機械制造與自動化中節(jié)能設(shè)計理念的應(yīng)用

李小敏，曹雪

（蘭州理工大學(xué)技術(shù)工程學(xué)院，甘肅蘭州，730300）

0 引言

當前，我國機械制造及其自動化的規(guī)模不夠完善，與之相關(guān)的技術(shù)尚未成熟，部分產(chǎn)品制造還無法達到市場標準。同時，機械制造環(huán)節(jié)的設(shè)計會造成各種資源的能源浪費，而這也違反了相關(guān)的可持續(xù)發(fā)展原則，可以將節(jié)能設(shè)計的相應(yīng)概念并入機械制造和自動化領(lǐng)域，進而推動機械制造創(chuàng)新的優(yōu)化。

1 節(jié)能設(shè)計在機械制造與自動化中的特征體現(xiàn)

節(jié)能先進的機械制造的特點多數(shù)表現(xiàn)為：機械節(jié)能設(shè)計包括自然循環(huán)效應(yīng)，重復(fù)資源的循環(huán)利用，不僅減少污染生態(tài)環(huán)境的改善，也改善了居住環(huán)境的整體質(zhì)量。所以，國家和社會都對機械設(shè)計和自動化中節(jié)能概念的應(yīng)用極為重視，特別是面臨資源短缺這一普遍現(xiàn)象，機械制造行業(yè)應(yīng)更加重視與節(jié)能理念有關(guān)聯(lián)的聯(lián)合應(yīng)用，以實現(xiàn)機械工程設(shè)計的“綠色”[1]發(fā)展。如圖1所示。

圖1 綠色理念下的機械設(shè)計指標體系

2 節(jié)能理念下機械生產(chǎn)與自動化的應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 提升資源利用率

節(jié)能設(shè)計理念要貫通于設(shè)計規(guī)劃的全過程，在根源合理分配生產(chǎn)資源，實現(xiàn)對勞動力、原料、器械、能源等資源的合理運用。因此，在機械生產(chǎn)領(lǐng)域綠色發(fā)展[2]的倡導(dǎo)理念，不僅影響制造業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，還可以有效減少經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護之間的沖突，也是促進國民經(jīng)濟健康穩(wěn)定發(fā)展，能源工業(yè)發(fā)展的重要途徑。

2.2 原材料環(huán)保

在進行選擇原材料時，可以利用相關(guān)環(huán)保材料代替重污染，不可重復(fù)利用的材料。自動機械生產(chǎn)在處理材料時需要耗損一定的能源。所以，盡量減少對能夠產(chǎn)生或者吸收大量熱量的原材料的選擇，可以嘗試選擇能夠二次使用或完全分解的原材料。同時，節(jié)能的概念強調(diào)資源的有效利用，對未達標產(chǎn)品和破舊廢棄零件進行無公害處理后，應(yīng)篩選可二次使用的零件，從而減少對污染的污染，提升機械生產(chǎn)的整體效率。

2.3 制造工藝耗能低

節(jié)能環(huán)保的設(shè)計理念應(yīng)在實際生產(chǎn)中貫徹落實，采用低耗能，嚴格控制生產(chǎn)工藝，優(yōu)化加工環(huán)節(jié)。比如在機械制造生產(chǎn)中，可以根據(jù)機械要求使用，嘗試選擇環(huán)保的加工技術(shù)，熱鍛與冷鍛相比，溫鍛工藝更加環(huán)保，所以采用溫鍛技術(shù)在一定程度上降低能量耗損，如果采用冷鍛技術(shù)或熱鍛技術(shù)，會在鍛造時浪費大量熱量。還能夠在機械設(shè)計上，在基本使用的基礎(chǔ)上，盡可能優(yōu)化結(jié)構(gòu)，對體積進行限制，最后減少自動生產(chǎn)所需的能耗。

3 落實節(jié)能設(shè)計原則的有效途徑

3.1 改進機械生產(chǎn)設(shè)計模式

在生產(chǎn)這一步驟的規(guī)劃設(shè)計時段，與機械設(shè)備的制造優(yōu)勢特征、生產(chǎn)要求水平、生產(chǎn)成本和實質(zhì)工藝需求相互融合，選擇高性能、穩(wěn)定運行、結(jié)構(gòu)固定的自動化制造設(shè)備。機械制造在實際的生產(chǎn)中，生產(chǎn)耗能受內(nèi)部零件的多少和各異形狀的影響，零件與零件的形狀成正比，它們之間產(chǎn)生強大的阻力，設(shè)備就需要更多的能量來支撐。為了維持生產(chǎn)環(huán)境的穩(wěn)定性，應(yīng)嚴格管理環(huán)境條件[3]。在設(shè)計過程的每個中間部分，必須分析和測試制造過程和方法的能耗及環(huán)境影響，以最大程度地提高能源效率。

