農(nóng)業(yè)機(jī)械的綠色節(jié)能設(shè)計(jì)

王偉超，姚 楠

（哈克（邯鄲）農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備制造有限公司，河北 邯鄲 056000）

農(nóng)業(yè)機(jī)械在如今社會(huì)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段起著十分關(guān)鍵的作用。近幾年，國(guó)家農(nóng)業(yè)機(jī)械化發(fā)展越來(lái)越快，對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械綠色節(jié)能提出了越來(lái)越高的標(biāo)準(zhǔn)。只有注重現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)機(jī)械規(guī)劃的綠色節(jié)能，方可提升中國(guó)農(nóng)業(yè)在全球市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)水平，給農(nóng)業(yè)機(jī)械的迅速發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 農(nóng)業(yè)機(jī)械綠色節(jié)能設(shè)計(jì)的必要性

目前，國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)機(jī)械選擇的是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式，資源及能源耗損量大，對(duì)生態(tài)污染較大，是一種高投資的粗放式生產(chǎn)形式。中國(guó)農(nóng)機(jī)工業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的文章《國(guó)四排放升級(jí)勢(shì)在必行》顯示，隨著國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度的不斷提高，農(nóng)機(jī)排放污染問(wèn)題越發(fā)嚴(yán)峻，農(nóng)機(jī)融入綠色節(jié)能設(shè)計(jì)，進(jìn)行產(chǎn)品升級(jí)刻不容緩。國(guó)四排放標(biāo)準(zhǔn)的升級(jí)，要求所有使用柴油機(jī)的農(nóng)機(jī)產(chǎn)品都要配置排放測(cè)試儀。農(nóng)機(jī)環(huán)境污染問(wèn)題受到廣泛關(guān)注，農(nóng)機(jī)產(chǎn)品未來(lái)將朝著高性能、多功能、低消耗以及低成本等趨勢(shì)演變。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)每年均有許多農(nóng)機(jī)設(shè)備報(bào)廢，采取綠色節(jié)能設(shè)計(jì)后能夠讓農(nóng)機(jī)設(shè)備的零配件容易分類回收且再生能耗最低，消除農(nóng)機(jī)設(shè)備全生命周期終端的負(fù)擔(dān)，讓廢棄設(shè)施、垃圾污染程度降至最低。農(nóng)機(jī)產(chǎn)品綠色節(jié)能設(shè)計(jì)既為社會(huì)帶來(lái)了高性能、低成本的設(shè)備，并且能夠帶動(dòng)企業(yè)以及整個(gè)農(nóng)機(jī)產(chǎn)業(yè)的振興和整體發(fā)展，提升我國(guó)農(nóng)機(jī)設(shè)備的競(jìng)爭(zhēng)水平，積極占領(lǐng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)且增大出口。綠色節(jié)能設(shè)計(jì)已經(jīng)是農(nóng)機(jī)產(chǎn)品發(fā)展的一大趨勢(shì)。

2 農(nóng)業(yè)機(jī)械的綠色節(jié)能設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)

2.1 生態(tài)自然優(yōu)點(diǎn)

農(nóng)業(yè)機(jī)械的綠色節(jié)能設(shè)計(jì)能夠減少污染，提升土質(zhì)。農(nóng)民若想使農(nóng)產(chǎn)品增產(chǎn)，所采取的方法無(wú)非是施肥、施藥等，但這些方法應(yīng)用過(guò)量將會(huì)導(dǎo)致土壤與地面水污染，特別是施肥。播種過(guò)程采取的施肥方法是表施和淺施，農(nóng)藥極易被揮發(fā)；在陰雨天施肥能夠避免化肥揮發(fā)，但是化肥極易被雨水沖走，造成化肥的使用效率很低。借助機(jī)械深施肥，就能夠輕松化解上述問(wèn)題，不僅能夠提升化肥使用效率，增加農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量，還能夠有效降低生態(tài)污染。過(guò)去的人工、畜力耕種方式，會(huì)令土壤耕作層日益瘠薄；持續(xù)施加無(wú)機(jī)肥料，會(huì)加重土地鹽堿化，降低肥力。借助現(xiàn)代化土地耕作設(shè)備進(jìn)行深耕，則能夠優(yōu)化土地耕作層，優(yōu)化耕作層厚度、優(yōu)化土地結(jié)構(gòu)；借助收割設(shè)備收獲，且把秸稈粉碎用作肥料，削減無(wú)機(jī)化肥對(duì)土地的侵蝕與損壞，可增加農(nóng)田的有機(jī)質(zhì)，提升土壤質(zhì)量。

