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浅议绿色设计在汽车工业的应用研究

时间:2014-4-4 11:48:54 点击:

  核心提示:一、前言 随着人们消费水平的提高、汽车价格的不断下降,越来越多的人拥有了自己的汽车。但由于汽车使用寿命仅为十余年,仅以我国汽车为例,2000年有45万辆汽车被报废,“九五”期间将有180万辆汽车要停用...

一、前言

随着人们消费水平的提高、汽车价格的不断下降,越来越多的人拥有了自己的汽车。但由于汽车使用寿命仅为十余年,仅以我国汽车为例,2000年有45万辆汽车被报废,“九五”期间将有180万辆汽车要停用,这对环境造成了极大的污染,因此利用它们的循环再生是新世纪对汽车发展提出的战略要求,在我国开发零污染回收率高的绿色汽车已经势在必行,这也是各国汽车业竞相发展的目标。

二、材料选择与管理在汽车工业的应用

材料选择是产品设计的第一步,绿色设计中的材料选择对最终产品的“绿色程度”具有重要意义。绿色材料即低能耗,低成本,少污染,易加工且加工中无污染或污染最小,易回收,易处理,可重用,可降解的材料[1]。今天人们在汽车工业中对材料的选择和管理主要分为以下几个方面研究:

2.1 纯天然材料的开发和利用

木材是地球上数量最多的植物材料,且木材加工能耗低,可再生循环利用,易于处理。因此,汽车工业对木材的开发和应用研究受到了很大的重视。如木材陶瓷在日本成为研究热点。将木材经树脂浸渍,在高温真空下分解形成炭化木纤维和炭化酚醛树脂的多孔结构。该陶瓷可用于汽车离合器的摩擦材料。另外,将树皮粉碎,与聚酯纤维混合制成垫子,可用于重油吸收。如选用对环境有益的天然原料作汽车内饰,采用木质纤维、棕榈、椰子壳、剑麻、棉花为原料生产汽车座椅、内饰、隔音件、隔热板、地毡等,不使用含石棉、镉、汞、CFC等对人对环境有害的原材料。

2.2 汽车燃料的改进

汽车尾气引起的污染严重影响了生态环境。设计人员已经把主要精力集中到了研究开发节能以及无污染或者低污染的新型汽车上。其中最理想的汽车能源是太阳能和氢能。

例如日本已经发明了较为实用的太阳能汽车。我国研制的“远望”牌电动大客车最高时速90km,一次充电可行驶120km。美国也正在研究用水、甲醇高温分解以使聚合材料分解到最初的化学状态。通过加水分解,高温蒸汽会使树脂分解出来,从而形成单体,这种单体能在塑料再聚合时重新利用。加入甲醇取代分解出来的树脂,通过高温分解,塑料和橡胶就被分解成可燃烧的油和气体。

2.3 汽车尾气净化材料的改进

采用催化剂转化的方法,把汽车尾气中的有害气体,如CONOHC等转化成N2H2O,对防止大气污染有重大意义。传统的催化剂材料中是PtPdRh等贵重金属元素。德国的Degusaa公司针对中国情况正致力于开发适用于柴油车和摩托车尾气的新型催化剂材料。

2.4汽车材料的管理

在管理方面,由于绿色材料种类较少,不可避免的会采用一些有毒材料,所以在材料安置中应将有毒和无毒的材料分开安放。废弃后的产品有用部分进行回收利用,无用部分采用一定工艺进行回收处理,使其对环境影响最小。

三、拆卸设计在汽车设计中的应用

拆卸设计是绿色设计研究较早而且比较系统的一种方法[2],并且已经在汽车工业中得到应用。拆卸设计的准则就是为了将产品的拆卸性要求及回收约束转化为具体的产品设计而确定的通用或专用设计准则。产品拆卸是产品回收再生的前提,直接影响产品的可回收再生性,废弃产品的零部件经过维修或其他处理方法后可以被重新使用,那么这些零部件必须能够方便的拆卸,拆卸设计应遵循以下准则:

3.1 拆卸工作量最少原则

产品在满足功能要求和使用要求的前提下,尽可能简化产品结构和外形,使功能集成,将由多个零件完成的功能集中到一个零件上,减少零件数量。在满足使用要求的前提下,尽量简化掉一些不必要的功能,在零件合并时一定要注意,合并后的零件一定要易于成型和制造。

