環(huán)保節(jié)能工程機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)與趨勢(shì)

   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(duì)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(dòng)車行列，但隨著國內(nèi)外各大中城市對(duì)城市環(huán)境保護(hù)的日益重視，對(duì)機(jī)動(dòng)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(shí)，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(shì)。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(duì)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(zhǎng)壽命、低能耗及減輕重量的設(shè)計(jì)原則　

    通常來說，延長(zhǎng)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(duì)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(dòng)力傳動(dòng)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(duì)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(jiǎn)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(dòng)機(jī)　

    發(fā)動(dòng)機(jī)是工程機(jī)械所有系統(tǒng)中對(duì)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(duì)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(dòng)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(dòng)力裝置采用雙向減振懸掛系統(tǒng)就能克服整機(jī)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)與車架之間的共振、噪聲及對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)的疲勞破壞；后橋設(shè)計(jì)成中心擺動(dòng)結(jié)構(gòu)能使后橋擺動(dòng)中心與動(dòng)力輸入中心重合，很好地減少附加力矩對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)不停沖擊所產(chǎn)生的振動(dòng)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(dòng)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(duì)性的改進(jìn)。如冷卻風(fēng)扇可不再由發(fā)動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，而可單獨(dú)由液壓馬達(dá)帶動(dòng)，這便于將風(fēng)扇與發(fā)動(dòng)機(jī)隔開并將整個(gè)發(fā)動(dòng)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(duì)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(dòng)、閥節(jié)流和油管振動(dòng)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(dòng)液壓油的清潔度對(duì)工程機(jī)械的液壓傳動(dòng)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(zhǎng)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(zhǎng)換油間隔時(shí)間，減少對(duì)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(zhǎng)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(duì)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(duì)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(duì)環(huán)境的污染。故選用電控高性能長(zhǎng)壽命節(jié)能型發(fā)動(dòng)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(dòng)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(dòng)器、全自動(dòng)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(dòng)加脂裝置或集中潤(rùn)滑系統(tǒng)的配置　

    傳統(tǒng)的手動(dòng)加注潤(rùn)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(dòng)定時(shí)加注潤(rùn)滑脂的設(shè)備，如集中潤(rùn)滑系統(tǒng)就能自動(dòng)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(rùn)滑而又沒有多余的油溢出，既環(huán)保又方便。另外對(duì)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(jí)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(zhǎng)加注潤(rùn)滑油的間隔，減少對(duì)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(dòng)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(shí)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(shì)，采用微機(jī)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了各種工況下自動(dòng)判斷、挖掘機(jī)器發(fā)動(dòng)機(jī)的功率輸出，達(dá)到發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳功率匹配，減少發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油消耗，并自動(dòng)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(chǎng)考驗(yàn)后的成熟系列零部件可延長(zhǎng)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(dòng)元件的更換頻率就相當(dāng)于減輕了對(duì)周圍環(huán)境的破壞與污染。