節(jié)能設(shè)計(jì)理念下機(jī)械制造原理及應(yīng)用

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摘要：從機(jī)械制造中的節(jié)能設(shè)計(jì)原理理論出發(fā)，分析基于節(jié)能設(shè)計(jì)理念的機(jī)械制造原理，對機(jī)械制造的優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用展開討論，試圖以此來提高我國機(jī)械制造能力。

關(guān)鍵詞：節(jié)能設(shè)計(jì)；理念；制造；原理

0引言

隨著機(jī)械制造技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械制造不僅要追求技術(shù)先進(jìn)性，還要重視環(huán)境和經(jīng)濟(jì)問題，尤其不能忽略資源保護(hù)和環(huán)境保護(hù)，以及資源短缺、環(huán)境污染等問題，這些都會影響到社會進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，處理不得當(dāng)，造成經(jīng)濟(jì)發(fā)展和資源環(huán)境之間的矛盾，必然會對國家和社會可持續(xù)性發(fā)展造成影響。因此，樹立機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能理念就顯得很重要，需要技術(shù)人員能從思想上認(rèn)知節(jié)能設(shè)計(jì)原理，在實(shí)踐中合理應(yīng)用節(jié)能理論，降低成本，提高社會效益和自身競爭力。

1機(jī)械制造節(jié)能設(shè)計(jì)的重要性及特征

1.1機(jī)械制造節(jié)能的重要性

我國工業(yè)發(fā)展起步晚、起點(diǎn)低，但是隨著改革開放40年歷程，我國工業(yè)已獲得飛躍式發(fā)展，尤其是機(jī)械制造行業(yè)的迅速發(fā)展，讓世界認(rèn)識到“中國速度”和“中國制造”。機(jī)械設(shè)計(jì)在機(jī)械工程領(lǐng)域具有重要意義和影響。在大力發(fā)展能源節(jié)約、環(huán)境保護(hù)以及低碳可持續(xù)發(fā)展的背景下，機(jī)械設(shè)備制造中的節(jié)能設(shè)計(jì)成為發(fā)展趨勢，這就要求廣大的設(shè)計(jì)人員和單位應(yīng)充分考慮環(huán)境因素，在保證機(jī)械制造產(chǎn)品基本性能的同時(shí)，還要兼顧經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)的要求。因此，在機(jī)械制作設(shè)計(jì)中，既要注意設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用，還要兼顧減少機(jī)械損壞率和能量損耗，達(dá)到機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能效應(yīng)最大化，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)性發(fā)展。

1.2機(jī)械制造節(jié)能設(shè)計(jì)的特征

相比傳統(tǒng)機(jī)械制造，節(jié)能是新型機(jī)械制作最為明顯的特征，其中主要表現(xiàn)為：機(jī)械節(jié)能設(shè)計(jì)包括自然環(huán)境、生態(tài)保護(hù)以及生產(chǎn)、生活環(huán)境的設(shè)計(jì)理念。機(jī)械節(jié)能設(shè)計(jì)理念是對自然資源的重復(fù)、循環(huán)利用，可以重復(fù)使用報(bào)廢后的資源，減輕生態(tài)環(huán)境的污染程度，提高人們居住環(huán)境質(zhì)量。節(jié)能設(shè)計(jì)理念的實(shí)現(xiàn)很大程度上避免資源過度消耗問題，達(dá)到資源可持續(xù)利用，所以，國家和社會十分重視機(jī)械制造節(jié)能設(shè)計(jì)理念的實(shí)際應(yīng)用，尤其是對自然資源日益匱乏的今天，節(jié)能設(shè)計(jì)理念和機(jī)械制造的有機(jī)結(jié)合，可最大限度的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的綠色化和長遠(yuǎn)發(fā)展。“節(jié)能設(shè)計(jì)理念”的機(jī)械設(shè)計(jì)指標(biāo)體系。

