1 发展绿色工程机械产品的必要性、紧迫性

    提到绿色产品人们更多的会想到绿色食品、绿色家电产品、绿色农业等。绿色工程机械产品还远没有让国人引起高度重视。但随着国家经济建设的飞速发展和国家大型工程项目的逐步开工，工程机械种类和数量不断增加，大量工程机械所消耗的资源、排放的污染物对环境产生了难以估量的负荷。为保护人类十分宝贵且有限的资源，实现全球可持续发展，提高操作人员的安全性及工作舒适性，努力达到人、机和环境的亲和，可以预见开发研制环保节能的绿色工程机械产品将是今后工程机械发展趋势的主流。目前国务院已把“环保科技发展规划”和“再制造的关键技术开发”列人《国家中长期科技发展规划》，从而为绿色工程机械产品研制提供了重要的政策依据。

    目前国际上对中国工程机械出口提出更高要求，首先保证售后服务及时到位，其次就是实施再制造。严酷的国际市场逼迫我们必须对工程机械产品实施全生命周期管理，对用户实施保姆式的全程服务。因此，研制绿色工程机械产品以及实施产品再制造，是关乎企业生死存亡、稳定发展的大事。

    绿色工程机械产品符合可持续发展的要求，是社会进步的标志，也是科技发展的必然趋势。实践证明，谁起步早、实施快，谁就能把握产品研发的主动权。发展绿色工程机械产品必须使工程技术人员，特别是企业决策者，应充分认识到绿色设计的必要性和紧迫性。从发展的战略角度看，绿色工程机械产品将会给企业及其产品树立良好形象，并最终带来不可估量的社会和经济效益。

2 绿色工程机械产品的设计

    绿色工程机械产品首先体现在绿色设计。绿色设计的含义就是在产品的整个寿命周期内(包括设计、制造、运输、销售、使用或消费、废弃处理)，着重考虑环境属性，即将产品自然资源的利用、对环境和人的影响、可拆卸性、可回收性、可重复利用性等作为设计目标，在满足环境目标要求的同时，并行地考虑保证产品应有的基本功能、使用寿命、经济性和质量等。绿色设计主要应考虑2方面的内容:一是产品本身的绿色设计。采用绿色材料，实现零部件的标准化、模块化，提高产品的可拆卸性，便于产品的回收和重复使用，在产品全寿命周期内，实现产品的再循环利用。二是减少废气、废水、噪声的排放，降低制造、使用过程的资源消耗，加强工程机械产品对能源的综合利用效率，满足工程机械产品在生产和使用过程中不给社会带来危害的社会要求。

    绿色工程机械产品的设计应遵循环境准则、技术准则、经济性准则和人机工程准则。同时，还应创立网络化、协同化、开放式工程机械产品创新设计理论与技术，研发具有3P分析(Productivity生产率分析、producibility可制造性、Predictability可预测性)和3E分析(Energy 能源分析、Enviroment环境分析、Ecollollly经济分析)的智能化设计与制造开发系统。

    2.1 应用、开发新的动力能源

    工程机械动力源大多为柴油机，在空气流通不畅的井巷和隧道施工中，各种有害气体和微粒的排放对环境污染更严重。绿色设计从根本上是倡导研制、开发新的清洁能源。如电动叉车，从环保角度看，明显优于内燃叉车。在成功研制体积小、电量足、行驶里程长、充电时间短、可靠性高的新型电池，掌握剩余电量显示等技术后，电力作为工程机械的动力源是发展方向，同时有广阔的应用前景。目前我国在纯电动汽车、燃料电池汽车和混合动力汽车的技术研发已取得突破性进展，已进人实施产品化工程(安全性、可靠性、耐久性、舒适性、降低成本)阶段。工程机械可以借鉴新能源在汽车研发方面的经验，花大力气去研究天然气、液化石油气和天然气一柴油混用的双燃料清洁能源在各种工程机械上的应用问题(包括改进发动机的某些结构，解决充气设施和相关技术等等)， 解决污染严重且日益匾乏的燃油能源问题。

