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机械加工企业加工的产品必须能够满足客户的要求,必须是安全优质的。同时,从企业经济利益考虑,企业在进行机械信息化加工过程中,必须采取一定的措施降低原材料和人工消耗,减少成本投入,维护生产环境和谐发展。因此,机械加工工艺的过程必须按照工艺学的原理进行,同时要采用合理的方法。机械加工采用哪种加工工艺,必须根据企业的生产条件和设计要求而确定,并制定相应的工艺文件资料,不能凭借经验盲目确定。在进行机械加工之前,对工艺信息化规划的表现形式主要有两种,一种是工艺过程中建立记录卡片,另一种是工序卡片。在机械加工信息化建设过程中的工艺规程是指在进行某项零件或产品的加工过程中,对采取的操作方式和加工制造所采用的工艺过程所记录的工艺文件。机械加工中采用的工艺规程指的是进行机械产品加工中的操作方法,以及在工艺生产过程中形成的工艺文件。工艺规程是机械加工工人在生产过程中进行生产的依据,并且是新产品在进行加工制造前,所实施的各种准备工作的依据。制定工艺信息化规划的内容主要包括两个方面,既对工艺路线具体的操作步骤和设定机械加工过程中的各个不同工序。因此,机械加工工艺信息化规划技术的重要意义,就是为实现科学的机械加工生产提供依据。
2对面向机械加工工艺信息化规划与建设的研究
2.1绿色制造的技术构建
绿色制造的技术构建,对机械加工产品的生命周期产生重要影响。机械加工成品的生命周期所涵盖的范围非常广泛,其中最为主要的是加工材料的选择,制造加工的过程,产品的设计包装、产品的装配和使用,还包括机械加工产品的回收、拆卸、再造等。在机械加工中实现绿色制造可以更好的实现产品的重用、再造、减量化、再生循环几个方面的信息化规划。面向机械加工工艺信息化规划制造的整个技术构架中,主要包括三项非常具体的信息化规划内容,集成了两个层面的过程控制,实现绿色制造的2个目标。工艺信息化规划建设技术为企业进行机械加工提供了研究目标,并提供了绿色制造的模型和视图。绿色技术的构建为实现企业自身的经济效益和社会效益提供了协调发展的前提条件,能够最大化的实现对资源的优化配置,提高资源的利用率,最大量的建设对环境的影响。
2.2机械加工中的工艺信息化规划技术的研究对象
和传统的机械制造系统相比,工艺信息化规划制造技术所研究的范围更加广泛,其研究对象主要有三类:控制有害物质使用的技术、预防污染的技术以及针对环境设计所采取的技术。以各种制造活动为研究对象,可以对以上所述的三种技术进行分类,最终可以划分为3类:第一类以产品的生命周期为基础;第二类以产品的加工技术为基础;第三类以产品的生产过程采用的技术为基础,。以上几点所构成的技术构架为开展绿色制造的实施提供了参考框架。
3优化机械加工工艺信息化规划技术
3.1优化机械加工工艺信息化规划制造技术的工艺参数
在机械加工工艺信息化规划制造过程中,对参数进行优化是实现信息化规划技术的关键。利用参数优化,可以达到降低资源消耗的目的。在机械加工过程中采用不同的加工工艺,就要优化相对应的工艺参数。经过优化的工艺参数,可以提高产品的加工质量,降低能源消耗,减少刀具的磨损,降低环境污染,提高企业的经济和社会效益。
3.2对制造工艺措施的优化
选择科学合理的工艺设计,是工艺信息化规划中最关键的环节,其对实现工艺信息化规划技术的意义非常重要。企业确定工艺措施的具体做法,通常情况下是根据企业的生产效率和产品的加工成本为前提条件的,很少考虑采取有效措施更好的利用资源以及实现保护环境的目标,导致在机械加工过程中不仅对环境造成了污染,而且对资源造成严重浪费。
3.3优化多机床的节能型调度技术
要实现机械加工工艺信息化规划就要对企业的机床设备进行优化配置。在机械加工生产中,一般实施的是多机床同时进行多工件的加工方式,其特点是不同的机床可以采用同一种加工工艺,而不同机床在型号和规格上有很大差别,导致机床在加工工件的过程中,消耗资源量和对环境的影响结果不尽相同。因此,要对机械加工工艺进行信息化规划就要进行科学的调度,才能从根本上实现降低加工系统的能源消耗量。
