混凝土机械的绿色设计与制造技术探析.pdf

2023.04 建设机械技术与管理 870 引 言随着产业升级转型和环保要求日益提高，绿色设计、低碳运行已引起各行各业的重视。混凝土机械行业承担着降低能耗、节能减排、产业升级、技术进步和创新的重要职责。混凝土机械绿色设计与制造的水平，关系到产品的核心竞争力。绿色设计与制造技术是在保证产品的功能、品质和成本的前提下，综合考虑环境影响和资源效率，使产品在整个生命周期（从设计、制造、使用到报废）中，符合环境保护和人类健康的需要，对生态环境无害或危害极少，资源利用率最高和能源消耗最低的设计技术1。下文以典型混凝土机械-混凝土泵车为例探析绿色设计与制造技术。1 混凝土泵车绿色设计制造中存在的问题1.1 绿色设计中存在问题(1)绿色设计指南和评价体系不完善：绿色设计涉及的学科和内容非常多，产业链十分庞大，在供应链的配套数椐库不健全的情况下，要对产品绿色设计作出全面量化的评价是困难的，设计方案客观科学性受到影响2。(2)材料选择不合理：设计人员材料选择时容易忽略材料对环境的影响。例如在泵车零件镀铬来提高美观度，但长时间接触铬会造成金属中毒。(3)极限设计问题：泵车结构极限设计导致零件下料钢板利用率降低等问题。(4)可拆卸性设计问题：机械零部件不可拆卸重复利用会造成大量的资源浪费，并且加剧废弃物处理难度，在传统的机械设计与制造中，更多的是关注零件的相容性，而很少考虑产品的可拆卸性3。(5)可再利用性问题：新机器可再利用率是评价绿色产品的重要指标，设计人员缺乏对产品可回收性设计及回收处置的指导说明。(6)模块化设计问题：混凝土泵车的极限设计导致产品中模块化零部件越来越少，增加了设计制造周期和安装维修难度。(7)整车性能设计问题：泵车综合油耗高和泵送效率低会增加能源消耗；液压系统设计不当会导致油液泄露，造成环境污染。(8)其他设计问题：在设计方案中忽视制造使用功能性，例如吊装设计、可测量性和工艺装备可制造性等，这会影响产品加工质量和生产周期。1.2 绿色制造中存在问题（1）设备选型不当：企业设备选型仅关注质量成本效率而忽视对环境影响。例如在泵车焊接时采用普通气保焊机会产生大量焊接飞溅，打磨飞溅过程中会产生大量粉尘和噪声。（2)制造工艺性差：企业缺乏对产品制造工艺性的审查，造成了泵车零件下料旁弯翘曲、焊接变形大、装配调试和维修难度大等问题。（3)工艺路线选择不合理：以涂装为例，在泵车零部件加工后会进行涂装防止锈蚀，但是由于后续装配过程中会损伤油漆，在整车装配后需再进行一次整车涂装，在多次涂装过程中，会产生大量挥发性有害物质和大量能源消耗。（4)工艺装备柔性化差：工艺装备例如机床、工装夹具柔性化差，难以满足多型号产品制作要求，最终被闲置淘汰。（5）涂层选择不当：使用油性漆防锈防腐蚀效果好，光泽度好，但刺激性气味较大,有害物质比较难挥发。（6）供应商管理不到位：在供应商考察时，仅考虑产混凝土机械的绿色设计与制造技术探析Exploration of Green Design and Manufacturing Technology of Concrete Machinery戴望涛（安徽职业技术学院，安徽 合肥 100125）摘要：本文从混凝土机械绿色设计与制造的内涵出发，选取典型混凝土机械-混凝土泵车为例，分析绿色设计和制造中存在的问题，提出了绿色设计要点和绿色制造技术，并给出推广策略，希望对混凝土机械设计和制造提供有效的借鉴与参考价值。关键词：混凝土机械；混凝土泵车；绿色设计；绿色制造；全生命周期中图分类号：TU646 文献标识码：B 88建设机械技术与管理 2023.04 品生产质量、产能、生产周期等因素，对绿色制造要求和管理不到位。（7）三废处理设备缺乏：缺乏废气、废水、废渣的污染处理设备。（8）其他制造问题：例如为了降低故障率，企业往往会增加调试等测试环节，但这会增加资源消耗。