機(jī)械制造與自動(dòng)化中節(jié)能設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用

李小敏，曹雪

（蘭州理工大學(xué)技術(shù)工程學(xué)院，甘肅蘭州，730300）

0 引言

當(dāng)前，我國(guó)機(jī)械制造及其自動(dòng)化的規(guī)模不夠完善，與之相關(guān)的技術(shù)尚未成熟，部分產(chǎn)品制造還無(wú)法達(dá)到市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，機(jī)械制造環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)會(huì)造成各種資源的能源浪費(fèi)，而這也違反了相關(guān)的可持續(xù)發(fā)展原則，可以將節(jié)能設(shè)計(jì)的相應(yīng)概念并入機(jī)械制造和自動(dòng)化領(lǐng)域，進(jìn)而推動(dòng)機(jī)械制造創(chuàng)新的優(yōu)化。

1 節(jié)能設(shè)計(jì)在機(jī)械制造與自動(dòng)化中的特征體現(xiàn)

節(jié)能先進(jìn)的機(jī)械制造的特點(diǎn)多數(shù)表現(xiàn)為：機(jī)械節(jié)能設(shè)計(jì)包括自然循環(huán)效應(yīng)，重復(fù)資源的循環(huán)利用，不僅減少污染生態(tài)環(huán)境的改善，也改善了居住環(huán)境的整體質(zhì)量。所以，國(guó)家和社會(huì)都對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)和自動(dòng)化中節(jié)能概念的應(yīng)用極為重視，特別是面臨資源短缺這一普遍現(xiàn)象，機(jī)械制造行業(yè)應(yīng)更加重視與節(jié)能理念有關(guān)聯(lián)的聯(lián)合應(yīng)用，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械工程設(shè)計(jì)的“綠色”[1]發(fā)展。如圖1所示。

圖1 綠色理念下的機(jī)械設(shè)計(jì)指標(biāo)體系

2 節(jié)能理念下機(jī)械生產(chǎn)與自動(dòng)化的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1 提升資源利用率

節(jié)能設(shè)計(jì)理念要貫通于設(shè)計(jì)規(guī)劃的全過(guò)程，在根源合理分配生產(chǎn)資源，實(shí)現(xiàn)對(duì)勞動(dòng)力、原料、器械、能源等資源的合理運(yùn)用。因此，在機(jī)械生產(chǎn)領(lǐng)域綠色發(fā)展[2]的倡導(dǎo)理念，不僅影響制造業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，還可以有效減少經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間的沖突，也是促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)健康穩(wěn)定發(fā)展，能源工業(yè)發(fā)展的重要途徑。

2.2 原材料環(huán)保

在進(jìn)行選擇原材料時(shí)，可以利用相關(guān)環(huán)保材料代替重污染，不可重復(fù)利用的材料。自動(dòng)機(jī)械生產(chǎn)在處理材料時(shí)需要耗損一定的能源。所以，盡量減少對(duì)能夠產(chǎn)生或者吸收大量熱量的原材料的選擇，可以嘗試選擇能夠二次使用或完全分解的原材料。同時(shí)，節(jié)能的概念強(qiáng)調(diào)資源的有效利用，對(duì)未達(dá)標(biāo)產(chǎn)品和破舊廢棄零件進(jìn)行無(wú)公害處理后，應(yīng)篩選可二次使用的零件，從而減少對(duì)污染的污染，提升機(jī)械生產(chǎn)的整體效率。

2.3 制造工藝耗能低

節(jié)能環(huán)保的設(shè)計(jì)理念應(yīng)在實(shí)際生產(chǎn)中貫徹落實(shí)，采用低耗能，嚴(yán)格控制生產(chǎn)工藝，優(yōu)化加工環(huán)節(jié)。比如在機(jī)械制造生產(chǎn)中，可以根據(jù)機(jī)械要求使用，嘗試選擇環(huán)保的加工技術(shù)，熱鍛與冷鍛相比，溫鍛工藝更加環(huán)保，所以采用溫鍛技術(shù)在一定程度上降低能量耗損，如果采用冷鍛技術(shù)或熱鍛技術(shù)，會(huì)在鍛造時(shí)浪費(fèi)大量熱量。還能夠在機(jī)械設(shè)計(jì)上，在基本使用的基礎(chǔ)上，盡可能優(yōu)化結(jié)構(gòu)，對(duì)體積進(jìn)行限制，最后減少自動(dòng)生產(chǎn)所需的能耗。