4构建机械加工工艺信息化规划技术的评价体系
一般情况下企业的评价体系主要包括三个方面,即实现最低的生产投入、最高的获利、最高的企业生产效率。但是,现在的企业在追求经济效益的同时,还要注重实现最佳的环境效益和社会效益。因此,在构建机械加工工艺信息化规划技术的评价体系时,要综合考虑各种影响因素,制定科学合理的评价指标。面向机械加工的评价体系应当包括五个主要方面:产品质量、生产时间、生产成品、资源利用效率、环境影响。
5结语
机电一体化技术不单单涉及到了仪器仪表,电子机械等相关领域的工作内容,还与教育、生产、科研等领域的内容存在比较密切的关系,因此,机电一体化技术的推广应用是一项综合性的问题,必须做好横向联合,同时通过加强基础性生产的方式,以达到促进机电一体化进程快速发展的目的。从石油化工工程机械的角度上来说,机电一体化技术的应用要点可以概括为以下几个方面:第一,传感技术的应用:传感器作为信息传递的最主要媒介之一,能够利用传感器对机械设备的运行情况进行全面检测,同时还可将检测得到的数据资料转换为反馈控制信号。因此,传感技术的应用与发展需要作为机电一体化技术应用的关键内容之一并深化发展。技术应用的关键在于提高传感技术对信号处理,信号放大,信号检测,参数调整,以及参数显示等内容的精确性,促进其抗干扰能力,精确性,以及灵敏性的提升,以支持自修正以及自诊断功能的实现;第二,接口技术的应用:接口技术主要是指采取相应的技术手段实现对机械设备内部相关构成部分与模块的连接关系。根据石油化工工程机械的一般特点来看,接口技术的表现形式有如下几个方面:电-机械接口,电气-气动接口,液压接口。电气-电子接口等;第三,信息处理技术的应用:在促进机电一体化技术的发展过程当中,相关技术的发展与升级必须依赖于信息处理设备实现,对微机装置的应用更是非常重要的。在石油化工工程机械设备的运行实践中,为了使机械硬件的动作响应速度更加理想,就需要发挥信息处理部门对信息的高速处理功能,提高信息处理设备的可靠性以及抗干扰性也是非常重要的。在这一过程当中,可以尝试以人机接口为基础,通过图像或声音载体实现智能化转型。
2机电一体化技术应用措施分析
当前,石油机械工程所涉及到的行业领域是非常多元且复杂的,无论是在海洋环境还是在陆地环境下,无论是地面工作区域还是地下工作区域,无论是精密性仪器还是大型机械设备,都需要通过应用机电一体化技术的方式达到提高机械设备综合运行性能的目的。同时,石油机械工程建设运行中潜在着非常多的危险性因素,再加上能源消耗量较大,劳动效率较低,因此必须通过应用机电一体化技术的方式,对传统意义上的机械设备进行改造升级,以促进其整体运行水平的提升。在这一过程当中,要求关注以下几个方面的问题:第一,需要工作人员正确认识到石油化工工程中对机械设备进行机电一体化改造的重要意义:在石油化工领域中实施机电一体化技术能够促进相关机械设备性能的改变,实现对组成系统的扩展,包括计算机,动力系统,驱动系统,执行机构,以及传感器这五个方面的。以达到优化设备整体运行效率的目的;第二,需要对机电一体化的发展动向进行及时了解与关注:石油化工领域中相关工作人员需要及时对机电一体化技术的国内外发展情况进行分析与了解,对相关资料进行收集,以分析业内机电一体化技术的发展水平与趋势,根据实际情况,引入国外先进的技术或成熟的经验;第三,需要做好对机电一体化技术应用的调查研究工作:对于石油化工工程而言,机械设备作业多需要在野外环境下开展。由于野外环境的变化性因素众多,再加上石油机械的工艺过程比较复杂,因此此类机械往往精度要求较低。