基于綠色設(shè)計(jì)理念下煤礦機(jī)械設(shè)計(jì)與制造應(yīng)用

郭子路

（河南平頂山市安盛機(jī)械制造有限公司，河南 平頂山467000）

0 前言

以往的機(jī)械設(shè)計(jì)主要采用的是粗放型工作方法，在環(huán)境較為惡劣的煤礦機(jī)械環(huán)境下，煤礦機(jī)械存在的最大缺點(diǎn)便是體積大且能源消耗大，導(dǎo)致機(jī)械在開(kāi)采煤礦時(shí)，對(duì)四周環(huán)境產(chǎn)生了非常嚴(yán)重的污染，極易損耗能源，較為影響我國(guó)走持續(xù)發(fā)展道路。對(duì)于以上狀況，世界各國(guó)對(duì)綠色設(shè)計(jì)理念更加注重，尤其是綠色制造技術(shù)，更應(yīng)該科學(xué)合理，以便響應(yīng)我國(guó)節(jié)能環(huán)保發(fā)展戰(zhàn)略。

1 綠色設(shè)計(jì)內(nèi)涵

一般綠色設(shè)計(jì)是憑借產(chǎn)品生產(chǎn)中的技術(shù)以及環(huán)境協(xié)調(diào)等方面的信息狀況，希望所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品能不僅技術(shù)領(lǐng)先，經(jīng)濟(jì)還非常合理，擁有良好的環(huán)境協(xié)調(diào)能力。進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中，除去一些產(chǎn)品的功能、性能、成本等技術(shù)與經(jīng)濟(jì)之外，還需著重思考產(chǎn)品的生產(chǎn)、回收等一系列過(guò)程，達(dá)到資源的循環(huán)利用，進(jìn)而減小能源消耗以及產(chǎn)品制造與使用對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響，達(dá)到企業(yè)長(zhǎng)久發(fā)展目標(biāo)[1]。

其中包含的內(nèi)容有如下幾種：（1）產(chǎn)品在設(shè)計(jì)過(guò)程中，產(chǎn)品的基本技術(shù)性能、環(huán)境資源及經(jīng)濟(jì)同樣重要，而且環(huán)境資源較為重要；（2）在設(shè)計(jì)時(shí)，需全面思考產(chǎn)品的使用，廢棄后可以進(jìn)行可拆性以及回收利用；（3）具體介紹產(chǎn)品設(shè)計(jì)者與生產(chǎn)企業(yè)在環(huán)境以及資源方面需要承擔(dān)的社會(huì)責(zé)任。對(duì)于一些工業(yè)產(chǎn)品，企業(yè)不僅需要生產(chǎn)產(chǎn)品，還需在規(guī)定區(qū)域內(nèi)，擔(dān)任產(chǎn)品回收以及再利用的義務(wù)；（4）在設(shè)計(jì)方面，較為注重理念的發(fā)展以及創(chuàng)新，可很好的看出人類(lèi)對(duì)機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)學(xué)科的認(rèn)識(shí)。

以前在設(shè)計(jì)機(jī)械產(chǎn)品時(shí)，較為注重產(chǎn)品的性能、質(zhì)量、成本等最為根本的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)，進(jìn)行考慮產(chǎn)品過(guò)程中，需思考將其產(chǎn)品用報(bào)廢之后。依照以往的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)，如果產(chǎn)品不能使用后，便會(huì)成為廢鐵、垃圾，不會(huì)和制造企業(yè)有關(guān)系，報(bào)廢的產(chǎn)品，回收過(guò)程中，選用的方法便是實(shí)施回爐冶煉，這樣直接運(yùn)用的機(jī)會(huì)便會(huì)減少，這將是一種從“搖籃到墳?zāi)埂钡囊环N過(guò)程[2]。對(duì)于綠色設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)講，最根本的不同便是，綠色的設(shè)計(jì)需要思考全部的使用時(shí)間，全方位思考產(chǎn)品從構(gòu)思，到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造等全部的過(guò)程，查看對(duì)環(huán)境與資源的影響，制造用最小的代價(jià)達(dá)到再循環(huán)的目的。

