機械制造與自動化中節能設計理念的應用

李小敏，曹雪

（蘭州理工大學技術工程學院，甘肅蘭州，730300）

0 引言

當前，我國機械制造及其自動化的規模不夠完善，與之相關的技術尚未成熟，部分產品制造還無法達到市場標準。同時，機械制造環節的設計會造成各種資源的能源浪費，而這也違反了相關的可持續發展原則，可以將節能設計的相應概念并入機械制造和自動化領域，進而推動機械制造創新的優化。

1 節能設計在機械制造與自動化中的特征體現

節能先進的機械制造的特點多數表現為：機械節能設計包括自然循環效應，重復資源的循環利用，不僅減少污染生態環境的改善，也改善了居住環境的整體質量。所以，國家和社會都對機械設計和自動化中節能概念的應用極為重視，特別是面臨資源短缺這一普遍現象，機械制造行業應更加重視與節能理念有關聯的聯合應用，以實現機械工程設計的“綠色”[1]發展。如圖1所示。

圖1 綠色理念下的機械設計指標體系

2 節能理念下機械生產與自動化的應用優勢

2.1 提升資源利用率

節能設計理念要貫通于設計規劃的全過程，在根源合理分配生產資源，實現對勞動力、原料、器械、能源等資源的合理運用。因此，在機械生產領域綠色發展[2]的倡導理念，不僅影響制造業現代化的發展，還可以有效減少經濟發展與生態環境保護之間的沖突，也是促進國民經濟健康穩定發展，能源工業發展的重要途徑。

2.2 原材料環保

在進行選擇原材料時，可以利用相關環保材料代替重污染，不可重復利用的材料。自動機械生產在處理材料時需要耗損一定的能源。所以，盡量減少對能夠產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，節能的概念強調資源的有效利用，對未達標產品和破舊廢棄零件進行無公害處理后，應篩選可二次使用的零件，從而減少對污染的污染，提升機械生產的整體效率。

2.3 制造工藝耗能低

節能環保的設計理念應在實際生產中貫徹落實，采用低耗能，嚴格控制生產工藝，優化加工環節。比如在機械制造生產中，可以根據機械要求使用，嘗試選擇環保的加工技術，熱鍛與冷鍛相比，溫鍛工藝更加環保，所以采用溫鍛技術在一定程度上降低能量耗損，如果采用冷鍛技術或熱鍛技術，會在鍛造時浪費大量熱量。還能夠在機械設計上，在基本使用的基礎上，盡可能優化結構，對體積進行限制，最后減少自動生產所需的能耗。

3 落實節能設計原則的有效途徑

3.1 改進機械生產設計模式

在生產這一步驟的規劃設計時段，與機械設備的制造優勢特征、生產要求水平、生產成本和實質工藝需求相互融合，選擇高性能、穩定運行、結構固定的自動化制造設備。機械制造在實際的生產中，生產耗能受內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，它們之間產生強大的阻力，設備就需要更多的能量來支撐。為了維持生產環境的穩定性，應嚴格管理環境條件[3]。在設計過程的每個中間部分，必須分析和測試制造過程和方法的能耗及環境影響，以最大程度地提高能源效率。

3.2 協調自動生產的生態和經濟效益

根據節能環保概念的設計生產規劃，應適當選擇可回收利用，具有環境效益的節能原料。在設計過程當中盡可能采用零污染的環保原材料，不但能夠促進機械自動化生產的生態效益，使污染治理的成本有所減少，提升機械產品的使用壽命，而且還可以有效地控制生產過程中對環境造成的污染，促進機械制造業的穩定和可持續發展。

4 節能設計在機械制造與自動化中的實現策略

4.1 使用節能類發動機

發動機是機械生產工程中最大的應用裝置，這部分對四周環境會產生巨大的影響，所以，在選擇用于機械制造的發電機時，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無法滿足現實需求，所以針對未滿足要求的裝置不能私自使用。

4.2 維護處理液壓系統

在機械自動化的工程中，液壓系統具有較強的穩定性和實用性，設計者注意到機械液壓系統的保護和處理的相關情況，特別是要增強防漏處理，防止液壓油的流失，從系統到外部，以維持系統的有效運行。另外，封閉的設計能夠阻止細小塵埃進入液壓系統的內部空間，減輕液壓系統中各個裝置之間的沖擊，減少傳遞負荷，讓機械設備擁有一個良好的工作形態。

4.3 機械工藝優化設計

（1）對于特定的機械設備，可以選擇具有不同溫度水平（例如熱，溫和冷）的鍛造[4]和壓制方法進行處理加工，以滿足設備應用多維度的要求。這個過程中，有必要定義每個處理環節的能耗，并根據能耗的真實應用特征完成綜合選擇。比如，高熱鍛壓機的能量效率低，因此在鍛壓機中應減少這種方法的頻率。綜上所述，通過結合兩種方法的加工，溫鍛具有更顯著的優勢，操作過程中應優先考慮此過程。

（2）機械制造設計中的工藝參數作用很大，特別是在節能方面。工程節能的直接效果受到參數的設置的影響。有關制造系統中電氣交版的定量，如圖2。比如，軸附件的加工應以多種毛坯為首先使用目標。所以，在制備工程中，應注意坯料成型所需的耗能比，不要沖動性的投入大量有效能量。

圖2 電氣交版中的定量

（3）工藝流程是對機械制造過程的總體控制，減去一些不必要的過程，可以有效地減少加工時間，特別是能夠減少工序之間的等待時間。但是，如果程序設置尚不合理，就會增加過程連接和轉換的時間，加大能量損失，并造成一些不需要的經濟投入。

5 結語

在設計計劃，設備制造和后處理等方面機械性能的損失得到合理控制。特別是要實現“節能減排”的目標，就要聯系機械設計，設計人員應依據“節能設計”、“綠色概念”等要求對高能耗的相關檢測系統進行檢查分析。