節(jié)能設計理念在機械制造與自動化中的應用分析

趙麗杰

巨力索具股份有限公司 河北 保定 072550

1 前言

為提高國家工業(yè)綜合能力,增強在國際化形勢下的全球競爭力,我們必須注重機械工業(yè)的健康發(fā)展,以適應社會對生產的高品質要求。在中國傳統(tǒng)工業(yè)發(fā)展模式中,節(jié)約與環(huán)境保護理念不足,進而造成高能耗和污染的問題日益嚴峻,不利于中國經濟社會的可持續(xù)發(fā)展。因此,在現代機械制造以及自動化過程中需要逐步加入節(jié)能設計理念,加強科技的創(chuàng)新能力,從而減少生產過程與應用中的能源損耗。這不僅僅是幫助中小企業(yè)降低生產成本的最有效方式,同時也是解決當前社會能源短缺局面的重要渠道。

2 節(jié)能設計理念的特點

2.1 提升資源整體利用質效

節(jié)能設計理念應該貫徹在整個設計規(guī)劃流程中,從根源上對生產資源加以配置,從而做到材料、人員、設施、能耗等生產資源的科學合理使用。機械制造及其自動化中的節(jié)能設計理念在降低工業(yè)經濟蓬勃發(fā)展造成的污染程度的同時,又推動著人類文明和自然環(huán)境文明的共同健康快速發(fā)展。所以,在機械制造行業(yè)領域的節(jié)能設計理念推廣,不但推動了機械制造行業(yè)的現代化健康發(fā)展進程,也可有效解決社會經濟快速健康發(fā)展和生態(tài)建設環(huán)境保護之間的根本問題,同時也是促進國民經濟健康、穩(wěn)定快速健康發(fā)展的重要途徑。

2.2 不斷地對技術與產品進行創(chuàng)新

要想把節(jié)能設計理念真正的運用于機械制造與自動化生產中,就需要進行不斷的技術革新和研究,發(fā)展新的制造技術和經營管理模式,通過將節(jié)能設計理念有效的融合,進而提高人們環(huán)境保護意識,制造出更適合社會發(fā)展的產品,從而更加和諧機械制造和環(huán)保生產之間的關系。

2.3 制造工藝低碳節(jié)能 節(jié)約環(huán)保的設計理念應貫徹在制造生產環(huán)節(jié)中,選取低能耗、污染特征較小的生產工序,并遵循節(jié)約設計規(guī)劃,嚴格控制工藝流程,優(yōu)選加工工藝,以貫徹節(jié)能污染特征和減排、低碳低耗的設計目標。在設備生產過程中,可根據機器設備運行條件盡量選用更加環(huán)保的加工工藝,以減少能量消耗。

3 節(jié)能設計理念在機械制造自動化的運用

3.1 機械制造材料設計的應用 做好能源的合理保護同時,對環(huán)境友好型材料的合理選用是十分重要的。通過節(jié)能科技的引入,在能源消耗大大降低的同時,又可以進一步減少對環(huán)境的污染。在設計及實際的生產加工環(huán)節(jié),要充分考慮無毒無害材料的應用,這樣不僅可以減少工業(yè)廢氣與污水的產生,同時還可大大提高機械材料的再生利用率;,所選用的機械零部件也必須符合安全無毒、可拆卸、標準化、通用化的基本條件,盡量避免出現材料的浪費現象。同時節(jié)能設計理念的深入應用,可以逐步使更多的人重視節(jié)約環(huán)境材質,更好地服務于機械生產和自動化的發(fā)展。

3.2 機械設計應用 機械設備生產時有必要把節(jié)能理念納入機械設計環(huán)節(jié),采用清潔環(huán)保型發(fā)動機可以合理降低使用過程中的噪聲污染,還可降低能量耗費,大大提高效率,如此可以進一步降低機械設備生產對環(huán)境的污染。對液壓系統(tǒng)實施節(jié)能設計,在確保液壓控制系統(tǒng)有效運行的同時,對液壓控制系統(tǒng)各環(huán)節(jié)加以完善,降低液壓控制系統(tǒng)的能量損耗;對油性物質實行科學的管理如對污物的分離、過濾清理,延長換油期,不僅有利于系統(tǒng)內各環(huán)節(jié)的清潔工作,還可降低系統(tǒng)發(fā)生問題的可能性,延長機器的壽命,降低對配件的更新浪費,從而降低了系統(tǒng)內的環(huán)境污染狀況。在液壓構件的材料選用上,也應該采用環(huán)保型材質,這樣才可以減少液壓管的破損機率,降低由于管材的破損所引起的污染。對于大型工程機械,駕駛室內的操作為機械控制的核心,為了駕駛員的安全保障及操作的便捷性,駕駛室的設計不僅要符合人機工程的要求還需融入節(jié)能環(huán)保因素,具體來說,需要設計人員能夠從駕駛室結構安排、強度防御、操作布置等方面入手,最大限度地設計符合駕駛員生理特征的駕駛環(huán)境。