2.2 經(jīng)濟(jì)優(yōu)點(diǎn)

農(nóng)業(yè)機(jī)械的綠色節(jié)能設(shè)計(jì)消除了原來(lái)施肥期間過(guò)度浪費(fèi)等現(xiàn)象，節(jié)省了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入。新型環(huán)保低碳農(nóng)業(yè)機(jī)械在削減化肥用量的基礎(chǔ)上，減少了生產(chǎn)期間各種不必要的支出。環(huán)保與節(jié)能屬于世界農(nóng)業(yè)生產(chǎn)追求的目標(biāo)，可讓農(nóng)戶的利益獲得應(yīng)有的保障，擴(kuò)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)營(yíng)空間，而且能發(fā)揮它在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

3 農(nóng)業(yè)機(jī)械綠色節(jié)能設(shè)計(jì)要點(diǎn)

綠色節(jié)能既具備生態(tài)保護(hù)的特征，還存在經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。注重農(nóng)業(yè)機(jī)械環(huán)保綠色節(jié)能設(shè)計(jì)既能夠降低農(nóng)業(yè)機(jī)械在規(guī)劃、制造、應(yīng)用環(huán)節(jié)的能耗，改善環(huán)境污染，并且能夠很好地防止土壤產(chǎn)生上下嚴(yán)重抖動(dòng)的情況，進(jìn)而更好地節(jié)省種子、農(nóng)藥以及化肥的數(shù)量，使農(nóng)業(yè)栽種經(jīng)濟(jì)收益最大化。

3.1 清潔性

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程，常見(jiàn)的農(nóng)業(yè)機(jī)械動(dòng)力由內(nèi)燃機(jī)供應(yīng)，而內(nèi)燃機(jī)會(huì)對(duì)環(huán)境造成以下問(wèn)題：耗損一次性資源石油；噪聲、廢氣問(wèn)題；熱排放與漏油問(wèn)題。廢氣外排與漏油問(wèn)題對(duì)環(huán)保農(nóng)業(yè)干擾嚴(yán)重，廢氣里的NOX、HC 化合物嚴(yán)重影響農(nóng)作物的質(zhì)量與農(nóng)業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。因此，農(nóng)業(yè)機(jī)械的動(dòng)力綠色選型設(shè)計(jì)要優(yōu)選以電力為動(dòng)力的產(chǎn)品，加速研制光伏能、H2、植物油以及天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)[1]；加快對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)綠色化學(xué)設(shè)計(jì)的研究，可以利用汽油無(wú)鉛化和汽油防磨性、柴油低硫化和柴油潤(rùn)滑性、自然燃料和生態(tài)摩擦學(xué)、汽油清凈劑和汽油機(jī)沉淀物、消煙助燃劑和柴油機(jī)顆粒、潤(rùn)滑油與添加物及排放催化轉(zhuǎn)換、潤(rùn)滑劑生物分解性和生物分解潤(rùn)滑物、催化助燃或補(bǔ)燃、化學(xué)原料生產(chǎn)等舉措，減少石油耗損、噪聲污染、廢氣排出、熱排放以及漏油問(wèn)題，采用自適應(yīng)有源噪聲控制技術(shù)管控發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲。

3.2 機(jī)械的可回收規(guī)劃

可回收規(guī)劃是在機(jī)械設(shè)計(jì)早期全面考量其配件原料的回收可能性、回收效益高低、回收處置方式和回收處置構(gòu)造工藝性等各種問(wèn)題，最后實(shí)現(xiàn)配件原料資源與能源的使用效率最高、對(duì)生態(tài)污染最小的一項(xiàng)設(shè)計(jì)。比如，農(nóng)業(yè)設(shè)備中常見(jiàn)的銜接件（螺栓與螺母等）的回收和循環(huán)應(yīng)用。

