綠色設(shè)計(jì)理念在磨粉機(jī)設(shè)計(jì)上的具體應(yīng)用

劉素山，劉會(huì)杰

（1.河北蘋(píng)樂(lè)面粉機(jī)械集團(tuán)有限公司，河北 正定 050800;2.河北省糧食加工裝備技術(shù)創(chuàng)新中心，石家莊 050800）

綠色設(shè)計(jì)也稱(chēng)生態(tài)設(shè)計(jì)、環(huán)境化設(shè)計(jì)或環(huán)境意識(shí)設(shè)計(jì)等，是指在產(chǎn)品整個(gè)生命周期中著重考慮產(chǎn)品屬性（可拆卸性、可回收性、可重復(fù)利用性等），并將其作為設(shè)計(jì)目標(biāo)，在滿(mǎn)足環(huán)境目標(biāo)的同時(shí)，保證產(chǎn)品應(yīng)有的功能、使用壽命、質(zhì)量等。

由于全球氣候變化，人類(lèi)面臨共同生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，節(jié)能減排要付諸實(shí)際行動(dòng)。由于諸多原因，近幾年我國(guó)碳排放居世界前列，成為影響全球氣候變化的焦點(diǎn)之一。我國(guó)對(duì)世界做出鄭重承諾：力爭(zhēng)2030年前碳排放達(dá)到峰值，2060年實(shí)現(xiàn)碳中和零排放。這個(gè)目標(biāo)非常艱巨，但一定要完成。目前國(guó)家對(duì)重點(diǎn)排放企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)管控。機(jī)械制造企業(yè)雖然還未受到強(qiáng)制性措施，但針對(duì)不同的地區(qū)，政府已經(jīng)出臺(tái)相關(guān)政策。我們要從源頭開(kāi)始積極應(yīng)對(duì)，承擔(dān)起相應(yīng)的社會(huì)責(zé)任，讓綠色設(shè)計(jì)理念落實(shí)到具體產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。

1 綠色設(shè)計(jì)理念與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的區(qū)別

綠色設(shè)計(jì)理念與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，在設(shè)計(jì)依據(jù)、設(shè)計(jì)人員、設(shè)計(jì)技術(shù)或工藝、設(shè)計(jì)目的和最終產(chǎn)品方面都是有區(qū)別的。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)依據(jù)是客戶(hù)需求，只要能滿(mǎn)足功能、性能、質(zhì)量和成本就行。而綠色設(shè)計(jì)除考慮上述因素外，還需要著重考慮環(huán)境效益和生態(tài)指標(biāo)。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)沒(méi)有或很少要求設(shè)計(jì)人員考慮低碳環(huán)保、資源再利用和生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，而綠色設(shè)計(jì)在方案設(shè)計(jì)時(shí)就必須重點(diǎn)考慮這些內(nèi)容。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)或工藝很少考慮拆解、回收和再利用，而綠色設(shè)計(jì)或工藝必須優(yōu)先考慮產(chǎn)品拆解、回收和再利用，且要求對(duì)環(huán)境不造成影響，無(wú)毒副作用，力求產(chǎn)生最少的廢棄物。當(dāng)然最終的產(chǎn)品也有很大差別，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)只要得到滿(mǎn)足功能需求的普通產(chǎn)品，而綠色設(shè)計(jì)的最終產(chǎn)品除滿(mǎn)足普通產(chǎn)品需求外，還要具有綠色特性或獲得產(chǎn)品綠色標(biāo)志。

世界各國(guó)和地區(qū)都對(duì)綠色產(chǎn)品制定了評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到綠色標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品可以粘貼綠色產(chǎn)品標(biāo)識(shí)，如我們使用的冰箱粘貼能效等級(jí)標(biāo)識(shí)一樣。消費(fèi)者通過(guò)這個(gè)標(biāo)識(shí)就可以了解產(chǎn)品是否為綠色產(chǎn)品。我們要鼓勵(lì)設(shè)計(jì)和制造綠色產(chǎn)品，同時(shí)要鼓勵(lì)消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)時(shí)首選綠色產(chǎn)品。

