機(jī)械制造及自動(dòng)化中的節(jié)能高效設(shè)計(jì)理念分析

宋韶華 隆丹寧

摘要：本文聚焦機(jī)械制造行業(yè)的高效節(jié)能設(shè)計(jì)理念，探索節(jié)能降耗帶來(lái)成本降低對(duì)機(jī)械制造行業(yè)帶來(lái)的影響。研究結(jié)果表明，通過(guò)改進(jìn)機(jī)械制造工藝，對(duì)機(jī)械制造設(shè)備進(jìn)行技術(shù)升級(jí)改造可以達(dá)到節(jié)能降耗的效果。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制造;自動(dòng)化;節(jié)能高效

前言：機(jī)械制造行業(yè)是支撐我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要行業(yè)之一，對(duì)我國(guó)綜合經(jīng)濟(jì)實(shí)力具有直接的影響。在近幾年發(fā)展進(jìn)程中，我國(guó)機(jī)械制造自動(dòng)化程度不斷提升，推動(dòng)著機(jī)械制造效率、質(zhì)量的同步提升。但是，在機(jī)械制造生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中仍然存在較高的能量損耗率，且污染物質(zhì)排放量較大，對(duì)機(jī)械制造行業(yè)在新時(shí)期的可持續(xù)發(fā)展造成了較大的不利影響。因此，探索節(jié)能高效設(shè)計(jì)理念在機(jī)械制造及自動(dòng)化中的應(yīng)用非常必要。

一、節(jié)能高效設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用意義

1、推動(dòng)機(jī)械制造行業(yè)可持續(xù)發(fā)展

節(jié)能高效是各行業(yè)關(guān)注的重要課題，機(jī)械制造及自動(dòng)化也不例外。在機(jī)械制造過(guò)程中會(huì)消耗大量原材料及能源，特別是不可再生能源。相關(guān)能源的無(wú)節(jié)制利用，不僅會(huì)增加機(jī)械制造成本，而且會(huì)加劇整個(gè)行業(yè)內(nèi)的能源危機(jī)[1]。通過(guò)合理利用節(jié)能高效設(shè)計(jì)理念，可以在降低能源損耗量的同時(shí)，創(chuàng)新應(yīng)用可再生能源，為整個(gè)機(jī)械制造行業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供充足支持。

2、提高環(huán)境效益

在機(jī)械制造過(guò)程中，不僅需要消耗大量能源，而且在能源消耗過(guò)程中會(huì)散發(fā)出不同類別的氣體以及固體顆粒，對(duì)環(huán)境具有較大的不良影響。而自然環(huán)境是人們共同生活的家園，與人們生活生產(chǎn)均具有密切的關(guān)系。通過(guò)將節(jié)能高效設(shè)計(jì)理念恰當(dāng)應(yīng)用于機(jī)械制造及自動(dòng)化過(guò)程中，可以切斷機(jī)械制造污染物散發(fā)、傳播線路，提高行業(yè)環(huán)境效益。

二、節(jié)能高效設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用內(nèi)容

1、機(jī)械制造工藝

1）從熱處理工藝來(lái)看，熱處理工藝是機(jī)械制造行業(yè)主要用工藝，以電爐、鹽浴爐、普通箱式爐為代表的有氧熱處理設(shè)備占據(jù)比重在80%以上，而感應(yīng)加熱爐、可控氣氛爐等無(wú)氧熱處理設(shè)備則在20%以下。工藝模式多依賴技術(shù)工人的經(jīng)驗(yàn)，仍然沒(méi)有形成規(guī)?；⑸鐣?huì)化、產(chǎn)業(yè)化體系，能耗高出發(fā)達(dá)國(guó)家40%左右，生產(chǎn)效率則低于發(fā)達(dá)國(guó)家30%左右?；诖耍梢詰?yīng)用節(jié)能高效設(shè)計(jì)理念，引用天然氣等清潔新能源代替煤炭等高污染能源，并應(yīng)用煙道氣廢熱提高熱利用率，達(dá)到節(jié)能環(huán)保目的。同時(shí)結(jié)合熱處理設(shè)備實(shí)際情況，綜合考慮整機(jī)、零件改造成本、技術(shù)，恰當(dāng)?shù)膽?yīng)用真空加熱處理技術(shù)或者感應(yīng)加熱處理技術(shù)、離子束、激光束表面快速加熱技術(shù)，以便在≤10-5負(fù)壓空間內(nèi)順利完成預(yù)處理件加熱任務(wù)。

