節能設計理念在機械制造與自動化中的應用分析

趙麗杰

巨力索具股份有限公司 河北 保定 072550

1 前言

為提高國家工業綜合能力,增強在國際化形勢下的全球競爭力,我們必須注重機械工業的健康發展,以適應社會對生產的高品質要求。在中國傳統工業發展模式中,節約與環境保護理念不足,進而造成高能耗和污染的問題日益嚴峻,不利于中國經濟社會的可持續發展。因此,在現代機械制造以及自動化過程中需要逐步加入節能設計理念,加強科技的創新能力,從而減少生產過程與應用中的能源損耗。這不僅僅是幫助中小企業降低生產成本的最有效方式,同時也是解決當前社會能源短缺局面的重要渠道。

2 節能設計理念的特點

2.1 提升資源整體利用質效

節能設計理念應該貫徹在整個設計規劃流程中,從根源上對生產資源加以配置,從而做到材料、人員、設施、能耗等生產資源的科學合理使用。機械制造及其自動化中的節能設計理念在降低工業經濟蓬勃發展造成的污染程度的同時,又推動著人類文明和自然環境文明的共同健康快速發展。所以,在機械制造行業領域的節能設計理念推廣,不但推動了機械制造行業的現代化健康發展進程,也可有效解決社會經濟快速健康發展和生態建設環境保護之間的根本問題,同時也是促進國民經濟健康、穩定快速健康發展的重要途徑。

2.2 不斷地對技術與產品進行創新

要想把節能設計理念真正的運用于機械制造與自動化生產中,就需要進行不斷的技術革新和研究,發展新的制造技術和經營管理模式,通過將節能設計理念有效的融合,進而提高人們環境保護意識,制造出更適合社會發展的產品,從而更加和諧機械制造和環保生產之間的關系。

2.3 制造工藝低碳節能 節約環保的設計理念應貫徹在制造生產環節中,選取低能耗、污染特征較小的生產工序,并遵循節約設計規劃,嚴格控制工藝流程,優選加工工藝,以貫徹節能污染特征和減排、低碳低耗的設計目標。在設備生產過程中,可根據機器設備運行條件盡量選用更加環保的加工工藝,以減少能量消耗。

3 節能設計理念在機械制造自動化的運用

3.1 機械制造材料設計的應用 做好能源的合理保護同時,對環境友好型材料的合理選用是十分重要的。通過節能科技的引入,在能源消耗大大降低的同時,又可以進一步減少對環境的污染。在設計及實際的生產加工環節,要充分考慮無毒無害材料的應用,這樣不僅可以減少工業廢氣與污水的產生,同時還可大大提高機械材料的再生利用率;,所選用的機械零部件也必須符合安全無毒、可拆卸、標準化、通用化的基本條件,盡量避免出現材料的浪費現象。同時節能設計理念的深入應用,可以逐步使更多的人重視節約環境材質,更好地服務于機械生產和自動化的發展。

3.2 機械設計應用 機械設備生產時有必要把節能理念納入機械設計環節,采用清潔環保型發動機可以合理降低使用過程中的噪聲污染,還可降低能量耗費,大大提高效率,如此可以進一步降低機械設備生產對環境的污染。對液壓系統實施節能設計,在確保液壓控制系統有效運行的同時,對液壓控制系統各環節加以完善,降低液壓控制系統的能量損耗;對油性物質實行科學的管理如對污物的分離、過濾清理,延長換油期,不僅有利于系統內各環節的清潔工作,還可降低系統發生問題的可能性,延長機器的壽命,降低對配件的更新浪費,從而降低了系統內的環境污染狀況。在液壓構件的材料選用上,也應該采用環保型材質,這樣才可以減少液壓管的破損機率,降低由于管材的破損所引起的污染。對于大型工程機械,駕駛室內的操作為機械控制的核心,為了駕駛員的安全保障及操作的便捷性,駕駛室的設計不僅要符合人機工程的要求還需融入節能環保因素,具體來說,需要設計人員能夠從駕駛室結構安排、強度防御、操作布置等方面入手,最大限度地設計符合駕駛員生理特征的駕駛環境。

