绿色设计理念在磨粉机设计上的具体应用

刘素山，刘会杰

（1.河北苹乐面粉机械集团有限公司，河北 正定 050800;2.河北省粮食加工装备技术创新中心，石家庄 050800）

绿色设计也称生态设计、环境化设计或环境意识设计等，是指在产品整个生命周期中着重考虑产品属性（可拆卸性、可回收性、可重复利用性等），并将其作为设计目标，在满足环境目标的同时，保证产品应有的功能、使用寿命、质量等。

由于全球气候变化，人类面临共同生态环境问题，节能减排要付诸实际行动。由于诸多原因，近几年我国碳排放居世界前列，成为影响全球气候变化的焦点之一。我国对世界做出郑重承诺：力争2030年前碳排放达到峰值，2060年实现碳中和零排放。这个目标非常艰巨，但一定要完成。目前国家对重点排放企业已经实现管控。机械制造企业虽然还未受到强制性措施，但针对不同的地区，政府已经出台相关政策。我们要从源头开始积极应对，承担起相应的社会责任，让绿色设计理念落实到具体产品设计中。

1 绿色设计理念与传统设计方法的区别

绿色设计理念与传统设计方法，在设计依据、设计人员、设计技术或工艺、设计目的和最终产品方面都是有区别的。传统设计依据是客户需求，只要能满足功能、性能、质量和成本就行。而绿色设计除考虑上述因素外，还需要着重考虑环境效益和生态指标。传统设计没有或很少要求设计人员考虑低碳环保、资源再利用和生态环境的保护，而绿色设计在方案设计时就必须重点考虑这些内容。传统设计技术或工艺很少考虑拆解、回收和再利用，而绿色设计或工艺必须优先考虑产品拆解、回收和再利用，且要求对环境不造成影响，无毒副作用，力求产生最少的废弃物。当然最终的产品也有很大差别，传统的设计只要得到满足功能需求的普通产品，而绿色设计的最终产品除满足普通产品需求外，还要具有绿色特性或获得产品绿色标志。

世界各国和地区都对绿色产品制定了评价标准，达到绿色标准的产品可以粘贴绿色产品标识，如我们使用的冰箱粘贴能效等级标识一样。消费者通过这个标识就可以了解产品是否为绿色产品。我们要鼓励设计和制造绿色产品，同时要鼓励消费者购买时首选绿色产品。

2 绿色设计理念在磨粉机设计上的应用

磨粉机是用于粮食加工企业进行原粮粉碎的一种粉碎、研磨设备。磨粉机要求使用时运行稳定，如皮磨要有稳定的剥刮率，心磨要有稳定的出粉率；还要求操作方便、维护简捷、噪音低、外观悦目等。这些是传统的功能要求。现针对磨粉机设计中具体材料选择、机构方案确定、动力选择、噪音控制、传动设计等方面，结合绿色设计理念做一具体论述。

为了方便论述，先简要介绍一下磨粉机结构，图1是苹乐集团生产制造的K型磨粉机。磨粉机主要包含机体机架部分、喂料部分、磨辊研磨部分、磨辊间传动部分、磨辊支撑部分、磨辊清理部分以及负压吸风部分等。限于篇幅所限，这里不详细叙述，只罗列几个重点部分，阐述一下绿色设计理念在磨粉机主要设计环节中的具体应用。

图1 苹乐集团K型磨粉机

2.1 磨粉机设计尽量采用绿色材料

绿色材料，又称环境友好材料或生态材料，容易获得，又能保证良好使用性能和功能，不污染环境或环境污染小，易于回收，有利于人类健康，环境友好。

磨粉机设计材料首选钢板材料，其次是铸件，部分合金耐磨材料，少部分需要热处理的金属材料和部分工程材料如有机玻璃等，基本不存在稀缺材料。回收环节对环境也不会造成太大影响。我们材料设计方面掌握一个原则：首选普通钢板材料，最常用的Q235就能满足要求，如机体机架；其次是铸铁类材料，一般选HT200,如轴承座；关键轴、杆类零部件选用优质碳素钢45号或50号钢材，进行调质和正火处理，这只是一小部分，为了确保磨粉机整机性能稳定而对关键零部件的特殊要求。普通轴、杆、销类选用普通碳素钢Q235就能满足要求。不提倡选用合金钢来提高轴的刚度，这与绿色设计理念不符。对于护罩类需要造型设计的首选树脂或玻璃钢类材料，需要观察部位零部件可以选择有机玻璃类工程塑料，也是一个低碳环保的选择。

2.2 磨粉机喂料机构绿色设计

磨粉机喂料机构主要功能是把物料均匀地喂入到两个磨辊间的起轧点上。其主要组成是一个设计于磨粉机上方的储料斗，料斗下方有宽扁形出口，出口处设计2个均匀分散物料用的喂料辊，根据磨粉机所处不同工艺位置，为了达到良好的喂料效果，2个喂料辊设计有不同的速比，一般在1∶1.4到2.4∶1之间。根据产品档次定位和设计方案的不同，目前的喂料机构有手动机械式喂料、气压控制式喂料、电子控制式喂料等。基于绿色理念考虑，并考虑市场趋势和客户的选择倾向，这里推荐气压控制式喂料和电子控制式喂料。

