從綠色環(huán)保理念出發(fā)的現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)思路分析

摘 要：在工業(yè)機(jī)械制造過(guò)程中，需要消耗大量的資源和材料，且往往會(huì)產(chǎn)生諸多類型的生產(chǎn)廢物，如果沒(méi)有得到有效處理，會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成不利的影響。本文主要基于綠色環(huán)保理念出發(fā)，對(duì)現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械綠色環(huán)保設(shè)計(jì)的重要性進(jìn)行闡述，并詳細(xì)提出綠色環(huán)保理念下的機(jī)械設(shè)計(jì)思路，希望對(duì)相關(guān)工作的開展提供參考。

關(guān)鍵詞：綠色環(huán)保理念;現(xiàn)代工業(yè);機(jī)械設(shè)計(jì);設(shè)計(jì)思路

引言：為了確保工業(yè)的健康發(fā)展和社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)化發(fā)展，國(guó)家十分重視工業(yè)的綠色環(huán)保發(fā)展，圍繞工程機(jī)械的發(fā)展也提出了相一系列的政策和規(guī)劃，如2015年國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)《中國(guó)制造2025》的通知、2017年中共中央辦公廳《關(guān)于開展質(zhì)量提升行動(dòng)的指導(dǎo)意見(jiàn)》等，都對(duì)綠色制造進(jìn)行了強(qiáng)調(diào)。在此背景下，現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)就需要重視綠色環(huán)保理念的體現(xiàn)，并將其在設(shè)計(jì)全過(guò)程有效滲透，這也是時(shí)代發(fā)展對(duì)其行業(yè)提出的新要求。

一、現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)以及環(huán)保節(jié)能理念

機(jī)械工程涉及到機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械加工和機(jī)械養(yǎng)護(hù)等環(huán)節(jié)，而機(jī)械設(shè)計(jì)是其第一步，其設(shè)計(jì)效果直接關(guān)系到機(jī)械設(shè)備的性能。在工業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中，需要開展現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)研、機(jī)械功能和使用環(huán)境的分析，后做好研發(fā)設(shè)計(jì)方案的確定。工業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)有著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牧鞒蹋纫Y(jié)合用戶需求以及市場(chǎng)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)任務(wù)的制定，后對(duì)機(jī)械工作原理與結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行確定，完成機(jī)械初步設(shè)計(jì)，再基于初步設(shè)計(jì)完成全部的零部件以及總圖設(shè)計(jì)，并做好審查工作，最后完成工作圖以及技術(shù)文件的繪制與編制[1]。

機(jī)械設(shè)計(jì)中的綠色環(huán)保理念則是從綠色環(huán)保的角度開展機(jī)械設(shè)計(jì)工作，此理念需要貫穿到機(jī)械設(shè)計(jì)的全過(guò)程，如零部件的材料選擇、機(jī)械運(yùn)行的性能、機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)加工、污染物的排放等，致力于實(shí)現(xiàn)機(jī)械產(chǎn)品的高性能、低能耗、低成本生產(chǎn)。在環(huán)保節(jié)能理念下，機(jī)械設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)關(guān)注以下內(nèi)容：依據(jù)規(guī)定要求的能耗范圍實(shí)現(xiàn)無(wú)用功率以及能耗量的控制;做好機(jī)械動(dòng)能以及勢(shì)能等的有效控制;若機(jī)械的功率需求超過(guò)規(guī)定范圍標(biāo)準(zhǔn)，要按照實(shí)際情況進(jìn)行新裝置的配備，實(shí)現(xiàn)能耗量的降低。

