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環(huán)保節(jié)能工程機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)和趨勢
精品源自數(shù)學(xué)科
隨著工程機(jī)械品種和數(shù)量的不斷增加,大量工程機(jī)械所消耗的資源、排放的污染物對環(huán)境產(chǎn)生了難以估計(jì)的負(fù)荷。為保護(hù)人類十分寶貴且有限的地球資源,實(shí)現(xiàn)全球可持續(xù)發(fā)展,提高操作人員的安全性及工作舒適性,努力達(dá)到人、機(jī)和環(huán)境的親和,很有必要按照汽車行業(yè)的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)工程機(jī)械產(chǎn)品。盡管目前工程機(jī)械尚未歸并入限制排放的機(jī)動車行列,但隨著國內(nèi)外各大中城市對城市環(huán)境保護(hù)的日益重視,對機(jī)動車輛尾氣排放用煙度、噪聲等指標(biāo)的限制愈來愈嚴(yán)格;特別是隨著裝載機(jī)等數(shù)量大的工程機(jī)械產(chǎn)品在市政建設(shè)中的使用量不斷加大以及人們?nèi)找嬖鰪?qiáng)的環(huán)保意識,可以預(yù)見開發(fā)研制環(huán)保節(jié)能型產(chǎn)品是今后工程機(jī)械發(fā)展的趨勢。鑒于此,徐工科技在裝載機(jī)行業(yè)中率先推出了ZL40G環(huán)保型輪式裝載機(jī)。
本文以ZL40G環(huán)保型輪式裝載機(jī)為例,就機(jī)械材料的選用與設(shè)計(jì)、所要遵循的要點(diǎn)和所需考慮問題,提出幾點(diǎn)建議和設(shè)想。
1、環(huán)保型材料的利用
1)盡量采用能再生利用的材料和資源
在各系統(tǒng)及部件設(shè)計(jì)中所選用的材料盡量是可回收、易分解、能再生而且在加工和使用過程中對環(huán)境無害的材料,特別是結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能采用比較容易裝配和分解的大模塊化結(jié)構(gòu)和無毒材料,提高工程機(jī)械材料的再生率。
2)長壽命、低能耗及減輕重量的設(shè)計(jì)原則
通常來說,延長產(chǎn)品壽命就等于減少了機(jī)械的生產(chǎn)量和降低其報(bào)廢量,降低產(chǎn)品能耗可減少對環(huán)境的污染,而減輕產(chǎn)品重量即可減少材料和資源的消耗。要從減少環(huán)境負(fù)荷的角度盡可以考慮各系列產(chǎn)品同類零部件的互換性和通用性。為此應(yīng)在保持主機(jī)各項(xiàng)性能參數(shù)前提下,盡量減少主機(jī)和附屬作業(yè)裝置或機(jī)具的體積和重量,提高動力傳動系統(tǒng)零部件的強(qiáng)度和耐久性能,實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)的輕量化和高效率。
3)盡量采用低環(huán)境負(fù)荷材料
工程機(jī)械零部件設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能不使用氟利昂(空調(diào))、含氯橡膠、樹脂及石棉等有害材料。如裝載機(jī)駕駛室和內(nèi)飾上使用難以自然分解且對環(huán)境有害的工程塑料及其它一些非金屬材料都加重了資源浪費(fèi)和環(huán)境污染;在儀表、散熱器及蓄能電池等采購生產(chǎn)中,應(yīng)盡可能減少或替代鉛的使用量。因此在主機(jī)設(shè)計(jì)中一些附屬零部件選用新型環(huán)保型材料很重要。
4)廢棄零部件處理的污染最小化及綜合成本最優(yōu)化
