(dāng)綜合的對變壓器的運(yùn)行合理性及損耗的大小進(jìn)行考慮，為了減少空載損耗，在選擇變壓器時(shí)應(yīng)當(dāng)把新材料、新工藝的節(jié)能變壓器作為首選，除此之外，繞組阻值較小的變壓器，如選擇銅芯變壓器。盡可能適當(dāng)預(yù)留變壓器的使用期間余量，通常情況下最節(jié)能、最經(jīng)濟(jì)的變壓器復(fù)雜率介于75%至85%之間。

3 結(jié)束語

總而言之，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的帶動下，社會生產(chǎn)逐步實(shí)現(xiàn)了自動化和機(jī)械化，對于機(jī)械產(chǎn)品的需求也在不斷增加?，F(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)理念的不斷發(fā)展，使得人們對于機(jī)械產(chǎn)品的性能提出了更高的要求，不僅需要關(guān)注其可靠性、實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性和安全性，還需要關(guān)注產(chǎn)品的環(huán)保性。在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，應(yīng)該采用先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念與設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品與環(huán)境的和諧，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益的和諧統(tǒng)一，將生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)社會連接在一起，使得資源與環(huán)境能夠滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求，推動機(jī)械產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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