機械設(shè)計環(huán)保節(jié)能基本原理分析與應(yīng)用

邊琦

【摘 ?要】如今，在能源危機與環(huán)保不斷推動下，節(jié)能環(huán)保成為各地區(qū)人員關(guān)注的焦點和研究的重點課題，尤其是在各種先進技術(shù)發(fā)展創(chuàng)造的便利條件下，使得節(jié)能環(huán)保技術(shù)也得到迅速發(fā)展。然而，雖然節(jié)能產(chǎn)品的技術(shù)水平得到很大程度的提高，但某些大功率機械仍然有不節(jié)能情況發(fā)生。因此，需要掌握機械設(shè)計過程中必須嚴(yán)格遵循的節(jié)能環(huán)保原則。

【關(guān)鍵詞】機械設(shè)計;環(huán)保節(jié)能;基本原理;應(yīng)用

1機械設(shè)計節(jié)能技術(shù)原理

在一般狀況之下，在機械設(shè)計節(jié)能原理研究中，要始終遵循能量守恒定律，基于其為基礎(chǔ)，進行節(jié)能方式的研究與設(shè)計。

1.1基于是能機械設(shè)計節(jié)能方式

利用機械設(shè)計能量守恒定律研究勢能機械設(shè)計節(jié)能方式。綜合此定律，了解系統(tǒng)勢能會對勢能消耗功率大小造成的影響。在整個過程中會產(chǎn)生不同程度的影響以及變化。例如，在機械設(shè)備運行中，勢能就會出現(xiàn)一定的波動，這種變化較為短暫，就會導(dǎo)致部分勢能無法轉(zhuǎn)換可以應(yīng)用的勢能，這樣就會造成能源的消耗與浪費問題。在實踐中，為了避免此種問題，合理的降低資源消耗問題，就要綜合實際狀況探究有效的解決對策與手段。在機械設(shè)備運行過程中，要將勢能變化范圍進行合理控制，降低范圍進而達(dá)到節(jié)約能量的效果與目的。

1.2基于動能機械設(shè)計的節(jié)能方式

在機械設(shè)備運行中，機械動能具有較為重要的作用。機械設(shè)備可以將消耗能源轉(zhuǎn)化為勢能，利用勢能維護自身的穩(wěn)定運行。通過能量守恒定律的基本原理對動能進行控制，但是因為不同機械設(shè)備具有一定的復(fù)雜性，結(jié)構(gòu)相對較為復(fù)雜，操作困難，不同的變化都會影響能量變化，導(dǎo)致機械設(shè)備無法穩(wěn)定運行。

為了解決此種問題，降低資源能源消耗等問題，在機械設(shè)備工作中要減少運行中不同零部件之間的摩擦力，進而提升資源能源的利用率。在一般狀況之下，在實踐中可以通過以下方式進行處理：第一，檢驗零件之間的裝配，對其進行系統(tǒng)的檢驗分析，提升整體的精準(zhǔn)度，增強配合性;第二，通過先進的材料，利用優(yōu)良性能，降低消耗資源以及能源的損耗問題;第三，減少機械設(shè)備啟停程序與次數(shù)的方式達(dá)到控制的效果。

1.3降低消耗功率

在機械設(shè)備運行中會受到各種因素的影響出現(xiàn)無用功的問題，為了解決此種問題就要通過合理的方式減少其存在的問題與不足，達(dá)到節(jié)能的效果。第一，機械設(shè)備在運行中各個零部件以及物體之間會產(chǎn)生一定的熱量，導(dǎo)致設(shè)備無用功的問題;第二，材料受到質(zhì)量以及機械設(shè)備做功因素的影響，出現(xiàn)材料變形而誘發(fā)的大量功率性損耗問題。

因此，在進行機械設(shè)備的節(jié)能設(shè)計過程重要綜合材料性能、設(shè)備運行熱量因素、功率自身的損耗等因素，探究合理的解決對策，進而達(dá)到節(jié)能的效果。