工程機(jī)械產(chǎn)品在設(shè)計(jì)初始階段就要考慮報(bào)廢件處理簡單、費(fèi)用低和污染小,零部件要解體方便、破碎容易,能焚燒處理或可作為燃料回收。
2、環(huán)保型工程機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)
1)選用低公害發(fā)動機(jī)
發(fā)動機(jī)是工程機(jī)械所有系統(tǒng)中對環(huán)境影響最大的部件,采用低油耗、低排放、低噪聲、高效率的環(huán)保型水冷增壓柴油機(jī)能大大降低對環(huán)境的負(fù)荷。目前歐美發(fā)達(dá)國家正在通過采用一系列新的技術(shù)手段、措施或應(yīng)用新型的環(huán)保燃料來進(jìn)一步降低排放、噪聲等,努力適應(yīng)第三次排放法規(guī)要求。
2)降低整機(jī)振動與噪聲
減振與降噪應(yīng)該是產(chǎn)品設(shè)計(jì)中最需關(guān)注的焦點(diǎn)問題。例如在裝載機(jī)設(shè)計(jì)中,動力裝置采用雙向減振懸掛系統(tǒng)就能克服整機(jī)動力傳動系統(tǒng)與車架之間的共振、噪聲及對動力系統(tǒng)的疲勞破壞;后橋設(shè)計(jì)成中心擺動結(jié)構(gòu)能使后橋擺動中心與動力輸入中心重合,很好地減少附加力矩對傳動系統(tǒng)不停沖擊所產(chǎn)生的振動與噪音,避免在崎嶇不平道路上整機(jī)各部件相互沖擊所產(chǎn)生的噪聲。除選擇低噪聲的發(fā)動機(jī)外,主機(jī)的結(jié)構(gòu)布置或系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也可以進(jìn)行某些針對性的改進(jìn)。如冷卻風(fēng)扇可不再由發(fā)動機(jī)直接驅(qū)動,而可單獨(dú)由液壓馬達(dá)帶動,這便于將風(fēng)扇與發(fā)動機(jī)隔開并將整個(gè)發(fā)動機(jī)密封起來,從而使噪聲不能通過風(fēng)扇出風(fēng)口傳到外部,降低噪聲對環(huán)境的影響;通過優(yōu)化液壓管路排列來降低液壓油泵振動、閥節(jié)流和油管振動產(chǎn)生的噪聲;可在機(jī)罩等覆蓋件處設(shè)計(jì)粘貼吸音隔音材料;可設(shè)計(jì)全密封整體式駕駛室,密封減震,隔音降噪,真正體現(xiàn)“以人為本”的設(shè)計(jì)宗旨。
3)液壓系統(tǒng)的清潔和防滲漏
保持傳動液壓油的清潔度對工程機(jī)械的液壓傳動非常重要,因此精心設(shè)計(jì)工程機(jī)械液壓系統(tǒng)(如采用高效高精度過濾裝置)十分必要,這樣就可去除油液中微塵垃圾、機(jī)械磨損物等雜質(zhì),減少液壓元件故障與磨損、延長常用液壓元件的使用壽命,降低液壓油的更換頻率;同時(shí)可有效避免液壓油在工作中溫度升得過高過快,延長換油間隔時(shí)間,減少對周邊作業(yè)環(huán)境的污染。另外通過采用增壓液壓油箱,可改善泵的吸油效果從而延長其使用壽命,并且能很好地防止外界灰塵和水分進(jìn)入油箱,提高整個(gè)液壓系統(tǒng)的清潔度。液壓系統(tǒng)的滲漏對周圍環(huán)境的污染是目前部分工程機(jī)械產(chǎn)品中普遍存在的,液壓管路采用耐腐蝕、防老化、具備優(yōu)良密封性能的進(jìn)口優(yōu)質(zhì)膠管很有必要;為了減少損壞軟管的廢棄量,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)在可能的條件下盡量使用硬管;對設(shè)計(jì)過程中只能采用軟管并且容易破裂時(shí)油液流出而污染環(huán)境。
4)系統(tǒng)高效節(jié)能的設(shè)計(jì)
