機械設計節能環保原理的分析與應用探討

梁子幫

摘 要：本文主要闡述了機械設計節能基本原理，重點對機械設計節能基本原理的應用進行了深入分析與探討，以供參考。

關鍵詞：機械設計；節能環保；原理；應用

1 前言

隨著社會和科學技術的不斷發展，我國機械制造業得到了迅猛發展，但是機械制造對環境的影響也越來越大。相關數據顯示，全球的環境污染中，機械制造業造成的環境污染就占了70%，就我國的電器行業來說，每年都會產生大約兩千萬臺的廢棄電器，這些電器不僅會污染環境，更是對資源的極大浪費。因此，機械制造行業需要將節能融合到機械設計中。

2 機械設計節能基本原理

就目前來看，我國各個行業在發展過程中都會應用到機械設備，其根本原因在于應用機械設備不僅僅能夠縮短相應項目實施周期，對于提升項目整體質量也起到不可忽視的作用。為保證機械設備在運行過程中所消耗的能源物質符合企業發展需求，必須實施機械節能設計，在降低能源物質消耗量的同時，保證相應企業向著可持續的方向發展。

2.1 基于勢能的機械設計節能原理

一般來說，在進行機械設計的過程中經常會應用到能量守恒定律，通過這一定律能夠保證相關人員在短時間內了解到機械設備運行狀態和系統勢能變化幅度。機械設備在不同條件下運行，所產生的勢能也存在本質上的差異，一旦機械設備中勢能因某種因素驟停，必然會導致設備勢能轉化出現問題， 無形中加大能源物質消耗量。針對于這一點，在機械設備運行時，應采取適當措施將機械設備勢能變化控制在規定的范圍內，避免勢能變化幅度過大造成能源浪費，進一步實現機械設計節能效果提升的目的。

2.2 基于動能的機械設計節能原理

在實施機械節能設計之前，需要相關人員對機械設計節能基本原理綜合分析，避免在機械設計時出現問題，有效提升機械設備整體節能效果。傳統機械設備在設計過程中往往考慮輸出功率變化，并分析設備在運行是產生的波動幅度，因此在機械設計加工時，應對設備自身動能狀況實施有效分析，并按照機械設備與動能狀態進行能源回收轉化，有效提升機械設備運行的節能效果。除此之外，還應按照機械節能狀況進行輸出力調整，在改善機械設備運行節能狀態的同時，提升相應機械設備運行的穩定性。一般來說，機械設備在運行時會產生一定摩擦力和阻力，這就需要在機械設備各項零件之間添加潤滑物質，這能夠在提升機械設備運行效率的同時，降低設備在運行過程中的能源物質消耗量，有效調整機械設備動能與輸出力之間的關系，在節約設備運行能源的同時，提升機械設備運行效率。

2.3 降低其他消耗功率

機械設備在運行過程中會受到多方面外在因素的干擾，導致設備在運行過程中出現無用功現象，如果不采取適當的措施解決這種現象，勢必造成機械設備能耗量提升，影響設備自身節能效果。基于此，應對機械設備在運行中可能出現的無用功綜合分析，并按照分析結果制定針對性解決措施，在保證機械設備運行效率的同時，確保機械設備節能設計水平提升的目的得以落實。

