关于机械制造工厂设计的节能方法研究
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作者: 许(韦华)磊
摘要：节约能源作为我国的基本国策，在机械制造工厂设计中也应加入节能理念，并加强对节能方法的研究，以低能源消耗实现更快的经济增长与社会效益回报。
关键词：机械制造；设计；节能方法
我国机械制造业充分体现了综合国力，是国民整体生产水平、整体素质提升的重要基础。提高机械制造业对节能低消耗的意识，能有效优化我国经济结构，提升技术装备。本文将对当前机械制造耗能高的原因及节能方法进行分析与阐述。
1.机械制造能耗高的原因
1.1生产设备相对落后
当前，我国机械制造工厂的现状为：缺乏核心研究技术、设备陈旧落后，远远落后于国际先进水平十年，甚至十五年。我国与发达国家相比的重要差距表现为高新技术产业发展、核心竞争力及自主科技创新能力的滞后，当前我国机械制造工厂的新产品研发率极低，仅占发达国家工业的十分之一左右。
1.2劳动效率低下
我国机械制造工厂的发展受到国际产业转移的影响。从全球发展来看，机械制造业的主要国家集中在日本、美国、德国等，我国在生产数量上则排列世界第四位。但同时也应认识到我国机械制造与发达国家先进水平存在的差距：一是产品普遍低端化，附加值较低，其增加值率约为26%，相对日本、美国、德国等仍处于低水平状态；二是我国劳动生产率较低、污染严重、能源消耗量大，例如制造业的能源消耗量占全国一次能耗约63%，单位产品的能耗量则比国际水平高出约20%-30%。
1.3效益回报差
能耗高的机械行业，在制造工厂的建立之初其技术与资金投入都比较少，因此普遍出现低水平、重复建设等问题，很难形成经济规模。很多企业的专业化生产水平低、生产装备的技术水平差，造成产品的质量不稳定、能源消耗率高、经济回报率低。
2.机械制造工厂设计的节能方法
2.1节能措施的设计
根据能源审计的数据要求，具体分析机械制造耗能的原因，有些是生产过程中的能源浪费、有些是人为浪费。如果是人为产生的浪费，就需要加大节能的宣传，树立节能意识，强调能源使用的优化管理。而如果是在生产过程中的浪费，就要对具体情况进行分析，不断改善生产工艺，提高生产效率，进而达到节能的目标。例如降低毛坯粗糙度、选择节水工艺的干式切削、高速切削技术、提高热处理等都是很好的方法。在机械制造工厂的生产过程中，直接能耗量并不高，但是涉及到大量的钢材等原材料的消耗，而生产钢材也需要较多的能源，机械业作为高耗材产业，实际上节材即节能。另外，再制造工艺的节能减排效果更为明显，再制造产品相对新产品达到节能率60%，且其中约70%的部件都可以再利用，在制造过程中极大节约了能源的消耗，成本价格也远低于新产品，节约率可达一半以上，毛利率大大高于新品。
2.2管理器具的节能设计
在机械制造工厂设计中，能源计量和节能监测、能源利用、能源统计、能源审计等状况分析是企业能源管理与节能的基础，而能源计量则是基础的基础。如果一个企业缺乏合理的能源计量器具，能源管理部门就无法获得准确可靠的计量数据，对一个工厂的节能监测、能源利用、能源统计、能源审计等状况不能及时掌握并进行科学分析，更不能为企业的能源管理与节能工作提供更准确、更可靠的指导方向，进而造成能源的严重浪费，提高机械制造工厂的生产成本。随着我国经济的迅速发展，国家已经提出了节能降耗工作的更高、更新要求，企业的能源计量工作也更加重要，要求与国家的节能、环保要求适应。机械制造工厂通过对能源计量器具的设计，能够调节能源消耗的合理性，减少消耗能源率，有效降低成本。
2.3机械制造的燃油经济性
机械发动机的燃油特性，是评价产品主要节能性能的重要指标，而燃油的经济性则很大程度上取决于发动机与传动系间的匹配情况。当发动机工作处于最高功率点时，生产的效率为最高，同时耗油量也处于最高。当发动机处于最佳耗油点时，其燃油的经济性能也达到最好状态。但是如果某机械循环作业，机器处于最高功率状态的时间比重关系并不大。因此，应进行发动机-传动系间的合理匹配分析。在静液压的传动过程中，根据工程的机械低速、重载等工作特点，考虑到动力和速度的要求，应在液压马达、液压泵、发动机三者之间，采取微机与负荷传感技术，根据事先设定的工作模式实现流量、压力及功率的节能控制，以确保液压系统与发动机间的匹配，保证实际工作的顺利开展，并处于高节能点与高效率点，获得最合理的燃油经济性。液力机械传动中主要缺点为效率低，其变矩器平均传动效率仅为60%左右，而采取液力变矩器与多档变速器，再结合自动变速控制技术，既能保证牵引力，又能将变速器保持在高效范围工作。
3.能量效率应用实例
本实例研究主要针对ISO22单极液压油（多用于冬季）及ISO46单级液压油（多用于夏季），与整个季节的多级液压油进行比较。得出的研究成果表明，在提高机械润滑保护的同时，应按照使用季节的区别，更换能够全年工作的多级油，减少燃料的消耗、节约成本。
油液的粘度是随着温度的变化特性即油液的粘温特性，以粘度指数（VI）表示，年度指数越高，则温度增加的粘度降低量较小，粘温的特性较好。一般要求液压油的粘度指数为90以上，当液压系统中工作温度的范围变化相对较大时，则应该选择粘度指数更大的液压油。具备高粘度指数的原油及添加剂的多级液压油，多应用于适应性强较强的单级液压油温度范围中。多级液压油相对同等粘性等级的单级液压油温度低于40℃。也就是说，该种液压油在低温状态的流量更快，能有效提高机械的工作效率。当温度增加时，多级液压油的粘性比单级降低的更少，在高温时能提供有保障的容积效率，对具备高粘性指数的液压油更具备良好性能。因此，有关柴油机燃料节约的计算是基于一定工作量为前提所消耗的燃料。如表1：
夏 季 冬 季
可节约能量（kw・h） 1147.2 4864.2
柴油机的燃料消耗（加仑/ kw・h） 0.0573 0.0691
可节约燃料（加仑） 79.3 336.3
每年总共可节省燃料（加仑） 415.6
在上表中，假设柴油机的燃料价格是$1.72/加仑，那么每台机械的年节约费用为$715。假设一个100台机械的工作组，即有200个泵，在开展同数量的工作时就可节约费用$143000元/年。若考虑到环境因素的影响，那么100台机械每年可以节约83120加仑的柴油机燃料，同时极大减少了二氧化碳排放物。经研究表明，通过选择适合的多级液压油，在液压泵完成一定数量工作的时候，能更大幅度地减少柴油机的燃料用量，进而减少运行费用，达到节能的目标。
参考文献：
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[2]章崇任.工程机械节能降耗新途径[J].建筑机械.2010（7）
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[5]汪世溢、方勇、满忠伟.工程机械液压节能技术的现状及发展趋势[J].工程机械.2010（9）
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