这就需要工作人员深入分析并统计石油机械行业存在的薄弱之处以及优势所在,充分了解矛盾最为突出的产品,将其作为机电一体化技术应用的最主要产品;第四,需要做好对机电一体化技术应用的可行性规划工作:以石油化工工程为立足点,对机电一体化技术应用问题的研究与分析,能够使机电部门,仪表部门,以及电子部门等协调一致发展。为了能够促进机电一体化技术的快速发展,必须选择普及率较高且成本较低的机电一体化产品作为切入点,从而分阶段分步骤的改造现有设备;第五,需要进一步强调石油化工工程中机电一体化技术应用的可行性:结合已有的实践工作经验来看,为了促进机电一体化技术的高速发展,关键在于遵循试点推广的基本思路,紧紧扣住机电一体化技术的这一中心问题,以促进其经济效果的良性发挥。结合当前本领域的发展现状来看,认为机电一体化技术的应用可以从长距离输油管线自动化管理,石油化工设备,钻井作业设备,转油站设备,泵站设备等角度入手,配合研究相应的程序控制方案,以促进其一体化技术的长效发展。
3结束语
二氧化碳在气体冷却器中温度变化大,使得气体冷却器进口空气温度与出口制冷剂温度较为接近,可减少高压侧不可逆传热引起的损失,并且二氧化碳的临界温度较低。因此,制冷循环采用跨临界制冷循环时,其排热过程不是一个冷凝过程,压缩机的排气压力与冷却温度是两个独立的参数,改变高压侧压力将影响制冷量、压缩机耗工量及系统的能效。研究表明,高压侧压力变化时,循环的能效存在着一个最大值,因此,二氧化碳跨临界制冷循环在对不同工况下,存在对应于最大能效值的最佳排气压力。二氧化碳在气体冷却器中较大的温度变化,用于热回收时,有较高的放热效率。
2二氧化碳制冷优势及其应用现状
2.1二氧化碳制冷应用现状
二氧化碳制冷目前已成功应用于商业建筑、冷藏库、热泵系统、汽车空调以及工程机械等领域。
2.1.1商业建筑1995年瑞典成功安装了第一个二氧化碳超市制冷系统。截至2011年,瑞典至少有180个超市采用了二氧化碳系统。丹麦于2004年安装了第一套超市二氧化碳跨临界循环制冷系统。2007年,泰国安装了亚洲的第一套超市二氧化碳复叠制冷系统。
2.1.2冷藏库目前我国食品加工与冷藏业中的大中型冷库80%都采用氨作为制冷剂。氨有毒性,需要增加安全保护措施。截至2005年,美国的冷库中氨仍然是一种主要的制冷剂,但二氧化碳已经在冷库制冷系统中得到实际应用。采用二氧化碳/氨复叠式制冷系统的大型冷藏库已经投入使用。
2.1.3汽车空调目前汽车空调中主要采用R134a。1996年德国生产的以二氧化碳为工质的公交客车空调投入运行。2003年欧洲已有部分汽车装备了二氧化碳空调系统。
2.1.4热泵系统中的应用1994年由挪威SINTEF率先对二氧化碳跨临界循环在热泵上的应用进行了理论和实验研究。在1995年,日本开发了二氧化碳为工质的家用热泵热水器。
2.2二氧化碳制冷剂优势
二氧化碳是碳的最高氧化状态,具有非常稳定的化学性质,即使在高温下也不分解产生有害气体。作为制冷剂其优点在于无毒、来源丰富、与普通油相溶、容积制冷量大;同时具有优良的热力特性、安全特性和环保特性的天然制冷工质。二氧化碳制冷剂跨临界循环的放热过程可以和变温热源相匹配,从而可得到较高的能效。与其它制冷剂相比,二氧化碳具有下列优点:
2.2.1环境性能优良二氧化碳是自然界天然存在的物质,它的臭氧层破坏潜能(ODP)为零,温室效应潜能极小(GWP=1)。二氧化碳大多为化工行业的副产品,用它做制冷剂正好回收了原来排向大气的废物,从而使其温室效应为零。目前国际上已商业化使用或提出的潜在的环保工质氢氟烃(HFC)及其混合物不但会增加温室效应,还会产生其他未知的副作用。
2.2.2价格低廉二氧化碳来源广泛,价格低廉。二氧化碳制冷系统维护简单,无需回收或再生,操作与运行的费用较低。
2.2.3化学稳定性好二氧化碳无毒、无臭、无污染,不燃、不爆。对常用材料没有腐蚀性,在高温下也不分解产生有害气体,与水混合时呈弱酸性,可腐蚀碳钢等普通金属,但不腐蚀不锈钢和铜类金属。
