從綠色環(huán)保理念出發(fā)的現(xiàn)代工業(yè)機械設計思路分析

摘 要：在工業(yè)機械制造過程中，需要消耗大量的資源和材料，且往往會產(chǎn)生諸多類型的生產(chǎn)廢物，如果沒有得到有效處理，會對生態(tài)環(huán)境造成不利的影響。本文主要基于綠色環(huán)保理念出發(fā)，對現(xiàn)代工業(yè)機械綠色環(huán)保設計的重要性進行闡述，并詳細提出綠色環(huán)保理念下的機械設計思路，希望對相關工作的開展提供參考。

關鍵詞：綠色環(huán)保理念;現(xiàn)代工業(yè);機械設計;設計思路

引言：為了確保工業(yè)的健康發(fā)展和社會經(jīng)濟持續(xù)化發(fā)展，國家十分重視工業(yè)的綠色環(huán)保發(fā)展，圍繞工程機械的發(fā)展也提出了相一系列的政策和規(guī)劃，如2015年國務院關于印發(fā)《中國制造2025》的通知、2017年中共中央辦公廳《關于開展質量提升行動的指導意見》等，都對綠色制造進行了強調。在此背景下，現(xiàn)代工業(yè)機械設計就需要重視綠色環(huán)保理念的體現(xiàn)，并將其在設計全過程有效滲透，這也是時代發(fā)展對其行業(yè)提出的新要求。

一、現(xiàn)代工業(yè)機械設計以及環(huán)保節(jié)能理念

機械工程涉及到機械設計、機械加工和機械養(yǎng)護等環(huán)節(jié)，而機械設計是其第一步，其設計效果直接關系到機械設備的性能。在工業(yè)機械設計中，需要開展現(xiàn)場的調研、機械功能和使用環(huán)境的分析，后做好研發(fā)設計方案的確定。工業(yè)機械設計有著嚴謹?shù)牧鞒?，先要結合用戶需求以及市場需要進行設計任務的制定，后對機械工作原理與結構形式進行確定，完成機械初步設計，再基于初步設計完成全部的零部件以及總圖設計，并做好審查工作，最后完成工作圖以及技術文件的繪制與編制[1]。

機械設計中的綠色環(huán)保理念則是從綠色環(huán)保的角度開展機械設計工作，此理念需要貫穿到機械設計的全過程，如零部件的材料選擇、機械運行的性能、機械產(chǎn)品的生產(chǎn)加工、污染物的排放等，致力于實現(xiàn)機械產(chǎn)品的高性能、低能耗、低成本生產(chǎn)。在環(huán)保節(jié)能理念下，機械設計中需要重點關注以下內容：依據(jù)規(guī)定要求的能耗范圍實現(xiàn)無用功率以及能耗量的控制;做好機械動能以及勢能等的有效控制;若機械的功率需求超過規(guī)定范圍標準，要按照實際情況進行新裝置的配備，實現(xiàn)能耗量的降低。

二、機械設計中綠色環(huán)保思想的作用

1、降低機械設備的能耗

工業(yè)機械在使用中具有大量的能耗，據(jù)統(tǒng)計我國的機械工業(yè)具有的能耗量大約占到5.5%全國的總能耗比例，且對電能的消耗占到全國約7.4%總電能的捎耗量。面對工業(yè)機械的大能耗特點，在機械設計中就需要做好其能耗的控制，通過合理的手段與技術提高其能源的利用率。在機械工業(yè)中，對能耗量有著巨大需求，將綠色環(huán)保理念在機械設計中滲透，就能夠從設計入手以先進工藝和手段實現(xiàn)機械性能的提升，從而降低機械的能耗，這對機械設備的使用性能以及企業(yè)經(jīng)濟效益提升有著積極的意義[2]。如在裝載機的設計中，散熱性能和其能耗有著密切關系，設計時可以遵循節(jié)能降耗的原則對其散熱系統(tǒng)進行改進，傳統(tǒng)散熱是采用冷卻風扇的方式，可以選擇液壓驅動獨立風扇冷卻設計（如下圖1），在工作時以溫度傳感器對變矩器和液壓的油溫以及發(fā)動機的水溫實現(xiàn)檢測，且向控制器傳遞，后控制器結合所設定控制模式對電比例的溢流閥5壓力進行控制，改變進入到液壓馬達3內的流量，此時液壓馬達會對風扇2轉速產(chǎn)生改變。在發(fā)動機的轉速發(fā)生波動時，其電比例的溢流閥同樣能夠確保液壓馬達的進出口位置具有穩(wěn)定壓力，確保液壓馬達能夠穩(wěn)定轉動，從而此散熱系統(tǒng)散熱性能不會受到發(fā)動機的轉速影響。