2 綠色設(shè)計(jì)理念對(duì)煤礦機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造的影響

針對(duì)煤礦機(jī)械來(lái)講，一般具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：體積大、耗能高、污染高。所以，煤礦機(jī)械在實(shí)施綠色設(shè)計(jì)過(guò)程中，要全面考慮能源的消耗以及污染物排放情況，保證產(chǎn)品制造和使用過(guò)程，使得產(chǎn)品節(jié)能、環(huán)保、安全。環(huán)保理念的不斷普及，怎樣才能更好的達(dá)到煤礦機(jī)械綠色化，減小環(huán)境污染，變?yōu)楫?dāng)前需要研究的焦點(diǎn)[3]。

2.1 對(duì)于選材的要求

在選擇再生、回收材料時(shí)，可選擇能降解材料的。這樣在分析材料環(huán)境以及對(duì)應(yīng)的專(zhuān)家系統(tǒng)時(shí)，需有效研究環(huán)境數(shù)據(jù)以及知識(shí)，方便材料環(huán)境的協(xié)調(diào)行，同時(shí)也能為評(píng)價(jià)體統(tǒng)提供對(duì)應(yīng)的理論信息。對(duì)于材料的綠色特性進(jìn)行研究，主要是對(duì)原料到成品，成品到產(chǎn)品、產(chǎn)品到報(bào)廢后的物資等三個(gè)過(guò)程實(shí)施能源、資源、環(huán)保等方面的評(píng)價(jià)。

2.2 可拆卸性

可拆卸性能達(dá)到煤礦機(jī)械的有效回收，進(jìn)行拆卸時(shí)，可以在一定程度哈桑實(shí)現(xiàn)材料的全部回收與零件的回收運(yùn)用。所以，作為設(shè)計(jì)人員，需積極引進(jìn)綠色設(shè)計(jì)和制造理念，在設(shè)計(jì)之初保證產(chǎn)品最后的回收再利用。拆卸產(chǎn)品、工藝、系統(tǒng)等方面都屬于煤礦機(jī)械產(chǎn)品可拆卸性能。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需按照易拆易分的原則，盡量減小拆卸過(guò)程中的工作量、零部件的多樣和產(chǎn)品預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)[4]。

2.3 可回收再利用性

可回收再利用選用的是產(chǎn)品在設(shè)計(jì)時(shí)，有效考慮零件回收、價(jià)值、出來(lái)方法以及結(jié)構(gòu)工藝性等問(wèn)題，以便更好的保證產(chǎn)品零件和材料的利用率，同時(shí)，這一過(guò)程對(duì)環(huán)境的污染也是最小的。針對(duì)煤礦機(jī)械產(chǎn)品來(lái)講，可回收再利用包括了可循環(huán)利用的材料、標(biāo)志、回收處理等方面。

2.4 產(chǎn)品成本最低

在設(shè)計(jì)綠色產(chǎn)品時(shí)，需考慮和以往的成本分析不一樣，在設(shè)計(jì)綠色產(chǎn)品時(shí)，需有效考慮產(chǎn)品的利用性，所以，分析成本過(guò)程中，需有效利用污染物、產(chǎn)品拆卸、重復(fù)運(yùn)用等方面的成本。針對(duì)煤礦機(jī)械來(lái)講，環(huán)保費(fèi)用會(huì)對(duì)產(chǎn)品的成本帶來(lái)不同程度的影響。在實(shí)施綠色設(shè)計(jì)時(shí)，需有效分析成本[5]。值得注意的是，成本控制需在達(dá)到產(chǎn)品性能的基礎(chǔ)上，不然，會(huì)和綠色理念不符。

3 綠色制造工藝技術(shù)的主要內(nèi)容

通常情況下，綠色制造工藝技術(shù)通常以較為傳統(tǒng)的工藝為基礎(chǔ)，因此，作為先進(jìn)的制造工藝技術(shù)需結(jié)合材料各個(gè)方面的技術(shù)處理。最為主要的目標(biāo)便是合理利用資源，有效節(jié)約成本，來(lái)達(dá)到減小對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的污染。依照目標(biāo)可以將其綠色制造分為三種類(lèi)型分別為：節(jié)約資源、節(jié)約能源、環(huán)保型工藝技術(shù)。

