机械制造中的低碳制造理论与技术应用

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  【摘要】本文从机械制造中的低碳制的困境出发,系统阐述了机械制造中的低碳技术应用,接着对机械制造中低碳制的生产过程进行了研究。
  【关键词】机械制造,低碳制造,技术应用
  中图分类号:TD404 文献标识码: A
  一、前言
  在社会不断发展的时代背景下,机械制造中的低碳制造面临着诸多挑战。我们面临着很大需要突破的技术问题需要突破,特别是低碳制造理论与技术应用,有利于提高械制造中的低碳制造技术。
  二、机械制造中的低碳制的困境
  进人2l世纪以来,中国制作业尽管获得了巨大成就,但在获得重大成就的一起,中国制作业还存在着许多疑问。其间制作职业的高能耗高排放等动力疑问依然尤为杰出,主要是由中国节能减排技术水平较低,动力办理的产业链涣散等现状决议的。低碳制作是指在出产全过程中所有的出产环节,包含出产制作、资源使用、物流运送等,以及商品出产的各个时期都需求节能、减排,进步对资源的使用率,以完成低碳的意图。低碳制作是一种归纳思考资源使用率和动力消耗,以及碳排放对环境影响的现代制作形式。中国正处于工业化进程的中期,工业占GDP的比重这些年一向大幅度增加。一起,当前的工业产业结构处于高能耗期,加上节能技术水平较低、动力办理缝隙较多,中国的能耗强度和动力功率显着偏低。有关研讨标明,中国的动力体系功率为33.4%,比国际先进水平低10个百分点,机械制作职业尽管比起电力、钢铁、石化等职业要好得多,但其主要商品单位能耗依然比国际先进水平均匀高30%。以经济建设为中心的艰巨开展使命与较低的动力功率使得中国机械制作公司在开展“低碳经济”的进程傍边面对两难窘境。
  机械制作公司怎么逐渐脱节开展与节能的窘境,大概提出一种新的低碳制作形式。即以全体流程再造为手法,归纳思考环境影响和资源使用功率,使商品从规划、制作、包装、运送、使用到作废等中心业务流程在整个商品生命周期内的资源消耗和对环境的负面影响逐渐最小化,偏重新树立和结合与之匹配的公司运行机制和组织机构,全部有用操控与办理全程,结尾完成降低成本,进步功率,增强竞争力,完成公司经济效益、环境效益、社会效益的和谐优化。
  三、机械制造中的低碳技术应用
  用通常情况下,机械商品规划以出产费用最低,取得的经济效益最高为意图,一起要确保商品的功用、功用、质量合格,但随着大家对环境和资源认识的进步,规划商品时还应当做到契合“低碳”的需求。面向低碳制作的机械商品的规划首要有以下几种。
  1、轻量化规划
  轻量化规划是一种归纳了功用、本钱、分量和配套设备等要素的优化规划方案。轻量化规划首要的长处有:一方面,可以削减出产过程带来的动力耗费,下降原资料和资源在出产中所发生的碳排放量。另一方面,可以下降商品在运转运用过程中污染物的排放以及动力耗费,下降噪声,进步资源的运用功率。例如:德国轿车厂商奥迪公司在2007年提出技术创新,对轿车的出产进行改造。在出产新一代的奥迪TT跑车时,首要选用轻质铝合金资料,将铝资料质量轻与钢材的强度的特色联系起来。经过奇妙的结构规划,两种原料的优势均得到充分发挥,让第二代TT的车体分量削减了69%,公司因而取得了无穷的经济效益,别的从环境的视点来看,轻量化的车身规划还有助于下降油耗与污染物的排放。
  2、模块化规划
  机械商品的模块化规划是一种比较先进的机械商品规划办法,依据不一样的功用将体系分解为若干模块,经过模块的优化组合,然后得到不一样规范和不一样种类的商品。但是在机械商品通常存在许多非功用性单元,而这些非功用性单元假如用同一个规范来衡量是适当艰难的,而且给机械运转运用带来很大不方便,还会形成动力资源的糟蹋。因而,对机械商品各功用单元大概进行必要的模块区分,运用模块来量化每个机械公司的动力耗费的可改善潜力。例如:德国Index公司开发的复合性加工设备,经过不一样模块组合可以完结铣削、钻削、车削、磨削、滚齿、激光热处理等许多工序,完成一切零件的悉数加工。选用了模块化规划完成了一机替代多机,削减机床数量,然后最大极限的下降了动力耗费,完成低碳化。