2節(jié)能原則下機(jī)械制造原理和思路

在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，要遵循多項(xiàng)設(shè)計(jì)原則和標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，在不同應(yīng)用環(huán)境和地域下，其設(shè)計(jì)原則和標(biāo)準(zhǔn)也會隨之變化，尤其是近年來，我國機(jī)械制造能力突飛猛進(jìn)，已經(jīng)和國際先進(jìn)水平接軌；國家也大力發(fā)展節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。因此，機(jī)械設(shè)計(jì)節(jié)能理念的應(yīng)用需求逐步凸顯，目前機(jī)械節(jié)能設(shè)計(jì)的思路不僅對機(jī)械損耗、耗能和污染源排放進(jìn)行控制，還要從機(jī)械設(shè)備的基本原理入手，對機(jī)械動能、勢能、輸出和功率損耗等方面進(jìn)行優(yōu)化。

2.1機(jī)械設(shè)計(jì)在動能方面的節(jié)能

在傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)方式中，設(shè)計(jì)人員通常將機(jī)械的動能和輸入輸出功率作為研發(fā)重點(diǎn)。通過調(diào)節(jié)機(jī)械波動、機(jī)械精度和機(jī)械周期，從而提高機(jī)械制造的設(shè)計(jì)質(zhì)量。往往忽略主動分析動能變化對機(jī)械設(shè)備的影響，這就造成機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量呈現(xiàn)使用周期短、損耗率高的問題。同時(shí)在機(jī)械設(shè)計(jì)中，動能不能得到有效發(fā)揮和轉(zhuǎn)化，機(jī)械設(shè)計(jì)如果還一直沿用傳統(tǒng)或陳舊的設(shè)計(jì)模式，勢必會對機(jī)械系統(tǒng)動能產(chǎn)生較大影響，阻礙機(jī)械設(shè)備的創(chuàng)新發(fā)展。因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)過程中，需要重點(diǎn)關(guān)注機(jī)械動能和功率，將其控制和保持在合理范圍內(nèi)，有效降低設(shè)備損耗等問題。

2.2機(jī)械設(shè)計(jì)在輸出力方面的節(jié)能

不同的機(jī)械設(shè)備在工作狀態(tài)下輸出力存在差異，對于相同的機(jī)械設(shè)備輸出效果也是存在一定差異，如果機(jī)械工作中輸出力消耗過高，其原因是短時(shí)間內(nèi)輸出力變化很大。因此，可以把周期函數(shù)形式的輸出力消耗，保持在較小范圍內(nèi)變化就能達(dá)到節(jié)能的最終目的。

2.3盡量降低無用功的損耗

在機(jī)械設(shè)備工作中，由于阻力、摩擦以及形變等原因，會產(chǎn)生一些無用的損耗，這些和機(jī)械設(shè)計(jì)中的精度、潤滑程度有很大關(guān)系，無用損耗大大降低了機(jī)械設(shè)備的使用效率，造成設(shè)備損耗。因此，在機(jī)械設(shè)計(jì)中要以節(jié)能為基本目的，盡量減少無用損耗，提高機(jī)械的節(jié)能性能。

3節(jié)能設(shè)計(jì)理念在機(jī)械制造中的應(yīng)用

3.1液壓系統(tǒng)

（1）為了更好的讓液壓系統(tǒng)高效運(yùn)轉(zhuǎn)，要定期清洗液壓系統(tǒng)，同時(shí)對油料進(jìn)行嚴(yán)格的控制。所以，液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，要清除油液中的微塵雜質(zhì)，保證液壓系統(tǒng)得到有效的清潔，采取科學(xué)合理的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防策略，降低液壓系統(tǒng)的故障率，保證機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行，從而也延長了機(jī)械設(shè)備的使用壽命。（2）液壓系統(tǒng)中的污染物排放要進(jìn)行科學(xué)控制和處理，確保液壓系統(tǒng)無污染源泄漏和超標(biāo)排放問題。對液壓管設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)重視對液壓管的密封工作，確保液壓管的材料能夠抗老化、耐腐蝕性，在選擇設(shè)備材料時(shí)，可以用硬管來替代軟管，以延長液壓管的使用壽命，避免液壓管在使用過程中產(chǎn)生負(fù)荷和外界損壞，同時(shí)也可以有效避免液壓管發(fā)生破損，導(dǎo)致污染物泄漏影響環(huán)境，提高液壓系統(tǒng)的可靠性與環(huán)保性。

