冶金机械的绿色设计及制造探析

616 编辑：中冶有色技术网来源：王平

2024-03-07 15:48:38

摘要：本文首先从绿色设计的特点、内容、设计方法等方面介绍了冶金机械的绿色化及绿色设计的内容，然后对绿色材料及绿色制造工艺进行了探讨，具有一定的参考意义。

Abstract: This paper, from the green design characteristics, content, design method of metallurgical machinery introduces the from and the contents of the green design, and then discusses the green materials and green manufacturing process, and has the certain reference significance.

中图分类号： S611 文献标识码： A 文章编号：

1.冶金机械的绿色化及绿色设计

绿色产品应在其寿命周期全程中符合特定的环保要求，对人类和生态环境无危害或危害极小，资源利用率较高，能源消耗率较低。绿色设计是冶金机械成为绿色产品的关键环节，也是绿色技术中最为核心的内容。

1.1绿色设计的特点

在设计中要充分考虑产品自身的使用及其生产工艺对生态环境的负作用，要将其危害程度降至最低直至消除。因此绿色设计突破了常规设计的范畴，并具有特定的属性。

1）环保特性。突出环境保护和生态平衡，可持续发展是绿色设计的指导思想，而环保是其核心。

2）能源特性。在设计中，必然使生产制造的能耗最少，且应尽量采用洁净的能源，降低对环境的污染破坏。

3）资源特性。绿色设计要求构成产品的材料能充分、有效地利用和减少废弃物，并能再生和重新利用，从而有效地保护地球的矿物资源。

4）并行闭环设计。绿色设计考虑到制造使用和再生利用，其设计形成了产品寿命周期的闭路循环。

1.2绿色设计的主要内容

绿色设计的目的是制造绿色产品，而绿色产品的评价是以其绿色特征及贴近度来衡量的。所以，绿色设计的主要内容就是应使产品具有最大程度的绿色特征和贴近度。

1）产品全周期目标设计。在绿色设计中，首先要考虑如何在产品全寿命周期内具有绿色特征，这是区别于传统产品的重要标志。其次要确定产品的生产使用、废弃、回收和再利用等各环节要达到的目标，如对大气的污染程度、资源的利用程度、环境危害程度、能耗及人机关系等。对于冶金机械，还应确定动力资源特点和环境危害度及能耗、材料绿色特性及回收利用度、设备使用中的能耗及环保特征等。

2）环保设计。绿色产品具有环境友好性和相容性，所以设计中的一个重要问题是选用绿色材料，用清洁工艺进行清洁生产加工，最终形成的产品对环境有相当的友好性，如气体污染、固体污染、噪声污染、水污染等应达到允许值或最低值。冶金机械的噪声污染主要来源于机械的震动,因此必须要做好机械的减震工作。对于冶金机械中震动大的零部件,需要选择减震性能较好的材料,并且采用隔震性较好的弹性支承。在减震设备以及机械整体布置和结构设计上,要确保产品动态性能的提高。此外在对冶金机械噪声污染的减少方面,必须在机械设计的过程中就采用高性能的消声器、低噪声的发动机以及装配质量和制造精度较高分配箱和齿轮减速箱,并在整体设计上采用吸音和隔震等除噪方法

3）资源利用性设计。衡量绿色产品重要因素之一是产品制造使用时的资源消耗及再利用情况，应尽量减少材料的使用总量，降低材料的种类，尤其对环境和人有危害的材料，如贵金属或非金属材料应尽量少用、不用或代用。冶金机械中绿色技术的运用首先体现在对原材料的选择上,考虑到绿色技术,就必须要选择一些可再生、易分解、可回收的原材料。有些机械采用了一些非金属材料,比如玻璃钢和工程塑料,虽然都是一些比较新兴的材料,但是都是无法回收利用并且对环境有害的,因此在对原材料的选择过程中,如果铁、钢等金属无法满足原材料的需要,在对新型材料的选择上,必须要开发出对环境没有污染的材料,注重对环境的保护。

4）简约回收设计。在设计中简化产品结构，减少零件和材料的种类及数量，合理利用结构，附设少量零件就可实现多功能、多用途的目标)同时还要考虑材料的回收再利用，如设备中不同种类、类型的材料可以不同的颜色来区分，以利分类回收。

5）可拆卸设计。为便于回收利用，产品必须具有良好的可拆卸性，即在维修中和产品报废后可方便拆卸回收再利用。这就要求对产品结构的连接方法加以改进或更新。

6）可靠性设计。冶金机械在使用一定时间后,都要进行不同程度的修理,如年修等。其实,这种维修制度有许多弊端。冶金设备性能的发挥状态,是需要经过一定的磨合期,性能才能得到最好的发挥。针对以上情况,有必要加强设备监测及故障诊断技术的研究。