2機械設(shè)計節(jié)能基本原理的合理應(yīng)用

2.1升降機械設(shè)計

和其它類型的機械設(shè)備相比，升降機械功率消耗為人與貨物總重處于勻速運動時的平均消耗功率。通過以往的實踐可知，當(dāng)以恒定且相同的速度對質(zhì)量一致的重物進行提升時，根據(jù)現(xiàn)行電梯標(biāo)準(zhǔn)通過計算確定的曳引驅(qū)動系統(tǒng)，其消耗總功率小于目前普遍使用的卷揚機驅(qū)動系統(tǒng)。

如果能將系統(tǒng)的勢能作為一種常量，或?qū)⑵淇刂圃诒M可能小的變化范圍內(nèi)，以此進行升降機械或者是電梯的設(shè)計，則能得到使升降機械或電梯實現(xiàn)平衡的設(shè)計方案。對于平衡升降機械，若將提升重物質(zhì)量表示為Q（t），將重量保持不變的配重表示為P，將重物卷筒半徑表示為r1，將配重卷筒半徑表示為r2，當(dāng)系統(tǒng)此時的勢能是一個常量時，則有以下關(guān)系式：

Q（t）r1=Pr2（1）

式（1）中，雖然Q（t）是一個變量，但可通過對自動變速系統(tǒng)的應(yīng)用來實現(xiàn)傳動比的調(diào)節(jié)，使系統(tǒng)勢能仍然保持為一個常量[3]。

對于平衡電梯，若將電梯轎廂及水箱重量和乘客數(shù)量變化質(zhì)量表示為Q（t），將電梯配重及水箱的重量表示為P（t），將導(dǎo)向輪和曳引輪的半徑表示為r，則在平衡電梯實際運行過程中，如果進入電梯轎廂中的乘客質(zhì)量為q1，則下水箱會立即向配重下水箱輸入相同質(zhì)量的水。

當(dāng)電梯處于空載狀態(tài)時，電梯轎廂及水箱重量和乘客數(shù)量變化質(zhì)量和電梯配重及水箱的重量相等，而在正常運行時，電梯轎廂及水箱重量和乘客數(shù)量變化質(zhì)量是乘客質(zhì)量與電梯質(zhì)量的和減去進入到配重的水的質(zhì)量，此時代入已知的數(shù)值即可確定進入到配重下水箱當(dāng)中的水的質(zhì)量大小。

通過對不同升降機械的分析和對比，可知平衡升降機械與電梯消耗的功率少于曳引驅(qū)動系統(tǒng)。此外，還發(fā)現(xiàn)，對于卷揚驅(qū)動系統(tǒng)，其勢能處于最大的變化范圍當(dāng)中，而曳引驅(qū)動系統(tǒng)的勢能則能保持在相對較小的變化范圍當(dāng)中，平衡升降機械與電梯勢能都是一個常量?？梢?，如果系統(tǒng)的勢能可以變成一個常量，則能發(fā)揮顯著的節(jié)能效果。

2.2大型沖壓機設(shè)計

因大型沖壓機所用沖擊輪具有非圓形的特征，所以它的勢能往往以周期函數(shù)形式體現(xiàn)，并且處在很大的變化范圍當(dāng)中?；诖?，要實現(xiàn)節(jié)能和環(huán)保目標(biāo)，盡可以使勢能處在最小的變化范圍當(dāng)中，無法使勢能變成一個常量。根據(jù)由多個勢能組成的勢能處在最小的變化范圍內(nèi)的基本條件，沖壓輪勢能需要符合的要求，通過理論計算及作圖可知，若要使勢能處于最小的變化范圍內(nèi)，小參數(shù)夾角必須是一個平衡角。通過對勢能在最大和最小兩個變化范圍的功能對比，發(fā)現(xiàn)勢能在最小的變化范圍內(nèi)時，其功率遠(yuǎn)小于處于最大的范圍內(nèi)，所以這一原理的應(yīng)用是切實有效的。

