魏香林
(廣東創(chuàng)新科技職業(yè)學院,廣東 東莞 523960)
隨著科技水平的提升,現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展速度呈現(xiàn)出較快的發(fā)展趨勢,機械生產(chǎn)設備被成功研發(fā)。較之于傳統(tǒng)設備,新型設備結(jié)構(gòu)的復雜性與精密性特征更明顯且操作簡單,實際生產(chǎn)精簡性與高效性優(yōu)勢逐漸突顯出來。但生產(chǎn)設備運行期間,所消耗的能源量也卻隨之提高,廢水與廢氣等均使環(huán)境受到嚴重影響,而最主要的原因就是設計、生產(chǎn)設備期間的考慮不到位所致。此外,現(xiàn)代企業(yè)的環(huán)保思想也不及其對于企業(yè)經(jīng)濟效益的關(guān)注,一定程度上制約了設備科學與人性化開發(fā)。為此,在后期機械設計與研發(fā)過程中,作為企業(yè)的經(jīng)營者以及設計工作人員,仍需與時俱進,以環(huán)保為切入點,在設備科技和資金方面加大投入力度,不斷增強設備自身的節(jié)能環(huán)保性與人性化特征。由此可見,深入研究并分析基于人性化的綠色環(huán)保機械設計具有一定的現(xiàn)實意義。
機械設備設計的人性化逐漸成為現(xiàn)代機械設計工作的發(fā)展趨勢,由于機械產(chǎn)品均由人負責設計,并為人們提供服務,所以其優(yōu)劣的評定也需根據(jù)機械和人的協(xié)調(diào)程度進行判定。
長期以來,伴隨機械化的發(fā)展,人們始終未發(fā)現(xiàn)機械“物”形態(tài)中所含有和人生理、心理存在關(guān)聯(lián)的因素,所以很多機械產(chǎn)品的設計均存在影響人類使用的缺陷,被淘汰的概率逐漸提高。在這種情況下,為進一步改善這一狀況,人性化設計理念應運而生?;谌藱C工程學以及設計美學的進步,人性化設計也成為現(xiàn)代最關(guān)鍵的設計理念,促進了現(xiàn)代機械歷史的發(fā)展,一定程度上實現(xiàn)了人適應機械、產(chǎn)品向機器、產(chǎn)品適應人的轉(zhuǎn)變。在人性化設計過程中,將人為設計當作核心,并在使用、可靠性、安全性、心理感受、環(huán)境與操作等多個方面,綜合考慮并構(gòu)思工業(yè)機械設備與產(chǎn)品,為人與機械設備、產(chǎn)品協(xié)調(diào)發(fā)展的設計提供了有價值的參考。
眾所周知,美學與人機工程學屬于獨立學科,而在設計產(chǎn)品的過程中,兩者卻存在不可分割的聯(lián)系。所以說,美學與人機工程學的發(fā)展目的均為創(chuàng)造方便使用且舒適的產(chǎn)品。其中,方便使用指的是功能,而舒適則蘊含了審美因素,不管是舒適亦或是方便,均屬于主觀感受,也是人們對于產(chǎn)品以及機械設備感性方面的要求。雖然感性要求具有表層性,但會直接影響人的生理與心理。
除此以外,任何機械產(chǎn)品均屬于實用品,在使用期間要求方便且舒適,能夠?qū)C械功能充分發(fā)揮出來,具備安全性、可靠性且性能要穩(wěn)定,這也正是人們對于產(chǎn)品以及機械設備理性方面的要求。
所謂的人性化設計理念,具體指的就是在機械設計中有效融合感性與理性需求,以保證機械設備功能、外觀、結(jié)構(gòu)以及材料工藝等多方面因素與人的需求相適應,確保機械和人的協(xié)調(diào)發(fā)展。
