人性化綠色環(huán)保機(jī)械設(shè)計淺議
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機(jī)械產(chǎn)品是一種實用產(chǎn)品，在設(shè)計過程中要求能夠發(fā)揮正常的使用功能，同時要求產(chǎn)品使用中具有良好的舒適性與方便性，同時保證產(chǎn)品使用中的安全性、可靠性。環(huán)保理念對機(jī)械設(shè)計提出了新的要求，要求機(jī)械設(shè)計中堅持人性化的設(shè)計思路，不斷優(yōu)化設(shè)計中的各項要素。人性化設(shè)計以人為設(shè)計的中心，對工業(yè)機(jī)械或產(chǎn)品從使用、操作、安全、可靠、環(huán)境、心理感受等方面進(jìn)行整體考慮和構(gòu)思，并對人的生理、心理因素做科學(xué)的定性與定量分析和研究，提出人與產(chǎn)品、機(jī)器協(xié)調(diào)設(shè)計的理論依據(jù)。
1.環(huán)保設(shè)計理念對機(jī)械設(shè)計的幾點要求
在環(huán)保設(shè)計理念之下，機(jī)械設(shè)備的性能與材料應(yīng)當(dāng)具有良好的環(huán)保性，更好地迎合當(dāng)前環(huán)保設(shè)計理念，主要表現(xiàn)在以下幾個層面。
1.1保證設(shè)計材料的安全、無毒
基于環(huán)保設(shè)計理念，要求機(jī)械設(shè)計過程中注重材料的安全性、無毒性。傳統(tǒng)的機(jī)械材料構(gòu)成多為甲醛、石棉等物質(zhì)，容易對人體造成一定危害，也不符合環(huán)保設(shè)計理念，當(dāng)前我國大型企業(yè)焊絲盤每年消耗2億個，產(chǎn)生了一系列的環(huán)境問題。塑料焊絲盤廢棄之后自然環(huán)境難以自行降解，并容易釋放有毒物質(zhì)和有害的化學(xué)物質(zhì)，污染水和大氣，進(jìn)而危害人體。
1.2注重材料的可回收性
基于環(huán)保設(shè)計理念，機(jī)械設(shè)計過程中應(yīng)當(dāng)堅持可回收發(fā)展理念，針對可回收再造的原料，通過相關(guān)的技術(shù)操作保證行業(yè)曲線linkindustryAppraisementDOI：10.3969/j.issn.1001-8972.2022.09.014可替代度影響力可實現(xiàn)度行業(yè)關(guān)聯(lián)度真實度產(chǎn)品的再次使用。為此在設(shè)備生產(chǎn)制造的過程中可以重點加強(qiáng)對設(shè)備材料的關(guān)注，尤其在機(jī)械結(jié)構(gòu)裝配過程中，可以優(yōu)先選擇一些大塊材料，與零散材料相比，在處理與回收利用層面更具優(yōu)勢。降低材料運用的污染性，在對材料報廢與回收過程中使得機(jī)械設(shè)備盡量便于拆卸，對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行分別分析，對于能夠利用的零件進(jìn)行再次利用。若部分零件處理中需要進(jìn)行焚燒，則要求對大氣污染情況進(jìn)行一定控制，減少大氣污染排放量。加強(qiáng)對廢棄污染物的處理，采用科學(xué)的處理方式，利用專業(yè)的處理方式對機(jī)械部件進(jìn)行相應(yīng)處理，增強(qiáng)機(jī)械部件廢棄或者處理中的環(huán)保性。
1.3注重材料的耐用性與節(jié)能性
在原材料的選擇過程中，可以盡量選擇一些耐用性較強(qiáng)的原材料，注重原材料本身的質(zhì)量，通過對原材料的優(yōu)化選擇降低材料生產(chǎn)制造成本，降低設(shè)備更換率。在提升設(shè)備運行效率的同時，促進(jìn)設(shè)備的二次回收利用。例如PP／MRP復(fù)合材料制備與運用過程中，不斷加強(qiáng)對該材料的研究，加強(qiáng)對相應(yīng)生產(chǎn)工藝的研究，注塑工藝運行過程中的相關(guān)參數(shù)見表1。與材料設(shè)計和選擇中的實際情況相結(jié)合，不斷優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計中各項要素，與當(dāng)前節(jié)能設(shè)計中的實際要求相結(jié)合，增強(qiáng)節(jié)能設(shè)計的針對性與有效性。
