自动化冶金机械制造中的节能设计及应用

董 菲

（东北大学设计研究院（有限公司），辽宁 沈阳 110166）

技术背景：为降低工人的劳动强度，提高自动化水平，提高劳动生产率，机械制造与自动化密不可分，为我国经济快速发展提供强大动力。传统机械制造业中的高能耗和高污染严重阻碍了机械制造业健康发展，因此，将节能设计理念应用在机械制造与自动化中是十分必要的，通过节能技术的推广可以极大程度地解决机械制造生产中的高能耗、高污染等诸多问题，同时对提高机械制造生产效率，降低能耗和保护环境具有重要的意义。

1 节能设计在机械制造与自动化中应用的重要意义

我国各行各业的发展提供装备，同时，它也是评价国家工业化程度的指标之一。随着经济发展技术进步和信息化技术的不断推进，机械制造与自动化也在飞速的发展，但是在发展的同时也暴露出高能耗和高污染的问题，不仅消耗和浪费了宝贵的自然资源，也给环境带来了极大的破坏，因此，需要将节能设计理念用于机械制造和自动化技术的开发和应用。一方面节能技术可以减少机械制造中的高能耗问题，通过使用清洁能源和可再生资源降低机械制造的生产成本，同时，也可以提高资源的利用率，提高机械生产效率。另一方面节能技术可以降低机械制造的高污染问题，通过在机械制造与自动化中使用节能技术对于提高机械制造的生产能力和保护自然环境都有重要的意义。

2 节能设计在机械制造与自动化中的应用策略

2.1 科学选择节能设计流程

众所周知，产品结构和材料的设计环节是机械制造自动化设计过程中最重要也是最为核心的环节，因此要想使整个机械制造自动化的设计节能环保就应该在其结构和材料的设计过程中就融入节能设计的理念，在产品制作结构方面相关设计人员应该不断优化设计方法，提升设计过程中的科技水平选择节能的设计流程，我们知道不同的设计方法以及不同的设计流程，在能量消耗以及污染排放方面具有很大的差异，因此应该在产品的生产、加工过程中对设计方法、设计流程以及制造工艺进行优化，使他们都处于最佳状态使得整个机械制造过程实现节能设计要求。

2.2 优化机械设计

在机械设计中采用节能设计的理念主要在于提高生产效率、节约资源和降低污染排放等方面，可以在以下几个方面进行优化设计：第一，使用环保型发动机。发动机作为机械制造中重要的设备，其能耗和污染对外部环境有巨大的影响，因此，选用环保无公害的发动机可以有效降低油耗，对于减少噪声污染和环境污染有重要的帮助。第二，液压系统的节能设计。液压系统是确保机械系统正常运转的保障，因此，要在液压系统的设计中融入节能设计来延长液压系统的使用寿命和工作效率。一方面在油液的选择上要有严格的要求，不能含有丝毫杂质，确保液压系统的整体清洁，从而降低液压元件的磨损，另一方面对液压系统的管线设计要注重选材，优先选择密封性能和不易老化的材料，这样不仅能够提高液压系统的使用寿命，也可以减少连接管线的破坏导致油液溢出造成环境污染。第三，自动加脂装置的节能设计。传统手动加脂存在一些问题，比如加脂效率低下，耗费大量时间和人力，在加脂的过程中还有可能造成油液的溢出污染环境，因此，要设计自动加脂装置来节能减排，实现设备定时自动加脂。可以通过设计一个自动润滑系统来解决以上问题，通过设置在各铰销位置的传感器来检测黄油含量，一旦低于设定值，传感器接收到信号使自动润滑系统工作，计算出具体的黄油需求量来实现自动加脂，既能够精准控制加脂的时机也能够控制加脂量，防止过多溢出造成污染或过少无法起到润滑的作用。第四，驾驶室的节能设计。对驾驶室进行人体工学改造有利于保持驾驶员的工作状态，降低劳动辛苦程度，从而实现工作效率的提升。

2.3 改善生产工艺

按照节能设计的要求来改进机械加工制造生产工艺能够极大程度地提升产品质量和减少能耗和污染排放，因此，可以从以下几个方面进行生产工艺的改善：第一，优化产品结构。越简单的机械结构需要的零部件越少，加工方法也越简单，在生产制造的过程中耗能和产生的污染也会减少。因此，在改善生产工艺之前先要对产品进行充分的调研，在确保功能性的前提下，进行结构和形状的优化，通过优化形状和结构降低加工难度，从而达到节能减排的目的。第二，根据加工材料合理选择加工工艺。根据不同原材料需要选择适合的加工工艺，同一种原材料有不同种类的加工方法，需要根据企业现有的加工设备和节能减排的要求来选择适当的加工工艺，比如锻压是常见的零件加工方法，有冷、温和热锻压3种方式，其中，热锻压的能源利用率低于前2种，但是冷锻压工艺比后两者造成更多的环境破坏，因此，要选取温锻压工艺进行零件加工。第三，合理安排加工顺序对于节能也十分重要，在机械制造中合理的加工工序不仅能够减少设备的空置时间，降低无效用能耗，也能够提高机械生产效率，因此，基于节能设计的理念需要对传统的加工顺序进行改善。比如在冷轧薄板的生产中需要合理安排加工顺序，将复杂形状的加工放在退火处理之后进行，这样可以提高加工的效率。第四，运用精益生产思想进行改善现场管理。运用5S技术对生产环境进行改善，提高生产环境的整洁性减少污染的排放，用看板管理提升生产效率，在生产中尽可能做到零库存，这样可以大幅度降低原料的浪费和中间环节的资源占用。第五，严格生产管理体系建设，提高生产过程的监督考核，杜绝随意浪费原料和污染随意排放的问题，确保每个工序环节都进行节能优化设计。

3 结语

综上所述，机械制造与自动化是我国经济发展的重要推动力，但是，现阶段我国机械制造业存在高能耗和高污染的问题，通过引入节能设计理念来降低资源消耗，减少污染排放具有重要的作用。将节能设计理念应用机械制造与自动化中，要优化机械制造设计方法和制造工艺，做到节能减排的同时提高机械制造的生产效率，提高制造企业的经济效益，使得行业能够可持续发展，为诸多行业发展体借鉴。