摘要：随着我国可持续经济的不断发展，节能减排得到了人们越来越多的重视和关注。机械设计节能原理的应用对于机械制造业的节能减排具有十分显著的作用，有利于实现人与自然的和谐发展，有利于保护社会环境资源，实现经济的可持续发展。因此，应用和推广机械设计节能基本原理对于我国经济发展和环境保护具有十分重要的意义。基于此，本文初步阐述了我国机械设计节能的发展现状，分析介绍了机械设计节能基本原理，最后研究分析了机械设计节能基本原理的应用。
关键词：机械设计；节能；基本原理
1 引言
机械设计节能对我国的机械产业发展起着重要的作用，而且其应用范围比较广，比如将其应用在大型冲击压路机设计中，这样在长距离道路建设中，能够节约非常多的能源，从而降低道路建设成本，如果将其应用在升降机械设计中，可以减少功率的消耗，单位体积的能源使其能够坚持更长的时间。相关行业从业人员应该具备危机意识，真正将机械设计节能落到实处。
2 机械设计节能基本原理
在机械设计中，其节能基本原理指的是对设备的动能输出以及消耗的无用功进行整理，并且利用函数的形式对其进行分析和研究，进而总结出对机械设备的节能设计方法，本文将对以下几方面的节能原理进行简要的分析。
2.1在动能方面
在传统设计中，工程师一般都考虑动能变化对输出功率的影响，调节改善设备的波动、使用周期及加工精度，很少改善其给系统带来的影响。因此，笔者主要在这一点上进行研究改善。传统机械设备的动能并没有完全开发出来，这主要是因为在加工过程中，动能没有及时进行回收并转化。本着节能原则，调节系统的动能变化范围，尽可能地缩小范围。
2.2在输出力方面
由于在不同工作要求的条件下，机械设备在具体的加工过程中，在输出力方面也表现得各不相同，即便是对于相同型号的机械设备来说，其在面对不同工作要求时，也能够展现出不同的输出力。因此，应在此方面进行节能和改善。在根据具体的实际情况，对现象发生的原因进行分析和研究之后得出，在具体的加工过程中，使得机械设备的输出力上升的主要原因是在较短的时间内，力的波动变大所影响，此种现象在函数当中将以周期函数的形式呈现。因此，要想实现真正的节能，应采取科学合理的措施将输出力的波动进行有效的控制，使其能够始终处于合理的范围之内，进而达到节能的效果。
2.3在减少无用功方面
对于任何一种型号的设备来说，其在工作过程中都将不可避免的产生摩擦或者阻力，并且这些阻力将会产生一定程度的无用功，使其节能效果受到较大的不利影响，对于摩擦阻力的形成，则与设计过程中应用到零件的精度以及在工作过程中使用的润滑方式具有密切联系，这些无用功的存在将会对设备的使用效率产生较大的不利影响。因此，在对机械设备进行设计的过程中，应对其各个方面的节能要素进行综合考虑，使其无用功得到有效的降低，进而使其使用效率得到显著提升。
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3 机械设计节能原理的实际应用
由于机械设计节能的基本原理主要涉及质点以及动能定理，因此，由质点组成的对象都可以利用，其适用范围宽泛。
3.1该节能原理在升降机械力的应用
