本文關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計節(jié)能基本原理的分析與應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

機(jī)械設(shè)計節(jié)能基本原理的分析與應(yīng)用

摘要：節(jié)能減排是實現(xiàn)健康可持續(xù)發(fā)展的基本要求，機(jī)械設(shè)計節(jié)能作為其中的重要環(huán)節(jié)，也逐漸成為設(shè)計人員重要的研究方向。這就要求機(jī)械設(shè)計人員詳細(xì)了解機(jī)械設(shè)計節(jié)能的基本原理，再運(yùn)用到設(shè)計工作的實踐中去，從企業(yè)的角度來說，對降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，增強(qiáng)企業(yè)信譽(yù)和影響力，實現(xiàn)更大的效益都具有重要意義。因此，做好機(jī)械設(shè)計節(jié)能基本原理及其應(yīng)用探索工作勢在必行。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計；節(jié)能基本原理；應(yīng)用

機(jī)械設(shè)計節(jié)能基本原理是由質(zhì)點(diǎn)系動能定理的微分形式求證得出的，涉及到較多領(lǐng)域，所以它適用于質(zhì)點(diǎn)系組成的所有研究對象。由此可知，該原理適用于機(jī)械節(jié)能產(chǎn)品的設(shè)計以及其他學(xué)科的研究，具有一定的廣泛性。

一、機(jī)械設(shè)計節(jié)能的背景

機(jī)械設(shè)備是人民日常生產(chǎn)生活中所必不可少的，特別是在工業(yè)生產(chǎn)中，機(jī)械設(shè)備占據(jù)了重要地位，也是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱。然而，大量機(jī)械設(shè)備的使用必然會造成巨大的能源浪費(fèi)，除了用于正常的機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)之外還有很多能源是被浪費(fèi)了，這與我國推行的“節(jié)能減排”政策嚴(yán)重的不符。為了積極響應(yīng)國家“節(jié)能減排”的號召，我們必須從機(jī)械設(shè)備的制造、使用環(huán)節(jié)做好其節(jié)能工作，其中設(shè)計環(huán)節(jié)的節(jié)能工作是最根本也是最有效的方式。

目前，在需要使用大量機(jī)械設(shè)備的行業(yè)經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)能源浪費(fèi)的問題，例如動能轉(zhuǎn)化率低、摩擦導(dǎo)致機(jī)械能損失、發(fā)動機(jī)與設(shè)備功率不匹配等都會造成能源的浪費(fèi)。機(jī)械使用單位為了降低生產(chǎn)成本、提高機(jī)械的使用效率，更加傾向于購買節(jié)能的機(jī)械設(shè)備，這就導(dǎo)致了傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計和制造方法即將被淘汰。隨著技術(shù)的進(jìn)步以及制造理念的轉(zhuǎn)變，機(jī)械制造商逐漸認(rèn)識到了機(jī)械節(jié)能設(shè)計的重要性，并且通過不斷的研究與創(chuàng)新已經(jīng)取得了初步的進(jìn)展。

二、機(jī)械設(shè)計節(jié)能原理及應(yīng)用

機(jī)械設(shè)計節(jié)能原理又稱之為平衡節(jié)能原理，平衡理念是節(jié)能設(shè)計的主要指導(dǎo)思想。機(jī)械節(jié)能設(shè)計應(yīng)當(dāng)從改進(jìn)動力源、減小摩擦、功率匹配節(jié)能這三個方面入手，充分考慮機(jī)械設(shè)備在實際應(yīng)用中所存在的能耗問題，盡量在設(shè)計環(huán)節(jié)就加以改善，從源頭上減少能源的浪費(fèi)。

1.動力源

動力源通常指的是機(jī)械設(shè)備的發(fā)動機(jī)，在節(jié)能設(shè)計的過程中要求盡量的減少發(fā)動機(jī)的輸入功率，同時盡可能增大其輸出功率，簡單的說就是提高機(jī)械設(shè)備電能與動能、勢能、熱能等的轉(zhuǎn)化率。在實際的應(yīng)用中這一設(shè)計理念體現(xiàn)在機(jī)械設(shè)備的啟動、減速停止這兩個階段中。例如，在停止設(shè)備的動力輸入之后由于慣性的因素機(jī)械設(shè)備還會運(yùn)行一小會兒，通過合理的設(shè)計將這一部分動能或者勢能儲存起來，在機(jī)械需要發(fā)動的時候提供一部分初始動力。

