CN105574339A - 一种退役乘用车拆解的碳排放计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种退役乘用车拆解的碳排放计算方法，其特征是先根据拆解序列计算连接特征的拆卸能耗总和；然后根据连接特征拆解消耗的能量类型计算其拆解碳排放总量；再计算拆解环境影响造成的冗余碳排放；最后得出整个拆解过程的总碳排放量。本发明用于退役乘用车拆解碳排放的量化分析，使人们可以更好评估拆解过程对环境的友好程度，促进退役乘用车拆解的可持续发展。

Description

一种退役乘用车拆解的碳排放计算方法

技术领域

本发明涉及机电产品的碳排放计算方法，具体是一种退役乘用车拆解的碳排放计算方法。

背景技术

近年来我国汽车市场保有量呈持续增长，随之带来的报废汽车问题也日益严重。国内目前对退役乘用车拆解技术的研究已有了一定成果，但是大多数拆解过程只考虑经济效益，忽略了对环境因素的影响。在拆解收益的评价中缺少一种以环境影响程度为依据的判断标准，这极大的制约了报废汽车拆解行业的可持续发展。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种退役乘用车拆解的碳排放计算方法，以期能用于退役乘用车拆解碳排放的量化分析，使人们可以更好评估拆解过程对环境的友好程度，从而促进退役乘用车拆解的可持续发展。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案

本发明一种退役乘用车拆解的碳排放计算方法的特点是按如下步骤进行：

步骤1、对退役乘用样车进行拆解，记录样车的拆解部件信息，并计算连接特征拆解的总能量消耗E：

步骤1.1、计算各种连接特征的能耗，所述连接特征包括：螺纹连接、过盈连接、黏接、键连接、销连接、焊接和铆接；

a、利用式(1)获得螺纹连接能耗E_scr：

$E_{scr}=0.36\×{\mathrm{KDF}}^2/P(\frac{1}{C_a}+\frac{1}{C_b})---\left(1\right)$

式(1)中，K为阻力系数；D为螺纹公称直径；F为预紧力；C_a表示以螺纹连接的连接件的刚度；C_b表示以螺纹连接的被连接件的刚度；P为螺距；

b、利用式(2)获得过盈连接能耗E_int：

$E_{\mathrm{int}}={\mathrm{\πfpl}}^2\frac{E_c{E}_d}{C_c{E}_d+C_d{E}_c}---\left(2\right)$

式(2)中，f为以过盈连接的包容零件和被包容零件之间的摩擦系数；l为被包容零件的长度；p为过盈量；E_c为外包零件的弹性模量；E_d为被包容零件的弹性模量；C_c为被包容零件的刚性系数；C_d为外包零件的刚性系数；

c、利用式(3)获得黏结能耗E_d：

E_d＝(∑r_s-r_lcosθ-r_sl)·ΔS(3)

式(3)中，r_s为被黏结的固体表面的自由能；r_l为黏结剂表面的自由能；r_sl为固体与黏结剂之间的自由能；θ为被黏结的固体之间的接触角；ΔS为粘结剂的展开面积；

d、利用式(4)获得松键连接能耗E_key：

E_key＝F_kS_k(4)

式(4)中，F_k为键的压合力，S_k为键槽高度；

利用式(5)获得紧键连接能耗E_key′：

E_key′＝F_k′S_k′(5)

式(5)中，F_k′为键的压合力，S_k′为键的装配尺寸；

e、利用式(6)获得过盈配合的销连接能耗E_pin：

E_pin＝F_pl_p(6)

式(6)中，F_p为过盈配合的压入力，l_p为装配长度；

f、利用式(7)获得需要黏接的圆锥销连接能耗E′_pin：

E′_pin＝F′_pl′_p+E_d′(7)

式(7)中，F′_p为压入力，l′_p为装配长度，E_d′为黏结能耗；

g、利用式(8)获得铆接能耗E_riv：

E_riv＝P₁t₁(8)

式(8)中，P₁为铆接工具的输入功率；t₁为铆接工具的工作时间；

g、利用式(9)获得焊接能耗E_wel：

E_wel＝P₂t₂(9)

式(9)中，P₂为焊接工具的输入功率；t₂为焊接工具的工作时间；

步骤1.2、利用式(10)获得连接特征拆解的总能量消耗E：

式(10)中，E_t为所有第t种连接特征的能耗之和，为第t种连接特征的老化系数；N为连接特征的种类总数；

步骤2、利用式(11)获得连接特征拆解的碳排放量C_s：

式(11)中，λ_t为第i种连接特征的能源碳排放系数；

步骤3、计算冗余因素的权重W：

退役乘用车拆解过程中冗余因素包括：拆解过程的辅助工艺、拆解环境保护预处理和特殊拆解环境；

步骤3.1、构建具有不同冗余因素指标的第k个比较判断矩阵R(P_ij)_k：

n为矩阵阶数，也是冗余因素指标的个数，k∈[1,n]，Q_i为第i个冗余因素指标，P_ij为第i行第j个列的重要度模糊值；1≤i≤n；1≤j≤n；

步骤3.2、由所述判断矩阵R(P_ij)_k得到上三角灰色比较矩阵R_D：

并利用式(12)对所述上三角灰色比较矩阵R_D中第i行第j列元素q_ij进行白化处理：

$q_{ij}={\mathrm{\χ}}_1{P}_{m_1,j}+{\mathrm{\χ}}_2{P}_{m_2,j}+...+{\mathrm{\χ}}_i{P}_{m_i,j}+...+{\mathrm{\χ}}_{k-1}{P}_{m_{k-1},j}---\left(12\right)$