2、提升環(huán)境保護的效果

工業(yè)機械在生產(chǎn)和運行中都可能會存在對環(huán)境的影響，為了確保工業(yè)機械生產(chǎn)和運行的環(huán)境環(huán)保效果，國家提出了綠色制造發(fā)展戰(zhàn)略。將綠色環(huán)保理念在現(xiàn)代工業(yè)機械設計中滲透，也可以從機械生產(chǎn)和運行兩個方面實現(xiàn)綠色環(huán)保效果。

工業(yè)機械生產(chǎn)中會使用到很多的材料和資源，如果機械設備的結構設計不合理或者不科學，生產(chǎn)過程中勢必會造成材料的浪費，還會導致加工能耗和廢物排放增加的情況，而通過工業(yè)機械綠色環(huán)保設計，從綠色環(huán)保角度出發(fā)對工業(yè)機械展開科學設計，就能夠有效降低機械材料的使用，便于機械制造能夠更好降低能耗和廢物的排放，從而達到環(huán)境保護的效果[3]。另外，工業(yè)機械在使用中不可避免會產(chǎn)生諸多的廢水和廢氣等，這些廢物勢必會對環(huán)境造成危害，而通過工業(yè)機械綠色環(huán)保設計，對機械結構和性能進行綠色節(jié)能處理，提高機械設備的運行性能同時，還能夠抑制和減少諸多廢物的排泄，避免對環(huán)境的影響。如機械液壓系統(tǒng)和防滲系統(tǒng)的設計中，通過對管道的合理設計，選用綠色環(huán)保和防腐蝕類的材料，能夠有效避免機械使用中產(chǎn)生的廢水對管道的腐蝕，防止液壓管道的腐蝕損壞或者脫離，確保機械設備正常工作同時，避免廢水的泄露會環(huán)境產(chǎn)生危害。

3、符合社會發(fā)展的要求

社會發(fā)展對能源的需求不斷增加，而面對能源使用量急劇增高的情況，國家也是采取了一系列的措施加強能源消耗的控制。近年來，國家提出了生態(tài)工程、綠色制造、節(jié)能發(fā)展等戰(zhàn)略，持續(xù)發(fā)展成為各個行業(yè)發(fā)展中需要重點關注的內容，綠色環(huán)保也為機械工業(yè)提供了新的發(fā)展要求及方向。工業(yè)機械生產(chǎn)和使用中都會產(chǎn)生大量的消耗和一定的環(huán)境污染，而我國在環(huán)境治理以及工業(yè)治理方面的策略并不是很完善，還需要繼續(xù)加大管理的力度，持續(xù)優(yōu)化相關政策，才能夠在未來發(fā)展中滿足環(huán)境治理的要求標準[4]?，F(xiàn)階段，我國面臨著環(huán)境治理不佳以及能源緊缺等難題，這也對我國各個行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了阻礙。在此時代背景下，機械工業(yè)也承受很大壓力，面對政策要求以及發(fā)展責任的約束，將綠色環(huán)保理念在工業(yè)機械設計中有效滲透，符合社會發(fā)展以及國家發(fā)展的需求，工業(yè)機械綠色環(huán)保設計也是行業(yè)長久發(fā)展的關鍵，因此設計中需要充分創(chuàng)新，遵循綠色制造的原則，致力于打造健康、綠色的行業(yè)環(huán)境。