针对混凝土泵车绿色设计和制造存在问题，结合混凝土机械的普遍特性，提出混凝土机械的绿色设计要点和绿色制造技术。2 混凝土机械的绿色设计要点2.1 全面系统细化绿色设计指南和评价体系参 照 发 布 的 国 家 标 准 GB/T 26546 和 团 体 标 准 T/CCMA0090-2020，全面系统细化泵车绿色设计指南和评价体系。2.2 基于 3R1H 原则优化设计方案3R1H 原则即减量化（reducing）、再利用（reusing）、再循环（recycling）和无害化原则（Harmless）”四种原则的简称。基于该原则优化设计方案：（1）选用绿色机械产品材料：在材料选用时充分考虑材料的可再利用性、可降解性和可再生性，严格控制使用有害材料，对于对环境负担较重的材料给出废弃时的处理办法。（2）优化结构设计：根据有限元分析和应力试验、密封性试验、产品疲劳测试与试验、实际工况验证等不断优化调整设计结构，提高钢板利用率和产品综合性能。（3）模块化设计：在新产品设计时统筹考虑各系列产品零部件型号，尽可能设计模块化的零部件。例如中联重科搅拌站模块化设计，利用融合分布式控制技术，将计量、搅拌等核心功能单元集成模块化，外封与框架一体模块化，实现积木式安装，安装周期由 23 天缩短至 12 天，各模块间通过可拆卸螺栓连接，便于运输，项目竣工后还可快速转场、重复利用4。（4）轻量化设计：在满足结构强度和安全前提下，通过结构优化，材质替代等方式进行轻量化设计。以混凝土行业龙头企业为例，中联重科“凌云”系列泵车采用镂空臂架设计，臂架整体减重达到 10%,三一重工在泵车轻量化采用自制 1800MPa 高强钢，树立起泵车轻量化设计的新标杆5。（5）再利用设计：按照国家标准 GB/T 26546 要求，在设计时考虑混凝土机械零部件和用品解体性、分离性、识别性和再利用性，进行可拆卸和可回收设计；同时编制混凝土泵车解体手册，提高解体效率，防止环境污染产生。（6）再循环设计：设计时考虑产品的可再生性和热回收性，减少产品直接成为废品污染环境。（7）无害化原则：设计时应尽可能降低产品全生命周期对环境和生命健康的危害。2.3 搭建混凝土泵车绿色设计平台混凝土泵车设计要素非常多，通过搭建绿色设计平台，构建绿色设计指南模块、评价模块和 3R1H 等模块，可以规范设计人员的设计行为，在实际的绿色设计与制造过程中，专业人员可以在数据库中进行各数据内容、信息等的提取，为设计人员提供重要的指导与借鉴。3 混凝土机械的绿色制造技术3.1 优化制造流程基于泵车的制造问题，考虑从以下方面优化制造流程：（1）优化设备选型：使用激光或者等离子切割机替代火焰切割机，选用超低飞溅脉冲焊机，可有效减少废渣；引入深熔和双丝焊接机器人工作站，可提升焊接作业效率。（2）改善制造工艺性：增强制造工艺性审查，降低产品返工率。（3）改进工艺路线：通过改进结构和增强涂装防护，推行面漆化装配，减少涂装作业量。（4）提高工艺装备柔性化：在工艺装备设计时充分考虑各产品型号以及可拓展性，提高柔性化，以适应多产品生产要求。（5）改进涂层材料：使用水性漆等无公害的材料代替油性漆涂装。（6）完善供应商准入制度：将供品的绿色设计与制造列入供应商考察指标，符合要求才可批准供品。（7）严格进行三废处理：严格按照环保要求引入三废处理设备，最大程度降低对环境的危害。（8）建立全生命周期产品系统：系统包括资源环境属性数据库和绿色评价平台。3.2 虚拟制造技术它利用信息技术、仿真技术、计算机技术对现实制造活动中的人、物、信息及制造过程进行全面的仿真，以发现制造中可能出现的问题6。同时预测、检测以及评价产品性能和产品可制造性，以便在产品实际生产前采取预防措施，确保产品一次性开发成功，以达到降低成本和缩短产品开发周期的目的。3.3 再制造技术再制造是维修的高级阶段，是基于报废零部件,采用表面处理的方式进行修复,同时能保证修复后的零部件与其他零部件的配合关系，有利于提升混凝土机械性能、延长产品使用寿命7。