二、機(jī)械設(shè)計(jì)中綠色環(huán)保思想的作用

1、降低機(jī)械設(shè)備的能耗

工業(yè)機(jī)械在使用中具有大量的能耗，據(jù)統(tǒng)計(jì)我國(guó)的機(jī)械工業(yè)具有的能耗量大約占到5.5%全國(guó)的總能耗比例，且對(duì)電能的消耗占到全國(guó)約7.4%總電能的捎耗量。面對(duì)工業(yè)機(jī)械的大能耗特點(diǎn)，在機(jī)械設(shè)計(jì)中就需要做好其能耗的控制，通過(guò)合理的手段與技術(shù)提高其能源的利用率。在機(jī)械工業(yè)中，對(duì)能耗量有著巨大需求，將綠色環(huán)保理念在機(jī)械設(shè)計(jì)中滲透，就能夠從設(shè)計(jì)入手以先進(jìn)工藝和手段實(shí)現(xiàn)機(jī)械性能的提升，從而降低機(jī)械的能耗，這對(duì)機(jī)械設(shè)備的使用性能以及企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益提升有著積極的意義[2]。如在裝載機(jī)的設(shè)計(jì)中，散熱性能和其能耗有著密切關(guān)系，設(shè)計(jì)時(shí)可以遵循節(jié)能降耗的原則對(duì)其散熱系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，傳統(tǒng)散熱是采用冷卻風(fēng)扇的方式，可以選擇液壓驅(qū)動(dòng)獨(dú)立風(fēng)扇冷卻設(shè)計(jì)（如下圖1），在工作時(shí)以溫度傳感器對(duì)變矩器和液壓的油溫以及發(fā)動(dòng)機(jī)的水溫實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，且向控制器傳遞，后控制器結(jié)合所設(shè)定控制模式對(duì)電比例的溢流閥5壓力進(jìn)行控制，改變進(jìn)入到液壓馬達(dá)3內(nèi)的流量，此時(shí)液壓馬達(dá)會(huì)對(duì)風(fēng)扇2轉(zhuǎn)速產(chǎn)生改變。在發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生波動(dòng)時(shí)，其電比例的溢流閥同樣能夠確保液壓馬達(dá)的進(jìn)出口位置具有穩(wěn)定壓力，確保液壓馬達(dá)能夠穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)，從而此散熱系統(tǒng)散熱性能不會(huì)受到發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速影響。

2、提升環(huán)境保護(hù)的效果

工業(yè)機(jī)械在生產(chǎn)和運(yùn)行中都可能會(huì)存在對(duì)環(huán)境的影響，為了確保工業(yè)機(jī)械生產(chǎn)和運(yùn)行的環(huán)境環(huán)保效果，國(guó)家提出了綠色制造發(fā)展戰(zhàn)略。將綠色環(huán)保理念在現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中滲透，也可以從機(jī)械生產(chǎn)和運(yùn)行兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保效果。

工業(yè)機(jī)械生產(chǎn)中會(huì)使用到很多的材料和資源，如果機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理或者不科學(xué)，生產(chǎn)過(guò)程中勢(shì)必會(huì)造成材料的浪費(fèi)，還會(huì)導(dǎo)致加工能耗和廢物排放增加的情況，而通過(guò)工業(yè)機(jī)械綠色環(huán)保設(shè)計(jì)，從綠色環(huán)保角度出發(fā)對(duì)工業(yè)機(jī)械展開科學(xué)設(shè)計(jì)，就能夠有效降低機(jī)械材料的使用，便于機(jī)械制造能夠更好降低能耗和廢物的排放，從而達(dá)到環(huán)境保護(hù)的效果[3]。另外，工業(yè)機(jī)械在使用中不可避免會(huì)產(chǎn)生諸多的廢水和廢氣等，這些廢物勢(shì)必會(huì)對(duì)環(huán)境造成危害，而通過(guò)工業(yè)機(jī)械綠色環(huán)保設(shè)計(jì)，對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行綠色節(jié)能處理，提高機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行性能同時(shí)，還能夠抑制和減少諸多廢物的排泄，避免對(duì)環(huán)境的影響。如機(jī)械液壓系統(tǒng)和防滲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，通過(guò)對(duì)管道的合理設(shè)計(jì)，選用綠色環(huán)保和防腐蝕類的材料，能夠有效避免機(jī)械使用中產(chǎn)生的廢水對(duì)管道的腐蝕，防止液壓管道的腐蝕損壞或者脫離，確保機(jī)械設(shè)備正常工作同時(shí)，避免廢水的泄露會(huì)環(huán)境產(chǎn)生危害。