3.2機(jī)械設(shè)計(jì)、制造過程的優(yōu)化

節(jié)能設(shè)計(jì)理論要充分應(yīng)用在機(jī)械設(shè)計(jì)中，在機(jī)械制造和設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)的優(yōu)化效果可以充分提高性能和效率，達(dá)到節(jié)能效果。在傳統(tǒng)模式下，機(jī)電一體化設(shè)備中，機(jī)械設(shè)備和發(fā)動機(jī)不是一體的，在使用電能的時(shí)候要變壓處理，遠(yuǎn)距離連接電源，環(huán)節(jié)中會喪失電能和消耗；節(jié)能設(shè)計(jì)理念下，設(shè)計(jì)人員可以研發(fā)機(jī)電一體化設(shè)備，合理控制電能和變壓消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能設(shè)計(jì)理念。機(jī)械制造作為工業(yè)生產(chǎn)的核心內(nèi)容，制作過程節(jié)能體現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)化流程和管理方面，例如，早期美國汽車制造業(yè)，以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化流程為出發(fā)點(diǎn)，但出于產(chǎn)能考慮，并未過多的考慮節(jié)能問題，但這也是節(jié)能理念的雛形。在世界經(jīng)濟(jì)進(jìn)入20世紀(jì)中后期以來，各國都在追求標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，利用規(guī)范化的流程降低生產(chǎn)過程損耗已經(jīng)成為主流，節(jié)能理念日益被各國所接受。

3.3引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)和案例

節(jié)能理念的實(shí)現(xiàn)為機(jī)械制造創(chuàng)造了條件，尤其是在現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品中得到了體現(xiàn)，包括產(chǎn)品的外觀、核心部件等設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。例如，汽車設(shè)計(jì)、火車外觀設(shè)計(jì)方面，理念采用流線型設(shè)計(jì)，減少阻力和油耗，大大提高節(jié)能效果；“和諧號”動車組應(yīng)用物理學(xué)原理，可以進(jìn)一步降低風(fēng)力影響。芯片設(shè)計(jì)作為未來制造業(yè)的核心技術(shù)，已經(jīng)應(yīng)用到計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)帶有智能人工技能，如人在離開計(jì)算機(jī)時(shí)候，計(jì)算機(jī)會自動進(jìn)入休眠狀態(tài)，減低電能耗。因此，可引進(jìn)周邊產(chǎn)業(yè)中的節(jié)能技術(shù)與機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)行融合，力求打造智能化節(jié)能機(jī)械控制平臺。

4結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，機(jī)械制造行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)代，一大批具有自主知識產(chǎn)權(quán)和節(jié)能理念的產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生，節(jié)能理念的實(shí)現(xiàn)讓更多的設(shè)計(jì)人員從經(jīng)濟(jì)學(xué)和環(huán)境學(xué)角度出發(fā)，深入研究和設(shè)計(jì)機(jī)械創(chuàng)造能力。這就要求在平時(shí)的工作中要不斷學(xué)習(xí)和創(chuàng)新，要從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)之初、制造方式、制造過程、產(chǎn)品包裝以及產(chǎn)品本身材料等方面，解決機(jī)械制造中生產(chǎn)與環(huán)境、社會、能源消耗之間的關(guān)系，創(chuàng)造出具有節(jié)能理念的高質(zhì)量機(jī)械產(chǎn)品，不斷推進(jìn)機(jī)械制造能力和核心競爭力，推進(jìn)行業(yè)發(fā)展。

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作者：孫啟明 孫冉 單位：山東省冶金設(shè)計(jì)院股份有限公司