在機械設備設計、制造、封裝、運輸直到淘汰的整個過程中,盡可能地降低其對于環(huán)境的不良影響,充分提高資源的利用率,能夠更好地達到現(xiàn)代企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益的協(xié)調(diào)發(fā)展。而在機械運行的過程中,需始終踐行并行工程原則,具體指的就是在基本功能得到保障且數(shù)量與成本合理的基礎上,充分利用生命周期各環(huán)節(jié)的資源與能源。
在選擇機械設備制造原料的過程中,原材料要盡量無毒無害,且在設計方面要確保質(zhì)量,有效地發(fā)揮材料性質(zhì)的作用,更好地滿足節(jié)能與環(huán)保等方面的要求。為此,在實際選擇原材料時,應盡量遵循以下標準要求:
(1)無毒安全。通常情況下,機械設備制造選用原材料均通過化工產(chǎn)品合成獲得,而原料中所含石棉與甲醛等物質(zhì)的毒性較強,會直接危害人體健康。所以,選擇原材料時,一定要盡量規(guī)避上述物質(zhì)材料,若無法避免,也要盡可能選擇毒物含量偏小的材料。
(2)耐用節(jié)能低重量。選擇機械設備制造原材料的過程中,也要強調(diào)其本身的質(zhì)量與耐用性,以確保降低原材料生產(chǎn)的成本,盡量減少機械設備返廠重修幾率,全面優(yōu)化機械設備生產(chǎn)的性能,進一步提高其工作質(zhì)量及效率。對于低重量而言,就是盡量減少材料與資源實際消耗量。所以,在設計期間,要在滿足主機各項性能參數(shù)達標的同時,盡量減輕主機、附屬作業(yè)裝置重量以及體積,并全面增強動力傳動系統(tǒng)內(nèi)部零部件強度以及耐久性,致力于機械系統(tǒng)效率的提升與重量的減輕。
(3)可回收。為了更好地踐行綠色環(huán)保思想,需充分利用既有資源。為此,選擇機械設備加工原材料的時候,要盡量選用能夠回收再次利用的材料,以免浪費。同時,在選擇期間,還要強調(diào)材料性質(zhì)以及特點,尤其是在分解大塊材料時,一定要具備再造性。對于零散材料而言,其再造性并不高,因而要選用大塊的材料,不僅可以使材料回收利用率不斷提高,同樣也規(guī)避了對生態(tài)環(huán)境的影響,減少資源浪費問題的出現(xiàn)。
(4)低污染。若設備出現(xiàn)損壞且有必要回收利用,一定要確保設備拆卸便捷,可以二次或者是多次利用且盡量保留。而在焚燒廢棄設備零件時,要全面控制燃燒所排放的氣體,降低大氣污染程度。另外,應科學規(guī)劃廢棄物處理工作,進而達到規(guī)避廢棄物污染環(huán)境的目的。
(5)低環(huán)境負荷。機械設備各個部件材料的選擇應盡可能不含有石棉、含氯橡膠、樹脂等危害性較強的材料。而在生產(chǎn)儀表、蓄能電池與散熱器時,要盡量降低對鉛的使用。使用主機附屬零部件的過程中,要選擇使用全新且科技環(huán)保性能較強的材料。
設計綠色環(huán)保機械的過程中,主要涉及的設計工作就是選擇發(fā)送機、有效降低機械產(chǎn)品振動與噪音、清潔液壓系統(tǒng)并強調(diào)防滲漏作用、節(jié)能設計四方面。為不斷增強機械設備的設計效果,優(yōu)化設計自身性能,就應從上述4 個方面進行設計,以下將展開重點研究與分析。
(1)發(fā)動機選擇要點。機械設備處于運行狀態(tài)下,噪聲污染是最常見的污染形式,而最主要的渠道即發(fā)動機運行聲音。所以,為更好地滿足節(jié)能環(huán)保設計需求,就應當在發(fā)電機安裝環(huán)節(jié),對其節(jié)能性與綠色環(huán)保性要求給予高度重視,并且盡量選用低耗油量且運行狀態(tài)下噪聲不大的發(fā)動機。除此以外,所選用的發(fā)動機應為環(huán)保產(chǎn)品,污染排放量要盡量小。