气压控制式喂料辊动力来源于磨粉机研磨组的慢辊，通过传动带带动气动离合器旋转，根据储料斗内物料高度控制气动离合器的离与合，带动喂料辊转动与停止。气动离合器是由专业厂家生产，技术成熟、故障率低、价格便宜、检修维护方便。这种设计机构最早出现于英国西蒙公司XK2型磨粉机，后来日本佐竹公司收购西蒙磨粉机业务后，RRMA和SRMA型磨粉机继续沿用此设计。国产FMFQ10×2型磨粉机上普遍采用。属于技术成熟、材料易得、价格低廉的绿色设计。喂料辊速比控制机构，采用M5同步带轮和同步带为定速机构，同步带和同步带轮都是标准设计，技术成熟，零部件采购方便，价格低廉，速比准确，更没有油污污染，维护极为方便。

高档次产品喂料辊为电动直驱形式，宜选用小功率电机，力矩电机、单相电机都是可行的。

2.3 磨粉机辊间传动机构绿色设计

磨粉机辊间传动目前都倾向于带传动，一般都是齿楔带，也有厂家使用双楔带的如GBS公司的磨粉机。齿楔带在磨粉机磨辊间传动具有独特的优势：速比准确，纵向能定位，干净卫生，维护方便。鉴于此，齿楔带逐渐成为磨粉机辊间传动设计的标配，在大中型磨粉机上已经取代了链条和齿轮传动。

应用绿色设计理念，细致分析这部分结构形式，力求：原材料易得，机械加工难度低（易加工），传动带张紧调节方便，日常维护成本低，使用寿命长。

同步带、齿楔带在机械传动中很常见，技术成熟，使用寿命有保证。关键是我们设计时候一定要考虑绿色、环保、节能。一定要切记首选标准国标带型，这为后续质量问题、采购问题、维护问题、使用寿命等都有可靠保障。首先同步齿带型推荐M8或M14,楔型选用K型或L型，个人推荐选用M14-L型组合。长度标准，也要首选国家标准长度，如国标长度1778就很适合辊径250磨粉机，辊径250是大中型磨粉机最通用规格。 磨粉机辊间传动如图2所示。

图2 同步齿楔带辊间传动图

图中为20年前出厂的磨粉机，仍在使用当中，从图片看出，维护得很差，同步齿楔带护罩也没有安装，但使用效果还很好。齿楔带正常使用其寿命可达8～10年。

2.4 磨粉机主传动动力绿色设计

磨粉机磨辊主传动传统设计都是采用普通三相异步电动机带动磨辊工作。2015年，意大利OMAS公司Leonardo磨粉机，首次采用永磁力矩电机实现磨粉机主动磨辊的传动，实现了磨辊直联传动。这一设计完全颠覆了传统设计思路，永磁力矩电机技术虽已成熟，但具体应用到实际使用，还需要我们积极探索和积累经验和数据。节能环保低排放这是毋庸置疑的，据OMAS公司称，永磁力矩电机的采用，整机可节约能源达70%。因此这绝对是绿色设计，期盼国产磨粉机早日实现永磁力矩电机直联传动。

2.5 磨粉机噪音控制绿色设计

目前我国生产大型磨粉机的企业为数不多，都掌握了基本设计方法，同时也积累了一定的设计和制造经验，所需要重视的就是设计制造时要环境更友好、节能更环保、低碳更绿色设计理念的提升和应用。由于最近十几年我国装备制造业的快速发展，加工能力的不断提升，粮食行业也迎来了黄金发展期，激光切割机、数控加工设备、高端检测设备的普及，制造能力明显增强，使得磨粉机制造技术和制造能力极大加强，磨粉机产品与国际一流产品差距越来越小。

国产大型磨粉机的运行稳定性、噪音控制、操作维护方便等方面已经远远高于国家标准，如GB/T 25728—2010《粮油机械 气压磨粉机》标准，磨粉机空运行噪音不大于80 db(A),实际上现在磨粉机空运行噪音不超过65 db(A)。

3 结语

机械设计制造中要防止过度加工，关键零部件精度一定要保证，非关键零部件一定不要过度加工。过度加工直接导致浪费能源、浪费材料、浪费设备和时间成本，导致磨粉机制作成本大幅度提高，要积极提倡绿色低碳理念贯穿于磨粉机设计制造全过程。

由于我国设备制造业起步较晚，磨粉机设计和制造水平完全达到世界一流水平还是需要一段时间。世界著名粮食机械制造商，如布勒、VGA、奥克利姆、佐竹、西蒙、ALPALA等粮机公司拥有上百年磨粉机制造历史，国产磨粉机与之竞争，不仅是技术的竞争，同时也是价格等多方面的竞争，如果我们还沿袭传统设计制造方法，价格优势很快也会失去。国内磨粉机生产厂家一定要擎起磨粉机民族制造业的旗帜，不负众望生产出低碳环保优质绿色磨粉机。