2 綠色設(shè)計(jì)理念在磨粉機(jī)設(shè)計(jì)上的應(yīng)用

磨粉機(jī)是用于糧食加工企業(yè)進(jìn)行原糧粉碎的一種粉碎、研磨設(shè)備。磨粉機(jī)要求使用時(shí)運(yùn)行穩(wěn)定，如皮磨要有穩(wěn)定的剝刮率，心磨要有穩(wěn)定的出粉率；還要求操作方便、維護(hù)簡(jiǎn)捷、噪音低、外觀悅目等。這些是傳統(tǒng)的功能要求?，F(xiàn)針對(duì)磨粉機(jī)設(shè)計(jì)中具體材料選擇、機(jī)構(gòu)方案確定、動(dòng)力選擇、噪音控制、傳動(dòng)設(shè)計(jì)等方面，結(jié)合綠色設(shè)計(jì)理念做一具體論述。

為了方便論述，先簡(jiǎn)要介紹一下磨粉機(jī)結(jié)構(gòu)，圖1是蘋(píng)樂(lè)集團(tuán)生產(chǎn)制造的K型磨粉機(jī)。磨粉機(jī)主要包含機(jī)體機(jī)架部分、喂料部分、磨輥研磨部分、磨輥間傳動(dòng)部分、磨輥支撐部分、磨輥清理部分以及負(fù)壓吸風(fēng)部分等。限于篇幅所限，這里不詳細(xì)敘述，只羅列幾個(gè)重點(diǎn)部分，闡述一下綠色設(shè)計(jì)理念在磨粉機(jī)主要設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中的具體應(yīng)用。

圖1 蘋(píng)樂(lè)集團(tuán)K型磨粉機(jī)

2.1 磨粉機(jī)設(shè)計(jì)盡量采用綠色材料

綠色材料，又稱(chēng)環(huán)境友好材料或生態(tài)材料，容易獲得，又能保證良好使用性能和功能，不污染環(huán)境或環(huán)境污染小，易于回收，有利于人類(lèi)健康，環(huán)境友好。

磨粉機(jī)設(shè)計(jì)材料首選鋼板材料，其次是鑄件，部分合金耐磨材料，少部分需要熱處理的金屬材料和部分工程材料如有機(jī)玻璃等，基本不存在稀缺材料?；厥窄h(huán)節(jié)對(duì)環(huán)境也不會(huì)造成太大影響。我們材料設(shè)計(jì)方面掌握一個(gè)原則：首選普通鋼板材料，最常用的Q235就能滿(mǎn)足要求，如機(jī)體機(jī)架；其次是鑄鐵類(lèi)材料，一般選HT200,如軸承座；關(guān)鍵軸、桿類(lèi)零部件選用優(yōu)質(zhì)碳素鋼45號(hào)或50號(hào)鋼材，進(jìn)行調(diào)質(zhì)和正火處理，這只是一小部分，為了確保磨粉機(jī)整機(jī)性能穩(wěn)定而對(duì)關(guān)鍵零部件的特殊要求。普通軸、桿、銷(xiāo)類(lèi)選用普通碳素鋼Q235就能滿(mǎn)足要求。不提倡選用合金鋼來(lái)提高軸的剛度，這與綠色設(shè)計(jì)理念不符。對(duì)于護(hù)罩類(lèi)需要造型設(shè)計(jì)的首選樹(shù)脂或玻璃鋼類(lèi)材料，需要觀察部位零部件可以選擇有機(jī)玻璃類(lèi)工程塑料，也是一個(gè)低碳環(huán)保的選擇。

2.2 磨粉機(jī)喂料機(jī)構(gòu)綠色設(shè)計(jì)

磨粉機(jī)喂料機(jī)構(gòu)主要功能是把物料均勻地喂入到兩個(gè)磨輥間的起軋點(diǎn)上。其主要組成是一個(gè)設(shè)計(jì)于磨粉機(jī)上方的儲(chǔ)料斗，料斗下方有寬扁形出口，出口處設(shè)計(jì)2個(gè)均勻分散物料用的喂料輥，根據(jù)磨粉機(jī)所處不同工藝位置，為了達(dá)到良好的喂料效果，2個(gè)喂料輥設(shè)計(jì)有不同的速比，一般在1∶1.4到2.4∶1之間。根據(jù)產(chǎn)品檔次定位和設(shè)計(jì)方案的不同，目前的喂料機(jī)構(gòu)有手動(dòng)機(jī)械式喂料、氣壓控制式喂料、電子控制式喂料等?；诰G色理念考慮，并考慮市場(chǎng)趨勢(shì)和客戶(hù)的選擇傾向，這里推薦氣壓控制式喂料和電子控制式喂料。