3 機械設計節能基本原理的應用

3.1 在升降機械方面的應用

升降機械在實際工作中的應用廣泛，且消耗功率及無用功較大，因此要在節能方面進行改善就要先了解消耗的具體原因，一般的消耗是發生在設備提升方面，也就是在設計升降機械之前要進行標準化處理，然后結合電梯的設計原理，在升降機設計中將升降機械與其他的機械相比較，消耗功率主要特征是將貨物與人的重量不斷提高，在這個過程中消耗的功率也是十分勻速的，工程實踐表明利用相同速度來提升質量相同的貨物，可以根據電梯標準計算來進行設計，如果按照系統勢能作為常量或者在小范圍內進行變化，那么可根據平衡升降機以及平衡電梯的設計方案進行，在平衡升降機中利用t 表示提升物體的質量，利用P 表示不便的配重，利用r1表示升降貨物卷筒的半徑，r2表示升降配重卷筒的半徑，這樣平衡的升降機系統勢能就為常量，在平衡電梯中利用t 表示轎廂與水箱的自重以及人數的變化質量，可以看出轎廂水箱的質量是人質量的1 /2，可以對驅動機構、平衡升降機以及電機功率進行對比，就會發現平衡升降機與電梯所需要的電機功率是不同的，還可以發現卷揚驅動機構系統的勢能在最大范圍的進行變化，平衡升降機或者平衡電梯的勢能可以在小范圍內進行變化，可以看出系統勢能為常量的時候該機構的節能效果是最為明顯的。

3.2 在機械加工設備方面的應用

機械加工設備在生活中的應用非常廣泛，機械加工設備在工作時消耗的能源也非常多，因此，機械加工設備也要采取一定的節能措施。比如，牛頭刨床，這種機械加工設備是依靠一個質量比較大的主軸來進行操作的，這個主軸可以確保設備的穩定運行，要想節約該設備的能耗，就要降低設備的輸入功率，應用機械設計節能的基本原理，在該設備的基礎上增加一個慣量比較大的飛輪，以此來降低設備主軸的速度變化，從而提升機械加工設備的功率，節約能耗。另外，在進行桌椅、衣櫥或者電腦等生活設備的加工時，可以采用電腦機械化來進行加工生產，減少沖壓以及焊接等設備的應用，以此來降低機械加工設備生產時造成的資源浪費。

3.3 在大型壓路機上的應用

大型壓路機是由三邊弧形的前沖擊輪以及后沖擊輪所組成的，沖擊輪的勢能是按照周期函數來呈現的，具有很大的變化空間以及變化范圍。因此，根據機械設計節能的基本原理可知，要想使大型壓路機節能，就要縮小大型壓路機系統勢能的變化范圍，當大型壓路機前沖擊輪以及后沖擊輪的勢能出相位達到一定的條件時，系統勢能就會在最小的范圍內變化。另外，還可以將重心最低時候的沖擊輪勢能變化減小到最小的區間內，這個區間越小，大型壓路機的節能效果就越好。

3.4 螺旋機、埋刮板輸送機的設計與應用

螺旋的設計最關鍵的是要確定合適的螺旋導程角、導程以及頭數等方面的參數，同時要根據不同方面的工作要求來選擇更為合適的參數，螺旋要具有一定的自鎖性以及要有較大的減速比，這時可以選擇單頭螺旋，或者選擇較小的導程與導程角，但是這樣使用的效率會比較低，為了更好的實現節能的效果，應該選擇傳遞功率比較大的螺旋機構，采用這種方式的優點是回轉運動可以轉變為直線運動，這樣運動的準確性也會比較高，同時復式螺旋能夠獲得很大的位移，差動的螺旋可以獲得較小的位移。這樣做既節能又十分的方便，確保工作能夠平穩的進行同時傳遞更大的軸向力。利用埋刮板輸送機進行水平輸送的時候，物料會受到刮板方面的推力，同時物料之間的摩擦力會不斷增大，如果在料層之間的高度與寬度之比滿足一定的條件，那么料流就能夠被輸送。在進行機械節能設計時會采用塑料刮板的形式，塑料刮板有著摩擦力小、噪音小的特點，減速機功率不斷降低了，那么成本也就變得更低了。

4 結束語

綜上所述，機械設備的設計中亟需進行節能設計。分析可得，通過對機械設計節能基本原理的分析與應用可知，機械制造企業要將節能基本原理作為依據，通過改變機械勢能、動能以及無用功的方式進行節能設計，降低機械生產和工作中的能耗，真正實現節能減排，提高機械制造企業的經濟效益和社會效益，從而提高機械制造業的發展。希望本文的研究可以幫助機械制造企業意識到節能的重要性。

參考文獻：

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