基于節(jié)能理念的機(jī)械制造和自動(dòng)化設(shè)計(jì)

沈明祥

摘要：現(xiàn)代制造業(yè)中機(jī)械制造和自動(dòng)化是高能耗的行業(yè)，節(jié)能理念的引入具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。當(dāng)前雖然經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，但能源更加緊缺，資源供需之間矛盾不斷加劇。機(jī)械制造和自動(dòng)化可以提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，提升企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，推動(dòng)我國(guó)工業(yè)的發(fā)展。機(jī)械制造和自動(dòng)化在促進(jìn)各行業(yè)發(fā)展的同時(shí)，也不可避免出現(xiàn)較大能耗和資源浪費(fèi)的問(wèn)題。我國(guó)機(jī)械制造和自動(dòng)化水平還不高，部分技術(shù)還不成熟，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)容易出現(xiàn)多種能源和資源的浪費(fèi)，要將節(jié)能理念融入機(jī)械制造和自動(dòng)化設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)資源的高效利用。

關(guān)鍵詞：節(jié)能理念;機(jī)械制造;自動(dòng)化

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? 文章編號(hào)：1009-3044（2019）02-0258-02

機(jī)械制造和自動(dòng)化推動(dòng)著工程機(jī)械行業(yè)的發(fā)展，給其帶來(lái)巨大生產(chǎn)力，促進(jìn)了我國(guó)機(jī)械制造業(yè)和工業(yè)的發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)集成技術(shù)的進(jìn)步，自動(dòng)化設(shè)計(jì)不斷提升，能夠提供更多樣化和安全的生產(chǎn)服務(wù)。我國(guó)機(jī)械自動(dòng)化行業(yè)起步晚，與發(fā)達(dá)國(guó)家還有較大差距。機(jī)械制造和自動(dòng)化技術(shù)不僅影響通用機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，而且與國(guó)家的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展密切相關(guān)。傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造時(shí)間長(zhǎng)，浪費(fèi)大量資源能源，并且回收拆卸困難。在機(jī)械制造和自動(dòng)化設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，堅(jiān)持節(jié)能理念，可以促進(jìn)資源的合理利用，促進(jìn)資源的可持續(xù)發(fā)展。

1 節(jié)能理念在機(jī)械制造中的體現(xiàn)

與傳統(tǒng)制造相比，節(jié)能型的機(jī)械制造有獨(dú)特的特點(diǎn)，節(jié)能型機(jī)械制造更加先進(jìn)，在設(shè)計(jì)中融合了生態(tài)環(huán)境、生活環(huán)境、自然環(huán)境等理念，具有可持續(xù)發(fā)展的意識(shí)。基于節(jié)能理念的機(jī)械設(shè)計(jì)，能夠反復(fù)循環(huán)利用自然環(huán)境中的有效資源，回收利用許多報(bào)廢后的資源，減少生態(tài)和環(huán)境污染，提高居住環(huán)境質(zhì)量[1]。在機(jī)械設(shè)計(jì)中注重節(jié)能，可以很大程度上緩解資源消耗過(guò)度的問(wèn)題，節(jié)約資源。我國(guó)十分關(guān)注節(jié)能理念的應(yīng)用，尤其是面對(duì)資源短缺的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，積極構(gòu)建資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)，機(jī)械行業(yè)作為重要的工業(yè)領(lǐng)域，更要注意節(jié)能，在機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用節(jié)能理念，實(shí)現(xiàn)“綠色化”的設(shè)計(jì)。綠色理念下的機(jī)械設(shè)計(jì)指標(biāo)體系包括經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、環(huán)境資源指標(biāo)、技術(shù)指標(biāo)。經(jīng)濟(jì)指標(biāo)包括設(shè)計(jì)成本、制造成本、使用成本、處置成本[2]。環(huán)境資源指標(biāo)包括人體健康、水土影響、大氣影響、能源消耗。技術(shù)指標(biāo)包括功能性、技術(shù)創(chuàng)新性、技術(shù)先進(jìn)性、技術(shù)獨(dú)占性。

2 基于節(jié)能理念的機(jī)械制造和自動(dòng)化設(shè)計(jì)要求

2.1 使用環(huán)保型材料

在材料設(shè)計(jì)上機(jī)械制造要遵循環(huán)保和高效的原則，盡量選擇可再生、可回收的材料，使用環(huán)保型材料，減少貴金屬材料、重金屬和稀有材料的使用。對(duì)于易壞性部件，要滿足可循環(huán)使用、容易更換的要求，選擇塑料質(zhì)地的環(huán)保材料，或者其他非金屬材質(zhì)的器件。在材料的選擇上體現(xiàn)無(wú)害化、資源化的環(huán)保特點(diǎn)。處理報(bào)廢的機(jī)械材料，也要滿足價(jià)格低廉、流程簡(jiǎn)單和環(huán)境友好的要求。

2.2 突出質(zhì)量輕、使用廣和壽命長(zhǎng)

