从绿色环保理念出发的现代工业机械设计思路分析

摘 要：在工业机械制造过程中，需要消耗大量的资源和材料，且往往会产生诸多类型的生产废物，如果没有得到有效处理，会对生态环境造成不利的影响。本文主要基于绿色环保理念出发，对现代工业机械绿色环保设计的重要性进行阐述，并详细提出绿色环保理念下的机械设计思路，希望对相关工作的开展提供参考。

关键词：绿色环保理念;现代工业;机械设计;设计思路

引言：为了确保工业的健康发展和社会经济持续化发展，国家十分重视工业的绿色环保发展，围绕工程机械的发展也提出了相一系列的政策和规划，如2015年国务院关于印发《中国制造2025》的通知、2017年中共中央办公厅《关于开展质量提升行动的指导意见》等，都对绿色制造进行了强调。在此背景下，现代工业机械设计就需要重视绿色环保理念的体现，并将其在设计全过程有效渗透，这也是时代发展对其行业提出的新要求。

一、现代工业机械设计以及环保节能理念

机械工程涉及到机械设计、机械加工和机械养护等环节，而机械设计是其第一步，其设计效果直接关系到机械设备的性能。在工业机械设计中，需要开展现场的调研、机械功能和使用环境的分析，后做好研发设计方案的确定。工业机械设计有着严谨的流程，先要结合用户需求以及市场需要进行设计任务的制定，后对机械工作原理与结构形式进行确定，完成机械初步设計，再基于初步设计完成全部的零部件以及总图设计，并做好审查工作，最后完成工作图以及技术文件的绘制与编制[1]。

机械设计中的绿色环保理念则是从绿色环保的角度开展机械设计工作，此理念需要贯穿到机械设计的全过程，如零部件的材料选择、机械运行的性能、机械产品的生产加工、污染物的排放等，致力于实现机械产品的高性能、低能耗、低成本生产。在环保节能理念下，机械设计中需要重点关注以下内容：依据规定要求的能耗范围实现无用功率以及能耗量的控制;做好机械动能以及势能等的有效控制;若机械的功率需求超过规定范围标准，要按照实际情况进行新装置的配备，实现能耗量的降低。

二、机械设计中绿色环保思想的作用

1、降低机械设备的能耗

工业机械在使用中具有大量的能耗，据统计我国的机械工业具有的能耗量大约占到5.5%全国的总能耗比例，且对电能的消耗占到全国约7.4%总电能的捎耗量。面对工业机械的大能耗特点，在机械设计中就需要做好其能耗的控制，通过合理的手段与技术提高其能源的利用率。在机械工业中，对能耗量有着巨大需求，将绿色环保理念在机械设计中渗透，就能够从设计入手以先进工艺和手段实现机械性能的提升，从而降低机械的能耗，这对机械设备的使用性能以及企业经济效益提升有着积极的意义[2]。如在装载机的设计中，散热性能和其能耗有着密切关系，设计时可以遵循节能降耗的原则对其散热系统进行改进，传统散热是采用冷却风扇的方式，可以选择液压驱动独立风扇冷却设计（如下图1），在工作时以温度传感器对变矩器和液压的油温以及发动机的水温实现检测，且向控制器传递，后控制器结合所设定控制模式对电比例的溢流阀5压力进行控制，改变进入到液压马达3内的流量，此时液压马达会对风扇2转速产生改变。在发动机的转速发生波动时，其电比例的溢流阀同样能够确保液压马达的进出口位置具有稳定压力，确保液压马达能够稳定转动，从而此散热系统散热性能不会受到发动机的转速影响。

2、提升环境保护的效果

工业机械在生产和运行中都可能会存在对环境的影响，为了确保工业机械生产和运行的环境环保效果，国家提出了绿色制造发展战略。将绿色环保理念在现代工业机械设计中渗透，也可以从机械生产和运行两个方面实现绿色环保效果。

工业机械生产中会使用到很多的材料和资源，如果机械设备的结构设计不合理或者不科学，生产过程中势必会造成材料的浪费，还会导致加工能耗和废物排放增加的情况，而通过工业机械绿色环保设计，从绿色环保角度出发对工业机械展开科学设计，就能够有效降低机械材料的使用，便于机械制造能够更好降低能耗和废物的排放，从而达到环境保护的效果[3]。另外，工业机械在使用中不可避免会产生诸多的废水和废气等，这些废物势必会对环境造成危害，而通过工业机械绿色环保设计，对机械结构和性能进行绿色节能处理，提高机械设备的运行性能同时，还能够抑制和减少诸多废物的排泄，避免对环境的影响。如机械液压系统和防渗系统的设计中，通过对管道的合理设计，选用绿色环保和防腐蚀类的材料，能够有效避免机械使用中产生的废水对管道的腐蚀，防止液压管道的腐蚀损坏或者脱离，确保机械设备正常工作同时，避免废水的泄露会环境产生危害。