2.人性化理念下機(jī)械開發(fā)設(shè)計中的考慮要素
基于以上提出的機(jī)械環(huán)保設(shè)計中的相關(guān)理念，應(yīng)當(dāng)探索將人性化設(shè)計理念運用至機(jī)械開發(fā)設(shè)計環(huán)節(jié)之中，充分考慮機(jī)械設(shè)計中的各項要素，不斷加強(qiáng)對相關(guān)設(shè)計要素的有效整合與利用，優(yōu)化設(shè)計環(huán)節(jié)中的各個層面，不斷增強(qiáng)并鞏固環(huán)保設(shè)計效果。
2.1機(jī)械發(fā)動機(jī)選擇
發(fā)動機(jī)是機(jī)械設(shè)計中的重要構(gòu)成，對機(jī)械設(shè)備運行起著根本性的支持作用，為此在設(shè)計過程中要求不斷優(yōu)化發(fā)動機(jī)的選擇，踐行人性化的設(shè)計理念。若發(fā)動機(jī)運作不良，機(jī)械設(shè)備運行過程中容易出現(xiàn)一些聲響，導(dǎo)致設(shè)備運行中出現(xiàn)一些雜音，同時可能增加設(shè)備的油耗量，因此基于環(huán)保設(shè)計理念，要求不斷優(yōu)化設(shè)備的發(fā)動機(jī)設(shè)計，要求發(fā)動機(jī)設(shè)計過程中將此種因素考慮在內(nèi)。為此在設(shè)計過程中可以選擇油耗較少、運轉(zhuǎn)噪聲較低的發(fā)動機(jī)，提升發(fā)動機(jī)設(shè)計的環(huán)保性，選擇環(huán)保型產(chǎn)品，降低排放量。
2.2減少設(shè)備運行中的噪聲污染
環(huán)境污染與工業(yè)污染中的重要表現(xiàn)之一為噪聲污染，工業(yè)機(jī)械設(shè)備運行過程中容易產(chǎn)生噪聲污染，因此在環(huán)保設(shè)計過程中應(yīng)當(dāng)進(jìn)行必要的噪聲控制，以此增強(qiáng)機(jī)械設(shè)備運行效率。傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備作業(yè)過程中往往會產(chǎn)生一定的噪聲，不利于良好設(shè)計理念的貫徹，雖然設(shè)備運行能夠達(dá)到一定的作業(yè)效果，但噪聲管理是應(yīng)當(dāng)考慮到的重要因素之一。在設(shè)計過程中，可以采用一些必要的作業(yè)控制方式，通過優(yōu)化操作減弱噪聲。常見的操作方式有減少共振，例如在裝載機(jī)設(shè)計時，選擇雙向減震懸掛操縱系統(tǒng)的動力裝置，通過此種設(shè)計減少噪聲、傳統(tǒng)裝置與車架之間的共振對系統(tǒng)運行可能造成的損害。針對后橋設(shè)計，采用中心擺動結(jié)構(gòu)方式，以此使得動力輸入中心和后橋擺動中心重合，以此減弱設(shè)備運行中的振動與噪聲，減少作業(yè)過程中不同部件之間可能產(chǎn)生的相互沖擊噪聲。增強(qiáng)發(fā)動機(jī)設(shè)計精度，促進(jìn)不同部件之間的相互咬合，使用阻尼材料，以此達(dá)到縮小共振的應(yīng)用效果。對液壓系統(tǒng)進(jìn)行必要的噪聲控制，為了減少筏節(jié)流、液壓油泵振動、油管振動過程中可能產(chǎn)生的噪聲，采用對液壓管路優(yōu)化排列的作用方式，此外還可以在機(jī)罩等部位中設(shè)計一些粘貼，從而達(dá)到噪聲控制效果。加強(qiáng)對機(jī)械設(shè)備主體系統(tǒng)的控制，注重駕駛室設(shè)計的密封性，減少噪聲的發(fā)生對人體的影響，改良傳統(tǒng)的發(fā)動機(jī)作業(yè)制冷方式，采用對風(fēng)扇進(jìn)行冷卻的處理方式。