3.3 方便拆卸

很多農(nóng)機(jī)產(chǎn)品只有在農(nóng)忙時(shí)節(jié)才頻繁使用，因此在農(nóng)機(jī)設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程要兼顧機(jī)械的拆卸，機(jī)械外形不能太過(guò)煩瑣，方便閑時(shí)拆卸，以及便于維修、養(yǎng)護(hù)機(jī)械零配件。另外，農(nóng)機(jī)設(shè)備設(shè)計(jì)過(guò)程，要注重模塊化設(shè)計(jì)，增加農(nóng)機(jī)設(shè)備的品種、尺寸，縮短制造周期，減少生產(chǎn)費(fèi)用，以此提高農(nóng)機(jī)設(shè)備的制造效率，從而達(dá)到綠色節(jié)能目的。

如今，農(nóng)機(jī)方便拆卸設(shè)計(jì)包括兩種途徑，即“典型模塊”的易拆卸設(shè)計(jì)與依靠計(jì)算機(jī)易拆卸設(shè)計(jì)。前者的發(fā)展速度較為緩慢，但是已經(jīng)在農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程得到證實(shí)，具備很強(qiáng)實(shí)踐性的典型配件模塊，如果把這種典型配件模塊設(shè)計(jì)應(yīng)用于新產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面，就能夠達(dá)到易拆卸要求[2]。借助計(jì)算機(jī)易拆卸設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是把模塊設(shè)計(jì)和CAD、CAM 等項(xiàng)目軟件相融合實(shí)施的計(jì)算機(jī)輔助規(guī)劃。經(jīng)創(chuàng)建農(nóng)機(jī)“典型模塊化”信息庫(kù)，達(dá)到農(nóng)機(jī)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化以及多人協(xié)同統(tǒng)一設(shè)計(jì)，能夠提升產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效果與創(chuàng)造速度。

3.4 環(huán)保設(shè)備的成本

農(nóng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，因?yàn)榫G色節(jié)能設(shè)計(jì)觀念的應(yīng)用，所以需要考慮到設(shè)備的回收與再利用等，如此就必須在環(huán)保設(shè)備成本分析中考慮污染物處置費(fèi)用、設(shè)備拆卸與循環(huán)使用成本等，保證設(shè)備成本分析的精準(zhǔn)性。

3.5 機(jī)械設(shè)備的材料挑選

材料挑選是農(nóng)業(yè)機(jī)械完成環(huán)保低碳設(shè)計(jì)的關(guān)鍵內(nèi)容，需要工作人員嚴(yán)格控制材料質(zhì)量，挑選無(wú)毒無(wú)害、綠色節(jié)能、可循環(huán)應(yīng)用、對(duì)生態(tài)自然影響很低的材料，進(jìn)而有效減少農(nóng)業(yè)機(jī)械在應(yīng)用時(shí)給環(huán)境帶來(lái)的污染，達(dá)到農(nóng)業(yè)種植的環(huán)?；?、節(jié)能化，由此更好地保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)。通常情況下，國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)機(jī)械在規(guī)劃制造時(shí)注重考慮選擇工程塑料和木素纖維復(fù)合物。

工程塑料存在密度小、防腐蝕性很好、比強(qiáng)度高、減摩性較好、自潤(rùn)滑性好等特點(diǎn)。正因如此，其不管是在理論或者實(shí)踐方面均受到了廣泛關(guān)注，特別是在活塞環(huán)的制造和使用環(huán)節(jié)中?；钊h(huán)通常被用來(lái)避免氣體從壓縮器中漏出，因此活塞環(huán)的加工材料需要具有較好的力學(xué)性、彈性、降摩性以及潤(rùn)滑性[3]。在制造農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品時(shí)，工作人員會(huì)采用聚四氟乙烯用作活塞環(huán)的加工材料，以實(shí)現(xiàn)延伸工農(nóng)業(yè)機(jī)械氣缸應(yīng)用周期的目標(biāo)，進(jìn)而保證農(nóng)業(yè)機(jī)械規(guī)劃的綠色節(jié)能。