三、綠色環(huán)保理念下的機械設計思路

1、體現(xiàn)企業(yè)環(huán)保責任

生態(tài)戰(zhàn)略是我國可持續(xù)發(fā)展下提出的重要戰(zhàn)略，其關系到社會的發(fā)展以及人們的生活。但從現(xiàn)階段社會發(fā)展的情況來看，工業(yè)領域仍然還存在著諸多的環(huán)境污染現(xiàn)象，如廣西龍江河鎘污染事件、松花江重大水污染事件、汝州市騎嶺鄉(xiāng)環(huán)境污染事件等。這些環(huán)境污染事件的發(fā)生存在一個共同的原因，都是相關企業(yè)缺乏環(huán)保意識和環(huán)保責任，對生產(chǎn)中的廢物隨意排放而導致的[5]。

面對這種情況，綠色環(huán)保理念下的機械設計工作首先需要企業(yè)落實其環(huán)保責任。企業(yè)需要做好自身環(huán)保意識的強化，從可持續(xù)性發(fā)展考慮，對自身機械設備以及生產(chǎn)方式做好優(yōu)化。企業(yè)內部人員要在工業(yè)機械的設計及生產(chǎn)過程嚴格落實綠色環(huán)保理念，在生產(chǎn)過程中還需要做好對機械產(chǎn)品以及工作過程的監(jiān)督，避免機械實際運用對環(huán)境產(chǎn)生污染、對能源過度浪費;同時企業(yè)內部還需要建立環(huán)保責任制度，落實各個部門及人員的環(huán)保責任，明確他們的環(huán)保責任要求及標準，促進他們在實踐工作中做好綠色環(huán)保理念的落實。通過這些措施，充分體現(xiàn)和落實企業(yè)環(huán)保責任，讓綠色環(huán)保不再是“空、假、大”，使其得到充分落地，為工業(yè)機械的綠色環(huán)保設計實現(xiàn)提供保障。

2、機械設備的回收與循環(huán)利用

在工業(yè)機械設計中，需要使用到很多的材料和零部件，這些都需要大量的材料資源消耗，而基于綠色環(huán)保理念的機械設計就需要對此部分的消耗盡可能地降低。出于此目的，在工業(yè)機械綠色環(huán)保設計中就需要關注機械設備的回收與循環(huán)利用，加強相關材料和零部件的回收實現(xiàn)材料資源的節(jié)省。在機械設計中，要對機械零部件做好綜合分析，考慮零部件的報廢或者可回收性，盡量選擇使用一些可回收性的材料或者零部件，即使需要做報廢處理也要盡可能降低對環(huán)境的影響[6]。在可回收設計中，一般需要從兩個方面做好考慮，一方面是對機械設備回收的材料和零部件進行再制造和再加工處理，最大限度實現(xiàn)對材料及零部件的使用，減少對環(huán)境產(chǎn)生的污染。而另一方面是對已報廢的設備材料回收，通過處理后再利用，但在廢舊機械的處理中，要盡可能發(fā)揮材料和零部件的價值，遵循“再利用為主、銷毀為輔”的原則，且對不同類型材料要做好分類、分級處理，結合具體材料采取針對性處理方法，實現(xiàn)資源可利用率提升的同時，還要避免對環(huán)境的污染。

3、綠色環(huán)保原料的應用

工業(yè)機械制造中會使用到大量的材料，傳統(tǒng)設計一般比較關注材料在硬度、剛度、撓度等方面的屬性，對其環(huán)保性能往往忽視。而綠色環(huán)保理念要求工業(yè)機械設計更加關注所用材料的環(huán)保性。

工業(yè)機械設計要注重對無污染或者少污染原料的選用，并結合實際需求盡可能選擇綠色環(huán)保型材料。選擇材料時，要遵循無污染、易分解和可再生等原則，選用無害化的材料，尤其是結構件設計要采用易裝配以及易分解類模塊化的結構以及無毒害材料，便于機械材料再生率的提升。設計中還需要遵循低能耗、長壽命和輕量化原則，以高性能材料使用對加些產(chǎn)品的壽命延長，確保零部件材料的強度以及耐久性滿足要求，減少機械報廢量實現(xiàn)產(chǎn)品能耗以及環(huán)境污染的降低;同時基于環(huán)境負荷控制的角度，設計時還要考慮產(chǎn)品零部件具有良好互換性以及通用性，便于實現(xiàn)零部件的循環(huán)使用，實現(xiàn)相關材料的節(jié)省。在工程機械的零部件選擇中，要避免選用樹脂、石棉或者含氯橡膠等一些有害的材料，若裝載機中的駕駛室以及內飾方面選用了難分解且損害環(huán)境的塑料，會增加資源的浪費以及環(huán)境的污染，在對儀表以及散熱器等的采購中，要盡量減少鉛的使用，主機的附屬零部件要盡可能選用一些新型的環(huán)保材料[7]。另外，在機械初始設計階段，就要對機械零部件的廢棄處理做好考慮，按照污染的最小化和成本的最優(yōu)化原則，要求選用的零部件便于解體和破碎，且焚燒處理污染小或者可以當作燃料實現(xiàn)回收利用。