3、符合社会发展的要求

社会发展对能源的需求不断增加，而面对能源使用量急剧增高的情况，国家也是采取了一系列的措施加强能源消耗的控制。近年来，国家提出了生态工程、绿色制造、节能发展等战略，持续发展成为各个行业发展中需要重点关注的内容，绿色环保也为机械工业提供了新的发展要求及方向。工业机械生产和使用中都会产生大量的消耗和一定的环境污染，而我国在环境治理以及工业治理方面的策略并不是很完善，还需要继续加大管理的力度，持续优化相关政策，才能够在未来发展中满足环境治理的要求标准[4]。现阶段，我国面临着环境治理不佳以及能源紧缺等难题，这也对我国各个行业的发展产生了阻碍。在此时代背景下，机械工业也承受很大压力，面对政策要求以及发展责任的约束，将绿色环保理念在工业机械设计中有效渗透，符合社会发展以及国家发展的需求，工业机械绿色环保设计也是行业长久发展的关键，因此设计中需要充分创新，遵循绿色制造的原则，致力于打造健康、绿色的行业环境。

三、绿色环保理念下的机械设计思路

1、体现企业环保责任

生态战略是我国可持续发展下提出的重要战略，其关系到社会的发展以及人们的生活。但从现阶段社会发展的情况来看，工业领域仍然还存在着诸多的环境污染现象，如广西龙江河镉污染事件、松花江重大水污染事件、汝州市骑岭乡环境污染事件等。这些环境污染事件的发生存在一个共同的原因，都是相关企业缺乏环保意识和环保责任，对生产中的废物随意排放而导致的[5]。

面对这种情况，绿色环保理念下的机械设计工作首先需要企业落实其环保责任。企业需要做好自身环保意识的强化，从可持续性发展考虑，对自身机械设备以及生产方式做好优化。企业内部人员要在工业机械的设计及生产过程严格落实绿色环保理念，在生产过程中还需要做好对机械产品以及工作过程的监督，避免机械实际运用对环境产生污染、对能源过度浪费;同时企业内部还需要建立环保责任制度，落实各个部门及人员的环保责任，明确他们的环保责任要求及标准，促进他们在实践工作中做好绿色环保理念的落实。通过这些措施，充分体现和落实企业环保责任，让绿色环保不再是“空、假、大”，使其得到充分落地，为工业机械的绿色环保设计实现提供保障。

2、机械设备的回收与循环利用

在工业机械设计中，需要使用到很多的材料和零部件，这些都需要大量的材料资源消耗，而基于绿色环保理念的机械设计就需要对此部分的消耗尽可能地降低。出于此目的，在工业机械绿色环保设计中就需要关注机械设备的回收与循环利用，加强相关材料和零部件的回收实现材料资源的节省。在机械设计中，要对机械零部件做好综合分析，考虑零部件的报废或者可回收性，尽量选择使用一些可回收性的材料或者零部件，即使需要做报废处理也要尽可能降低对环境的影响[6]。在可回收设计中，一般需要从两个方面做好考虑，一方面是对机械设备回收的材料和零部件进行再制造和再加工处理，最大限度实现对材料及零部件的使用，减少对环境产生的污染。而另一方面是对已报废的设备材料回收，通过处理后再利用，但在废旧机械的处理中，要尽可能发挥材料和零部件的价值，遵循“再利用为主、销毁为辅”的原则，且对不同类型材料要做好分类、分级处理，结合具体材料采取针对性处理方法，实现资源可利用率提升的同时，还要避免对环境的污染。

3、绿色环保原料的应用

工业机械制造中会使用到大量的材料，传统设计一般比较关注材料在硬度、刚度、挠度等方面的属性，对其环保性能往往忽视。而绿色环保理念要求工业机械设计更加关注所用材料的环保性。