    利用合同能源管理机制推进工程机械节能改造。工程机械是耗能大户，如何将节能、降耗落到实处?怎样尽快取得节能效益?工程机械行业要有明确的整体节能目标并将目标拆分到每个企业、各个型号规格的产品，同时更应加强“合同能源管理”这种新机制的推进，使节能工作尽快落到实处。合同能源管理机制的实质是:以减少的能源费用来支付节能项目全部成本的节能投资方式。这种节能投资方式允许用户使用未来的节能收益为工厂和设备升级，以及降低目前的运行成本。

    作为首次采用燃气动力的装载机由日本一家公司完成。该样机吨位等级相当于我国zL10型装载机，样机发动机功率为35.2kw，转速3000r/min,采用静液压驱动，四轮转向，湿式液压制动，机器行走速度为25km/h，整机质量为5.2t。样机已取得良好的阶段性成果。

    2.2 应用、研发绿色材料

    材料是构成工程机械产品的基础，当前工程机械产品绿色化的一个重要发展方向是产品绿色材料的使用比重不断提高。绿色材料的采用对工程机械设备的性能、价格、特点及环境属性有直接的重要影响。例如:混凝土机械用的合金铸铁用高强尼龙替代，不仅延长使用寿命，还可减少噪声污染;滚动轴承采用氮化硅和碳化硅高陶瓷轴承，不但机械性能优于钢材料，而且耐高温、摩擦系数小、能量消耗少，是典型的绿色零件;采用具有高效吸附分离功能的绿色纤维材料(活性碳纤维、聚乙烯醇纤维等)，可以使空调或发动机冷却系统有效防蚀、防垢、防化学物污染等。选择工程机械绿色材料的主要原则包括:(1) 材料本身性能的先进性;(2)材料与环境协调相容性，包括易加工、低毒害、污染小等;(3) 尽量采用不加涂镀工艺的材料以及易回收、可再生、分解或降解的材料;(4)尽可能采用回收率较高的零部件和材料;(5) 尽量减少所用材料种类、数量。

    选用新型减振材料，采用隔振性能好的各种弹性支承(包括发动机、驾驶室、坐椅的弹性支承等)，并从参数选择到具体的结构设计与布置，从提高产品的动态性能上加以综合考虑和进行科学设计，以尽可能提高驾驶、操作人员工作环境的舒适性。

    利用电子消音器，通过电子仪器分析发动机排气噪声的波形结构，并产生一种与之相位差180的干扰声波，这种“抗噪声”与发动机排气的噪声相抵消，从而达到消声的目的。这种电子消音器还可用于消除发动机的基本噪声和驾驶室内的噪声。通过消音和隔离使工程机械驾驶室内噪声降低到70dB(A)以下。

3 应用绿色制造工艺、回收与再制造

    3.1 工程机械产品的绿色制造

    绿色工程机械产品的工艺和制造应按ISO4000环境管理体系标准来规范和要求企业。工程机械产品在加工制造中应尽可能保护环境，减少施工对环境的影响。我国已通过的《清洁生产促进法》明确提出了“清洁生产”、“绿色机械”的概念，绿色制造是今后各行业发展必须遵循的原则，也是工程机械技术发展的重要课题和体现工程机械水平的重要标志。

    随着工程机械技术的发展和社会进步，各类产品的更新换代和废弃速度加快，如何加以回收利用也是一大难题，工程机械的加工制造对环境的负面影响正逐渐引起各方面的充分注意。推广绿色制造工艺和先进技术势在必行，环境友好型和对用户及操作者友好型的绿色制造工艺将是未来工艺技术发展的趋势。