式(12)中，χ_i为第i个白化系数，χ_i∈[0,1]，表示k个比较判断矩阵中的第i行第j列元素P_i,j和第i+1行第j列元素P_i+1,j的中间数；

步骤3.3、利用式(13)进行一致性检验：

q_ij-q_(i+1)j＝C(13)

式(13)中，C为常数；

步骤3.4、利用式(14)获得第i个指标的权重w_i，从而获得指标的权重集w＝(w₁,w₂,…,w_i,…,w_n)：

$w_i=\frac{{\mathrm{nq}}_{in}-0.5+\mathrm{\ψ}-\underset{j=1}{\overset{n-1}{\Σ}}{q}_{jn}}{n\mathrm{\ψ}}---\left(14\right)$

式(14)中，ψ为各指标差异程度的度量，ψ∈(0,1)；

步骤3.4、利用式(15)获得冗余因素权重W：

$W=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{w}_i---\left(15\right)$

步骤4、利用式(16)计算退役乘用车拆解碳排放C：

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明方法可用于退役乘用车拆解碳排放量化分析，能用于评价报废汽车拆解过程对环境的影响程度，并进一步指导该产品的拆解过程，优化拆解序列，从而降低了拆解环境成本，促进了退役乘用车拆解的可持续健康发展。

2、本发明综合考虑了常用连接特征，将其拆解能量消耗加以量化，并通过其消耗的能源类型折算出相应的碳排放量；将难以计算的碳排放量问题转化为能量问题进行计算，简化了拆解过程碳排放量的计算过程，提高了计算的精确程度。

3、本发明充分考虑了拆解过程中采用的辅助工艺、环保预处理和特定拆解环境等因素对总体碳排放的影响；通过层次分析法将三种冗余因素进行两两比较，综合了专家意见量化其对碳排放总量产生的影响，减少了主观因素对结果产生的误差，使计算过程更加规范、准确。

具体实施方式

本实施例中，一种退役乘用车拆解的碳排放计算方法是按如下步骤进行：

步骤1、在充分考虑退役乘用车拆解深度的前提下，根据样品BOM表及相应资料，以将产品拆解到所需零件层次为目的，依据GB/T19515:2004对退役乘用样车进行拆解，记录样车的拆解部件信息，并计算连接特征拆解的总能量消耗E：

步骤1.1、拆解过程中绝大多数碳排放产生于对连接特征的拆解行为；因此，需计算各种连接特征的能耗，常见的连接特征包括：螺纹连接、过盈连接、黏接、键连接、销连接、焊接和铆接；

a、利用式(1)获得螺纹连接能耗E_scr：

$E_{scr}=0.36\×{\mathrm{KDF}}^2/P(\frac{1}{C_a}+\frac{1}{C_b})---\left(1\right)$

式(1)中，K为阻力系数，与螺纹中径和摩擦系数有关，一般取值为0.2；D为螺纹公称直径；F为预紧力，一般取螺纹破坏载荷的70％-80％，破坏载荷一般取螺纹材料的屈服极限与螺纹有效面积之积；C_a表示以螺纹连接的连接件的刚度；C_b表示以螺纹连接的被连接件的刚度；P为螺距；

b、过盈配合中使用最为广泛的为压合方法，即通过外包零件和被包容零件形成的一种连接特征；利用式(2)获得过盈连接能耗E_int：

$E_{\mathrm{int}}={\mathrm{\πfpl}}^2\frac{E_c{E}_d}{C_c{E}_d+C_d{E}_c}---\left(2\right)$

式(2)中，f为以过盈连接的包容零件和被包容零件之间的摩擦系数；l为被包容零件的长度；p为过盈量；E_c为外包零件的弹性模量；E_d为被包容零件的弹性模量；C_c为被包容零件的刚性系数；C_d为外包零件的刚性系数；

c、黏结的原理是通过粘结剂侵润被连接表面从而使其紧密的粘合，利用式(3)获得黏结能耗E_d：

E_d＝(∑r_s-r_lcosθ-r_sl)·ΔS(3)