2）以注塑工藝為例，利用源于節(jié)能高效設(shè)計(jì)領(lǐng)域的高性能伺服節(jié)能注塑設(shè)計(jì)理念或高速瓶坯注塑設(shè)計(jì)理念，可以降低機(jī)械制造過(guò)程中能源損耗率，提高機(jī)械制造成效。其中高性能伺服節(jié)能注塑設(shè)計(jì)理念主要是將點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式智能定量潤(rùn)滑應(yīng)用到鎖模部分潤(rùn)滑系統(tǒng)，同時(shí)將免潤(rùn)滑石墨套應(yīng)用到鎖模機(jī)鉸部分，在不干擾惡劣工況下潤(rùn)滑效果的情況下，降低潤(rùn)滑油損耗量，同時(shí)利用便于模具拆卸、安裝的T型槽代替定量泵，并在高剛性箱式模板中配置高精度、節(jié)能節(jié)水的同步伺服驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)，降低50%左右的能源損耗。結(jié)合整體式射座+斜排雙射移射膠結(jié)構(gòu)，確保射膠動(dòng)作平穩(wěn)順暢，同時(shí)有效避免高壓射膠時(shí)因射座下沉造成的部件損壞和漏膠現(xiàn)象，可以從根源上規(guī)避高壓射膠下沉以及由此引發(fā)的膠泄露、射膠部件毀損情況，保障射膠動(dòng)作的順暢無(wú)阻。

高速瓶坯注塑設(shè)計(jì)理念主要是將溫度系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等注塑周邊設(shè)備與倫茨伺服系統(tǒng)控制的取坯機(jī)械手有機(jī)整合，以模具中心區(qū)域?yàn)橹c(diǎn)，實(shí)現(xiàn)全液壓合模，摒除以往鉸合模系統(tǒng)另加潤(rùn)滑油潤(rùn)滑機(jī)鉸運(yùn)作副環(huán)節(jié)。與此同時(shí)，二板運(yùn)動(dòng)可以直接通過(guò)直線導(dǎo)軌運(yùn)作副，工作環(huán)境相對(duì)清潔，且潤(rùn)滑油添加量使用需求小。在注塑單元，利用雙級(jí)注塑單元代替普通單級(jí)注塑單元，利用恒壓電源驅(qū)動(dòng)的一對(duì)一單獨(dú)溫度控制模具射嘴，實(shí)現(xiàn)針閥式熱流道模具，結(jié)合高速外壁水冷+內(nèi)腔風(fēng)冷3工位冷坯專用機(jī)械手、取坯機(jī)械手的配備，可以分割取坯、放坯操作，在降低取坯部分運(yùn)動(dòng)慣量、提高取坯動(dòng)作準(zhǔn)確度的同時(shí)，將一模成型周期壓縮到9s。