氣壓控制式喂料輥動(dòng)力來(lái)源于磨粉機(jī)研磨組的慢輥，通過(guò)傳動(dòng)帶帶動(dòng)氣動(dòng)離合器旋轉(zhuǎn)，根據(jù)儲(chǔ)料斗內(nèi)物料高度控制氣動(dòng)離合器的離與合，帶動(dòng)喂料輥轉(zhuǎn)動(dòng)與停止。氣動(dòng)離合器是由專(zhuān)業(yè)廠家生產(chǎn)，技術(shù)成熟、故障率低、價(jià)格便宜、檢修維護(hù)方便。這種設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)最早出現(xiàn)于英國(guó)西蒙公司XK2型磨粉機(jī)，后來(lái)日本佐竹公司收購(gòu)西蒙磨粉機(jī)業(yè)務(wù)后，RRMA和SRMA型磨粉機(jī)繼續(xù)沿用此設(shè)計(jì)。國(guó)產(chǎn)FMFQ10×2型磨粉機(jī)上普遍采用。屬于技術(shù)成熟、材料易得、價(jià)格低廉的綠色設(shè)計(jì)。喂料輥速比控制機(jī)構(gòu)，采用M5同步帶輪和同步帶為定速機(jī)構(gòu)，同步帶和同步帶輪都是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，技術(shù)成熟，零部件采購(gòu)方便，價(jià)格低廉，速比準(zhǔn)確，更沒(méi)有油污污染，維護(hù)極為方便。

高檔次產(chǎn)品喂料輥為電動(dòng)直驅(qū)形式，宜選用小功率電機(jī)，力矩電機(jī)、單相電機(jī)都是可行的。

2.3 磨粉機(jī)輥間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)綠色設(shè)計(jì)

磨粉機(jī)輥間傳動(dòng)目前都傾向于帶傳動(dòng)，一般都是齒楔帶，也有廠家使用雙楔帶的如GBS公司的磨粉機(jī)。齒楔帶在磨粉機(jī)磨輥間傳動(dòng)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：速比準(zhǔn)確，縱向能定位，干凈衛(wèi)生，維護(hù)方便。鑒于此，齒楔帶逐漸成為磨粉機(jī)輥間傳動(dòng)設(shè)計(jì)的標(biāo)配，在大中型磨粉機(jī)上已經(jīng)取代了鏈條和齒輪傳動(dòng)。

應(yīng)用綠色設(shè)計(jì)理念，細(xì)致分析這部分結(jié)構(gòu)形式，力求：原材料易得，機(jī)械加工難度低（易加工），傳動(dòng)帶張緊調(diào)節(jié)方便，日常維護(hù)成本低，使用壽命長(zhǎng)。

同步帶、齒楔帶在機(jī)械傳動(dòng)中很常見(jiàn)，技術(shù)成熟，使用壽命有保證。關(guān)鍵是我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)候一定要考慮綠色、環(huán)保、節(jié)能。一定要切記首選標(biāo)準(zhǔn)國(guó)標(biāo)帶型，這為后續(xù)質(zhì)量問(wèn)題、采購(gòu)問(wèn)題、維護(hù)問(wèn)題、使用壽命等都有可靠保障。首先同步齒帶型推薦M8或M14,楔型選用K型或L型，個(gè)人推薦選用M14-L型組合。長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)，也要首選國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度，如國(guó)標(biāo)長(zhǎng)度1778就很適合輥徑250磨粉機(jī)，輥徑250是大中型磨粉機(jī)最通用規(guī)格。 磨粉機(jī)輥間傳動(dòng)如圖2所示。

圖2 同步齒楔帶輥間傳動(dòng)圖

圖中為20年前出廠的磨粉機(jī)，仍在使用當(dāng)中，從圖片看出，維護(hù)得很差，同步齒楔帶護(hù)罩也沒(méi)有安裝，但使用效果還很好。齒楔帶正常使用其壽命可達(dá)8～10年。