節能設計理念還體現在材料節約、產品壽命周期方面,機械設計時需考慮材料的利用率及費用、產品防腐處理、密封防塵等。設計產品時類似結構盡量選用同規格、同性能材料,非受力零部件選用低性能材料,借助輔助設計工具完善產品設計結構,提高材料的利用率。產品部件腐蝕失效是產品報廢的一個重要方面,故防腐處理亦是設計必須考慮事項,通過防腐處理延長零部件的使用年限,進而延長產品的壽命周期,而防腐處理往往面臨著環境污染問題,設計時需權衡考慮,選取適合的表面處理方法。密封防塵設計也是延長產品壽命周期的一個方向,灰塵雜質的滲入將造成系統的損壞甚至設備報廢,尤其液壓系統,密封防塵從不僅減少了系統對周圍環境的污損還節約了能源。

3.3 生產工藝設計應用 生產工藝設計的節能設計理念,主要表現在優化組織架構設計、優化加工工藝和合理設定加工工序等方面。其中,優化組織架構設計主要是指通過制造機械與自動生產制造工序的結合,確定了生產設備資源和技術資源,從而使得組織結構總體的設計方案更符合節約環境要求。在通常情形下,由于制造的機械設備和自動生產線都比較短,在組織結構表現方面就比較簡單。而實現組織架構設計節能的首要目的就是削減不必要的制造環節,從根源處深化自動化制造的節能效益。而優化加工工藝目的在于克服以往制造工序能耗高、水污染程度高等的問題。在具體優化流程中,工程設計技術人員要求優先考慮使用能耗較少、環境污染程度低的生產工藝,以符合節約理念要求。合理設置的加工工序也主要是指在機械制造和自動加工等工序中加入節約設計理念,以盡量減少不必要的能源問題。但必須重視的是,工程設計技術人員也可適當把工作側重點放到對加工參數的節約設計方面,以降低加工過程的能源問題,從而實現機械制造品質和效益的雙重提升。

3.4 生態與經濟效益協同性設計應用 按照節能環保型發展理念的產品設計制造方法,應當合理選用可回收、具有良好環境效益的環保材質,同時,做好潔凈燃料、可再生能源材料的研發和使用。并盡量在產品設計過程中采用污染性較小的環保型材質,不但能夠提高機械自動化制造的生態效益,減少環境污染處理的生產成本,改善機械制造產品的使用品質,同時,還可以有效抑制產品處理過程中產生的環境污染,從而促進機械制造行業的平穩、低碳、可持續發展。一方面,在節能理念的指引下,開展生產設計工作時,應當限制采用有害成分嚴重超標、能量密集、無法降解的物料,應選用高耐久性、低能耗、無公害化或污染特征較小的物料,以控制所制造物料的無毒與無害比例。另外,在全程自動化節能產品設計流程中,對無法處理的報廢零部件,要做到在最小化工藝耗費的前提下加以合理的處置,以全面落實節約制造、保護環境設計的原則。

3.5 產品結構設計與功能優化 機械結構形態直接決定著能源的利用率,并對資源的合理使用有較大影響。所以,節能設計理念應用時必須從優化機械的結構形態與功用出發,并基于減少機械設備能源和增加資源使用率的角度審視設計方案的合理性。

考慮電機等動力裝置可以實現電能轉換進而驅動機械工作,設計時應針對機械設備的功能特性及其使用場合特點,決定電動機以及燃料發電機等的種類并優化其技術參數的選取。后續在設備傳動、自動控制等系統的設計流程中,應該選擇能源消耗小、安全性高的技術方案,故在技術要求允許的前提下優先選擇氣壓傳動系統而不是液壓傳動系統,還可給機械設備配套完整的故障自檢、診斷功能的控制器等,以實現節電、提高機械性能和降低污染源的多重目的。

4 結語

機械制造領域的集成化、高自動化發展趨勢,在提高了中國機械制造行業綜合生產能力效益和產品質量水平的同時,也產生了大量的能耗、環境污染問題。把節能理念合理地融入機械設計和制造流程中,可有效提高機械設備制造的資源使用質效,從而減少對環境的直接影響,達到節能降耗的目標。機械生產制造企業需立足于產品設計、工藝、制造及管理等各環節的實際狀況,在整個流程中落實環保理念,通過優化機械加工過程,合理控制產品消耗量,優先選用無污染材料等,促進機械制造及自動化行業的可持續綠色發展。