關于機械制造工廠設計的節能方法研究

摘要：節約能源作為我國的基本國策，在機械制造工廠設計中也應加入節能理念，并加強對節能方法的研究，以低能源消耗實現更快的經濟增長與社會效益回報。

關鍵詞：機械制造；設計；節能方法

我國機械制造業充分體現了綜合國力，是國民整體生產水平、整體素質提升的重要基礎。提高機械制造業對節能低消耗的意識，能有效優化我國經濟結構，提升技術裝備。本文將對當前機械制造耗能高的原因及節能方法進行分析與闡述。

1.機械制造能耗高的原因

1.1生產設備相對落后

當前，我國機械制造工廠的現狀為：缺乏核心研究技術、設備陳舊落后，遠遠落后于國際先進水平十年，甚至十五年。我國與發達國家相比的重要差距表現為高新技術產業發展、核心競爭力及自主科技創新能力的滯后，當前我國機械制造工廠的新產品研發率極低，僅占發達國家工業的十分之一左右。

1.2勞動效率低下

我國機械制造工廠的發展受到國際產業轉移的影響。從全球發展來看，機械制造業的主要國家集中在日本、美國、德國等，我國在生產數量上則排列世界第四位。但同時也應認識到我國機械制造與發達國家先進水平存在的差距：一是產品普遍低端化，附加值較低，其增加值率約為26%，相對日本、美國、德國等仍處于低水平狀態；二是我國勞動生產率較低、污染嚴重、能源消耗量大，例如制造業的能源消耗量占全國一次能耗約63%，單位產品的能耗量則比國際水平高出約20%-30%。

1.3效益回報差

能耗高的機械行業，在制造工廠的建立之初其技術與資金投入都比較少，因此普遍出現低水平、重復建設等問題，很難形成經濟規模。很多企業的專業化生產水平低、生產裝備的技術水平差，造成產品的質量不穩定、能源消耗率高、經濟回報率低。

2.機械制造工廠設計的節能方法

2.1節能措施的設計

根據能源審計的數據要求，具體分析機械制造耗能的原因，有些是生產過程中的能源浪費、有些是人為浪費。如果是人為產生的浪費，就需要加大節能的宣傳，樹立節能意識，強調能源使用的優化管理。而如果是在生產過程中的浪費，就要對具體情況進行分析，不斷改善生產工藝，提高生產效率，進而達到節能的目標。例如降低毛坯粗糙度、選擇節水工藝的干式切削、高速切削技術、提高熱處理等都是很好的方法。在機械制造工廠的生產過程中，直接能耗量并不高，但是涉及到大量的鋼材等原材料的消耗，而生產鋼材也需要較多的能源，機械業作為高耗材產業，實際上節材即節能。另外，再制造工藝的節能減排效果更為明顯，再制造產品相對新產品達到節能率60%，且其中約70%的部件都可以再利用，在制造過程中極大節約了能源的消耗，成本價格也遠低于新產品，節約率可達一半以上，毛利率大大高于新品。

2.2管理器具的節能設計

在機械制造工廠設計中，能源計量和節能監測、能源利用、能源統計、能源審計等狀況分析是企業能源管理與節能的基礎，而能源計量則是基礎的基礎。如果一個企業缺乏合理的能源計量器具，能源管理部門就無法獲得準確可靠的計量數據，對一個工廠的節能監測、能源利用、能源統計、能源審計等狀況不能及時掌握并進行科學分析，更不能為企業的能源管理與節能工作提供更準確、更可靠的指導方向，進而造成能源的嚴重浪費，提高機械制造工廠的生產成本。隨著我國經濟的迅速發展，國家已經提出了節能降耗工作的更高、更新要求，企業的能源計量工作也更加重要，要求與國家的節能、環保要求適應。機械制造工廠通過對能源計量器具的設計，能夠調節能源消耗的合理性，減少消耗能源率，有效降低成本。

2.3機械制造的燃油經濟性

機械發動機的燃油特性，是評價產品主要節能性能的重要指標，而燃油的經濟性則很大程度上取決于發動機與傳動系間的匹配情況。當發動機工作處于最高功率點時，生產的效率為最高，同時耗油量也處于最高。當發動機處于最佳耗油點時，其燃油的經濟性能也達到最好狀態。但是如果某機械循環作業，機器處于最高功率狀態的時間比重關系并不大。因此，應進行發動機-傳動系間的合理匹配分析。在靜液壓的傳動過程中，根據工程的機械低速、重載等工作特點，考慮到動力和速度的要求，應在液壓馬達、液壓泵、發動機三者之間，采取微機與負荷傳感技術，根據事先設定的工作模式實現流量、壓力及功率的節能控制，以確保液壓系統與發動機間的匹配，保證實際工作的順利開展，并處于高節能點與高效率點，獲得最合理的燃油經濟性。液力機械傳動中主要缺點為效率低，其變矩器平均傳動效率僅為60%左右，而采取液力變矩器與多檔變速器，再結合自動變速控制技術，既能保證牽引力，又能將變速器保持在高效范圍工作。

3.能量效率應用實例

本實例研究主要針對ISO22單極液壓油（多用于冬季）及ISO46單級液壓油（多用于夏季），與整個季節的多級液壓油進行比較。得出的研究成果表明，在提高機械潤滑保護的同時，應按照使用季節的區別，更換能夠全年工作的多級油，減少燃料的消耗、節約成本。

油液的粘度是隨著溫度的變化特性即油液的粘溫特性，以粘度指數（VI）表示，年度指數越高，則溫度增加的粘度降低量較小，粘溫的特性較好。一般要求液壓油的粘度指數為90以上，當液壓系統中工作溫度的范圍變化相對較大時，則應該選擇粘度指數更大的液壓油。具備高粘度指數的原油及添加劑的多級液壓油，多應用于適應性強較強的單級液壓油溫度范圍中。多級液壓油相對同等粘性等級的單級液壓油溫度低于40℃。也就是說，該種液壓油在低溫狀態的流量更快，能有效提高機械的工作效率。當溫度增加時，多級液壓油的粘性比單級降低的更少，在高溫時能提供有保障的容積效率，對具備高粘性指數的液壓油更具備良好性能。因此，有關柴油機燃料節約的計算是基于一定工作量為前提所消耗的燃料。如表1：

夏 季冬 季

可節約能量（kw·h）1147.24864.2

柴油機的燃料消耗（加侖/ kw·h）0.05730.0691

可節約燃料（加侖）79.3336.3

每年總共可節省燃料（加侖）415.6

在上表中，假設柴油機的燃料價格是$1.72/加侖，那么每臺機械的年節約費用為$715。假設一個100臺機械的工作組，即有200個泵，在開展同數量的工作時就可節約費用$143000元/年。若考慮到環境因素的影響，那么100臺機械每年可以節約83120加侖的柴油機燃料，同時極大減少了二氧化碳排放物。經研究表明，通過選擇適合的多級液壓油，在液壓泵完成一定數量工作的時候，能更大幅度地減少柴油機的燃料用量，進而減少運行費用，達到節能的目標。

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