4、產(chǎn)品研發(fā)速度的提升

在現(xiàn)代工業(yè)機械的設計中，綠色環(huán)保理念的有效滲透主要體現(xiàn)在產(chǎn)品上，為了更好實現(xiàn)綠色環(huán)保工業(yè)機械的使用與發(fā)展，行業(yè)及其人員需要提升產(chǎn)品研發(fā)的速度。產(chǎn)品研發(fā)中，需要重點關注材料和機械方面的研發(fā)。

首先，需要加大對機械綠色環(huán)保材料的研發(fā)。機械制造中需要使用到很多材料資源，這些材料往往具有污染風險，對生態(tài)環(huán)境以及人們的健康產(chǎn)生危害。因此機械設計要重點考慮對綠色環(huán)保材料的使用，積極研發(fā)一些新型綠色環(huán)保材料來代替污染類的材料，降低機械制造中材料污染的風險，同時材料的使用還需要按照“少量多用”原則，確保機械設備性能滿足要求的同時，盡可能提升材料的利用率，盡可能控制機械材料污染的程度。其次，在機械設計中還有要關注機械結構和功能方面的研發(fā)，立足綠色環(huán)保做好機械產(chǎn)品的科學化設計。如在機械駕駛室綠色環(huán)保設計中，可以安裝防輻射的玻璃，并采用全密封、減震降噪、整體式的駕駛室形式，頂部可以使用吸音型的環(huán)保材料，如海綿吸音材料等（入下圖2）;內部可以設計無氟環(huán)保類的空調，并設計具備FOPS和POPS分析功能的駕駛室，保證駕駛員操作過程的安全性。

另外，還可以研發(fā)智能化工作系統(tǒng)，如采用自動加脂以及集中潤滑的系統(tǒng)等，手動添加潤滑脂的方式往往會導致油液出現(xiàn)溢出而污染環(huán)境的現(xiàn)象，通過研發(fā)和使用自動加脂以及集中潤滑的系統(tǒng)，能夠定時、自動進行潤滑脂加注，以集中潤滑的系統(tǒng)為例，可以定時自動對各類鉸銷進行黃油的加注，加油量是通過精細計算后所設定的，在確保各類銷軸達到充分潤滑的同時還不會出現(xiàn)多余油的溢出情況，從而達到節(jié)能環(huán)保的目的。

四、結束語

綜上所述，綠色環(huán)保理念是國家生態(tài)工程建設和發(fā)展的體現(xiàn)，加工其在現(xiàn)代工業(yè)機械設計中的滲透符合行業(yè)及國家持續(xù)化發(fā)展的要求，在機械設計中滲透綠色環(huán)保思想有著重要的價值及作用，其能夠有效降低機械設備的能耗、提升環(huán)境保護的效果、符合社會發(fā)展的要求，而想要達到這樣的效果，綠色環(huán)保理念下的機械設計需要注重體現(xiàn)企業(yè)的環(huán)保責任、加強機械設備的回收與循環(huán)利用、積極進行綠色環(huán)保原料的應用、加強產(chǎn)品研發(fā)速度的提升，這也是其行業(yè)企業(yè)及相關人員需要重點關注的內容。

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簡介：何偉;1990.04，男 ，漢族，浙江省長興縣人，江西科技學院，?？茖W歷，機電一體化技術專業(yè)， 從事消防機電生產(chǎn)10年，參與配合研發(fā)出多種新型消防產(chǎn)品。