(2)機械產(chǎn)品振動與噪音的降低。在機械設計過程中,整機噪音的降低十分關(guān)鍵,不僅能夠真實地彰顯環(huán)保思想,同時也蘊含著極為深刻的人性化內(nèi)涵。在設計裝載機方面,動力裝置選擇使用的是雙向減振懸掛系統(tǒng),這樣一來,即可以使整機動力傳動系統(tǒng)和車架間存在的噪聲與共振被有效克服,同樣也避免了動力系統(tǒng)因疲勞所造成的破壞。在設計后橋方面,將其設計成為中心擺動結(jié)構(gòu),可以確保后橋的擺動中心和動力輸入中心有效重合,規(guī)避了附加力矩相對于傳動系統(tǒng)所帶來的連續(xù)沖擊而形成的噪音以及振動,與此同時,在崎嶇不平的道路行駛中,也可以避免整機內(nèi)各個部件沖擊而引起的噪聲。在此基礎上,在設計主機結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)方面,同樣能夠使減震降噪的效果不斷增強,尤其是使用液壓馬達驅(qū)動手段,即可對發(fā)動機的驅(qū)動冷卻風扇進行替代,更好地達到噪聲降低的目標,并且在液壓管路排列得以優(yōu)化的同時,使液壓泵、油管與閥節(jié)流振動生成的噪聲有效降低,甚至可以將吸音與隔音材料等粘貼在覆蓋件的位置。要想將人性化的核心理念充分地彰顯出來,也可以在駕駛室設計中采用全密封整體式形式,進而達到降音降噪與密封減振的目標。
(3)清潔液壓系統(tǒng)并強調(diào)防滲漏作用。在機械工程中,液壓系統(tǒng)的重要性逐漸突顯出來,所以要注重液壓系統(tǒng)清潔的作用。設計機械設備的過程中,有必要對工程機械的液壓系統(tǒng)進行精細化的設計,以充分發(fā)揮油液微塵垃圾與機械磨損物等諸多雜質(zhì)的作用,降低部件發(fā)生磨損和故障的概率,使得部分部件使用時間得以延長,規(guī)避液壓油的頻繁更換。通過全面清潔液壓系統(tǒng),也可以規(guī)避液壓油工作狀態(tài)下的溫度過速提高,降低污染程度,使得換油的時間得以縮短。在此基礎上,對增壓液壓油箱加以利用,能夠使泵吸油的效果明顯改善,保證設備使用壽命的延長,以免油箱內(nèi)進入外部的灰塵或者是水分,確保液壓系統(tǒng)的清潔性。另外,液壓系統(tǒng)防滲透工作的作用不容小覷,如果發(fā)生滲漏的情況,將對生態(tài)環(huán)境造成不可估量的影響,污染程度加重。所以,液壓管道的材料應選擇使用優(yōu)質(zhì)膠管,通過其密封性良好、防老化與耐腐蝕性能的發(fā)揮,即可有效降低軟管廢氣量。而且,在設計過程中,應盡量選擇硬管,如果有必要使用軟管,則需事先優(yōu)化處理,以免發(fā)生滲漏污染的問題。
(4)節(jié)能設計。在機械設計過程中,最關(guān)鍵的就是減少能源消耗。所以,在整體設計方面,需高度重視高效節(jié)能設計的重要性。通常來講,選擇設備型號的過程中,要盡量選擇使用效率高且節(jié)能的發(fā)送機,將雙泵合流技術(shù)、靜液驅(qū)動技術(shù)以及液壓負荷傳感技術(shù)合理地引入其中,更好地實現(xiàn)高效節(jié)能發(fā)展目標。
在節(jié)能環(huán)保機械設計工作開展過程中,人性化的重要性逐漸突顯出來。所以,在實際設計期間,有必要高度重視人性化設計方法的應用,并正確認知人性化設計的未來發(fā)展趨勢,為機械領域的全面可持續(xù)發(fā)展提供有價值的參考依據(jù)。