機(jī)械制造和自動(dòng)化設(shè)計(jì)要體現(xiàn)輕質(zhì)量、使用時(shí)間長(zhǎng)和適用范圍廣的特征。機(jī)械產(chǎn)品的適用范圍廣，意味產(chǎn)品替換頻率的減少，產(chǎn)品的使用周期可以延長(zhǎng)，報(bào)廢率有效降低。廣泛的適用范圍使能源和原材料得到充分的運(yùn)用，產(chǎn)品的節(jié)能性明顯提升。產(chǎn)品質(zhì)量輕體現(xiàn)了技術(shù)的先進(jìn)性，根據(jù)機(jī)械制造要求，產(chǎn)品質(zhì)量輕可以減少實(shí)際生產(chǎn)對(duì)機(jī)械裝置的損耗，使生產(chǎn)運(yùn)行中形成的負(fù)荷量明顯降低，實(shí)現(xiàn)節(jié)能生產(chǎn)的目的[3]。機(jī)械制造和自動(dòng)化設(shè)計(jì)要符合通用的制造標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)制造的機(jī)械制品的適用性要高，提高配件在設(shè)備中的應(yīng)用效能，提升產(chǎn)品的應(yīng)用效率，從而滿足節(jié)能需求。

3 基于節(jié)能理念的機(jī)械制造和自動(dòng)化設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)

3.1 選擇節(jié)能類型的發(fā)動(dòng)機(jī)

發(fā)動(dòng)機(jī)是機(jī)械工程中最大的運(yùn)用部件，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)影響周圍的環(huán)境。要選擇節(jié)能類型的發(fā)動(dòng)機(jī)，使用的發(fā)動(dòng)機(jī)類型要堅(jiān)持污染少、耗能低、效率高。如果發(fā)動(dòng)裝置沒(méi)有達(dá)到節(jié)能的要求，要避免使用[4]。目前最佳的選擇是水冷增壓式柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。

3.2 液壓系統(tǒng)防護(hù)滲漏處理

機(jī)械自動(dòng)化工程中，液壓系統(tǒng)有穩(wěn)固運(yùn)轉(zhuǎn)的作用，在設(shè)計(jì)時(shí)需要注意液壓系統(tǒng)的防護(hù)處理，處理好防滲漏的問(wèn)題，防止液壓油從系統(tǒng)中流失。加強(qiáng)滲透防護(hù)處理，可以促進(jìn)系統(tǒng)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)[5]。封閉型的設(shè)計(jì)能夠防止灰塵進(jìn)入液壓系統(tǒng)內(nèi)里空間，使各個(gè)組件之間的相互沖擊力有所緩解，減少轉(zhuǎn)運(yùn)的負(fù)荷和負(fù)載量，保持機(jī)械裝置處于良好的工作狀態(tài)。

3.3 優(yōu)化機(jī)械內(nèi)置的總體構(gòu)造

從內(nèi)置構(gòu)造上來(lái)看，機(jī)械配件類別越少，構(gòu)造越簡(jiǎn)單，產(chǎn)品的制造過(guò)程越簡(jiǎn)單。更簡(jiǎn)易的機(jī)械工程有利于降低能耗。因此要做好機(jī)械零配件的相關(guān)設(shè)計(jì)工作，在保證機(jī)械系統(tǒng)有效運(yùn)轉(zhuǎn)的前提下，去掉多余的配件，精簡(jiǎn)工程結(jié)構(gòu)。如下圖，機(jī)械器件的新型設(shè)計(jì)和制造流程。

3.4 機(jī)械工藝的合理化設(shè)計(jì)

根據(jù)機(jī)械生產(chǎn)的需求合理分析和設(shè)計(jì)工藝，提高系統(tǒng)的運(yùn)行速率，減少有效時(shí)間的浪費(fèi)，提高機(jī)械設(shè)備的運(yùn)作功能。要合理設(shè)計(jì)機(jī)械工藝，對(duì)于某一特定的機(jī)械器件，可以選擇不同層次的溫度進(jìn)行加工，在冷、溫、熱等條件下鍛壓加工，要滿足各方面對(duì)器件的需求。同時(shí)要明確各個(gè)加工環(huán)節(jié)需要的能耗，綜合考慮能源消耗的特點(diǎn)進(jìn)行選擇。比如實(shí)行冷鍛壓，雖然能源消耗少，但對(duì)外圍環(huán)境的污染較大。實(shí)行高熱鍛壓的能源使用效率低，在實(shí)際鍛壓工作中要減少使用這種方式[6]。溫鍛壓方式綜合了兩種加工因素，鍛壓優(yōu)勢(shì)更加突出。在具體操作中可以優(yōu)先選擇使用溫鍛壓的工藝方式。

在機(jī)械制造和自動(dòng)化設(shè)計(jì)中，工藝參數(shù)十分關(guān)鍵，與節(jié)約能耗也密切相關(guān)，參數(shù)值的設(shè)定對(duì)工程節(jié)能的效果有直接的影響。如下圖2，制造系統(tǒng)中電氣交版的定量。以軸類配件加工為例，主要需制備多種類的毛坯，在制備工程中要注意毛坯需要的具體能耗，避免盲目投入，造成能源的浪費(fèi)。加工余量參數(shù)的設(shè)定要標(biāo)準(zhǔn)化、科學(xué)化。通過(guò)降低余量可以促進(jìn)能源節(jié)約。在機(jī)械領(lǐng)域也常見(jiàn)冷卻液的使用，但制造器件中，大規(guī)模使用冷卻液會(huì)消耗過(guò)多的有效能源，因此要節(jié)能減耗，需要減少冷卻液的使用。機(jī)械制造中要對(duì)工序流程進(jìn)行整體把控，有效減少加工時(shí)間，減少不必要的工序，縮短各工序之間的等待時(shí)間。工序設(shè)定不合理，會(huì)增加能源損耗，延長(zhǎng)轉(zhuǎn)換時(shí)間和工序銜接時(shí)間，增加不必要的經(jīng)費(fèi)。