3、符合社會(huì)發(fā)展的要求

社會(huì)發(fā)展對(duì)能源的需求不斷增加，而面對(duì)能源使用量急劇增高的情況，國(guó)家也是采取了一系列的措施加強(qiáng)能源消耗的控制。近年來(lái)，國(guó)家提出了生態(tài)工程、綠色制造、節(jié)能發(fā)展等戰(zhàn)略，持續(xù)發(fā)展成為各個(gè)行業(yè)發(fā)展中需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容，綠色環(huán)保也為機(jī)械工業(yè)提供了新的發(fā)展要求及方向。工業(yè)機(jī)械生產(chǎn)和使用中都會(huì)產(chǎn)生大量的消耗和一定的環(huán)境污染，而我國(guó)在環(huán)境治理以及工業(yè)治理方面的策略并不是很完善，還需要繼續(xù)加大管理的力度，持續(xù)優(yōu)化相關(guān)政策，才能夠在未來(lái)發(fā)展中滿足環(huán)境治理的要求標(biāo)準(zhǔn)[4]。現(xiàn)階段，我國(guó)面臨著環(huán)境治理不佳以及能源緊缺等難題，這也對(duì)我國(guó)各個(gè)行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了阻礙。在此時(shí)代背景下，機(jī)械工業(yè)也承受很大壓力，面對(duì)政策要求以及發(fā)展責(zé)任的約束，將綠色環(huán)保理念在工業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中有效滲透，符合社會(huì)發(fā)展以及國(guó)家發(fā)展的需求，工業(yè)機(jī)械綠色環(huán)保設(shè)計(jì)也是行業(yè)長(zhǎng)久發(fā)展的關(guān)鍵，因此設(shè)計(jì)中需要充分創(chuàng)新，遵循綠色制造的原則，致力于打造健康、綠色的行業(yè)環(huán)境。

三、綠色環(huán)保理念下的機(jī)械設(shè)計(jì)思路

1、體現(xiàn)企業(yè)環(huán)保責(zé)任

生態(tài)戰(zhàn)略是我國(guó)可持續(xù)發(fā)展下提出的重要戰(zhàn)略，其關(guān)系到社會(huì)的發(fā)展以及人們的生活。但從現(xiàn)階段社會(huì)發(fā)展的情況來(lái)看，工業(yè)領(lǐng)域仍然還存在著諸多的環(huán)境污染現(xiàn)象，如廣西龍江河鎘污染事件、松花江重大水污染事件、汝州市騎嶺鄉(xiāng)環(huán)境污染事件等。這些環(huán)境污染事件的發(fā)生存在一個(gè)共同的原因，都是相關(guān)企業(yè)缺乏環(huán)保意識(shí)和環(huán)保責(zé)任，對(duì)生產(chǎn)中的廢物隨意排放而導(dǎo)致的[5]。

面對(duì)這種情況，綠色環(huán)保理念下的機(jī)械設(shè)計(jì)工作首先需要企業(yè)落實(shí)其環(huán)保責(zé)任。企業(yè)需要做好自身環(huán)保意識(shí)的強(qiáng)化，從可持續(xù)性發(fā)展考慮，對(duì)自身機(jī)械設(shè)備以及生產(chǎn)方式做好優(yōu)化。企業(yè)內(nèi)部人員要在工業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)過(guò)程嚴(yán)格落實(shí)綠色環(huán)保理念，在生產(chǎn)過(guò)程中還需要做好對(duì)機(jī)械產(chǎn)品以及工作過(guò)程的監(jiān)督，避免機(jī)械實(shí)際運(yùn)用對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染、對(duì)能源過(guò)度浪費(fèi);同時(shí)企業(yè)內(nèi)部還需要建立環(huán)保責(zé)任制度，落實(shí)各個(gè)部門及人員的環(huán)保責(zé)任，明確他們的環(huán)保責(zé)任要求及標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)他們?cè)趯?shí)踐工作中做好綠色環(huán)保理念的落實(shí)。通過(guò)這些措施，充分體現(xiàn)和落實(shí)企業(yè)環(huán)保責(zé)任，讓綠色環(huán)保不再是“空、假、大”，使其得到充分落地，為工業(yè)機(jī)械的綠色環(huán)保設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)提供保障。

