一.课题研究的目的和意义
随着经济的持续发展以及世界人口的增长,环境污染与资源缺乏会愈演愈烈,因此,保护地球环境,发展循环经济已然成为全人类的重要议题。循环经济模式是指以追求更大的经济效益、更少的资源消耗和更多的劳动就业为目的的一种先进经济发展模式。 绿色再制造工程,简称为再制造,事实上是对以退役产品为对象的一系列基础措施和工程活动的总称。绿色再制造工程是以产品全寿命周期设计和管理为指导,以先进技术和产业化生产为手段,按照新产品制造标准,来对废旧产品进行修复或者改造,进而达到优质、高效、节能、节材、环保的目的。发展再制造工程对于发展循环经济,保护自然环境以及构建节约型社会,有着重要意义。再制造最早用于军工产业中,美国和欧洲一些发达国家,还有日本等国家的再制造发展已久,都已经形成了相当大的产业。而与之相比,我国的再制造产业及其相关学术研究起步较晚,发展不完善,虽然正在迅速的兴起中,但仍旧有许多问题急需探索和研究,例如再制造表面加工技术,面向再制造的工业设计,产品可再制造性评价等基础理论与关键技术。成的对自然环境的污染与破坏。 机床作为现代工业中应用最广泛的加工机械之一,每年的产量与报废量都是巨大的。而机床再制造是再制造产业中的一个重要组成部分。废旧机床如果直接废弃或者作为废料回收,不仅会造成其剩余使用价值的巨大浪费,在其材料回收过程中还会造成损耗与二次环境污染。因此,通过一系列再制造加工使废旧机床整体或者部分重要零件重新进入使用寿命周期,可以极大地节约成本同时保护环境。机床经过再制造加工改造,可以显著的延长其使用寿命,而且相对于购买新机床,可以大幅节约资金,具体的,中小型机床可以通过再制造延长使用寿命五到八年,每台节约资金五到十万元;大型、重型机床则可延长寿命六到十年,每台节约资金五十万到二百万元。因此,机床再制造以及相关的理论基础与关键技术研究有着重要意义。
二.本课题在国内外的发展状况
在美国、日本和大部分欧洲发达国家,再制造不仅理论研究完备,其产业也已经经过三十多年的发展,形成了巨大而完善的产业,从事再制造的企业数量众多。早在 20 世纪 90 年代初期,美国就已经建立了多个以再制造相关技术为研究重心的研究所及再制造协会,并且颁布通过了很多再制造相关的法律法规,支持再制造产业的发展。欧洲各国也一直支持再制造业在本国的发展,相继通过了一系列鼓励和推进再制造工程发展的相关法律法规。以德国为例,德国政府在 1996 年颁布了《循环经济与废弃物法》,并随后出台了一系列再制造相关的新法令,包括《商业废弃物管理条例》、《废旧机动车法》等等。欧洲各国的这一系列举动很大程度的促进了再制造产业的发展以及相关技术的理论研究。日本同样在再制造产业发展方面走在世界前列,从 2000年日本国会通过了法案《推进循环型社会形成基本法》以来,日本颁布推行了一系列鼓励发展再制造产业的法律法规。相应的,日本的再制造企业也飞速发展,涉及行业小到家电、手机、复印机、相机,大到建筑机械、工业机器人、汽车飞机零部件等等。日本的大隈工程集团、岗三机械公司和千代田工机公司等都是世界前列的再制造公司。国内外的再制造相关研究主要集中在这几个方面: (1)产品在生命周期中的物理和机械性能退化分析,以及通过分析结果对废旧产品进行再制造; (2)通过有限元分析等方法分析研究产品的性能退化机制,用来指导再制造设计以获得更长的使用寿命或者获得科学正确的再制造方法; (3)研究开发同时拥有良好经济性和环境可靠性的先进再制造技术,包括再制造加工技术、表面清洗技术等; (4)研究可以进行定量测量评估产品性能退化程度或损伤程度的设备和相关技术,用来预测产品的剩余寿命; (5)面向再制造的产品可持续设计研究。
1996 年徐滨士院士出席了在西安召开的“先进制造技术国际会议”。在会议上他做了有关再制造内容的特邀报告,这是第一次在中国有人提出了“再制造”的概念。作为我国再制造的领路人,徐滨士院士及其领导的研究团队创建了中国第一所致力于再制造的国家级研究中心,为我国的再制造研究发展做出了巨大的贡献,为后续研究奠定了理论基础。国内很多高校、研究所也同样对再制造的各个方面开展了深入的研究。清华大学在机电产品的回收处理技术方面进行了研究,另外在产品全生命周期评估研究中取得了一定成果;上海交通大学机械与动力工程学院与美国通用公司和福特汽车公司有关部门合作,致力于汽车的回收再制造相关研究;重庆大学在面向再制造的设计方法和再制造生产运作与控制等研究方面开展了深入研究;天津工程机械研究院在 2009 年被国家工信部确定为再制造试点企业,并且从 2005 年就已经开始致力于工程机械的再制造相关理论与技术研究。进入 21 世纪以来,国家大力支持我国再制造产业的发展。自 2000 年“再制造工程技术及理论研究”被国家自然科学基金委机械学科列为“十五”优先发展领域以来,国家相关部委陆续发布了各种文件鼓励再制造产业的发展。国家在 2009 年还颁布了循环经济相关法律来正式地规范和促进我国的再制造业发展。在国家的促进下,国内已经在汽车零部件、发动机、各类机电产品等领域开展了应用实践。以汽车发动机再制造产业为例,中英合资的济南复强动力有限公司和中德合资的上海大众联合发展公司分别在重载汽车柴油发动机和轿车汽油发动机的再制造的产品研发、生产销售等方面取得成果。
三.主要设计内容
1.研究机床主轴常用材料和主轴主要的失效形式以及避免主轴失效的措施
2.以疲劳力学和有限元理论为基础,对适用于不同情况的疲劳寿命预测方法与模型进行研究,并提出适用于机床零部件的算法与模型。
3.对研究对象进行建模,添加通过实际工况计算出边界条件,结合材料SN曲线预测对象疲劳寿命。
4.验证寿命预测的可行性与正确性。
5.撰写毕业论文。 |