机电产品绿色设计与制造方法探讨

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1 绿色设计技术产生的背景及其内涵经历了几百年的工业发展之后 ，世界经济高速发展 ，人类生活水平大幅提高，这也带来了相当大的负面影响。目前，种类繁多的机电产品不断更新换代，产品生命周期日益缩短，而废旧品却没有得到合理的回收利用，从而造成了资源的过度消耗、生态环境的极度破坏↑年来，陆续出现资源短缺、温室效应 、土壤污染等严重的全球性生态问题，人类逐渐意识到工业文明带来的环境影响。

进入 20世纪 90年代以来，随着人类对生存环境问题认识的加深、地球资源合理使用的关注，各国开始开展新的环保战略，制定可持续发展的计划，全球掀起-股绿色消费浪潮”，绿色设计应运而生，同时成为众多技术领域研究的热点。绿色设计有别于传统设计方法，传统设计主要以满足产品的功能、工艺、质量和成本要求为主。而绿色设计以环境资源保护为核心，不仅要满足传统设计中的功能、制造工艺等需求，还强调在产品的整个生命周期内，把产品的基本属性与环境属性紧密结合。

现代产品很多都是机电结合或多学科交叉的技术密集型产品口]。在机电产品设计与制造领域中，笔者将绿色设计”定义为：在产品生命周期中(包含原材料的选用、设计、制造、包装 、运输、使用、回收、再利用)，充分考虑将其对环境的总体负面影响减少到最小，且满足生产者与消费者需求的设计。绿色设计的核心是3R”，即 REDUCE(减低)、RECYCLE(循环)、REUSE(再用)，目的是减少物质和能源的消耗及有害物质的排放，产品及零部件要便于分类回收、循环利用2]。

2 机电产品绿色设计与制造的思想与方法2.1 基于环境意识的绿色材料的选择从产品设计的角度来讲 ，绿色材料选择是指选择能满足产品功能与生产要求、满足消费者要求、支持人类与环境可持续发展的材料。绿色材料，最早由日本的山本良-教授于 1992年提出，其要求材料在开发、使用和处理过程中对环境产生最少的副作用或无副作用。在选择材料时，除了要考虑产品的使用性、工艺性与经济性以外 ，还应考虑：优先采用可循环再生的材料；优先选用易加工且加工过程中污染少的低能耗材料；减少产品中材料的种类，以便于拆卸回收等。绿色材料的选择是绿色设计与制造的起点。

2.2 基于环境意识的产品结构的拆卸设计机电产品往往由很多不同成分的材料组成，产品结构复杂，零部件数 目繁多。在产品淘汰废弃以后 ，如何进行有效的拆卸分类，回收利用其零件或材料是机电产品设计过程中必须考虑的问题。

拆卸式产品回收和再生的前提是产品具有良好的拆卸性156能，这就必须在设计阶段充分考虑产品的结构及其拆卸的难易程度 ，即拆卸设计(Design for Disassembly，DFD)。拆卸分为破坏性拆 卸 (Destructive Disassembbr)租非破坏 性拆卸 (Non-destructive Disassembly)2种，目前对 DFD的研究主要集 中于非破坏性拆卸。

对现代制造业来说，装”不是 主要问题，拆”才是难题。

在产品结束其使用寿命后，或拆卸困难 ，难于回收重用；或能够拆卸，但过程费时费力、经济性差∩拆卸设计是在机 电产品开发设计的早期阶段，对其可拆卸性和拆卸工艺进行量化分析和研究，减少零件数量，改善拆卸工艺性，降低拆卸成本和时间。同时，可拆卸设计方法在产品维护和回收方面起着双重作用，在产品维护过程中，零件能方便且无损坏地拆解以及重新安装，而在产品生命周期结束进行回收时能保证各零件、材料迅速分离，以实现资源回收、优化利用，减少了环境污染。

拆卸的原则主要有：(1)零部件应不是被损坏性拆卸，提高零部件的循环使用率及其可靠性；(2)优化产品结构的设计，降低拆卸难度，缩短拆卸时间，简化回收过程，提高回收率。在产品设计过程中，难免会与上述原则出现冲突，应根据实际情况综合考虑产品的结构、功能与使用诚等因素，优化设计决策。

表 1 目前被广泛接受的拆卸设计准则目标 设计准则减少拆卸工作量产品可预见性易于拆卸易于处理易于分离减少多样性尽量将各元素结合成拈 ；减少所用装配件；减少材料的种类；采用兼容材料；易于拆解有害或可重用的零部件避免易老化及腐蚀材料的连接；避免零部件被污染和腐蚀易于接近液体排放点；连接结构应易于去除或破坏；减少紧固件数量；尽量采用相同的紧固方法；易接近拆卸点或破坏性切断点；尽量避免零部件拆卸方向和移动的复杂性；在基础部件上设置中心元素；避免在塑料部件中嵌入金属件表面易于抓取；尽量避免刚性零部件；将有毒物质密封起来尽量避免二次处理(如油漆、涂层、电镀等)；对不同材料进行标识或用颜色加以识别；避免零部件或材料损坏机器(如压碎机等)利用标准零部件；最大程度地减少紧固件类型2.3 基于环境意识的产品制造工艺的优化工艺过程是指改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程 ]。-种产品在投入生产前，需要进行工艺设计，包括生产纲领、毛坯种类、工艺过程和各工序所需的设备、装配工艺、质量检测等。传统的工艺规划原则就是在保证产品质量的前提下，尽量提高生产率和降低成本。而绿色制造的工艺规划是在传统工艺基础上的-种补充与发展。