一般來(lái)講，節(jié)約資源的工藝技術(shù)是在生產(chǎn)途中，對(duì)一些工藝實(shí)施有效的縮短工藝系統(tǒng)，來(lái)達(dá)到節(jié)約原材料消耗的目的。可從設(shè)計(jì)與工藝兩個(gè)方面入手。設(shè)計(jì)過(guò)程中，盡可能的降低零件數(shù)量、減小零件重量，運(yùn)用更為高級(jí)的設(shè)計(jì)使用材料，使其到達(dá)最高的利用率。在設(shè)計(jì)工藝時(shí)，需盡可能的提高毛胚制造技術(shù)，改變新型的加工技術(shù)，來(lái)達(dá)到降低材料消耗的目的。節(jié)省能源工藝技術(shù)通常是說(shuō)，在進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，需盡量的減小能力損耗方面的工藝技術(shù)。目前，選用最多的辦法便是減磨、降耗亦或運(yùn)用低能耗等方面的工藝。環(huán)保型工藝一般是說(shuō)，通過(guò)一些工藝技術(shù)處理，使生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)生的一些廢液、廢棄、噪聲等對(duì)環(huán)境與操作者有一定影響的，盡可能降低其危害。當(dāng)前使用最好的辦法便是在工藝設(shè)計(jì)時(shí)段，全方位思路，積極防治發(fā)生污染，與此同時(shí)，還能加大末端治理技術(shù)。當(dāng)前，隨著全球不可再生資源大批量的運(yùn)用，為人類(lèi)今后的生存提供嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，因此，節(jié)約資源方面的工藝技術(shù)非常重要。

3.1 綠色制造工藝技術(shù)在機(jī)械加工中的運(yùn)用

進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)，綠色制造工藝技術(shù)著重放在了切削與磨削方面上，采用干切削與干磨削的辦法實(shí)施加工。經(jīng)常用到的加工辦法有車(chē)削、銑削、磨削等，都需運(yùn)用切削液協(xié)助加工，切削液最為主要的加工方法便是冷卻、潤(rùn)滑、清洗等。過(guò)量的運(yùn)用切削液會(huì)產(chǎn)生非常嚴(yán)重的有害影響，使得環(huán)境受到污染，影響工人的身體健康。干式加工通常是在加工途中，不運(yùn)用切削液，在加工途中，不選用切削液，因此，能取得干凈無(wú)污染的切削，節(jié)省了大批量的切削液和費(fèi)用。

3.2 機(jī)床技術(shù)

進(jìn)行干式加工過(guò)程中，在進(jìn)行切削時(shí)，經(jīng)常產(chǎn)生過(guò)多的切削熱，如果導(dǎo)致散熱不準(zhǔn)時(shí)，會(huì)發(fā)生機(jī)床受熱不平均，隨之熱量過(guò)高產(chǎn)生變形，這樣的熱變形會(huì)影響到加工的精度。因此，實(shí)際工作時(shí)，機(jī)床應(yīng)該配置一些循環(huán)冷卻系統(tǒng)，這樣便能帶著大量的切削熱，同時(shí)也能取得更好的隔熱措施。一些實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，干式切削理想需在高速度切削狀態(tài)下實(shí)施，采用此種方法能有效減小工件、刀具等產(chǎn)生的熱量。進(jìn)行高速切削時(shí)，為了創(chuàng)造更好的條件，針對(duì)精密度較高的切削機(jī)床，可適當(dāng)在機(jī)床上放上健康系統(tǒng)，隨時(shí)查看切削位置的溫度、切削里、刀具磨損等，并加上機(jī)床補(bǔ)償裝置。

3.3 工藝技術(shù)