2.3加工設(shè)備設(shè)計

為對牛頭刨床運行時因機構(gòu)產(chǎn)生的速度波動進行有效調(diào)節(jié)，一般會在設(shè)備中額外設(shè)計一個具有很大慣量的飛輪結(jié)構(gòu)，以此把不均勻系數(shù)控制在要求的范圍之內(nèi)，使機械設(shè)備的運轉(zhuǎn)能夠保持穩(wěn)定。如果除了要控制不均勻系數(shù)，還要降低輸入功率，則需要以基本原理為依據(jù)，對刨床實際消耗的動能及輸出實際變化率進行疊加合成，確定為何在設(shè)備中額外設(shè)計一個具有很大慣量的飛輪結(jié)構(gòu)的具體原因。根據(jù)以上基本原理，在現(xiàn)有的設(shè)備中增加一個刨床，使它的初相位和現(xiàn)有裝置保持180°的相差。對這兩種功率圖實施分析與對比，根據(jù)平衡理論通過設(shè)計得到的刨床，其最最大功率和原刨床沒有太大的差異，但在功效上卻能達(dá)到原刨床至少兩倍。因此，功效的提高就意味著達(dá)到相同加工目的所需時間和能源的減少，實現(xiàn)降低輸入功率等根本目標(biāo)。

3機械設(shè)計加工節(jié)能降耗的建議

3.1在機械設(shè)計中融入節(jié)能理念

節(jié)能環(huán)保理念的樹立更多地是在機械的設(shè)計階段，要求增強設(shè)計人員的專業(yè)技術(shù)水平，掌握扎實的理論知識，并且改變傳統(tǒng)的設(shè)計理念，加入節(jié)能理念，和自身的實踐經(jīng)驗相融合。對于機械設(shè)計方案，要反復(fù)進行修改，深挖各種潛在的資源能源消耗環(huán)節(jié)，并通過有效措施加以改進。企業(yè)要多開展節(jié)能環(huán)保宣傳，加強相關(guān)專業(yè)技能培訓(xùn)力度，力求將“節(jié)能降耗”理念深入每位員工的腦海中。

3.2生產(chǎn)過程使用合適的工裝

在機械的加工過程中，技術(shù)人員應(yīng)該不局限于原有的生產(chǎn)規(guī)范體系，充分發(fā)揮自身的積極性，對原有的加工工藝進行改進。摒棄不合理的部分，保留精華所在。同時，加入優(yōu)化的部分，從而不斷完善和發(fā)展新的工藝流程，達(dá)到節(jié)省時間、簡化工藝流程、降低能耗的目標(biāo)。推廣使用節(jié)能環(huán)保設(shè)備，淘汰節(jié)能環(huán)保不達(dá)標(biāo)的設(shè)備，將節(jié)能環(huán)保理念落到實處。

3.3使用節(jié)能材料，優(yōu)化工藝路線

伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)應(yīng)當(dāng)在機械設(shè)計加工環(huán)節(jié)不斷進行技術(shù)更新和技術(shù)創(chuàng)新，同時使用各種類型的節(jié)能環(huán)保材料，推動工藝路線的升級和不斷優(yōu)化。

結(jié)論

在社會經(jīng)濟發(fā)展過程中，節(jié)能減排是社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重點。綜合機械設(shè)計節(jié)能原理為基礎(chǔ)，合理的運用此技術(shù)手段，在實踐中根據(jù)能量守恒定律，在科學(xué)的指導(dǎo)之下進行優(yōu)化設(shè)計，達(dá)到節(jié)能的效果，可以為社會經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳其.機械設(shè)計節(jié)能基本原理及其應(yīng)用探討[J].現(xiàn)代經(jīng)濟信息，2018（11）：390.

[2]蔣天華.機械設(shè)計節(jié)能基本原理的分析與應(yīng)用探究[J].南方農(nóng)機，2018.

[3]葉家飛，曾珠.機械設(shè)計中引進杠桿原理的應(yīng)用研究[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2018（3X）：62-63.

（作者單位：浙江天潔環(huán)境科技股份有限公司）