木素纖維復(fù)合物的首要成分是木質(zhì)纖維，再通過(guò)多種處置使之和合成纖維、樹(shù)枝及其他材料搭配變成其他新型原料。目前，該材料已在大量行業(yè)中變成了鋼材、工程塑料的重要替代物，被大家認(rèn)同且獲得了推廣及使用。查詢諸多資料文獻(xiàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，木素纖維復(fù)合物既能夠降低材料重量，還進(jìn)一步提升了結(jié)構(gòu)材料的彈性和力學(xué)性能，也能夠降低能源資源的消耗和生產(chǎn)費(fèi)用、提升用戶的安全性。同時(shí)，木素纖維合成物在極端溫度改變條件下，能夠維持較好的抗碎性，有利于保證工作人員的生命安全。木素纖維復(fù)合物應(yīng)用于農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)制造中，可滿足農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)的綠色節(jié)能要求，延伸農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的應(yīng)用周期，保證用戶的生命安全，降低用戶維修成本開(kāi)支，進(jìn)而推動(dòng)國(guó)家農(nóng)業(yè)發(fā)展[4]。

根據(jù)我國(guó)當(dāng)前農(nóng)機(jī)零配件制造情況來(lái)看，農(nóng)機(jī)耐磨零配件的制造性能并沒(méi)有滿足國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，農(nóng)機(jī)設(shè)備的零配件制造合格率在農(nóng)機(jī)設(shè)備生產(chǎn)方面始終徘徊在60%左右，和優(yōu)良的標(biāo)準(zhǔn)差距很遠(yuǎn)；而農(nóng)機(jī)設(shè)備耐磨零配件就更低，甚至還沒(méi)有達(dá)到1/2 的合格率。這就要求相關(guān)從業(yè)者從農(nóng)機(jī)設(shè)備的選材角度著手妥善解決。

3.6 燃料的挑選

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)階段常見(jiàn)的三種農(nóng)業(yè)機(jī)械包括拖拉機(jī)、收割機(jī)以及農(nóng)用運(yùn)輸設(shè)備，其存在一個(gè)明顯的公共特征，即均必須考慮用油情況。而且，內(nèi)燃機(jī)是農(nóng)業(yè)機(jī)械核心的動(dòng)力來(lái)源，燃油挑選對(duì)保證農(nóng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的綠色節(jié)能、保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)具有顯著作用。通常情況下，內(nèi)燃機(jī)燃料挑選包括汽油和柴油兩種，它們的不同之處在于壓縮比、點(diǎn)火形式、所用燃料和用途等。柴油機(jī)燃料存在兩大關(guān)鍵性能，即著火性與流動(dòng)性，這就需要柴油燃料容易自燃且滯燃時(shí)間短。其點(diǎn)燃形式是由噴油嘴產(chǎn)生的霧狀柴油和空氣組成、增壓，借助壓縮實(shí)現(xiàn)通過(guò)提高混合物溫度而智能點(diǎn)火的目標(biāo)[5]。汽油具有易燃、易揮發(fā)、燃點(diǎn)小于柴油等特征，其點(diǎn)燃方式是將吸進(jìn)氣缸中的汽油蒸汽和空氣混合、增壓，最終用火花塞點(diǎn)燃。簡(jiǎn)單地說(shuō)，內(nèi)燃機(jī)燃料挑選是影響農(nóng)機(jī)綠色節(jié)能設(shè)計(jì)的核心因素，農(nóng)機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)者要全面考慮農(nóng)機(jī)產(chǎn)品的使用范圍、各區(qū)域的不同，科學(xué)、規(guī)范地設(shè)計(jì)綠色節(jié)能的農(nóng)機(jī)產(chǎn)品，促進(jìn)農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)的綠色低碳發(fā)展[6]。

4 結(jié)束語(yǔ)

地球是人類唯一的家園，綠色節(jié)能是人類生存及發(fā)展的關(guān)鍵保障，節(jié)能環(huán)保已經(jīng)變成社會(huì)發(fā)展的焦點(diǎn)話題。因此在農(nóng)機(jī)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，要全面融入環(huán)保與節(jié)能觀念，且落實(shí)到設(shè)計(jì)的所有環(huán)節(jié)，避免農(nóng)機(jī)對(duì)生態(tài)造成的嚴(yán)重影響，更好地推動(dòng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，為農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的長(zhǎng)遠(yuǎn)、穩(wěn)定發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。