基于節(jié)能理念的機械制造和自動化設(shè)計

沈明祥

摘要：現(xiàn)代制造業(yè)中機械制造和自動化是高能耗的行業(yè)，節(jié)能理念的引入具有重要的現(xiàn)實意義。當(dāng)前雖然經(jīng)濟發(fā)展迅速，但能源更加緊缺，資源供需之間矛盾不斷加劇。機械制造和自動化可以提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，提升企業(yè)的市場競爭力，推動我國工業(yè)的發(fā)展。機械制造和自動化在促進各行業(yè)發(fā)展的同時，也不可避免出現(xiàn)較大能耗和資源浪費的問題。我國機械制造和自動化水平還不高，部分技術(shù)還不成熟，在設(shè)計環(huán)節(jié)容易出現(xiàn)多種能源和資源的浪費，要將節(jié)能理念融入機械制造和自動化設(shè)計中，實現(xiàn)資源的高效利用。

關(guān)鍵詞：節(jié)能理念;機械制造;自動化

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? 文章編號：1009-3044（2019）02-0258-02

機械制造和自動化推動著工程機械行業(yè)的發(fā)展，給其帶來巨大生產(chǎn)力，促進了我國機械制造業(yè)和工業(yè)的發(fā)展。隨著計算機集成技術(shù)的進步，自動化設(shè)計不斷提升，能夠提供更多樣化和安全的生產(chǎn)服務(wù)。我國機械自動化行業(yè)起步晚，與發(fā)達國家還有較大差距。機械制造和自動化技術(shù)不僅影響通用機械工業(yè)的發(fā)展，而且與國家的經(jīng)濟增長和產(chǎn)業(yè)發(fā)展密切相關(guān)。傳統(tǒng)機械產(chǎn)品設(shè)計和制造時間長，浪費大量資源能源，并且回收拆卸困難。在機械制造和自動化設(shè)計環(huán)節(jié)，堅持節(jié)能理念，可以促進資源的合理利用，促進資源的可持續(xù)發(fā)展。

1 節(jié)能理念在機械制造中的體現(xiàn)

與傳統(tǒng)制造相比，節(jié)能型的機械制造有獨特的特點，節(jié)能型機械制造更加先進，在設(shè)計中融合了生態(tài)環(huán)境、生活環(huán)境、自然環(huán)境等理念，具有可持續(xù)發(fā)展的意識?；诠?jié)能理念的機械設(shè)計，能夠反復(fù)循環(huán)利用自然環(huán)境中的有效資源，回收利用許多報廢后的資源，減少生態(tài)和環(huán)境污染，提高居住環(huán)境質(zhì)量[1]。在機械設(shè)計中注重節(jié)能，可以很大程度上緩解資源消耗過度的問題，節(jié)約資源。我國十分關(guān)注節(jié)能理念的應(yīng)用，尤其是面對資源短缺的現(xiàn)實問題，積極構(gòu)建資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會，機械行業(yè)作為重要的工業(yè)領(lǐng)域，更要注意節(jié)能，在機械設(shè)計中應(yīng)用節(jié)能理念，實現(xiàn)“綠色化”的設(shè)計。綠色理念下的機械設(shè)計指標(biāo)體系包括經(jīng)濟指標(biāo)、環(huán)境資源指標(biāo)、技術(shù)指標(biāo)。經(jīng)濟指標(biāo)包括設(shè)計成本、制造成本、使用成本、處置成本[2]。環(huán)境資源指標(biāo)包括人體健康、水土影響、大氣影響、能源消耗。技術(shù)指標(biāo)包括功能性、技術(shù)創(chuàng)新性、技術(shù)先進性、技術(shù)獨占性。

2 基于節(jié)能理念的機械制造和自動化設(shè)計要求

2.1 使用環(huán)保型材料

在材料設(shè)計上機械制造要遵循環(huán)保和高效的原則，盡量選擇可再生、可回收的材料，使用環(huán)保型材料，減少貴金屬材料、重金屬和稀有材料的使用。對于易壞性部件，要滿足可循環(huán)使用、容易更換的要求，選擇塑料質(zhì)地的環(huán)保材料，或者其他非金屬材質(zhì)的器件。在材料的選擇上體現(xiàn)無害化、資源化的環(huán)保特點。處理報廢的機械材料，也要滿足價格低廉、流程簡單和環(huán)境友好的要求。