工业机械设计要注重对无污染或者少污染原料的选用，并结合实际需求尽可能选择绿色环保型材料。选择材料时，要遵循无污染、易分解和可再生等原则，选用无害化的材料，尤其是结构件设计要采用易装配以及易分解类模块化的结构以及无毒害材料，便于机械材料再生率的提升。设计中还需要遵循低能耗、长寿命和轻量化原则，以高性能材料使用对加些产品的寿命延长，确保零部件材料的强度以及耐久性满足要求，减少机械报废量实现产品能耗以及环境污染的降低;同时基于环境负荷控制的角度，设计时还要考虑产品零部件具有良好互换性以及通用性，便于实现零部件的循环使用，实现相关材料的节省。在工程机械的零部件选择中，要避免选用树脂、石棉或者含氯橡胶等一些有害的材料，若装载机中的驾驶室以及内饰方面选用了难分解且损害环境的塑料，会增加资源的浪费以及环境的污染，在对仪表以及散热器等的采购中，要尽量减少铅的使用，主机的附属零部件要尽可能选用一些新型的环保材料[7]。另外，在机械初始设计阶段，就要对机械零部件的废弃处理做好考虑，按照污染的最小化和成本的最优化原则，要求选用的零部件便于解体和破碎，且焚烧处理污染小或者可以当作燃料实现回收利用。

4、产品研发速度的提升

在现代工业机械的设计中，绿色环保理念的有效渗透主要体现在产品上，为了更好实现绿色环保工业机械的使用与发展，行业及其人员需要提升产品研发的速度。产品研发中，需要重点关注材料和机械方面的研发。

首先，需要加大对机械绿色环保材料的研发。机械制造中需要使用到很多材料资源，这些材料往往具有污染风险，对生态环境以及人们的健康产生危害。因此机械设计要重点考虑对绿色环保材料的使用，积极研发一些新型绿色环保材料来代替污染类的材料，降低机械制造中材料污染的风险，同时材料的使用还需要按照“少量多用”原则，确保机械设备性能满足要求的同时，尽可能提升材料的利用率，尽可能控制机械材料污染的程度。其次，在机械设计中还有要关注机械结构和功能方面的研发，立足绿色环保做好机械产品的科学化设计。如在机械驾驶室绿色环保设计中，可以安装防辐射的玻璃，并采用全密封、减震降噪、整体式的驾驶室形式，顶部可以使用吸音型的环保材料，如海绵吸音材料等（入下图2）;内部可以设计无氟环保类的空调，并设计具备FOPS和POPS分析功能的驾驶室，保证驾驶员操作过程的安全性。

另外，还可以研发智能化工作系统，如采用自动加脂以及集中润滑的系统等，手动添加润滑脂的方式往往会导致油液出现溢出而污染环境的现象，通过研发和使用自动加脂以及集中润滑的系统，能够定时、自动进行润滑脂加注，以集中润滑的系统为例，可以定时自动对各类铰销进行黄油的加注，加油量是通过精细计算后所设定的，在确保各类销轴达到充分润滑的同时还不会出现多余油的溢出情况，从而达到节能环保的目的。

四、结束语

综上所述，绿色环保理念是国家生态工程建设和发展的体现，加工其在现代工业机械设计中的渗透符合行业及国家持续化发展的要求，在机械设计中渗透绿色环保思想有着重要的价值及作用，其能够有效降低机械设备的能耗、提升环境保护的效果、符合社会发展的要求，而想要达到这样的效果，绿色环保理念下的机械设计需要注重体现企业的环保责任、加强机械设备的回收与循环利用、积极进行绿色环保原料的应用、加强产品研发速度的提升，这也是其行业企业及相关人员需要重点关注的内容。

参考文献：

[1]吴爱强，汪永超，李波，李强.面向绿色制造的机械结构设计方案选择[J].组合机床与自动化加工技术，2019（10）：15-19.

[2]周立新，袁彪，汪永超.面向机械产品绿色设计的材料选择研究[J].组合机床与自动化加工技术，2017（09）：154-156+160.

[3]罗聪.冶金机械绿色设计应用及关键问题分析与阐述[J].中國锰业，2017，35（02）：162-164.

[4]马伟伟.绿色节能环保机械设计及设备应用浅述[J].皮革制作与环保科技，2021，2（03）：13-15.

[5]潘建新.绿色元素在注塑模具结构设计中的应用研究[J].模具技术，2018（04）：14-17.

[6]孙伟，孙见君，陈卫，佘宝秋.基于约束满足和范例推理的机械密封的绿色设计[J].流体机械，2017，45（12）：33-37+44.

[7]张雷，郑辰兴，钟言久，秦旭.基于粗糙集的机械产品绿色设计知识更新[J].中国机械工程，2019，30（05）：595-602.

简介：何伟;1990.04，男 ，汉族，浙江省长兴县人，江西科技学院，专科学历，机电一体化技术专业， 从事消防机电生产10年，参与配合研发出多种新型消防产品。