机械设计节能环保原理的分析与应用探讨

梁子帮

摘 要：本文主要阐述了机械设计节能基本原理，重点对机械设计节能基本原理的应用进行了深入分析与探讨，以供参考。

关键词：机械设计；节能环保；原理；应用

1 前言

随着社会和科学技术的不断发展，我国机械制造业得到了迅猛发展，但是机械制造对环境的影响也越来越大。相关数据显示，全球的环境污染中，机械制造业造成的环境污染就占了70%，就我国的电器行业来说，每年都会产生大约两千万台的废弃电器，这些电器不仅会污染环境，更是对资源的极大浪费。因此，机械制造行业需要将节能融合到机械设计中。

2 机械设计节能基本原理

就目前来看，我国各个行业在发展过程中都会应用到机械设备，其根本原因在于应用机械设备不仅仅能够缩短相应项目实施周期，对于提升项目整体质量也起到不可忽视的作用。为保证机械设备在运行过程中所消耗的能源物质符合企业发展需求，必须实施机械节能设计，在降低能源物质消耗量的同时，保证相应企业向着可持续的方向发展。

2.1 基于势能的机械设计节能原理

一般来说，在进行机械设计的过程中经常会应用到能量守恒定律，通过这一定律能够保证相关人员在短时间内了解到机械设备运行状态和系统势能变化幅度。机械设备在不同条件下运行，所产生的势能也存在本质上的差异，一旦机械设备中势能因某种因素骤停，必然会导致设备势能转化出现问题， 无形中加大能源物质消耗量。针对于这一点，在机械设备运行时，应采取适当措施将机械设備势能变化控制在规定的范围内，避免势能变化幅度过大造成能源浪费，进一步实现机械设计节能效果提升的目的。

2.2 基于动能的机械设计节能原理

在实施机械节能设计之前，需要相关人员对机械设计节能基本原理综合分析，避免在机械设计时出现问题，有效提升机械设备整体节能效果。传统机械设备在设计过程中往往考虑输出功率变化，并分析设备在运行是产生的波动幅度，因此在机械设计加工时，应对设备自身动能状况实施有效分析，并按照机械设备与动能状态进行能源回收转化，有效提升机械设备运行的节能效果。除此之外，还应按照机械节能状况进行输出力调整，在改善机械设备运行节能状态的同时，提升相应机械设备运行的稳定性。一般来说，机械设备在运行时会产生一定摩擦力和阻力，这就需要在机械设备各项零件之间添加润滑物质，这能够在提升机械设备运行效率的同时，降低设备在运行过程中的能源物质消耗量，有效调整机械设备动能与输出力之间的关系，在节约设备运行能源的同时，提升机械设备运行效率。

2.3 降低其他消耗功率

机械设备在运行过程中会受到多方面外在因素的干扰，导致设备在运行过程中出现无用功现象，如果不采取适当的措施解决这种现象，势必造成机械设备能耗量提升，影响设备自身节能效果。基于此，应对机械设备在运行中可能出现的无用功综合分析，并按照分析结果制定针对性解决措施，在保证机械设备运行效率的同时，确保机械设备节能设计水平提升的目的得以落实。

3 机械设计节能基本原理的应用

3.1 在升降机械方面的应用

升降机械在实际工作中的应用广泛，且消耗功率及无用功较大，因此要在节能方面进行改善就要先了解消耗的具体原因，一般的消耗是发生在设备提升方面，也就是在设计升降机械之前要进行标准化处理，然后结合电梯的设计原理，在升降机设计中将升降机械与其他的机械相比较，消耗功率主要特征是将货物与人的重量不断提高，在这个过程中消耗的功率也是十分匀速的，工程实践表明利用相同速度来提升质量相同的货物，可以根据电梯标准计算来进行设计，如果按照系统势能作为常量或者在小范围内进行变化，那么可根据平衡升降机以及平衡电梯的设计方案进行，在平衡升降机中利用t 表示提升物体的质量，利用P 表示不便的配重，利用r1表示升降货物卷筒的半径，r2表示升降配重卷筒的半径，这样平衡的升降机系统势能就为常量，在平衡电梯中利用t 表示轿厢与水箱的自重以及人数的变化质量，可以看出轿厢水箱的质量是人质量的1 /2，可以对驱动机构、平衡升降机以及电机功率进行对比，就会发现平衡升降机与电梯所需要的电机功率是不同的，还可以发现卷扬驱动机构系统的势能在最大范围的进行变化，平衡升降机或者平衡电梯的势能可以在小范围内进行变化，可以看出系统势能为常量的时候该机构的节能效果是最为明显的。