3 落實(shí)節(jié)能設(shè)計(jì)原則的有效途徑

3.1 改進(jìn)機(jī)械生產(chǎn)設(shè)計(jì)模式

在生產(chǎn)這一步驟的規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)段，與機(jī)械設(shè)備的制造優(yōu)勢(shì)特征、生產(chǎn)要求水平、生產(chǎn)成本和實(shí)質(zhì)工藝需求相互融合，選擇高性能、穩(wěn)定運(yùn)行、結(jié)構(gòu)固定的自動(dòng)化制造設(shè)備。機(jī)械制造在實(shí)際的生產(chǎn)中，生產(chǎn)耗能受內(nèi)部零件的多少和各異形狀的影響，零件與零件的形狀成正比，它們之間產(chǎn)生強(qiáng)大的阻力，設(shè)備就需要更多的能量來(lái)支撐。為了維持生產(chǎn)環(huán)境的穩(wěn)定性，應(yīng)嚴(yán)格管理環(huán)境條件[3]。在設(shè)計(jì)過(guò)程的每個(gè)中間部分，必須分析和測(cè)試制造過(guò)程和方法的能耗及環(huán)境影響，以最大程度地提高能源效率。

3.2 協(xié)調(diào)自動(dòng)生產(chǎn)的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)節(jié)能環(huán)保概念的設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)劃，應(yīng)適當(dāng)選擇可回收利用，具有環(huán)境效益的節(jié)能原料。在設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中盡可能采用零污染的環(huán)保原材料，不但能夠促進(jìn)機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)的生態(tài)效益，使污染治理的成本有所減少，提升機(jī)械產(chǎn)品的使用壽命，而且還可以有效地控制生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)環(huán)境造成的污染，促進(jìn)機(jī)械制造業(yè)的穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展。

4 節(jié)能設(shè)計(jì)在機(jī)械制造與自動(dòng)化中的實(shí)現(xiàn)策略

4.1 使用節(jié)能類發(fā)動(dòng)機(jī)

發(fā)動(dòng)機(jī)是機(jī)械生產(chǎn)工程中最大的應(yīng)用裝置，這部分對(duì)四周環(huán)境會(huì)產(chǎn)生巨大的影響，所以，在選擇用于機(jī)械制造的發(fā)電機(jī)時(shí)，努力選擇高效，低能耗，污染少的類型。目前，水冷渦輪增壓柴油機(jī)無(wú)法滿足現(xiàn)實(shí)需求，所以針對(duì)未滿足要求的裝置不能私自使用。

4.2 維護(hù)處理液壓系統(tǒng)

在機(jī)械自動(dòng)化的工程中，液壓系統(tǒng)具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性和實(shí)用性，設(shè)計(jì)者注意到機(jī)械液壓系統(tǒng)的保護(hù)和處理的相關(guān)情況，特別是要增強(qiáng)防漏處理，防止液壓油的流失，從系統(tǒng)到外部，以維持系統(tǒng)的有效運(yùn)行。另外，封閉的設(shè)計(jì)能夠阻止細(xì)小塵埃進(jìn)入液壓系統(tǒng)的內(nèi)部空間，減輕液壓系統(tǒng)中各個(gè)裝置之間的沖擊，減少傳遞負(fù)荷，讓機(jī)械設(shè)備擁有一個(gè)良好的工作形態(tài)。

4.3 機(jī)械工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)

（1）對(duì)于特定的機(jī)械設(shè)備，可以選擇具有不同溫度水平（例如熱，溫和冷）的鍛造[4]和壓制方法進(jìn)行處理加工，以滿足設(shè)備應(yīng)用多維度的要求。這個(gè)過(guò)程中，有必要定義每個(gè)處理環(huán)節(jié)的能耗，并根據(jù)能耗的真實(shí)應(yīng)用特征完成綜合選擇。比如，高熱鍛壓機(jī)的能量效率低，因此在鍛壓機(jī)中應(yīng)減少這種方法的頻率。綜上所述，通過(guò)結(jié)合兩種方法的加工，溫鍛具有更顯著的優(yōu)勢(shì)，操作過(guò)程中應(yīng)優(yōu)先考慮此過(guò)程。

（2）機(jī)械制造設(shè)計(jì)中的工藝參數(shù)作用很大，特別是在節(jié)能方面。工程節(jié)能的直接效果受到參數(shù)的設(shè)置的影響。有關(guān)制造系統(tǒng)中電氣交版的定量，如圖2。比如，軸附件的加工應(yīng)以多種毛坯為首先使用目標(biāo)。所以，在制備工程中，應(yīng)注意坯料成型所需的耗能比，不要沖動(dòng)性的投入大量有效能量。

圖2 電氣交版中的定量

（3）工藝流程是對(duì)機(jī)械制造過(guò)程的總體控制，減去一些不必要的過(guò)程，可以有效地減少加工時(shí)間，特別是能夠減少工序之間的等待時(shí)間。但是，如果程序設(shè)置尚不合理，就會(huì)增加過(guò)程連接和轉(zhuǎn)換的時(shí)間，加大能量損失，并造成一些不需要的經(jīng)濟(jì)投入。

5 結(jié)語(yǔ)

在設(shè)計(jì)計(jì)劃，設(shè)備制造和后處理等方面機(jī)械性能的損失得到合理控制。特別是要實(shí)現(xiàn)“節(jié)能減排”的目標(biāo)，就要聯(lián)系機(jī)械設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)依據(jù)“節(jié)能設(shè)計(jì)”、“綠色概念”等要求對(duì)高能耗的相關(guān)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行檢查分析。