2、機(jī)械設(shè)備的回收與循環(huán)利用

在工業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中，需要使用到很多的材料和零部件，這些都需要大量的材料資源消耗，而基于綠色環(huán)保理念的機(jī)械設(shè)計(jì)就需要對(duì)此部分的消耗盡可能地降低。出于此目的，在工業(yè)機(jī)械綠色環(huán)保設(shè)計(jì)中就需要關(guān)注機(jī)械設(shè)備的回收與循環(huán)利用，加強(qiáng)相關(guān)材料和零部件的回收實(shí)現(xiàn)材料資源的節(jié)省。在機(jī)械設(shè)計(jì)中，要對(duì)機(jī)械零部件做好綜合分析，考慮零部件的報(bào)廢或者可回收性，盡量選擇使用一些可回收性的材料或者零部件，即使需要做報(bào)廢處理也要盡可能降低對(duì)環(huán)境的影響[6]。在可回收設(shè)計(jì)中，一般需要從兩個(gè)方面做好考慮，一方面是對(duì)機(jī)械設(shè)備回收的材料和零部件進(jìn)行再制造和再加工處理，最大限度實(shí)現(xiàn)對(duì)材料及零部件的使用，減少對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的污染。而另一方面是對(duì)已報(bào)廢的設(shè)備材料回收，通過(guò)處理后再利用，但在廢舊機(jī)械的處理中，要盡可能發(fā)揮材料和零部件的價(jià)值，遵循“再利用為主、銷毀為輔”的原則，且對(duì)不同類型材料要做好分類、分級(jí)處理，結(jié)合具體材料采取針對(duì)性處理方法，實(shí)現(xiàn)資源可利用率提升的同時(shí)，還要避免對(duì)環(huán)境的污染。

3、綠色環(huán)保原料的應(yīng)用

工業(yè)機(jī)械制造中會(huì)使用到大量的材料，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)一般比較關(guān)注材料在硬度、剛度、撓度等方面的屬性，對(duì)其環(huán)保性能往往忽視。而綠色環(huán)保理念要求工業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)更加關(guān)注所用材料的環(huán)保性。

工業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)要注重對(duì)無(wú)污染或者少污染原料的選用，并結(jié)合實(shí)際需求盡可能選擇綠色環(huán)保型材料。選擇材料時(shí)，要遵循無(wú)污染、易分解和可再生等原則，選用無(wú)害化的材料，尤其是結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)要采用易裝配以及易分解類模塊化的結(jié)構(gòu)以及無(wú)毒害材料，便于機(jī)械材料再生率的提升。設(shè)計(jì)中還需要遵循低能耗、長(zhǎng)壽命和輕量化原則，以高性能材料使用對(duì)加些產(chǎn)品的壽命延長(zhǎng)，確保零部件材料的強(qiáng)度以及耐久性滿足要求，減少機(jī)械報(bào)廢量實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品能耗以及環(huán)境污染的降低;同時(shí)基于環(huán)境負(fù)荷控制的角度，設(shè)計(jì)時(shí)還要考慮產(chǎn)品零部件具有良好互換性以及通用性，便于實(shí)現(xiàn)零部件的循環(huán)使用，實(shí)現(xiàn)相關(guān)材料的節(jié)省。在工程機(jī)械的零部件選擇中，要避免選用樹脂、石棉或者含氯橡膠等一些有害的材料，若裝載機(jī)中的駕駛室以及內(nèi)飾方面選用了難分解且損害環(huán)境的塑料，會(huì)增加資源的浪費(fèi)以及環(huán)境的污染，在對(duì)儀表以及散熱器等的采購(gòu)中，要盡量減少鉛的使用，主機(jī)的附屬零部件要盡可能選用一些新型的環(huán)保材料[7]。另外，在機(jī)械初始設(shè)計(jì)階段，就要對(duì)機(jī)械零部件的廢棄處理做好考慮，按照污染的最小化和成本的最優(yōu)化原則，要求選用的零部件便于解體和破碎，且焚燒處理污染小或者可以當(dāng)作燃料實(shí)現(xiàn)回收利用。

4、產(chǎn)品研發(fā)速度的提升

在現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械的設(shè)計(jì)中，綠色環(huán)保理念的有效滲透主要體現(xiàn)在產(chǎn)品上，為了更好實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保工業(yè)機(jī)械的使用與發(fā)展，行業(yè)及其人員需要提升產(chǎn)品研發(fā)的速度。產(chǎn)品研發(fā)中，需要重點(diǎn)關(guān)注材料和機(jī)械方面的研發(fā)。

