机械制造与自动化中节能设计理念的应用

李小敏，曹雪

（兰州理工大学技术工程学院，甘肃兰州，730300）

0 引言

当前，我国机械制造及其自动化的规模不够完善，与之相关的技术尚未成熟，部分产品制造还无法达到市场标准。同时，机械制造环节的设计会造成各种资源的能源浪费，而这也违反了相关的可持续发展原则，可以将节能设计的相应概念并入机械制造和自动化领域，进而推动机械制造创新的优化。

1 节能设计在机械制造与自动化中的特征体现

节能先进的机械制造的特点多数表现为：机械节能设计包括自然循环效应，重复资源的循环利用，不仅减少污染生态环境的改善，也改善了居住环境的整体质量。所以，国家和社会都对机械设计和自动化中节能概念的应用极为重视，特别是面临资源短缺这一普遍现象，机械制造行业应更加重视与节能理念有关联的联合应用，以实现机械工程设计的“绿色”[1]发展。如图1所示。

图1 绿色理念下的机械设计指标体系

2 节能理念下机械生产与自动化的应用优势

2.1 提升资源利用率

节能设计理念要贯通于设计规划的全过程，在根源合理分配生产资源，实现对劳动力、原料、器械、能源等资源的合理运用。因此，在机械生产领域绿色发展[2]的倡导理念，不仅影响制造业现代化的发展，还可以有效减少经济发展与生态环境保护之间的冲突，也是促进国民经济健康稳定发展，能源工业发展的重要途径。

2.2 原材料环保

在进行选择原材料时，可以利用相关环保材料代替重污染，不可重复利用的材料。自动机械生产在处理材料时需要耗损一定的能源。所以，尽量减少对能够产生或者吸收大量热量的原材料的选择，可以尝试选择能够二次使用或完全分解的原材料。同时，节能的概念强调资源的有效利用，对未达标产品和破旧废弃零件进行无公害处理后，应筛选可二次使用的零件，从而减少对污染的污染，提升机械生产的整体效率。

2.3 制造工艺耗能低

节能环保的设计理念应在实际生产中贯彻落实，采用低耗能，严格控制生产工艺，优化加工环节。比如在机械制造生产中，可以根据机械要求使用，尝试选择环保的加工技术，热锻与冷锻相比，温锻工艺更加环保，所以采用温锻技术在一定程度上降低能量耗损，如果采用冷锻技术或热锻技术，会在锻造时浪费大量热量。还能够在机械设计上，在基本使用的基础上，尽可能优化结构，对体积进行限制，最后减少自动生产所需的能耗。

3 落实节能设计原则的有效途径

3.1 改进机械生产设计模式

在生产这一步骤的规划设计时段，与机械设备的制造优势特征、生产要求水平、生产成本和实质工艺需求相互融合，选择高性能、稳定运行、结构固定的自动化制造设备。机械制造在实际的生产中，生产耗能受内部零件的多少和各异形状的影响，零件与零件的形状成正比，它们之间产生强大的阻力，设备就需要更多的能量来支撑。为了维持生产环境的稳定性，应严格管理环境条件[3]。在设计过程的每个中间部分，必须分析和测试制造过程和方法的能耗及环境影响，以最大程度地提高能源效率。

3.2 协调自动生产的生态和经济效益

根据节能环保概念的设计生产规划，应适当选择可回收利用，具有环境效益的节能原料。在设计过程当中尽可能采用零污染的环保原材料，不但能够促进机械自动化生产的生态效益，使污染治理的成本有所减少，提升机械产品的使用寿命，而且还可以有效地控制生产过程中对环境造成的污染，促进机械制造业的稳定和可持续发展。

4 节能设计在机械制造与自动化中的实现策略

4.1 使用节能类发动机

发动机是机械生产工程中最大的应用装置，这部分对四周环境会产生巨大的影响，所以，在选择用于机械制造的发电机时，努力选择高效，低能耗，污染少的类型。目前，水冷涡轮增压柴油机无法满足现实需求，所以针对未满足要求的装置不能私自使用。

4.2 维护处理液压系统

在机械自动化的工程中，液压系统具有较强的稳定性和实用性，设计者注意到机械液压系统的保护和处理的相关情况，特别是要增强防漏处理，防止液压油的流失，从系统到外部，以维持系统的有效运行。另外，封闭的设计能够阻止细小尘埃进入液压系统的内部空间，减轻液压系统中各个装置之间的冲击，减少传递负荷，让机械设备拥有一个良好的工作形态。

4.3 机械工艺优化设计

（1）对于特定的机械设备，可以选择具有不同温度水平（例如热，温和冷）的锻造[4]和压制方法进行处理加工，以满足设备应用多维度的要求。这个过程中，有必要定义每个处理环节的能耗，并根据能耗的真实应用特征完成综合选择。比如，高热锻压机的能量效率低，因此在锻压机中应减少这种方法的频率。综上所述，通过结合两种方法的加工，温锻具有更显着的优势，操作过程中应优先考虑此过程。

（2）机械制造设计中的工艺参数作用很大，特别是在节能方面。工程节能的直接效果受到参数的设置的影响。有关制造系统中电气交版的定量，如图2。比如，轴附件的加工应以多种毛坯为首先使用目标。所以，在制备工程中，应注意坯料成型所需的耗能比，不要冲动性的投入大量有效能量。

图2 电气交版中的定量

（3）工艺流程是对机械制造过程的总体控制，减去一些不必要的过程，可以有效地减少加工时间，特别是能够减少工序之间的等待时间。但是，如果程序设置尚不合理，就会增加过程连接和转换的时间，加大能量损失，并造成一些不需要的经济投入。

5 结语

在设计计划，设备制造和后处理等方面机械性能的损失得到合理控制。特别是要实现“节能减排”的目标，就要联系机械设计，设计人员应依据“节能设计”、“绿色概念”等要求对高能耗的相关检测系统进行检查分析。