节能设计理念在机械制造与自动化中的应用分析

赵丽杰

巨力索具股份有限公司 河北 保定 072550

1 前言

为提高国家工业综合能力,增强在国际化形势下的全球竞争力,我们必须注重机械工业的健康发展,以适应社会对生产的高品质要求。在中国传统工业发展模式中,节约与环境保护理念不足,进而造成高能耗和污染的问题日益严峻,不利于中国经济社会的可持续发展。因此,在现代机械制造以及自动化过程中需要逐步加入节能设计理念,加强科技的创新能力,从而减少生产过程与应用中的能源损耗。这不仅仅是帮助中小企业降低生产成本的最有效方式,同时也是解决当前社会能源短缺局面的重要渠道。

2 节能设计理念的特点

2.1 提升资源整体利用质效

节能设计理念应该贯彻在整个设计规划流程中,从根源上对生产资源加以配置,从而做到材料、人员、设施、能耗等生产资源的科学合理使用。机械制造及其自动化中的节能设计理念在降低工业经济蓬勃发展造成的污染程度的同时,又推动着人类文明和自然环境文明的共同健康快速发展。所以,在机械制造行业领域的节能设计理念推广,不但推动了机械制造行业的现代化健康发展进程,也可有效解决社会经济快速健康发展和生态建设环境保护之间的根本问题,同时也是促进国民经济健康、稳定快速健康发展的重要途径。

2.2 不断地对技术与产品进行创新

要想把节能设计理念真正的运用于机械制造与自动化生产中,就需要进行不断的技术革新和研究,发展新的制造技术和经营管理模式,通过将节能设计理念有效的融合,进而提高人们环境保护意识,制造出更适合社会发展的产品,从而更加和谐机械制造和环保生产之间的关系。

2.3 制造工艺低碳节能 节约环保的设计理念应贯彻在制造生产环节中,选取低能耗、污染特征较小的生产工序,并遵循节约设计规划,严格控制工艺流程,优选加工工艺,以贯彻节能污染特征和减排、低碳低耗的设计目标。在设备生产过程中,可根据机器设备运行条件尽量选用更加环保的加工工艺,以减少能量消耗。

3 节能设计理念在机械制造自动化的运用

3.1 机械制造材料设计的应用 做好能源的合理保护同时,对环境友好型材料的合理选用是十分重要的。通过节能科技的引入,在能源消耗大大降低的同时,又可以进一步减少对环境的污染。在设计及实际的生产加工环节,要充分考虑无毒无害材料的应用,这样不仅可以减少工业废气与污水的产生,同时还可大大提高机械材料的再生利用率;,所选用的机械零部件也必须符合安全无毒、可拆卸、标准化、通用化的基本条件,尽量避免出现材料的浪费现象。同时节能设计理念的深入应用,可以逐步使更多的人重视节约环境材质,更好地服务于机械生产和自动化的发展。

3.2 机械设计应用 机械设备生产时有必要把节能理念纳入机械设计环节,采用清洁环保型发动机可以合理降低使用过程中的噪声污染,还可降低能量耗费,大大提高效率,如此可以进一步降低机械设备生产对环境的污染。对液压系统实施节能设计,在确保液压控制系统有效运行的同时,对液压控制系统各环节加以完善,降低液压控制系统的能量损耗;对油性物质实行科学的管理如对污物的分离、过滤清理,延长换油期,不仅有利于系统内各环节的清洁工作,还可降低系统发生问题的可能性,延长机器的寿命,降低对配件的更新浪费,从而降低了系统内的环境污染状况。在液压构件的材料选用上,也应该采用环保型材质,这样才可以减少液压管的破损机率,降低由于管材的破损所引起的污染。对于大型工程机械,驾驶室内的操作为机械控制的核心,为了驾驶员的安全保障及操作的便捷性,驾驶室的设计不仅要符合人机工程的要求还需融入节能环保因素,具体来说,需要设计人员能够从驾驶室结构安排、强度防御、操作布置等方面入手,最大限度地设计符合驾驶员生理特征的驾驶环境。