减少材料种类,会使组成产品材料的相容性增大,对一些没有利用价值的零部件可不必进一步拆卸,而作为整体回收,因为可大大简化拆卸工作。对有害材料的集成,在满足产品功能的前提下,尽量将这些材料组成的零部件集成在一起,便于以后的拆卸和分类处理。

3.2易于分离设计原则

首先是次表面原则:产品零件尽量避免在其表面进行如:电镀,涂覆,尤其等二次加工,因为二次加工后的附加材料很难分离,影响材料回收的质量。日本汽车公司科研人员研究出一种清除塑料零件表面油漆的新技术,可以让外表涂了油漆的塑料零件重新使用。其次是便于识别分类准则:在材料上做标记。一般来讲,产品的组成零部件数量很多,这就要求对回收的零部件材料给出明确的标准,才能被回收或重用。产品生产时,在零件上模压出材料代号或用不同的颜色表明材料的可回收性或注明专门的分类编码代号等。

例如德国宝马公司所使用材料80%是可以回收的。设计人员采用了一种特殊的编码系统,以便识别产品中的不同零件数量,其生产所用的3+5旋转模中,大多数塑料零件采用了颜色编码标志,绿色表示纯塑料,蓝色表示用于回收的塑料,采用这种标志的目的是减少不同塑料数量,完全避免有害有毒物质,取得了很好的效果。这样在回收废旧汽车时,拆卸分类就非常方便。能做到物尽其用,为再生利用创造条件。

3.3 易于拆卸设计原则

在易于接近的排放口进行设计,有些产品在废弃后,其中往往含有部分废液体,如汽车中的汽油或柴油,润滑油,为了在拆卸过程中不致使这些废液体遍地横流,造成环境污染和影响,在拆卸前要将废液体排出。因而在设计时,要留有易于接近的排放点,使这些废液能方便并安全排出。

3.4 模块设计原则

任何一个产品都是由若干个具有一定功能的部件组成一个个相对独立的模块【3】,各模块间能方便的进行联结,这样将零件模块化可进行大量生产,并多次使用。德国德马克公司生产的桥式吊车系列在采用模块化设计后,设计费用减少为单件结构的12%,而生产成本降低了45%,对单件小批量生产的零件,不仅减轻了零件的重量,而且有利于抗震。

四、回收设计在汽车工业中的应用

面对世界有限的资源,要达到预期的回收目的,回收设计起着关键的作用。这就要求在进行产品回收设计时,要充分考虑产品零部件及材料回收的可能性,回收价值大小,回收处理方法,回收处理结构工艺性等与回收性有关的一系列的问题【4】,以达到零部件和能源的充分有效利用。其目的就是最有效地在新产品中使用回收再生后的零部件和材料。我国对于回收再利用也开展了一些工作,但在汽车工业深层次的、有规划的开展汽车回收再制造工程,尚属起步阶段。

4.1 汽车回收的再生方式

产品回收的再生方式是多种多样的,对于同一产品可以有多种回收的再生方式。下表列出了汽车产品部分的回收再生方式:

4.2 汽车长寿命零件的回收

在产品设计时,有些零件的工作可靠度远大于其它零件的工作可靠度,即当部分零件损坏时而使整个产品失效时,这些零件仍然可以使用很长一段时间,所以应当采用一定措施,将此类零件拆下回收,稍加整修再次利用。如美国宝马公司研究的,由加强聚惜胺玻璃纤维制造的汽车上的“进气管”零件在汽车报废后,其弹性衡量和阻尼特性几乎都没有改变,因而该材料可100%回收重用。

五、结束语

本文结合各国的汽车设计,对绿色生态设计的材料选择,拆卸设计,回收设计进行了详尽的阐述和分析。其中国外有许多经验和做法值得我们借鉴,从中也不难看出我国汽车业的不足。因此开展系统理论研究,促进我国产业发展已是当务之急,这就要求企业及研究单位密切协作,以新的思想指导设计,生产和消费,走出一条符合我国国情的绿色产品开发道路。这就要求设计人员增强自己的“绿色”意识,设计出对环境影响最小的绿色产品,来缩短我国与其他国家绿色产品的距离,同时绿色产品的全面实施,也将对未来中国的健康发展做出重大贡献。

作者:易代网 来源:网络
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