節(jié)能設計理念還體現在材料節(jié)約、產品壽命周期方面,機械設計時需考慮材料的利用率及費用、產品防腐處理、密封防塵等。設計產品時類似結構盡量選用同規(guī)格、同性能材料,非受力零部件選用低性能材料,借助輔助設計工具完善產品設計結構,提高材料的利用率。產品部件腐蝕失效是產品報廢的一個重要方面,故防腐處理亦是設計必須考慮事項,通過防腐處理延長零部件的使用年限,進而延長產品的壽命周期,而防腐處理往往面臨著環(huán)境污染問題,設計時需權衡考慮,選取適合的表面處理方法。密封防塵設計也是延長產品壽命周期的一個方向,灰塵雜質的滲入將造成系統(tǒng)的損壞甚至設備報廢,尤其液壓系統(tǒng),密封防塵從不僅減少了系統(tǒng)對周圍環(huán)境的污損還節(jié)約了能源。

3.3 生產工藝設計應用 生產工藝設計的節(jié)能設計理念,主要表現在優(yōu)化組織架構設計、優(yōu)化加工工藝和合理設定加工工序等方面。其中,優(yōu)化組織架構設計主要是指通過制造機械與自動生產制造工序的結合,確定了生產設備資源和技術資源,從而使得組織結構總體的設計方案更符合節(jié)約環(huán)境要求。在通常情形下,由于制造的機械設備和自動生產線都比較短,在組織結構表現方面就比較簡單。而實現組織架構設計節(jié)能的首要目的就是削減不必要的制造環(huán)節(jié),從根源處深化自動化制造的節(jié)能效益。而優(yōu)化加工工藝目的在于克服以往制造工序能耗高、水污染程度高等的問題。在具體優(yōu)化流程中,工程設計技術人員要求優(yōu)先考慮使用能耗較少、環(huán)境污染程度低的生產工藝,以符合節(jié)約理念要求。合理設置的加工工序也主要是指在機械制造和自動加工等工序中加入節(jié)約設計理念,以盡量減少不必要的能源問題。但必須重視的是,工程設計技術人員也可適當把工作側重點放到對加工參數的節(jié)約設計方面,以降低加工過程的能源問題,從而實現機械制造品質和效益的雙重提升。

3.4 生態(tài)與經濟效益協同性設計應用 按照節(jié)能環(huán)保型發(fā)展理念的產品設計制造方法,應當合理選用可回收、具有良好環(huán)境效益的環(huán)保材質,同時,做好潔凈燃料、可再生能源材料的研發(fā)和使用。并盡量在產品設計過程中采用污染性較小的環(huán)保型材質,不但能夠提高機械自動化制造的生態(tài)效益,減少環(huán)境污染處理的生產成本,改善機械制造產品的使用品質,同時,還可以有效抑制產品處理過程中產生的環(huán)境污染,從而促進機械制造行業(yè)的平穩(wěn)、低碳、可持續(xù)發(fā)展。一方面,在節(jié)能理念的指引下,開展生產設計工作時,應當限制采用有害成分嚴重超標、能量密集、無法降解的物料,應選用高耐久性、低能耗、無公害化或污染特征較小的物料,以控制所制造物料的無毒與無害比例。另外,在全程自動化節(jié)能產品設計流程中,對無法處理的報廢零部件,要做到在最小化工藝耗費的前提下加以合理的處置,以全面落實節(jié)約制造、保護環(huán)境設計的原則。

3.5 產品結構設計與功能優(yōu)化 機械結構形態(tài)直接決定著能源的利用率,并對資源的合理使用有較大影響。所以,節(jié)能設計理念應用時必須從優(yōu)化機械的結構形態(tài)與功用出發(fā),并基于減少機械設備能源和增加資源使用率的角度審視設計方案的合理性。

考慮電機等動力裝置可以實現電能轉換進而驅動機械工作,設計時應針對機械設備的功能特性及其使用場合特點,決定電動機以及燃料發(fā)電機等的種類并優(yōu)化其技術參數的選取。后續(xù)在設備傳動、自動控制等系統(tǒng)的設計流程中,應該選擇能源消耗小、安全性高的技術方案,故在技術要求允許的前提下優(yōu)先選擇氣壓傳動系統(tǒng)而不是液壓傳動系統(tǒng),還可給機械設備配套完整的故障自檢、診斷功能的控制器等,以實現節(jié)電、提高機械性能和降低污染源的多重目的。

4 結語

機械制造領域的集成化、高自動化發(fā)展趨勢,在提高了中國機械制造行業(yè)綜合生產能力效益和產品質量水平的同時,也產生了大量的能耗、環(huán)境污染問題。把節(jié)能理念合理地融入機械設計和制造流程中,可有效提高機械設備制造的資源使用質效,從而減少對環(huán)境的直接影響,達到節(jié)能降耗的目標。機械生產制造企業(yè)需立足于產品設計、工藝、制造及管理等各環(huán)節(jié)的實際狀況,在整個流程中落實環(huán)保理念,通過優(yōu)化機械加工過程,合理控制產品消耗量,優(yōu)先選用無污染材料等,促進機械制造及自動化行業(yè)的可持續(xù)綠色發(fā)展。