2.2 突出質(zhì)量輕、使用廣和壽命長

機械制造和自動化設(shè)計要體現(xiàn)輕質(zhì)量、使用時間長和適用范圍廣的特征。機械產(chǎn)品的適用范圍廣，意味產(chǎn)品替換頻率的減少，產(chǎn)品的使用周期可以延長，報廢率有效降低。廣泛的適用范圍使能源和原材料得到充分的運用，產(chǎn)品的節(jié)能性明顯提升。產(chǎn)品質(zhì)量輕體現(xiàn)了技術(shù)的先進性，根據(jù)機械制造要求，產(chǎn)品質(zhì)量輕可以減少實際生產(chǎn)對機械裝置的損耗，使生產(chǎn)運行中形成的負(fù)荷量明顯降低，實現(xiàn)節(jié)能生產(chǎn)的目的[3]。機械制造和自動化設(shè)計要符合通用的制造標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計制造的機械制品的適用性要高，提高配件在設(shè)備中的應(yīng)用效能，提升產(chǎn)品的應(yīng)用效率，從而滿足節(jié)能需求。

3 基于節(jié)能理念的機械制造和自動化設(shè)計的實現(xiàn)

3.1 選擇節(jié)能類型的發(fā)動機

發(fā)動機是機械工程中最大的運用部件，發(fā)動機會影響周圍的環(huán)境。要選擇節(jié)能類型的發(fā)動機，使用的發(fā)動機類型要堅持污染少、耗能低、效率高。如果發(fā)動裝置沒有達到節(jié)能的要求，要避免使用[4]。目前最佳的選擇是水冷增壓式柴油發(fā)動機。

3.2 液壓系統(tǒng)防護滲漏處理

機械自動化工程中，液壓系統(tǒng)有穩(wěn)固運轉(zhuǎn)的作用，在設(shè)計時需要注意液壓系統(tǒng)的防護處理，處理好防滲漏的問題，防止液壓油從系統(tǒng)中流失。加強滲透防護處理，可以促進系統(tǒng)的高效運轉(zhuǎn)[5]。封閉型的設(shè)計能夠防止灰塵進入液壓系統(tǒng)內(nèi)里空間，使各個組件之間的相互沖擊力有所緩解，減少轉(zhuǎn)運的負(fù)荷和負(fù)載量，保持機械裝置處于良好的工作狀態(tài)。

3.3 優(yōu)化機械內(nèi)置的總體構(gòu)造

從內(nèi)置構(gòu)造上來看，機械配件類別越少，構(gòu)造越簡單，產(chǎn)品的制造過程越簡單。更簡易的機械工程有利于降低能耗。因此要做好機械零配件的相關(guān)設(shè)計工作，在保證機械系統(tǒng)有效運轉(zhuǎn)的前提下，去掉多余的配件，精簡工程結(jié)構(gòu)。如下圖，機械器件的新型設(shè)計和制造流程。

3.4 機械工藝的合理化設(shè)計

根據(jù)機械生產(chǎn)的需求合理分析和設(shè)計工藝，提高系統(tǒng)的運行速率，減少有效時間的浪費，提高機械設(shè)備的運作功能。要合理設(shè)計機械工藝，對于某一特定的機械器件，可以選擇不同層次的溫度進行加工，在冷、溫、熱等條件下鍛壓加工，要滿足各方面對器件的需求。同時要明確各個加工環(huán)節(jié)需要的能耗，綜合考慮能源消耗的特點進行選擇。比如實行冷鍛壓，雖然能源消耗少，但對外圍環(huán)境的污染較大。實行高熱鍛壓的能源使用效率低，在實際鍛壓工作中要減少使用這種方式[6]。溫鍛壓方式綜合了兩種加工因素，鍛壓優(yōu)勢更加突出。在具體操作中可以優(yōu)先選擇使用溫鍛壓的工藝方式。

在機械制造和自動化設(shè)計中，工藝參數(shù)十分關(guān)鍵，與節(jié)約能耗也密切相關(guān)，參數(shù)值的設(shè)定對工程節(jié)能的效果有直接的影響。如下圖2，制造系統(tǒng)中電氣交版的定量。以軸類配件加工為例，主要需制備多種類的毛坯，在制備工程中要注意毛坯需要的具體能耗，避免盲目投入，造成能源的浪費。加工余量參數(shù)的設(shè)定要標(biāo)準(zhǔn)化、科學(xué)化。通過降低余量可以促進能源節(jié)約。在機械領(lǐng)域也常見冷卻液的使用，但制造器件中，大規(guī)模使用冷卻液會消耗過多的有效能源，因此要節(jié)能減耗，需要減少冷卻液的使用。機械制造中要對工序流程進行整體把控，有效減少加工時間，減少不必要的工序，縮短各工序之間的等待時間。工序設(shè)定不合理，會增加能源損耗，延長轉(zhuǎn)換時間和工序銜接時間，增加不必要的經(jīng)費。