2.4 磨粉機(jī)主傳動(dòng)動(dòng)力綠色設(shè)計(jì)

磨粉機(jī)磨輥主傳動(dòng)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)都是采用普通三相異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)磨輥工作。2015年，意大利OMAS公司Leonardo磨粉機(jī)，首次采用永磁力矩電機(jī)實(shí)現(xiàn)磨粉機(jī)主動(dòng)磨輥的傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了磨輥直聯(lián)傳動(dòng)。這一設(shè)計(jì)完全顛覆了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思路，永磁力矩電機(jī)技術(shù)雖已成熟，但具體應(yīng)用到實(shí)際使用，還需要我們積極探索和積累經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)。節(jié)能環(huán)保低排放這是毋庸置疑的，據(jù)OMAS公司稱(chēng)，永磁力矩電機(jī)的采用，整機(jī)可節(jié)約能源達(dá)70%。因此這絕對(duì)是綠色設(shè)計(jì)，期盼國(guó)產(chǎn)磨粉機(jī)早日實(shí)現(xiàn)永磁力矩電機(jī)直聯(lián)傳動(dòng)。

2.5 磨粉機(jī)噪音控制綠色設(shè)計(jì)

目前我國(guó)生產(chǎn)大型磨粉機(jī)的企業(yè)為數(shù)不多，都掌握了基本設(shè)計(jì)方法，同時(shí)也積累了一定的設(shè)計(jì)和制造經(jīng)驗(yàn)，所需要重視的就是設(shè)計(jì)制造時(shí)要環(huán)境更友好、節(jié)能更環(huán)保、低碳更綠色設(shè)計(jì)理念的提升和應(yīng)用。由于最近十幾年我國(guó)裝備制造業(yè)的快速發(fā)展，加工能力的不斷提升，糧食行業(yè)也迎來(lái)了黃金發(fā)展期，激光切割機(jī)、數(shù)控加工設(shè)備、高端檢測(cè)設(shè)備的普及，制造能力明顯增強(qiáng)，使得磨粉機(jī)制造技術(shù)和制造能力極大加強(qiáng)，磨粉機(jī)產(chǎn)品與國(guó)際一流產(chǎn)品差距越來(lái)越小。

國(guó)產(chǎn)大型磨粉機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性、噪音控制、操作維護(hù)方便等方面已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，如GB/T 25728—2010《糧油機(jī)械 氣壓磨粉機(jī)》標(biāo)準(zhǔn)，磨粉機(jī)空運(yùn)行噪音不大于80 db(A),實(shí)際上現(xiàn)在磨粉機(jī)空運(yùn)行噪音不超過(guò)65 db(A)。

3 結(jié)語(yǔ)

機(jī)械設(shè)計(jì)制造中要防止過(guò)度加工，關(guān)鍵零部件精度一定要保證，非關(guān)鍵零部件一定不要過(guò)度加工。過(guò)度加工直接導(dǎo)致浪費(fèi)能源、浪費(fèi)材料、浪費(fèi)設(shè)備和時(shí)間成本，導(dǎo)致磨粉機(jī)制作成本大幅度提高，要積極提倡綠色低碳理念貫穿于磨粉機(jī)設(shè)計(jì)制造全過(guò)程。

由于我國(guó)設(shè)備制造業(yè)起步較晚，磨粉機(jī)設(shè)計(jì)和制造水平完全達(dá)到世界一流水平還是需要一段時(shí)間。世界著名糧食機(jī)械制造商，如布勒、VGA、奧克利姆、佐竹、西蒙、ALPALA等糧機(jī)公司擁有上百年磨粉機(jī)制造歷史，國(guó)產(chǎn)磨粉機(jī)與之競(jìng)爭(zhēng)，不僅是技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)，同時(shí)也是價(jià)格等多方面的競(jìng)爭(zhēng)，如果我們還沿襲傳統(tǒng)設(shè)計(jì)制造方法，價(jià)格優(yōu)勢(shì)很快也會(huì)失去。國(guó)內(nèi)磨粉機(jī)生產(chǎn)廠家一定要擎起磨粉機(jī)民族制造業(yè)的旗幟，不負(fù)眾望生產(chǎn)出低碳環(huán)保優(yōu)質(zhì)綠色磨粉機(jī)。