2.在設(shè)計過程中減小摩擦

發(fā)動機(jī)所產(chǎn)生的動力必須通過齒輪、動力傳送柱、動力傳動帶等傳遞給機(jī)械設(shè)備需要作用的部位，在這個過程中難以避免的會產(chǎn)生摩擦，損失一部分動能。因此，需要在設(shè)計的過程中盡量較小各個組件之間的摩擦。例如，在“機(jī)械手”的設(shè)計環(huán)節(jié)，對于其關(guān)節(jié)處都會采用光滑的圓柱、軸承和液壓柱進(jìn)行連接，同時在使用的過程中還會定期的用油進(jìn)行潤滑。目的就是為了減少機(jī)械設(shè)備活動處的摩擦，減少動力的損失。

3.功率匹配節(jié)能，合理運(yùn)用節(jié)能

合理的分析不同應(yīng)用環(huán)境下所需要的功率大小，有依據(jù)的設(shè)計機(jī)械設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)功率。例如，飲品加工傳動帶所需的功率就遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于裝卸工廠所用的傳動帶的功率。為了節(jié)約機(jī)械的購買費(fèi)用還可以利用汽車發(fā)動機(jī)的原理，設(shè)置不同的檔位，根據(jù)實際功率需求進(jìn)行調(diào)節(jié)。

4.在加工設(shè)備設(shè)計中的應(yīng)用

為了調(diào)節(jié)牛頭刨床在工作過程由于機(jī)構(gòu)引起的機(jī)器主軸速度波動，通常在機(jī)器內(nèi)在設(shè)計一個轉(zhuǎn)動慣量較大的飛輪，將機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的不均勻系數(shù)限制在允許范圍內(nèi)，以保證其穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。若既要考慮不均勻系數(shù)，又要考慮輸入功率的降低，則應(yīng)首先根據(jù)基本原理將刨刀所消耗的輸出和動能變化率2項疊加合成，就可找出為什么必須在機(jī)器內(nèi)設(shè)計一個轉(zhuǎn)動慣量較大的飛輪的原因。按基本原理在原機(jī)器的基礎(chǔ)上再加一組牛頭刨床工作裝置，使其初相位與原工作裝置的初相位相差180°。將2種功率圖進(jìn)行分析比較，按平衡理論設(shè)計新的牛頭刨床的功率最大值與原牛頭刨床的功率最大值相差較小，而新的牛頭刨床的功效則是原牛頭刨床的2倍。從提高功效的角度看，已達(dá)到降低維持刨床正常工作所需的輸入功率的目的。

三、機(jī)械設(shè)計能源浪費(fèi)的原因

1.缺乏節(jié)能設(shè)計理念

傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計理念是盡可能的提高機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)能力，設(shè)計人員在設(shè)計的過程中首先考慮到的就是如何提高機(jī)械設(shè)備的載重量、運(yùn)轉(zhuǎn)速度等，其次便是機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性，完全忽略了節(jié)能設(shè)計，，甚至為了提高之前的兩方面性能而使得設(shè)計能耗更高。

2.設(shè)計人員專業(yè)水平低

機(jī)械設(shè)計工作都是由專門的設(shè)計人員完成的，部分設(shè)計人員的理論知識匱乏，固步自封、不愿意學(xué)習(xí)新的知識，導(dǎo)致與先進(jìn)的新型設(shè)計方式脫節(jié)。同時，很多設(shè)計人員長期忙于設(shè)計工作，不愿意深入基層考察設(shè)備的使用情況，導(dǎo)致理論脫離實踐，設(shè)計出的機(jī)械設(shè)備不具有可實現(xiàn)性。

3.技術(shù)水平無法滿足設(shè)計需要

受到現(xiàn)有技術(shù)水平的限制很多設(shè)計思想很難得到實現(xiàn)，即使勉強(qiáng)得以實現(xiàn)也會大大增加機(jī)械設(shè)備的制造成本。所以，處于經(jīng)濟(jì)效益的角度考慮，很多機(jī)械制造商并不愿意完全按照設(shè)計要求引入相應(yīng)的節(jié)能技術(shù)。