2、機(jī)械制造設(shè)備

1）中頻爐是機(jī)械制造企業(yè)常用設(shè)備之一，但傳統(tǒng)中頻率存在功率因數(shù)低于標(biāo)準(zhǔn)要求的情況。因此，可以采用動(dòng)態(tài)諧波治理+無(wú)功補(bǔ)償方案，將有源電力濾波器輸出高次諧波濾除后應(yīng)用高通濾波器，滿足無(wú)功補(bǔ)償固定容量要求。比如，針對(duì)額定容量為1508kW中頻爐兩路10kV進(jìn)線側(cè)功率因數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)要求不符情況，因其整流變雙繞組輸出由Y形接法、△形接法組成了12脈波整流器，線路變壓器低壓側(cè)電流諧波畸變率較高，可以達(dá)到15.2%，不僅會(huì)消耗系統(tǒng)無(wú)功功率儲(chǔ)備，而且會(huì)造成繼電保護(hù)與自動(dòng)裝置工作紊亂，增加輸電線路、變壓器、旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)損耗，影響輸電線、電容器規(guī)定運(yùn)行年限?；诖?，可以利用4臺(tái)有源電力濾波器、高通濾波器，構(gòu)成動(dòng)態(tài)諧波治理+無(wú)功補(bǔ)償綜合裝置，并聯(lián)裝置與負(fù)載，進(jìn)行中頻爐諧波的動(dòng)態(tài)跟蹤補(bǔ)償。其中無(wú)功補(bǔ)償功能由高通濾波器承擔(dān)，可以在將有源電力濾波器輸出高次諧波濾除的同時(shí)，規(guī)避系統(tǒng)諧振問(wèn)題，保證無(wú)功補(bǔ)償固定容量要求的順利達(dá)成。假定無(wú)功補(bǔ)償經(jīng)濟(jì)效益系數(shù)為0.085，與諧波電流250A造成的損耗等效無(wú)功電流可達(dá)到580A，以250A進(jìn)行補(bǔ)償容量計(jì)算，可得出補(bǔ)償容量為： ，可以節(jié)省的電網(wǎng)功率損耗為25kW。按每天運(yùn)行22h，每年運(yùn)行355天進(jìn)行計(jì)算，變壓器每年可以節(jié)省電量為195250kWh。

2）冶金機(jī)械設(shè)備是機(jī)械制造業(yè)重要組成設(shè)備。傳統(tǒng)自動(dòng)化冶金機(jī)械設(shè)備能源損耗較高，工作噪音加大，且存在熱輻射問(wèn)題，背離了綠色制造的指導(dǎo)方針[2]?；诖?，可以運(yùn)用節(jié)能高效設(shè)計(jì)理念，運(yùn)用環(huán)保無(wú)公害、低油耗、低噪聲的環(huán)保型發(fā)電機(jī)。同時(shí)嚴(yán)格控制原料、輔助料選擇標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)選無(wú)雜質(zhì)的油液以及密封性能佳、耐老化的管線料，降低液壓元件磨耗以及溢出導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。同時(shí)設(shè)計(jì)自動(dòng)加脂裝置，規(guī)避以往手動(dòng)加脂存在的效率低、資源耗費(fèi)量大以及油液溢出風(fēng)險(xiǎn)高等問(wèn)題。自動(dòng)加脂裝置包括裝油杯體、底座、彈簧、調(diào)節(jié)閥等幾個(gè)構(gòu)件。在裝油杯體設(shè)計(jì)制作時(shí)，可以優(yōu)選透明耐沖擊、耐高溫材料（120℃），根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況直接將油品加注到油杯內(nèi)，摒棄一次性產(chǎn)品——油囊的使用環(huán)節(jié)，提高效率;底座則可以選擇金屬料，利用電鍍或氧化鍍工藝，解決以往加脂裝置存在的易腐蝕、易碰撞等問(wèn)題;對(duì)于調(diào)節(jié)閥，則可以選擇耐腐蝕、調(diào)節(jié)精密度高的不銹鋼件，經(jīng)針閥設(shè)計(jì)制造，滿足基于流量的速度調(diào)節(jié)要求[3]。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，機(jī)械制造及其自動(dòng)化中節(jié)能高效設(shè)計(jì)理念的應(yīng)用，不僅可以助力機(jī)械制造行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，而且可以提高機(jī)械制造業(yè)的環(huán)境效益。因此，機(jī)械制造業(yè)可以從制造工藝、制造機(jī)械設(shè)備兩個(gè)方面入手，根據(jù)傳統(tǒng)機(jī)械制造設(shè)備或工藝運(yùn)行階段存在的浪費(fèi)現(xiàn)象以及低效問(wèn)題表現(xiàn)，逐一開(kāi)展節(jié)能高效改進(jìn)，保證機(jī)械制造經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益的同步提升。

參考文獻(xiàn)：

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[3]謝子劍.淺析冶金機(jī)械行業(yè)的綠色設(shè)計(jì)與制造關(guān)鍵技術(shù)[J].設(shè)備管理與維修，2021（10）：89-90.