3.4 集成化技术由于混凝土机械多为大型机械设备，其设计与制造的流（下转第 92 页）92建设机械技术与管理 2023.04 入方式，一定程度上节省了人力和时间。（3）提出了一种根据工程机械结构件铭牌规则的图片模糊判定方案，针对定位后的图片进行模糊判定，可防止无效图片的输入。（4）提出了一种根据工程机械结构件铭牌长度规则的字符判定方案，根据字符长度是否合规进行判定，可防止错拍误拍。参考文献1 伍希凡.基于 OCR 技术的银行凭证管理的设计与实现D.成都：电子科技大学,2011.2 杨帅,顾思思.基于 OCR 车牌识别技术的停车管理系统设计与实现 J.电脑与电信,2020(6):6-9.3 张赛.基于 OCR 技术的智能停车场系统的设计与实现D.上海：复旦大学,2009.4 刘宁波,李刚,张华强.基于 OCR 技术的发票自动识别校验系统设计 J.电脑知识与技术：学术版,2019,15(4Z):2.5 李瑶.基于 OCR 识别技术的建筑图集检索系统 D.石家庄:河北师范大学,2020.6 陈义.利用 OCR 识别技术实现视频中文字的提取 J.计算机工程与应用,2010,46(10):180-183.7 马思硕,张冰,张莹.基于 OCR 技术的主数据管理功能研究与实现 J.电子技术应用,2015,000(0z1):60-63.收稿日期：2023-05-06作者简介：刘琴，硕士，工程师，主要从事计算机视觉技术研究。程极为复杂。集成化技术可使混凝土机械的相关内容处于一个集成化的系统中，保持良好的运行与使用状态。比如可以结合机械的使用性能、设计工艺、材料选择与用户需求，建立集成化系统，在此系统中实现绿色设计、环境影响评估等的集成8。4 混凝土机械绿色设计与制造技术的推广策略4.1 积极提高相关人员的绿色意识对混凝土机械原材料生产、制造、使用、回收处置等全生命周期各阶段的参与人员进行绿色设计与制造培训，培养绿色意识。4.2 建立完备的绿色监管制度针对混凝土机械供应商、制造企业、使用者及再制造企业，按照法律法规和标准要求建立完备的绿色监管制度，并定期开展督察整改行动。4.3 打造绿色生态圈积极申报绿色工厂、绿色园区、绿色设计产品和绿色供应链管理企业，按照标准要求，进行绿色设计与制造，打造绿色生态圈。5 结 语为了实现混凝土机械行业可持续发展，提升产品竞争力，混凝土机械的设计与制造必须始终秉承节能环保的理念，坚持 3R1H 的原则，实现绿色设计与制造技术的合理利用，最大程度上避免混凝土机械全生命周期内对生态环境等产生的不利影响。用新技术、新工艺、新材料、新评价体系，实行绿色设计制造，节能减排，取得资源利用和回收最大化，实现机械制造绿色发展。参考文献1 姚福生.先进制造技术发展趋势 J.机械制造与自动化,2004(03):1-6.2 陈益民,黄冠明,李锡娟.机械绿色设计制造中存在的问题及改进对策探讨 J.中国设备工程,2021(10):190-192.3 杨祥和.绿色设计法在机械设计制造中的应用 J.内燃机与配件,2021(22):216-217.4 2022 工程机械工程应用&技术创新先锋榜 J.建设机械技术与管理,2023,36(01):12-23.5 王刚.混凝土机械：轻量化智能化 新赛道成长可期 J.建设机械技术与管理,2021,34(01):42-44.6 曹金学.虚拟制造技术在生产线规划中的应用研究 D.扬州:扬州大学,2006.7 谢光伟,桑科中,张哲.再制造技术在油田注水泵中的应用 J.设备管理与维修,2022(17):81-83.8 黄康.煤矿机械的绿色设计与制造技术探讨 J.工程技术研究,2020,5(19):98-99.收稿日期：2023-04-16作者简介：戴望涛，硕士，助教，工程师，主要从事机械绿色设计与制造研究。上接第 88 页