升降机械在实际工作中消耗的功率较大，产生的无用功也较大，因此，要在节能方面进行改善。改进前，要先研究消耗的原因，大部分功率的消耗都发生在设备提升以及下放物体的过程中。一般来说，在设计升降机械前，一定要标准化，结合电梯的设计原理，加入机械设计的节能原理。在升降机械设计中的应用升降机械与其他机械相比，消耗功率的主要特征是货物和人的重量（有势力）在提升或下降的匀速运动过程中均要消耗功率。工程实践证明，以相同的速度提升质量相等的重物，按照电梯标准计算设计的曳引驱动机构所消耗的功率比传统卷扬驱动机构要小得多。若按“系统势能为常量或在最小范围内变化”设计升降机械或电梯，可得平衡升降机和平衡电梯设计方案。在平衡升降机中，若用Q（t）表示提升物体的质量，用P表示自重不变的配重，用r1表示升降货物卷筒的半径，r2表示升降配重卷筒的半径，若要平衡升降机的系统势能为常量，则必须满足式Q（t）r1=Pr2（公式1），虽然Q（t）为变量，但可采用自动变速机构改变传动比，可实现系统势能为常量。在平衡电梯中，若用Q（t）表示轿厢和水箱自重以及随人数变化载质量，P（t）表示配重和水箱自重（变量），曳引轮与导向轮半径相等用r表示。平衡电梯在工作时，当进入轿厢人的质量为q1，轿厢下水箱里将有p1重的水进入配重下水箱。电梯空载时，Q（t）=QP（t）=P，电梯工作时Q（t）=Q+q1-p1，P（t）=P+p1，将其代入式（公式1），则可求得轿厢下水箱里水进入配重下水箱的质量。
可以看出由轿厢水箱进入配重水箱水的质量只是人质量的1/2。现对卷扬驱动机构、曳引驱动机构和平衡升降机或平衡电梯所需要的电机功率进行对比，可以看出平衡升降机或平衡电梯显然要比曳引驱动机构要小。同时还可以发现，卷扬驱动机构系统势能在最大范围内变化，曳引驱动机构系统势能在较小范围内变化，平衡升降机或平衡电梯的系统势能为常量或在最小范围变化。由此可知，当系统势能为常量时，该机构节能效果最为明显。
3.2在加工型设备中的应用
机械设计节能基本原理在加工设备中的应用可以说最为广泛。以石化炼油设备为例。现有炼油厂的主要工艺装置和公用工程与国际先进水平相比，还有较大的差距，因而具有很大的节能潜力。分析存在的问题，综合能耗高，固有客观原因，如原料变差、产品质量要求高、加工流程长等因素影响了对能源的利用。从设计角度，可以依据热力学第一定律分析法（能量守恒定律）、第二定律分析法以及热经济学，结合普遍节能原理与方法，进行设计优化。例如，热进出料的节能效果体现在上游、下游和罐区，可将热进出料联合按照温度从低到高划分为浅、中、深三个层次，热联合程度越深，节能效果越好。避免装置中热进料和冷进料直接混合后再进一步升温，即可加大热进料的节能效果。
3.3该节能原理在大压路机上的应用
大型平衡冲击压路机是由三边弧形的前冲击轮和后冲击轮组成的。冲击轮的非圆形表面使得单个冲击轮的势能以周期函数呈现，存在较大的变化范围和变化空间。由此可见，要想达到机械的节能使用应当尽可能使该系统的势能变化范围最小。根据周期函数所表示的可以使得多个势能合成的系统势能具有尽可能小的变化范围原理，前后冲击轮的势能出相位满足一定条件时，由他们所组成的系统势能可以在最小范围内变化。除此之外，用理论或者作图法可以发现，两个冲击轮系统在重心最低点时所需要的牵引力和功率远远高于最小范围变化所需要的牵引力和功率。
4 结束语
综上所述，随着科学技术的发展，信息技术水平逐渐提升，节能已经成为机械设计发展的总体趋势。目前，在现代化的机械设计中主要原理是采用降低输入的形式，使机械的使用效率得到显著的提升，进而达到少投入、多回报的节能目标。同时，在机械设计的过程中，注重节能基本原理，也能够减少对资源的消耗和浪费，这也与当前机械市场中的发展趋势完全相符。
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论文作者:齐书学
论文发表刊物:《建筑细部》2018年第13期
论文发表时间:2019/1/23
标签：节能论文; 机械设计论文; 势能论文; 基本原理论文; 电梯论文; 水箱论文; 动能论文; 《建筑细部》2018年第13期论文;