  3、生态化规划
  生态化规划是在满意商品运用功用的前提下,尽量削减动力和原资料的无穷耗费及下降生态环境损坏的一种规划办法。通常情况下,机械出产过程中都会发生不一样程度的废气、废水、废渣等污染物,对生态环境形成损害。因而应当尽量推广商品的生态规划,选用出产功率高、科技含量高、经济效益好、环境污染少的新技术,在商品在运转运用期间下降原资料的耗费、动力的耗费和污染物排放。此外在规划商品时要考虑到废物的收回和再运用,以完成循环运用,削减出资本钱,完成资源的再运用。
  四、机械制造中低碳制的生产过程
  1、出产设备
  中国制作业出产设备当时还处于高耗费、高排放的水平时刻,这种状况对自然资源形成极大糟蹋,一起也污染环境。制作业的开展不该再以环境损坏为价值,应以商品的整个生命进程包含制作、运用到抛弃的各个时刻都要以与环境调和共处为前提条件,而加工制作设备作为出产的必不行少的一个环节,应在削减碳排放,下降能量耗费方面扮演重要人物。
  当前国内机械加工设备在驱动与传动中能效较低:一是电动机在空载不作业时仍在转变,耗费很多电能;二是电-机-液复合传动进程中的能量丢失较大。以某数控车床为例,其各组成有些的能量耗费状况如图4所示。由图中可知电机及主轴驱动体系和液压体系耗费的能量最大,而其间电机的空转耗费的功率又占电机及主轴体系中的20%,为了节约机床耗费能量,削减机床碳排放,应以这些有些为要点进行节能优化。
  (一)、电机及主轴伺服体系的节能优化
  机床设备作业进程中,因为切削量的不一样,调频电机的负载在很大范围内改变,特别在装夹、换刀等进程中,电机又几乎在空载状况下。这样总的算来在轻载和空载下的作业时刻,约占总作业时刻的70%~80%左右。机床设备运转进程中调频电机出现的低功率和空载时的高耗费,是与转子电流有着亲近的联系,依据负载状况的改变有用操控电机电流,就能改进机床电机这种高耗费低功率的运转状况。研讨成果标明:某机床设备运用节能电机操控器,可以完成电机在不一样的负载率下,都具有抱负的功率因数输出,然后下降电费和抵偿用的费用,一起添加了电机的运用寿数,节电率一般达20%~30%左右,其功率因数操控型单相电机节能操控器节能曲线如图5所示。可见,运用自适应电机操控器也能起到下降能耗的效果,抵达使电机输出功率一直与负载需求的功率一直持平,防止空转或轻载时,电机输出功率较大而糟蹋电能。
  (二)、液压体系的节能优化
  液压体系无疑是机床设备中的又一个高耗能有些。液压泵及液压部件一般由电力体系直接驱动,轻载和空载状况的遍及存在,致使液压体系遍及处于一种低能效的运转状况下。关于液压体系的节能优化需从以下几方面进行:液压泵的智能可调操控,选用低能耗规划的液压元件,液压体系的储能设备规划等。
  (三)、辅佐设备的节能操控
  辅佐设备节能操控优化相同非常重要,其间首要包含:光滑体系的微量光滑技能,照明体系的LED光源,机床的气动有些装备体系,在非作业时刻,主动封闭不运用的耗电元件,并在需求换刀、解锁等动作前主动从头供电等。
  2、加工技能
  中國的切削加工技能水平和世界领先水平比较还比较低,致力于高新切削技能的研讨,选用合理的技能规划计划对进步动力的使用率,削减切削进程中的污染物的排放,关于推动低碳制作技能的开展具有重要含义。
  (一)、领先切削技能
  在机械商品的制作进程中选用领先的机加工技能不光可以进步动力的使用率,削减CO2及其他污染物的排放,并且可以添加商品的出产率缩短出产周期。当前机械制作职业中常用的领先技能首要有:高速切削技能、干切削技能、风冷切削和微量光滑切削以及领先的刀具技能等。
  (二)、高效机加工技能优化