2.3優(yōu)化液壓設(shè)備選擇
液壓設(shè)備是系統(tǒng)運行中的重要構(gòu)成，運行中能夠保證各個部件以及整體系統(tǒng)運行良好，對生產(chǎn)活動起到良好的壓強(qiáng)傳遞的應(yīng)用效果。在設(shè)計與使用過程中，要求對設(shè)備進(jìn)行必要的維護(hù)與保養(yǎng)。對液壓系統(tǒng)設(shè)計考慮防風(fēng)效果，避免運行中細(xì)小雜質(zhì)對設(shè)備的不良影響，使得液壓設(shè)備過度磨損。由此在設(shè)計中，對部件運行保持良好的使用量，避免出現(xiàn)過度消耗的現(xiàn)象。將液壓油的消耗量控制在適宜的范圍之內(nèi)，保證油溫數(shù)值合理。在液壓系統(tǒng)運行中保證工作介質(zhì)的密封性符合要求。加強(qiáng)對液壓油滲漏的有效處理，避免對整體液壓系統(tǒng)運行造成不良影響，此時對環(huán)境也容易造成一定污染，因此在管理控制過程中，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對液壓油滲漏的有效處理。在液壓系統(tǒng)組織設(shè)計過程中充分選擇適宜的油箱與管道，與系統(tǒng)運行中的實際情況相結(jié)合，設(shè)置適宜的油箱與管道，保證運行的流暢性，避免出現(xiàn)油料滲漏現(xiàn)象。
2.4將節(jié)能理念融入其中
在機(jī)械設(shè)計過程中，將節(jié)能要素融入其中，使得機(jī)械運行能夠達(dá)到良好的節(jié)能環(huán)保效果。當(dāng)前機(jī)械設(shè)計市面上存在著多種類型與功能的發(fā)動機(jī)品種，分別具有不同的功效與規(guī)格，為此在產(chǎn)品設(shè)計過程中，要求綜合考慮發(fā)動機(jī)的能耗與環(huán)保效果。同時針對機(jī)械設(shè)計進(jìn)行必要的操作手段與作業(yè)方式，以此減少作業(yè)操作中的能源消耗。
3.基于人性化的綠色環(huán)保機(jī)械的設(shè)計分析
3.1優(yōu)化機(jī)械設(shè)備室設(shè)計
基于人性化的管理理念，堅持綠色環(huán)保的設(shè)計理念與設(shè)計方式，在保持安全性的前提條件之下，優(yōu)化機(jī)械設(shè)備室設(shè)計，這是一種長期暴露在陽光下的操作工種，因此針對駕駛室的玻璃應(yīng)當(dāng)充分注重防曬，以此減少紫外線對人體的損傷。在設(shè)計駕駛室內(nèi)設(shè)備時，對各項設(shè)備的設(shè)計要求能夠有效遵從人體力學(xué)的相關(guān)要求，從人性化的角度保證作業(yè)員操作中的便捷性與舒適性。此外在設(shè)計中應(yīng)當(dāng)保持駕駛室內(nèi)的密封性，以此隔絕噪聲污染對人體的危害。
3.2優(yōu)化潤滑系統(tǒng)配置
從人性化的角度進(jìn)行新的潤滑系統(tǒng)配置，改革原有手動加注潤滑脂的作業(yè)方式，開發(fā)自動定時加注潤滑脂的作業(yè)設(shè)備，當(dāng)前已經(jīng)形成的研發(fā)體系有集中潤滑系統(tǒng)。能夠?qū)υO(shè)備運行中的各種情況充分考慮。在系統(tǒng)運行中精準(zhǔn)計劃，并制定相應(yīng)的自動定量加油系統(tǒng)，由此實現(xiàn)環(huán)保效果，針對小型機(jī)械設(shè)備可以采用密封的銷軸，同時選擇特殊材料作為軸套。為了降低設(shè)備的運行成本，可以設(shè)計二級防塵結(jié)構(gòu)，通過此種設(shè)計方式避免或者減少異物進(jìn)入，同時達(dá)到防止油脂排出的效果。
3.3優(yōu)化設(shè)備的外觀設(shè)計