首先，需要加大對(duì)機(jī)械綠色環(huán)保材料的研發(fā)。機(jī)械制造中需要使用到很多材料資源，這些材料往往具有污染風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)生態(tài)環(huán)境以及人們的健康產(chǎn)生危害。因此機(jī)械設(shè)計(jì)要重點(diǎn)考慮對(duì)綠色環(huán)保材料的使用，積極研發(fā)一些新型綠色環(huán)保材料來(lái)代替污染類的材料，降低機(jī)械制造中材料污染的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)材料的使用還需要按照“少量多用”原則，確保機(jī)械設(shè)備性能滿足要求的同時(shí)，盡可能提升材料的利用率，盡可能控制機(jī)械材料污染的程度。其次，在機(jī)械設(shè)計(jì)中還有要關(guān)注機(jī)械結(jié)構(gòu)和功能方面的研發(fā)，立足綠色環(huán)保做好機(jī)械產(chǎn)品的科學(xué)化設(shè)計(jì)。如在機(jī)械駕駛室綠色環(huán)保設(shè)計(jì)中，可以安裝防輻射的玻璃，并采用全密封、減震降噪、整體式的駕駛室形式，頂部可以使用吸音型的環(huán)保材料，如海綿吸音材料等（入下圖2）;內(nèi)部可以設(shè)計(jì)無(wú)氟環(huán)保類的空調(diào)，并設(shè)計(jì)具備FOPS和POPS分析功能的駕駛室，保證駕駛員操作過(guò)程的安全性。

另外，還可以研發(fā)智能化工作系統(tǒng)，如采用自動(dòng)加脂以及集中潤(rùn)滑的系統(tǒng)等，手動(dòng)添加潤(rùn)滑脂的方式往往會(huì)導(dǎo)致油液出現(xiàn)溢出而污染環(huán)境的現(xiàn)象，通過(guò)研發(fā)和使用自動(dòng)加脂以及集中潤(rùn)滑的系統(tǒng)，能夠定時(shí)、自動(dòng)進(jìn)行潤(rùn)滑脂加注，以集中潤(rùn)滑的系統(tǒng)為例，可以定時(shí)自動(dòng)對(duì)各類鉸銷進(jìn)行黃油的加注，加油量是通過(guò)精細(xì)計(jì)算后所設(shè)定的，在確保各類銷軸達(dá)到充分潤(rùn)滑的同時(shí)還不會(huì)出現(xiàn)多余油的溢出情況，從而達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，綠色環(huán)保理念是國(guó)家生態(tài)工程建設(shè)和發(fā)展的體現(xiàn)，加工其在現(xiàn)代工業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)中的滲透符合行業(yè)及國(guó)家持續(xù)化發(fā)展的要求，在機(jī)械設(shè)計(jì)中滲透綠色環(huán)保思想有著重要的價(jià)值及作用，其能夠有效降低機(jī)械設(shè)備的能耗、提升環(huán)境保護(hù)的效果、符合社會(huì)發(fā)展的要求，而想要達(dá)到這樣的效果，綠色環(huán)保理念下的機(jī)械設(shè)計(jì)需要注重體現(xiàn)企業(yè)的環(huán)保責(zé)任、加強(qiáng)機(jī)械設(shè)備的回收與循環(huán)利用、積極進(jìn)行綠色環(huán)保原料的應(yīng)用、加強(qiáng)產(chǎn)品研發(fā)速度的提升，這也是其行業(yè)企業(yè)及相關(guān)人員需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳愛(ài)強(qiáng)，汪永超，李波，李強(qiáng).面向綠色制造的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案選擇[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2019（10）：15-19.

[2]周立新，袁彪，汪永超.面向機(jī)械產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)的材料選擇研究[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2017（09）：154-156+160.

[3]羅聰.冶金機(jī)械綠色設(shè)計(jì)應(yīng)用及關(guān)鍵問(wèn)題分析與闡述[J].中國(guó)錳業(yè)，2017，35（02）：162-164.

[4]馬偉偉.綠色節(jié)能環(huán)保機(jī)械設(shè)計(jì)及設(shè)備應(yīng)用淺述[J].皮革制作與環(huán)保科技，2021，2（03）：13-15.

[5]潘建新.綠色元素在注塑模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[J].模具技術(shù)，2018（04）：14-17.

[6]孫偉，孫見(jiàn)君，陳衛(wèi)，佘寶秋.基于約束滿足和范例推理的機(jī)械密封的綠色設(shè)計(jì)[J].流體機(jī)械，2017，45（12）：33-37+44.

[7]張雷，鄭辰興，鐘言久，秦旭.基于粗糙集的機(jī)械產(chǎn)品綠色設(shè)計(jì)知識(shí)更新[J].中國(guó)機(jī)械工程，2019，30（05）：595-602.

簡(jiǎn)介：何偉;1990.04，男 ，漢族，浙江省長(zhǎng)興縣人，江西科技學(xué)院，專科學(xué)歷，機(jī)電一體化技術(shù)專業(yè)， 從事消防機(jī)電生產(chǎn)10年，參與配合研發(fā)出多種新型消防產(chǎn)品。