工程機(jī)械的高效節(jié)能也是環(huán)境保護(hù)的重要一環(huán),減少能源消耗即意味著減少對環(huán)境的污染。故選用電控高性能長壽命節(jié)能型發(fā)動機(jī)是研制環(huán)保型機(jī)械最基本的一環(huán);另外在設(shè)計(jì)時(shí)采用雙泵分合流技術(shù)、液壓負(fù)荷傳感技術(shù)、靜液驅(qū)動技術(shù)等都可達(dá)到節(jié)能降耗的目的。
3、工程機(jī)械產(chǎn)品人性化的設(shè)計(jì)
1)環(huán)保安全關(guān)懷型駕駛室的設(shè)計(jì)
如采用防紫外線輻射玻璃的全密封整體式、經(jīng)減震降噪處理的“安全環(huán)保型”駕駛室,室內(nèi)配置無氟環(huán)保型冷暖空調(diào),并設(shè)計(jì)FOPS及POPS駕駛室以確保駕駛員的安全;充分運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)原理,如司機(jī)座椅可全方位調(diào)節(jié)、功能集成的單操縱手柄、可調(diào)式轉(zhuǎn)向驅(qū)動器、全自動換擋裝置、電子監(jiān)控與故障自診斷系統(tǒng),再輔以合理美觀的顏色搭配,可大大改善司機(jī)的工作環(huán)境,緩解疲勞,提高作業(yè)效率。
2)自動加脂裝置或集中潤滑系統(tǒng)的配置
傳統(tǒng)的手動加注潤滑脂費(fèi)時(shí)費(fèi)力,而且通常有多余的油液溢出來污染周邊環(huán)境。因此研制環(huán)保型工程機(jī)械就能自動定時(shí)加注潤滑脂的設(shè)備,如集中潤滑系統(tǒng)就能自動定時(shí)給各鉸銷加注黃油,其加油量經(jīng)過仔細(xì)計(jì)算后設(shè)定,可很好地保證各銷軸得到足夠的潤滑而又沒有多余的油溢出,既環(huán)保又方便。另外對于小型機(jī)械,鑒于降低設(shè)計(jì)成本,可采用密封的銷軸或使用新型材料的特殊軸套、或設(shè)計(jì)二級防塵結(jié)構(gòu)等防止外部異物的進(jìn)入和內(nèi)部油脂的排出,從而延長加注潤滑油的間隔,減少對環(huán)境的污染。
3)外觀美學(xué)設(shè)計(jì)
傳統(tǒng)的工程機(jī)械產(chǎn)品一直是外形粗放、笨重的形象,環(huán)保型產(chǎn)品更應(yīng)注重外觀美學(xué)和車身的流線型設(shè)計(jì),達(dá)到機(jī)器的環(huán)境的諧和,給人以視覺上的美感。如發(fā)動機(jī)機(jī)罩就可進(jìn)行造型別致美觀的流線型設(shè)計(jì),整機(jī)的標(biāo)識標(biāo)牌應(yīng)精心布置、設(shè)計(jì),良好地體現(xiàn)環(huán)保特色。
4)人性化設(shè)計(jì)
工程機(jī)械控制技術(shù)的電子化代表了當(dāng)今技術(shù)的發(fā)展趨勢,采用微機(jī)控制技術(shù),實(shí)現(xiàn)了各種工況下自動判斷、挖掘機(jī)器發(fā)動機(jī)的功率輸出,達(dá)到發(fā)動機(jī)的最佳功率匹配,減少發(fā)動機(jī)的燃油消耗,并自動診斷機(jī)器狀態(tài),使機(jī)器使始終能保持良好狀態(tài),因此控制和操縱的人性化能大大提高作業(yè)的安全性和舒適性。
5)系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)
盡量運(yùn)用高可靠性的成熟技術(shù)和借用經(jīng)市場考驗(yàn)后的成熟系列零部件可延長各關(guān)鍵系統(tǒng)或零件的使用壽命,減少更換次數(shù)。例如降低制動元件的更換頻率就相當(dāng)于減輕了對周圍環(huán)境的破壞與污染。
精品源自數(shù)學(xué)科
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