(1)設計路徑。在設計機械設備與產(chǎn)品的過程中,環(huán)保理念應始終貫穿其中,并踐行以人為本的理念,科學合理地采用人性化設計措施。其中,人性化設計的核心就是不斷地優(yōu)化操作工作人員的舒適度以及安全性,可以在設計中引入體驗理念,進一步增強綠色機械設計個人化特征。
通常來講,人性化節(jié)能環(huán)保機械設計主要體現(xiàn)在以下幾個方面:一方面,對駕駛室進行設計的過程中,要對人機工程學的設計原理進行利用,將其設計成能夠有效預防紫外線照射且封閉式的駕駛室,安全且環(huán)保。這樣一來,不僅可以確保駕駛工作人員的安全,而且裝置的加裝操作更方便,一定程度上優(yōu)化了駕駛室舒適程度,使得一線工作環(huán)境得以改善,為工作質(zhì)量與效率的提高奠定了堅實的基礎。另一方面,科學配置集中潤滑系統(tǒng)。為了對傳統(tǒng)手動加注潤滑脂方式進行轉(zhuǎn)變,需要對自動定時加注潤滑脂設備進行深入研究與探索。在實踐中,集中潤滑系統(tǒng)的應用可以通過精確計算,實現(xiàn)自動且定量加油的目的,不僅環(huán)保性明顯且便利。如果是小型的機械設備,則要選用密封銷軸亦或是全新材料特殊的軸套,也可以對二級防塵結(jié)構(gòu)進行設計,以保證成本投入得以減少,以免有異物進入內(nèi)部,也規(guī)避油脂的排出。
(2)未來發(fā)展趨勢。在個性化設計未來發(fā)展中,機械行業(yè)的外觀設計將與IT 產(chǎn)業(yè)相同,生產(chǎn)更多個性化產(chǎn)品并占據(jù)更大市場比重。為此,在后期設計工作中,應強調(diào)產(chǎn)品外觀設計的重要作用,特別是標識牌、造型以及顏色等方面,能夠給人一種親切感以及美感,更好地實現(xiàn)人機和諧發(fā)展的目標。另外,人性化設計也將實現(xiàn)自動化控制,通過對計算機智能控制技術(shù)的合理運用,能夠確保判斷的自動化,在配置方面也更具自動化。在自動控制與操縱方面,進一步優(yōu)化機械設備的舒適程度。
綠色環(huán)保機械人性化設計更加可靠,為不斷優(yōu)化整機可靠程度,需選擇使用成熟技術(shù)元件,盡量減少元件的更換頻率,以免使污染程度增加,也避免與人性化設計原則相背離。
機械設備設計的目的就是為人類提供服務,而科學技術(shù)的發(fā)展重點同樣以人為中心。所以,在綠色環(huán)保機械設計中合理地融入人性化設計理念,能夠不斷地增強工作人員的積極性。但仍需注意的是,不管是機械設備的操作安全性設計抑或是舒適性設計,均需將安全因素放在首位。只有這樣,才能夠在發(fā)揮機械設備作用的同時,為人們提供所需服務。
綜上所述,基于人性化的綠色環(huán)保機械設計先進性特征明顯,通過對現(xiàn)代化機械設備的合理運用,能夠加快企業(yè)的進步與發(fā)展速度。而在設計機械方面,設計工作人員需在設計過程中合理地融入節(jié)能環(huán)保思想,盡量規(guī)避機械運轉(zhuǎn)期間對于周邊環(huán)境的負面影響。而在機械制造方面,則要嚴格審核原材料,保證材料選擇符合標準要求,充分利用既有資源,減少生產(chǎn)與制造成本的投入,不斷創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟效益。在未來發(fā)展中,人性化綠色環(huán)保機械也將實現(xiàn)跨越式發(fā)展,更好地實現(xiàn)人機和諧相處。