6）能源设施。在产品制造加工中要使用能源，在产品投入使用后要消耗能源，所以应选择洁净的能源，并最大限度地节约能源。

1.3绿色设计的方法

绿色产品除具有良好的环境属性外，还可为社会所用，因而其技术涵盖了多学科，具有交叉性，是多種设计方法的集成。生命周期设计方法是绿色设计中最主要、最关键的方法，绿色设计的宗旨就是从产品初始概念设计直至零件的设计、生产、使用、废弃，到拆卸回收等所有环节都要符合绿色属性要求。该法要求产品自始至终都要进行环境属性分析和评估，以确保绿色度符合要求。另外还包括并行设计、模块设计、系统设计、可靠性设计、优化设计、有限元设计、工业设计、长寿命及人机工程设计等方法。

1.4基于绿色技术的相关系统设计

1.4.1动力装置

动力装置对产品的绿色特征影响最大，它既是能耗装置，又最易造成环境污染。

1）能源。整机配套选用清洁能源，而运行中的机械能源可以对其所用能源加以改变或改良。

2）轻量化。采用轻质材料代替铸铁或其他金属材料，如用铝合金或尼龙等替代机体、齿轮和凸轮，用一体化设计使某些结构达到减轻自重，节约能源的目的。

3）除噪设计。采用大容量消声器以降低噪声。

4）减振。采用全塑风机及罩壳，叶片设计为不等距结构。

1.4.2液压系统

在传动装置中，液压系统是各类冶金机械中使用最广泛的一种传动方式。它既可作为控制装置，又可作为二次装置，对于设备的各种能力有很大影响，其设计优劣对于整机绿色特性影响较大。

1）工作介质的绿色化。采用无毒液压油，对设备加以改进，应用纯水作介质，并充分考虑液压油的回收利用再生技术。

2）简化技术。采用组合化和集成化设计的元件及系统，可简化通路，降低系统压力和流量损失。

3）防噪污染。选用质量好、噪声低的元件，采用防振隔声装置，对污染采取有效净化措施，采用在线检测，并进行完善的系统设计。

1.4.3工作机构

为提高工作能力，工作机构采用变频无级调速。

1.4.4操纵控制机构

1）光机电一体化。新式操纵控制方式使设备易于操纵控制，从而更加安全、可靠。如PLC全数字技术与反馈装置配合可在显示屏上反映负荷、温度等多种参数。

2）采用可靠性设计、优化设计、有限元设计、工业设计等。

2.绿色材料

材料是构成机械产品的基础，对机械设备的性能有直接影响，所以材料成为绿色技术的组成之一。绿色产品首先要求材料具有绿色特性。冶金机械作为一类大型的复杂的机械产品，是由多种材料构成的，作为绿色产品，这些材料必须具有相应的绿色属性。基于绿色技术所生产的绿色产品，选材观念发生了根本变化，突破了常规的选择方法，并要考虑材料的绿色特性、功能特性。其主要有以下原则：其一，材料本身性能的先进性,其二，环境协调相容性,其三，易加工、低毒、低害、污染小,其四，尽量采用不加涂镀的材料,其五，易回收处置可再用或降能的材料,其六，尽量减少所用材料种类和数量。例如遵循以上原则可选用低碳马氏体钢、非调质钢代替调质钢、减少Cr和Ni型合金钢的使用，用35SiMn替代40Cr等结构件采用性能好的钢材，可达到节约材料、提高性能的目的。

3.绿色制造工艺

清洁生产和绿色制造是绿色技术中重要的一环，不仅产品寿命周期要绿色化，而且生产制造中的绿色程度也不可忽视，相当一部分对环境的污染破坏是制造中产生的，所以必须采用绿色制造、清洁生产，并实现综合利用。

可持续发展是人类的共同选择，绿色制造是现代制造业可持续发展的必然模式。我们的宗旨是环境的有效保护和资源的充分利用，只有实施相应的绿色制造技术，应用绿色加工设备、刀具和原材料，才能通过绿色加工工艺去实现。在机械加工中，许多工艺的绿色程度可能有所差异。

4.小结

依据可持续发展战略，绿色化已成为世界进步和发展的必然潮流。在21世纪的今天，钢铁企业面临绿色化的挑战。绿色的普及是未来的必然，所以应顺应时代潮流，推广绿色技术，生产绿色产品，提高市场竞争力，迎接中国入世后的挑战，使我们的企业乘着绿色的浪潮，不断完善和自我发展。

参考文献

[ 1]苏启棠.液压系统的绿色设计探讨[ M] .现代机械2001( 1 )12-15.

[ 2]顾国维.绿色技术及应用[ M] .上海同济大学出版社 1999.

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