3.2 在机械加工设备方面的应用

机械加工设备在生活中的应用非常广泛，机械加工设备在工作时消耗的能源也非常多，因此，机械加工设备也要采取一定的节能措施。比如，牛头刨床，这种机械加工设备是依靠一个质量比较大的主轴来进行操作的，这个主轴可以确保设备的稳定运行，要想节约该设备的能耗，就要降低设备的输入功率，应用机械设计节能的基本原理，在该设备的基础上增加一个惯量比较大的飞轮，以此来降低设备主轴的速度变化，从而提升机械加工设备的功率，节约能耗。另外，在进行桌椅、衣橱或者电脑等生活设备的加工时，可以采用电脑机械化来进行加工生产，减少冲压以及焊接等设备的应用，以此来降低机械加工设备生产时造成的资源浪费。

3.3 在大型压路机上的应用

大型压路机是由三边弧形的前冲击轮以及后冲击轮所组成的，冲击轮的势能是按照周期函数来呈现的，具有很大的变化空间以及变化范围。因此，根据机械设计节能的基本原理可知，要想使大型压路机节能，就要缩小大型压路机系统势能的变化范围，当大型压路机前冲击轮以及后冲击轮的势能出相位达到一定的条件时，系统势能就会在最小的范围内变化。另外，还可以将重心最低时候的冲击轮势能变化减小到最小的区间内，这个区间越小，大型压路机的节能效果就越好。

3.4 螺旋机、埋刮板输送机的设计与应用

螺旋的设计最关键的是要确定合适的螺旋导程角、导程以及头数等方面的参数，同时要根据不同方面的工作要求来选择更为合适的参数，螺旋要具有一定的自锁性以及要有较大的减速比，这时可以选择单头螺旋，或者选择较小的导程与导程角，但是这样使用的效率会比较低，为了更好的实现节能的效果，应该选择传递功率比较大的螺旋机构，采用这种方式的优点是回转运动可以转变为直线运动，这样运动的准确性也会比较高，同时复式螺旋能够获得很大的位移，差动的螺旋可以获得较小的位移。这样做既节能又十分的方便，确保工作能够平稳的进行同时传递更大的轴向力。利用埋刮板输送机进行水平输送的时候，物料会受到刮板方面的推力，同时物料之间的摩擦力会不断增大，如果在料层之间的高度与宽度之比满足一定的条件，那么料流就能够被输送。在进行机械节能设计时会采用塑料刮板的形式，塑料刮板有着摩擦力小、噪音小的特点，减速机功率不断降低了，那么成本也就变得更低了。

4 结束语

综上所述，机械设备的设计中亟需进行节能设计。分析可得，通过对机械设计节能基本原理的分析与应用可知，机械制造企业要将节能基本原理作为依据，通过改变机械势能、动能以及无用功的方式进行节能设计，降低机械生产和工作中的能耗，真正实现节能减排，提高机械制造企业的经济效益和社会效益，从而提高机械制造业的发展。希望本文的研究可以帮助机械制造企业意识到节能的重要性。

参考文献：

[1] 秦楠，王琳.机械设计节能基本原理与应用研究[J].化工管理，2016（30）：152.

[2] 徐伟.机械设计节能基本原理的分析与应用[J].南方农机，2016（7）：85+87.

[3] 车胜创.机械设计节能基本原理的分析与应用[J].长安大学学报（自然科学版），2011（3）：95～101.