节能设计理念还体现在材料节约、产品寿命周期方面,机械设计时需考虑材料的利用率及费用、产品防腐处理、密封防尘等。设计产品时类似结构尽量选用同规格、同性能材料,非受力零部件选用低性能材料,借助辅助设计工具完善产品设计结构,提高材料的利用率。产品部件腐蚀失效是产品报废的一个重要方面,故防腐处理亦是设计必须考虑事项,通过防腐处理延长零部件的使用年限,进而延长产品的寿命周期,而防腐处理往往面临着环境污染问题,设计时需权衡考虑,选取适合的表面处理方法。密封防尘设计也是延长产品寿命周期的一个方向,灰尘杂质的渗入将造成系统的损坏甚至设备报废,尤其液压系统,密封防尘从不仅减少了系统对周围环境的污损还节约了能源。

3.3 生产工艺设计应用 生产工艺设计的节能设计理念,主要表现在优化组织架构设计、优化加工工艺和合理设定加工工序等方面。其中,优化组织架构设计主要是指通过制造机械与自动生产制造工序的结合,确定了生产设备资源和技术资源,从而使得组织结构总体的设计方案更符合节约环境要求。在通常情形下,由于制造的机械设备和自动生产线都比较短,在组织结构表现方面就比较简单。而实现组织架构设计节能的首要目的就是削减不必要的制造环节,从根源处深化自动化制造的节能效益。而优化加工工艺目的在于克服以往制造工序能耗高、水污染程度高等的问题。在具体优化流程中,工程设计技术人员要求优先考虑使用能耗较少、环境污染程度低的生产工艺,以符合节约理念要求。合理设置的加工工序也主要是指在机械制造和自动加工等工序中加入节约设计理念,以尽量减少不必要的能源问题。但必须重视的是,工程设计技术人员也可适当把工作侧重点放到对加工参数的节约设计方面,以降低加工过程的能源问题,从而实现机械制造品质和效益的双重提升。

3.4 生态与经济效益协同性设计应用 按照节能环保型发展理念的产品设计制造方法,应当合理选用可回收、具有良好环境效益的环保材质,同时,做好洁净燃料、可再生能源材料的研发和使用。并尽量在产品设计过程中采用污染性较小的环保型材质,不但能够提高机械自动化制造的生态效益,减少环境污染处理的生产成本,改善机械制造产品的使用品质,同时,还可以有效抑制产品处理过程中产生的环境污染,从而促进机械制造行业的平稳、低碳、可持续发展。一方面,在节能理念的指引下,开展生产设计工作时,应当限制采用有害成分严重超标、能量密集、无法降解的物料,应选用高耐久性、低能耗、无公害化或污染特征较小的物料,以控制所制造物料的无毒与无害比例。另外,在全程自动化节能产品设计流程中,对无法处理的报废零部件,要做到在最小化工艺耗费的前提下加以合理的处置,以全面落实节约制造、保护环境设计的原则。

3.5 产品结构设计与功能优化 机械结构形态直接决定着能源的利用率,并对资源的合理使用有较大影响。所以,节能设计理念应用时必须从优化机械的结构形态与功用出发,并基于减少机械设备能源和增加资源使用率的角度审视设计方案的合理性。

考虑电机等动力装置可以实现电能转换进而驱动机械工作,设计时应针对机械设备的功能特性及其使用场合特点,决定电动机以及燃料发电机等的种类并优化其技术参数的选取。后续在设备传动、自动控制等系统的设计流程中,应该选择能源消耗小、安全性高的技术方案,故在技术要求允许的前提下优先选择气压传动系统而不是液压传动系统,还可给机械设备配套完整的故障自检、诊断功能的控制器等,以实现节电、提高机械性能和降低污染源的多重目的。

4 结语

机械制造领域的集成化、高自动化发展趋势,在提高了中国机械制造行业综合生产能力效益和产品质量水平的同时,也产生了大量的能耗、环境污染问题。把节能理念合理地融入机械设计和制造流程中,可有效提高机械设备制造的资源使用质效,从而减少对环境的直接影响,达到节能降耗的目标。机械生产制造企业需立足于产品设计、工艺、制造及管理等各环节的实际状况,在整个流程中落实环保理念,通过优化机械加工过程,合理控制产品消耗量,优先选用无污染材料等,促进机械制造及自动化行业的可持续绿色发展。