    绿色制造过程也是工程机械绿色化中重要的一环。对环境的污染破坏中有一部分是在制造过程中产生的，所以当前采用绿色制造、清洁生产工艺，有效地利用能源和资源，产生最少的废物，并实现综合利用成为发展趋势。工程机械产品的绿色加工、制造工艺技术应以传统的工艺技术为基础，并结合材料科学、表面技术、控制技术等新技术的先进制造工艺技术。其目标就是对资源的合理利用，节约成本，降低对环境造成的污染。绿色的加工、制造工艺可划分为3种类型:节约资源工艺技术、节省能源工艺技术、环保型工艺技术。

    绿色制造过程要求应用绿色加工设备、刀具和原材料，通过绿色加工工艺去实现。在机械加工中，许多工艺都可采用绿色制造技术，但其绿色程度可能有差异。例如:(1) 机加工中干式切削、干式磨削都属绿色加工工艺，另外高速、超高速磨削、钻削也具有绿色属性，其共同点是节约了工时，提高了效率，减少了噪声，加工质量得以提高。(2) 某些工艺的调整改进可增加其绿色属性，如无氰电镀、非氰化淬火等工艺。(3) 为减轻零件重量、节约材料，可尽量采用锻造、压铸、粉末冶金等工艺。

    对工程机械的整个制造生产过程实施测量及在线控制，10%保证质量及产品可靠性。同时，优化产品的全生命周期(hfecycle)，在产品设计、制造、维护及回收等方面都要对环境不产生负面影响。

    3.2 工程机械产品的回收与再制造

    工程机械绿色再制造应以优质、高效、节能、节材、环保为目标，以先进再制造技术和产业化生产为手段来修复、改造并以高新技术提升即将报废产品的一系列技术措施或工程活动。

    工程机械回收与再制造交点是节能、资源利用最大化、环保的再制造技术，是集先进高能束技术、先进数控和计算机技术、CAD/CAM技术、先进材料技术、光电检测控制技术为一体的综合性技术。是企业发展的战略需要，同时整体提升工程械行业各机型的清洁化、节能化、人性化和绿色再制造的技术水平，有利于扩大产品出口，提高国际竞争力。

    实施工程机械再制造的具体指标是:产品工作时间超过10000h或者满5年，能保证可以回收，以旧换新;回收价格不低于原价的50%;美国Cat公司现在已经按此销售策略运作。

    实施再制造的具体措施是:对工程机械及其零部件的应用状况进行分析;对失效形式进行分类统计;采用样件试验分析和计算机模拟计算仿真2种形式对工程机械部件再制造性分析评测，确定其应用价值和可再制造性。建立再制造产品的质量评测与最终产品的性能保证体系。利用先进表面技术、微纳米涂层及微纳米减摩自修复材料和技术、修复热处理技术、再制造毛坯快速成形技术及过时产品的性能升级技术等再制造技术，确保再制造产品的使用质量和寿命。

    工程机械主要应从发动机、传动系统、液压系统、工作装置等方面施实再制造。制定具体的零部件拆卸、清洗、回收处理方案、回收处理工艺、回收物流管理、失效预测、失效机理、寿命预测等再制造工艺流程。

    工程机械的再制造工艺流程见图1。

4 发展前景

    绿色工程机械产品本身是一项庞大、复杂的系统工程，应按绿色产品的要求推广采用可行的成熟技术，进一步研发具有绿色理念的前瞻性相关技术。绿色技术在应用初期，相关经济成本可能高一些，但随着技术的不断完善和发展，其经济性会逐步改善，其综合影响和社会效益是不可低估的。废旧工程机械的再生利用也属于资源再生利用范围，并逐步得到法律的支持和社会的认同。

    目前，产品绿色化已成为世界进步和发展的必然潮流，绿色技术是解决资源和环境问题的最佳途径。工程机械面临绿色的挑战，理应顺应时代潮流，推广绿色技术，生产绿色产品，提高市场竞争力，使工程机械获得更大的发展。最近天津工程机械研究院与装备再制造技术国防科技重点实验室签署了国家“十一五”科技攻关项目“工程机械再制造技术的研究”。