3.2 協(xié)調(diào)自動生產(chǎn)的生態(tài)和經(jīng)濟效益

根據(jù)節(jié)能環(huán)保概念的設(shè)計生產(chǎn)規(guī)劃，應(yīng)適當選擇可回收利用，具有環(huán)境效益的節(jié)能原料。在設(shè)計過程當中盡可能采用零污染的環(huán)保原材料，不但能夠促進機械自動化生產(chǎn)的生態(tài)效益，使污染治理的成本有所減少，提升機械產(chǎn)品的使用壽命，而且還可以有效地控制生產(chǎn)過程中對環(huán)境造成的污染，促進機械制造業(yè)的穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展。

4 節(jié)能設(shè)計在機械制造與自動化中的實現(xiàn)策略

4.1 使用節(jié)能類發(fā)動機

發(fā)動機是機械生產(chǎn)工程中最大的應(yīng)用裝置，這部分對四周環(huán)境會產(chǎn)生巨大的影響，所以，在選擇用于機械制造的發(fā)電機時，努力選擇高效，低能耗，污染少的類型。目前，水冷渦輪增壓柴油機無法滿足現(xiàn)實需求，所以針對未滿足要求的裝置不能私自使用。

4.2 維護處理液壓系統(tǒng)

在機械自動化的工程中，液壓系統(tǒng)具有較強的穩(wěn)定性和實用性，設(shè)計者注意到機械液壓系統(tǒng)的保護和處理的相關(guān)情況，特別是要增強防漏處理，防止液壓油的流失，從系統(tǒng)到外部，以維持系統(tǒng)的有效運行。另外，封閉的設(shè)計能夠阻止細小塵埃進入液壓系統(tǒng)的內(nèi)部空間，減輕液壓系統(tǒng)中各個裝置之間的沖擊，減少傳遞負荷，讓機械設(shè)備擁有一個良好的工作形態(tài)。

4.3 機械工藝優(yōu)化設(shè)計

（1）對于特定的機械設(shè)備，可以選擇具有不同溫度水平（例如熱，溫和冷）的鍛造[4]和壓制方法進行處理加工，以滿足設(shè)備應(yīng)用多維度的要求。這個過程中，有必要定義每個處理環(huán)節(jié)的能耗，并根據(jù)能耗的真實應(yīng)用特征完成綜合選擇。比如，高熱鍛壓機的能量效率低，因此在鍛壓機中應(yīng)減少這種方法的頻率。綜上所述，通過結(jié)合兩種方法的加工，溫鍛具有更顯著的優(yōu)勢，操作過程中應(yīng)優(yōu)先考慮此過程。

（2）機械制造設(shè)計中的工藝參數(shù)作用很大，特別是在節(jié)能方面。工程節(jié)能的直接效果受到參數(shù)的設(shè)置的影響。有關(guān)制造系統(tǒng)中電氣交版的定量，如圖2。比如，軸附件的加工應(yīng)以多種毛坯為首先使用目標。所以，在制備工程中，應(yīng)注意坯料成型所需的耗能比，不要沖動性的投入大量有效能量。

圖2 電氣交版中的定量

（3）工藝流程是對機械制造過程的總體控制，減去一些不必要的過程，可以有效地減少加工時間，特別是能夠減少工序之間的等待時間。但是，如果程序設(shè)置尚不合理，就會增加過程連接和轉(zhuǎn)換的時間，加大能量損失，并造成一些不需要的經(jīng)濟投入。

5 結(jié)語

在設(shè)計計劃，設(shè)備制造和后處理等方面機械性能的損失得到合理控制。特別是要實現(xiàn)“節(jié)能減排”的目標，就要聯(lián)系機械設(shè)計，設(shè)計人員應(yīng)依據(jù)“節(jié)能設(shè)計”、“綠色概念”等要求對高能耗的相關(guān)檢測系統(tǒng)進行檢查分析。