針對(duì)機(jī)械加工，為了有效達(dá)到干切削，工件材料需具有較為直接的作用，通過(guò)研究表示，非常硬的合金較難實(shí)施干切削，之后是鋼，然而鑄鐵的干切削性能非常好。鋁合金在進(jìn)行加工時(shí)，產(chǎn)生的切削經(jīng)常和刀具發(fā)生“咬焊”形式的粘連，運(yùn)用高速干切削便能很好的解決此問(wèn)題，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以看出，在高速切削中近98%的切削熱都傳遞給了切削，使得切削和刀具接觸的部分被熔化，非常容易切除到工件的表面，降低積削瘤的發(fā)生，同時(shí)也能提升鋁合金的加工精度與表面質(zhì)量。另外，為了有效降低在高溫情況下，刀具與工件間的材料粘接與擴(kuò)散，需注意刀具材料與工件間的搭配，同時(shí)運(yùn)用硬車(chē)與激發(fā)幫助切削，針對(duì)不能實(shí)施磨削加工的零件與抗拉強(qiáng)度較高的零件實(shí)施加工。

4 綠色設(shè)計(jì)的應(yīng)用

國(guó)家針對(duì)煤礦的具體發(fā)展提出了一定的解決措施，但是為了積極促進(jìn)國(guó)家節(jié)能戰(zhàn)略的有效推廣，必須要積極提出綠色設(shè)計(jì)技術(shù)，這能夠使得生態(tài)與生產(chǎn)處于和諧的狀態(tài)，積極打造綠色設(shè)計(jì)之路。綠色設(shè)計(jì)主要是針對(duì)自然環(huán)境而言的一種技術(shù)，提倡在具體的工作中堅(jiān)持節(jié)能環(huán)保，在進(jìn)行資源使用時(shí)積極實(shí)現(xiàn)資源的充分利用，更要對(duì)資源進(jìn)行再次制造。如圖1所示，懸浮式液壓支柱設(shè)備工作介質(zhì)為井下水，因而確保了煤礦工作環(huán)境及其地下水不會(huì)受到污染，切實(shí)實(shí)現(xiàn)了綠色環(huán)保理念。

圖1 懸浮式液壓支柱結(jié)構(gòu)圖

綠色設(shè)計(jì)理念主要要求各方在具體工作中通過(guò)人為干預(yù)的方式去改變?cè)瓉?lái)所存在的與生態(tài)保護(hù)不和諧的行為，而且通過(guò)綠色設(shè)計(jì)技術(shù)的不斷深入能夠使環(huán)保理念更加深入人心。綠色設(shè)計(jì)技術(shù)是必須遵循的一項(xiàng)技術(shù)，將這種技術(shù)深入到機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工作中，能夠使能源損耗嚴(yán)重問(wèn)題得到進(jìn)一步緩解。同時(shí)，綠色設(shè)計(jì)技術(shù)與傳統(tǒng)煤礦機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)不同，前者主要處于一種集成化技術(shù)理念，要求相關(guān)工作者在進(jìn)行具體工作時(shí)，在每個(gè)細(xì)節(jié)都要進(jìn)行綠色設(shè)計(jì)技術(shù)的深入使用。這樣能夠從每個(gè)環(huán)節(jié)提高資源使用率，進(jìn)一步降低環(huán)境破壞力度，還要求工作者要充分考慮機(jī)械自身所包含的因素，更要對(duì)長(zhǎng)期生產(chǎn)活動(dòng)進(jìn)行考慮，最終促進(jìn)所生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品能夠與環(huán)境保護(hù)理念相協(xié)調(diào)，促進(jìn)生態(tài)保護(hù)工作推進(jìn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在世界工業(yè)發(fā)展中，綠色設(shè)計(jì)和制造變?yōu)橹饕某绷髭厔?shì)，將隨著長(zhǎng)久的發(fā)展，顯示出更多的優(yōu)點(diǎn)。在設(shè)計(jì)煤礦機(jī)械過(guò)程中，綠色設(shè)計(jì)和制造理念不但適應(yīng)人類(lèi)生存環(huán)境質(zhì)量，還與人類(lèi)追求的價(jià)值相同，煤礦機(jī)械產(chǎn)品制造業(yè)能有效達(dá)到保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源、可長(zhǎng)久發(fā)展的目的，同時(shí)，也是今后發(fā)展的趨勢(shì)。