四、如何做好機(jī)械設(shè)計節(jié)能

1.選用環(huán)保型材料和環(huán)保型發(fā)動機(jī)

從設(shè)計環(huán)節(jié)入手，在滿足設(shè)計要求時，優(yōu)先選取環(huán)保型的材料，材料盡量能夠做到可回收、易處理、無污染。發(fā)動機(jī)是機(jī)械設(shè)備的主要污染源之一，對減少污染物排放具有重要的意義，比如可以選用環(huán)保型水冷增壓柴油機(jī)作為發(fā)動機(jī)，此發(fā)動機(jī)具有油耗低、排放低、使用壽命長等優(yōu)勢，條件允許的話，電控高性能長壽命節(jié)能型發(fā)動機(jī)也是不錯的選擇。

2.電子控制系統(tǒng)的精確化控制

利用電子計算機(jī)和無線網(wǎng)組成的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)對機(jī)械的精準(zhǔn)控制是機(jī)械節(jié)能的又一項措施。智能化終端可以依據(jù)設(shè)定的程序?qū)C(jī)械的運(yùn)行情況實行實時監(jiān)控，做出智能化判斷，控制發(fā)動機(jī)的輸出功率等，以達(dá)到減少消耗的最佳標(biāo)準(zhǔn)，同時，其自我檢測還能及時發(fā)現(xiàn)、處理問題，延長機(jī)械的使用壽命。

3.做好液壓系統(tǒng)的清潔和防滲漏工作

液壓系統(tǒng)的污濁物加快機(jī)械設(shè)備的磨損和腐蝕，液壓系統(tǒng)滲漏直接浪費(fèi)了寶貴的資源，因此，機(jī)械液壓系統(tǒng)也是機(jī)械節(jié)能設(shè)計時要重點(diǎn)考慮的問題之一。比如，加裝一個高效率、高精準(zhǔn)度的過濾裝置就可以過濾掉大部分摻雜物，降低雜物與機(jī)械的物理磨損。采用防滲透的新材料或改變零部件結(jié)構(gòu)，如密封的銷軸等防止?jié)B漏。

4.引入新的技術(shù)

機(jī)械設(shè)計節(jié)能的實現(xiàn)離不開技術(shù)的支持，在設(shè)計的過程中不能脫離實際的技術(shù)發(fā)展水平。但是，又不能完全禁錮設(shè)計思想，要大膽的進(jìn)行創(chuàng)新與嘗試，積極的將各種先進(jìn)的新型技術(shù)應(yīng)用到設(shè)計中去。例如，利用太陽能發(fā)電技術(shù)為機(jī)械設(shè)備提供動力，再外加傳統(tǒng)的動力系統(tǒng)以備不時之需，特別是對于小型機(jī)械設(shè)備，具有很強(qiáng)的可操作性。

結(jié)語

節(jié)能控制系統(tǒng)的應(yīng)用，使動力系統(tǒng)與負(fù)載所需功率匹配更好，機(jī)械內(nèi)部工作強(qiáng)度降低，系統(tǒng)發(fā)熱減少，可靠性提高，能耗降低，從而產(chǎn)生了可觀的經(jīng)濟(jì)和社會效益。但是，面對這些先進(jìn)高科技的節(jié)能產(chǎn)品，特別是對大功率的工程機(jī)械的分析，就會發(fā)現(xiàn)這些產(chǎn)品仍然存在不節(jié)能現(xiàn)象。機(jī)械設(shè)計節(jié)能基本原理是在機(jī)械設(shè)計基本原理的基礎(chǔ)上融入節(jié)能理念的新型機(jī)械設(shè)計原理，是對傳統(tǒng)設(shè)計原理的完善和發(fā)展，符合社會可持續(xù)發(fā)展的要求。應(yīng)用機(jī)械設(shè)計節(jié)能基本原理進(jìn)行生產(chǎn)可以降低成本、減少污染、節(jié)約能源，實踐意義重大，值得全面推廣。

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