  选用低碳的制作技能在机加工进程中有着重要的含义。在加工进程中如若合理的规划走刀轨道,可节约加工时刻,削减走刀次数一起挑选合理的加工技能参数也可以缩短加工进程的切削时刻来进步加工功率,然后下降加工本钱,完成高功率的加工。高效机加工技能优化不只有利于进步加工设备的制作才能,并且可下降排放,添加经济效益。
  (三)、低碳再制作
  机械商品的修正或再制作是完成商品延寿与制作进程节能降耗的重要技能根底。一切的机械商品都有必定的运用寿数,当商品抵达规划寿数后并非一切零部件都会损坏,简略的替换新品,显然是非常糟蹋的做法,机械商品修正或再制作无疑是一种抱负的技能办法。如图8所示,当商品抵达规划寿数后,进行零部件收回和拆开,经过对其零部件的区别大致可以分红3类:将未损坏且能坚持本来功能的部件从头使用;将可修正的部件使用再制作技能进行从头加工,使其功能和外表精确度需求抵达乃至超越再制作前的原商品;将磨损严峻的部件进行收回处置,使动力使用率抵达最大化。
  3、出产管理
  公司的开展离不开出产管理,有用地出产管理可以使公司出产商品时耗费的人力、物力最少、并节约很多的动力,节能减排已經成为广阔制作业公司出产管理不行短少的有些。高效的出产形式与合理的调度优化可以保证出产体系的有用运作,不只可以削减碳排放量,并且还可以节约很多的动力并削减化学用品和有害物质的运用量,使商品抵达环保
  和安全的需求,不断进步公司的经济效益和竞争才能。
  (一)、高效出产形式
  定制的商品一般需求制作体系具有必定的专用性,可是,市场需求的改变又期望制作体系具有必定的通用性,所以咱们一般将公司商品中的各种零部件分为两大类:一类是通用零部件;另一类是定制零部件。定制环节所糟蹋的动力占整个出产进程中所耗费的动力的很大一有些,并影响整个机械加工体系发生的资源耗费和环境排放,为了削减此加工环节的动力糟蹋,公司可以选用大规模定制的出产形式,依据商品的多样性和统一性来剖析商品结构的相似性和通用性,将商品的定制出产转化或有些转化为零部件的批量出产,抵达削减定制零部件数的意图,然后可以有用地使用资源,以低本钱和高功率大批量的出产商品。
  (二)、出产调度优化
  在机械加工进程中,出产调度的计划不一样,不只会对出产进程中的时刻和质量以及功率发生影响,并且关于动力的耗费和环境污染的程度也有所不一样,合理的优化调度可以有用地使用资源,缩短加工时刻,进步出产功率,因而需求对低碳加工制作进程中的调度优化进行必要的研讨,来削减机械加工体系出产进程中资源耗费和环境影响。
  传统的出产调度首要以时刻、质量、本钱等为调度优化的方针,对加工进程中的出产进行合理的组织。而咱们所说的低碳加工制作体系的优化疑问要对加工使命、加工时刻、技能束缚等归纳思考,还要对出产方针的碳排放量和环境影响进行剖析,并把资源的使用思考其间。
  在商品出产进程中,一般需求多个加工工序,那么公司在现有的出产加工条件下,为了在短时刻内、用最少的资源来取得最低的本钱,怎样组织各有些所占用的资源和怎么分配部件的加工次序就显得尤为重要,例如,给定工件数和机床数,在正确评价公司的出产条件下,怎么把一切的工件组织到固定数量的机床上已抵达方针函数的最优,就需求出产调度的优化。它由机床的数量、品种和环境,工件数量以及方针函数组成。关于机床来说机床调度包含单机调度和多机调度,工件加工的约束包含加工时刻、准备时刻、工期和截止工期等等。这就需求进行组合调度,调度还与工件的竣工时刻存在着亲近的联系,比方最大竣工时刻、最大延误和最大推迟等各种因素都需求思考进来。
  关于低碳加工制作进程,必需要充分思考出产调度优化的疑问,还要将资源耗费和环境影响的方针融合到传统的出产调度研讨中去,经过合理的调度组织,来下降公司的碳排放量,削减机械加工进程中发生的资源耗费和环境影响。
  五、结束语
  低碳制造技术就必须使机械制造要遵循社会的可持续性发展,才能发挥机械制造的作用,从而使生产更快更好的发展。
  参考文献
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