2.2.4制冷效率高,稳定性好二氧化碳运动粘度低,压缩比低,单位容积制冷量大,有很好的传热性能。二氧化碳制冷效率高,稳定性好,容积制冷量较大,流动和传热性能高。
2.2.5设备尺寸小二氧化碳制冷较高的工作压力使得压缩机吸气比容较小,从而使得容积制冷量较大,压缩尺寸较小,流动和传热性能提高。减少了管道和热交换器的尺寸,从而使系统非常紧凑。
3二氧化碳制冷在工程机械领域的应用
3.1工程机械驾驶室热环境
工程机械驾驶室玻璃面积较大,室内热环境受外界影响大。太阳辐射通过玻璃窗将热量传入车内,玻璃面积较大时,可通过下式计算,通过玻璃窗进入室内的热量Qb可按下式计算:Qb=A•k(tb-ti)+C•A•qb式中:A为玻璃窗面积;K为玻璃窗的传热系数;tb为车室外温度,℃;ti为车室内温度,单位为℃;C为玻璃窗遮阳系数;qb为通过单层玻璃的太阳辐射强度。另外,受太阳辐射影响车身温度较高,从而影响驾驶室内温度。太阳照射包括直射和散射,车体外表面温度升高的同时也向外反射辐射热,车体外表面所受的辐射热Q1可按下式计算:Q1=(IG+IS-IV)F式中:IG为太阳直射辐射强度;IS为太阳散射辐射强度;IV为车体表面反射辐射强度,单位为W/m2;F为车体外表面积,m2。
3.2工程机械空调系统特点
工程机械的工作环境极其恶劣,其空调系统与冰箱和家用空调具有明显的区别。
1)工程机械空调系统往往在过热、灰尘、震动等恶劣环境情况下运行,对其质量和性能要求较高。
2)工程机械空调系统冷凝器和蒸发器均处于强制对流换热状态,均需耗费一定电能或发动机功率,而且冬夏季空调运行时,工程机械爬坡或加速等受到较大影响。
3)工程机械工作时往往震动较为剧烈,容易导致制冷剂泄漏,污染环境。
3.3二氧化碳空调在工程机械中的应用优势
二氧化碳空调系统应用于工程机械领域具备较佳的优势:
1)工程机械空调系统制冷剂易泄露、排放量大。采用二氧化碳作为制冷剂有完全环保的特点。
2)二氧化碳压缩比低,压缩机效率高。同时,高压侧二氧化碳温度变化大,使进口空气温度与二氧化碳的排气温度可以非常接近,减少了高压侧不可逆传热引起的损失。3)尺寸小二氧化碳空调系统可以满足工程机械安装和布置要求,并获得较高的效率,对工程车辆的节油和动力性能也有改善。
4结论
1)二氧化碳制冷剂性能良好,化学性质稳定,无毒、无臭、无污染,不燃、不爆。其臭氧层破坏潜能为零,温室效应潜能极小。价格低廉,来源丰富。
2)二氧化碳循环在跨临界条件下运行,压缩机的效率相对较高,在超临界条件下的特殊热物理性质使其在流动和换热方面都具有极大的优势,超临界流体良好的传热和热力学特性使得换热器的换热效率提高,并使得整个系统的能效较高。
3)二氧化碳制冷剂应用广泛,目前已成功应用于商业建筑、冷藏库、热泵系统、汽车空调以及工程机械等领域,具有理想的应用效果。
关键词:化工机械设计;材料;分析
在工程项目的运作过程中,化工机械设备长期处于一个密闭的工作环境中,因此,化工设备极容易被腐蚀,从而影响到化工设备的多种性能,减少设备的使用寿命。在化工设备的设计中,如何选择合适的材料,降低设备的腐蚀程度,延长设备的使用寿命,已经成为人们关注的关键问题。
1 在化工机械设计中做好碳素钢与合金钢材料的选择
在化工设备中,要求机械零部件要具备一定程度的韧性以及强度,这样才能满足机械运行中的各种机械性能、化学性能以及物理性能的要求。要做好材料选择工作,就必须对材料的韧性以及强度做出充分的考虑。同时,还要考虑材料在加工过程中的可操作性和安全性。