針對設(shè)備運行采用個性化的外觀設(shè)計方式，與IT產(chǎn)業(yè)的設(shè)計方式相結(jié)合，不斷優(yōu)化機(jī)械設(shè)備的外觀設(shè)計方式，有效融合人性化的產(chǎn)品設(shè)計理念，通過優(yōu)化設(shè)計，促進(jìn)產(chǎn)品在市場中贏得良好的發(fā)展份額，在產(chǎn)品外觀設(shè)計上，充分注重機(jī)械設(shè)計產(chǎn)品的造型、顏色與標(biāo)識牌，以此更好地進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計與組織，使得機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計能夠帶給人良好的親切感與美感，增強(qiáng)產(chǎn)品設(shè)計效果，達(dá)到機(jī)械設(shè)計與產(chǎn)品設(shè)計之間的有效協(xié)調(diào)。結(jié)合抓取零部件的形狀和大小優(yōu)化手部結(jié)構(gòu)設(shè)計，當(dāng)前主要采用夾持式、吸附式設(shè)計方式。吸附平整的薄板件設(shè)計主要采用吸附式手部結(jié)構(gòu)，例如可以采用圓柱形的金屬線材，每個結(jié)構(gòu)最大重量與直徑數(shù)值分別為17g~1800g、5mm~8mm，綜合考慮工件形狀、尺寸，在設(shè)計過程中可以采用夾持式結(jié)構(gòu)。合適的夾持力是設(shè)計手部組件結(jié)構(gòu)需要考慮的重要因素之一。金屬焊絲盤數(shù)控彎絲機(jī)械手手部設(shè)計過程中要求考慮到金屬線材本身重量這一要素，抓取搬運至彎絲模具作用時具有一定的慣性力，因此要求手部能夠具備一定的夾持力，但是應(yīng)當(dāng)將其控制在一定限度，如圖1所示。
3.4優(yōu)化機(jī)械設(shè)備的可靠性設(shè)計
不斷提升機(jī)械設(shè)備設(shè)計中的可靠性，從人性化設(shè)計的角度，不斷提升機(jī)械設(shè)備設(shè)計的智能化，更好地迎合人性化設(shè)計理念。在產(chǎn)品組織設(shè)計中有效利用智能控制技術(shù)，針對設(shè)計過程中的相關(guān)要素進(jìn)行智能判斷與總結(jié)，針對機(jī)械設(shè)備運用中的一些細(xì)節(jié)，通過智能操作進(jìn)行集中統(tǒng)一控制，以此達(dá)到良好的智能控制效果，使得設(shè)備運行過程中能夠自動配置，以此達(dá)到良好的綜合控制效果，提升設(shè)備運行的綜合舒適度。加強(qiáng)設(shè)備運行中的可靠性設(shè)計，從總體運行角度提升設(shè)備運行的可靠性，關(guān)注當(dāng)前機(jī)械設(shè)備的最新發(fā)展動態(tài)，采用成熟的發(fā)展技術(shù)，避免使用較多的元件，在設(shè)備生產(chǎn)制造過程中避免出現(xiàn)污染，嚴(yán)格貫徹人性化的設(shè)計原則與設(shè)計理念。增強(qiáng)設(shè)備設(shè)計與運行的可靠性，增強(qiáng)運行效果。
4.結(jié)束語
在機(jī)械工程設(shè)計過程中應(yīng)當(dāng)始終堅持人性化的設(shè)計理念，堅持可持續(xù)發(fā)展理念，貫徹以人為本的設(shè)計宗旨，將綠色環(huán)保的理念貫徹至設(shè)計活動之中，這是當(dāng)前我國工業(yè)化發(fā)展的重要要求之一，迎合了人類與環(huán)境生存與發(fā)展的需求。為此在機(jī)械設(shè)計過程中應(yīng)當(dāng)充分迎合環(huán)保設(shè)計理念，加強(qiáng)并優(yōu)化機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計，從人性化發(fā)展的角度，不斷促進(jìn)人與自然的和諧相處，促進(jìn)產(chǎn)品運用達(dá)到良好的綜合效果。
作者:王澤琪 單位:德州職業(yè)技術(shù)學(xué)院