绿色工艺规划主要通过对加工方法和加工过程进行整体的规划与设计，来改善工艺过程及其各个环节 ，以达到产品的sneJ- u Fen×-： 量坌堑蓥烧结厂 1 O kV系统短路电流的计算分析唐 泉(中冶长天环能分院，湖南 长沙 410007)摘 要：主要以新余新钢公司8号烧结机以及配套的余热发电电站为例，对 10 kV系统的短路电流进行了计算分析。

关键词：烧结厂；系统短路电流；线路模型0 引言传统的烧结厂是作为-个受电车间而存在的，其 10 kV系统短路电流计算以及设备保护整定按照常规进行，主要包括电动机保护和变压器保护，其设备分断能力主要由上级变电所提供的最大短路容量来决定。然而，随着社会的发展和科技的进步，现在越来越多的企业注重环保，推进绿色能源应用。烧结厂生产过程中产生的热废气可回收作为余热发电的热源，用来发电。这样既能做到节能减排，又能产生不错的经济效益，因此越来越多的烧结厂开始配套建设余热发电电站。

1 相关技术指标本文的计算基于如下原则：基准容量：S -100 MVA；基准电压：uj-10.5 kV；基准电流：Ij-5.5 kA；基准电抗 ：xj-1.1 Q。

计算中的参数值除标注的以外，其他均来自《工业与民用配电设计手册》。

烧结厂和余热发电电站高压系统-般都是双电源、单母线分段的结构，每路电源均可承受全部负荷。各个系统里都含有小至几千瓦，大至上百千瓦的异步电机 ，这些电机和线路对短路电流的计算都会产生影响。为了计算方便，暂时只考虑-路电源、烧结厂容量最大的-台同步电机以及余热发电电站的发电机对系统短路电流的影响。

2 系统标幺电抗计算(1)烧结 厂提 供上 级变 电所最 大短 路 电流为 -36.8 kA(大方式)，最小短路电流为 L -14.1 kA(/J方式)，则可以算出电源 电抗标 幺值为： - / -0.39(小方式)，X -L/ -O.149 4(大方式)。

(2)烧结厂电气楼距离上级变电所 1.2 km。导线材质为交联聚乙烯 10 kV电缆，电缆数量及截面：3E4(1x 300)](截面300 mm2的单芯电缆，每相 4根)，按 10 kV高压电缆线路查表近似计算电抗。查表得 ：每千米 X -0.073；故单根导线阻抗标幺值为：1.2X0.073/40.022。

(3)烧结厂电气楼距离烧结厂余热发电电站 0.3 km。导线材质为交联聚乙烯 1O kV电缆，电缆数量及截面：3(3X240)(截面 240 mm2的三芯电缆，共 3根)。查表得 ：每千米 X -0.079，每千米R -0.086，故根据 Z -/X R～ ，可计算出 Z -0.116 8(Z 为每千米阻抗标 幺值)。故导线阻抗标 幺值为：0.3×0.116 8/3-0.011 68。

(4)烧结厂最大的-台同步电机为主抽风机，参数如下：功率：6.3 1VIV；功率因数：c0s -0.9；厂家提供超瞬态 电抗值：%-15 。故电抗标幺值为：X -x ×s /s -0.15×1OO/7-2.14。

(5)烧结厂余热发 电电站汽轮发 电机参数如下：功率：12 Mw；功率因数 ：cos0.8；厂家提供超瞬态电抗值 ： -12.21 。故 电抗标幺值为：X - ×Sj/so-0.122 1×lOO/15-0.814。

(6)发电机出口设置-台电抗器，参数如下：电抗百分数：x %-8 ；额定电流：J -1 000 A。故 电抗标幺值为：X -Xk%× /Io-O.08×5 500/1 000：0.44。

经济效益和绿色性的协调优化。然而绿色制造工艺涉及多个学科的技术支持与研究，应加强产学研的结合，进行全面的开发应用与推广，以实现经济效益的最大化与环境的可持续发展。

2.4 基于环境意识的产品包装的设计在包装发展史中，人类曾经使用各种方式和器皿来盛放物品。过去我们的祖先用树叶来包裹食物，现在产品被各种各样的材料包裹着 ，包装成为我们生活的-种方式。绿色的包装思维成为人类设计制造的-个挑战。

绿色包装也称为生态包装”或环境友好包装”，是指其在生命周期内对生态环境无害，能再生利用 ，易于降解，符合可持续发展要求。产品包装在功能上要体现出：(1)包装减量化，在满足产品的保 护、物 流与销 售要求 的前提下，尽量少耗材。

(2)循环利用或易于再生，可以多次使用或再生其他制品等。

(3)可降解性，对最终无法回收的包装，通过生物技术等降解材料，净化环境。

3 结语综上所述，机电产品绿色设计实现了社会、经济和环境三方面的有效协调和平衡。产品的绿色设计与制造不仅能提高产品质量，增加产品的附加值 ，而且通过各行业技术的结合，能够有效提高我国机械制造业的技术水平。绿色设计涉及的学科领域繁多，需要横跨多个学科领域进行研究 ，如机械学科、材料学科、环境生物学科等。绿色设计目前还处于不断发展完善之中，其实施还需要社会、企业和科研机构等共同参与、共同研究、共同推广。