在当化工机械设计材料市场中,碳素钢已经成为广泛应用的材料,它不仅成本低,同时具有较好的加工性能和操作性能。但是,碳素钢本身也存在一定的缺陷,这种材料的强度以及韧性比较低,最重要的是中等以上的材料无法顺利的进行热处理加工淬透作业,这些缺陷使影响了碳素钢在化工机械设计中的使用。为了提高碳素钢的强度以及韧性,可以在碳素钢中加入一定比例的合金元素,这时就可以形成一种新的材料,即合金钢。与碳素钢相比,合金钢的韧性以及强度得到很大的提升,除此之外,合金钢还有很多碳素钢所没有的优势,比如耐高温、耐磨损、耐腐蚀等。虽然如此,一般情况下碳素钢还是首先选择的材料,只有在零件的横截面积较大、需要对材料进行淬透及材料外载荷应力较大的情况下才可以使用合金钢。
2 在选择机械设计材料时要参考机械材料零件的制作工艺
在机械生产或者是加工作业中,不同的加工处理技术对机械设计中材料应用的要求不同。比如焊接工艺要考虑材料的抗压性以及冷镦性,铸造工艺要求机械设计的材料具备较高的流动性、收缩性以及吸气性[1]。在进行热处理工艺时,要对机械材料的淬透性、过热敏感性、氧化脱碳性进行充分的考虑,切削工艺则要求材料有便于切削的特点。所以,具体选择使用哪一种材料,要以机械材料零部件的制造工艺为选择的依据。
零件是机械最基本的组成部分,在对零件进行设计时,一方面要对零件的成本进行控制,同时,还要保证其具备正常的工作能力。零件抵抗可能失效的能力被称为工作能力,不管在任何情况下,零件一旦丧失工作能力,就意味着零件失效。所以在选择材料时,要保证零件有足够的工作能力,同时对材料费用进行考虑,尽量减少材料费用。除此之外,为了尽量减少经济支出,还要保障零件有良好的制造工艺,将设计程序简化也可以达到降低成本的目的。
3 以材料的荷载性能的大小作为机械设备选材的标准
通常情况下,材料的外载荷性能与失效零部件性能之间存在着一定的矛盾,主要表现为化工机械材料的外载荷性能很容易造成机械设计的部分元件失效,但是机械的零部件所具备的性能却能够有效的防止这种零件的失效。所以在化工机械选择材料时,要对材料的载荷性能大小进行充分的考虑。
通常在外载荷力的作用下,机械零部件容易发生扭转的现象,当零部件发生扭曲时,应力大都集中在材料的表层。这就说明,零部件的控制效果是由材料表面的性能决定的。所以在选择机械设备的材料时,首先要考虑机械材料承受载荷力的情况。如果确定材料需要承受一定的载荷力,那么此时就要根据承受荷载力的情况对材料进行适当加工。材料加工的方式主要有两种:低碳钢渗碳或者是中碳钢调质[2]。对于一些材料来说,材料本身可以承受一定的拉伸和压缩作用,同时由于是零件的横截面受到外载荷力作用,所以横截面应力比较均匀,在这种情况下,只有性能分布比较均匀的材料才能用来进行机械设备的设计。
4 在机械设计中选择耐腐蚀的材料
腐化已经成为化工机械设备常见的问题,在日常工作中,如果化工设备经常与空气和水汽接触,那么就很容易发生化学反应,使化工机械设备出现腐蚀的现象,一旦化工机械设备出现腐蚀,设备的外表色泽会发生一定的改变,其内部性能也会受到严重的影响,从而降低设备的工作效率,减少其使用寿命,进而影响到整个化工工程的进度,所以,在化工机械设计中,要注意选择耐腐蚀的材料。材料要具备一定的耐腐蚀性,这是与化工产品的生产要求相一致的,同时要保持化工设备的稳定运行以及流畅性,防止因为部分零件被腐蚀而影响整个工作效率的情况发生,注意要及时发现腐蚀的情况,做好处理措施,不要让腐蚀积累。最后,要注意外力的保护作用,防止产生新一轮的腐蚀发生。
5 在选择机械设计材料时要注意节能性以及环保性的统一
我国经济飞速发展的同时,对于资源以及能源的需求也日益增大,应用于机械设计的材料被大量开采,有些材料在今天已经成为稀缺材料,面对与此严峻的现状,在选择机械设备的设计材料时,要将可持续发展作为机械设计工作的新要求,给予环境保护更多的考虑,同时也要考虑到成本的输出,做到节能性与环保性的统一[3]。
如果只将注意力放在经济的发展上,在进行机械设备的设计对那些不可再生的资源进行开发利用,那么将严重影响到未来化工生产,所以,在选择化工设备的材料时,一定要将现阶段的环保与节能作为考虑的一部分,开发可再生资源,有效的节约成本以及原材料,尽量节约不可再生资源,避免不必要的浪费。