式(3)中，r_s为被黏结的固体表面的自由能；r_l为黏结剂表面的自由能；r_sl为固体与黏结剂之间的自由能；θ为被黏结的固体之间的接触角；ΔS为粘结剂的展开面积；

d、键连接一般用于实现轴与轴向零件力的传递，其分为松键连接(包括平键联接、花键联接、半圆键联接)和紧键连接(包括楔键联接和切向键联接)。对于松键，要求键的侧面与键槽要充分的接触；而紧键连接则更加注重键的装配长度；利用式(4)获得松键连接能耗E_key：

E_key＝F_kS_k(4)

式(4)中，F_k为键的压合力，S_k为键槽高度；

利用式(5)获得紧键连接能耗E_key′：

E_key′＝F_k′S_k′(5)

式(5)中，F_k′为键的压合力，S_k′为键的装配尺寸；

e、销的拆解要考虑其与孔的配合情况，过盈配合的销连接可通过式(2)进行计算，也可利用式(6)获得过盈配合销连接能耗E_pin：

E_pin＝F_pl_p(6)

式(6)中，F_p为过盈配合的压入力，l_p为装配长度；

f、圆锥销连接需要粘结剂加以辅助时，可利用式(7)获得需要黏接的圆锥销连接能耗E′_pin：

E′_pin＝F′_pl′_p+E_d′(7)

式(7)中，F′_p为压入力，l′_p为装配长度，E_d′为黏结能耗；

铆接与焊接的拆解能耗可以通过其连接时使用工具耗能进行确定。

g、利用式(8)获得铆接能耗E_riv：

E_riv＝P₁t₁(8)

式(8)中，P₁为铆接工具的输入功率；t₁为铆接工具的工作时间；

g、利用式(9)获得焊接能耗E_wel：

E_wel＝P₂t₂(9)

式(9)中，P₂为焊接工具的输入功率；t₂为焊接工具的工作时间；

步骤1.2、利用式(10)获得连接特征拆解的总能量消耗E：

式(10)中，E_t为所有第t种连接特征的能耗之和，即每种连接特征中所有连接的能耗总量，为第t种连接特征的老化系数，其与连接特征的工作时长与工作环境有关，对于常规退役的乘用车，一般取0.7至0.9之间；N为连接特征的种类总数；

步骤2、利用式(11)获得连接特征拆解的碳排放量C_s：

式(11)中，λ_t为第i种连接特征的能源碳排放系数；根据消耗能量类型(如煤炭、人力、电力、石油等)可以折算出碳排放当量。部分能源对应的碳排放因子如表1和表2所示：

表1部分能源碳排放因子

能源	碳排放系数	能源	碳排放系数
				原煤	0.7559	焦炭	0.8550
原油	0.5857	汽油	0.5538
				石油气	0.5042	天然气	0.4483
燃料油	0.6185	煤油	0.5714

表2全国不同区域电网碳排放因子

地域	碳排放因子	地域	碳排放因子
				华北	1.0021	华中	0.9944
东北	1.0935	西北	0.9913
				华东	0.8244	南方	0.9344

步骤3、计算冗余因素的权重W：

退役乘用车拆解过程中冗余因素包括：拆解过程的辅助工艺、拆解环境保护预处理、特殊拆解环境；相较与连接特征量化来说，冗余因素的一般采用征求专家意见的方法进行确定，其过程受主观影响性较大且难以量化。本发明采用层次分析法结合专家意见对冗余因素进行量化分析。

步骤3.1、首先根据专家意见构建具有不同冗余因素指标的第k个比较判断矩阵R(P_ij)_k：

n为矩阵阶数，也是冗余因素指标的个数，k也是专家人数，k∈[1,n]，Q_i为第i个比较指标，也就是第i个冗余因素指标，P_ij为第i行第j个列的重要度模糊值；取值为0.9、0.8、0.7、0.6、0.5，分别代表着比较指标Q_i比Q_j在碳排放方面极大、非常、明显、略微、同等影响；

步骤3.2、由判断矩阵R(P_ij)_k得到上三角灰色比较矩阵R_D：

利用式(12)对上三角灰色比较矩阵R_D中第i行第j列元素q_ij进行白化处理：

$q_{ij}={\mathrm{\χ}}_1{P}_{m_1,j}+{\mathrm{\χ}}_2{P}_{m_2,j}+...+{\mathrm{\χ}}_i{P}_{m_i,j}+...+{\mathrm{\χ}}_{k-1}{P}_{m_{k-1},j}---\left(12\right)$

式(12)中，χ_i为第i个白化系数，χ_i∈[0,1]，表示k个比较判断矩阵中的第i行第j列元素P_i,j和第i+1行第j列元素P_i+1,j的中间数；

步骤3.3、利用式(13)进行一致性检验：

q_ij-q_(i+1)j＝C(13)

式(13)中，C为常数；一致性检验可以准确检测是否存在逻辑错误，如果不满足一致性检验，需要反馈给专家对比较判断矩阵进行调整修改。

步骤3.4、利用式(14)获得第i个指标的权重w_i，从而获得指标的权重集w＝(w₁,w₂,…,w_n)：

$w_i=\frac{{\mathrm{nq}}_{in}-0.5+\mathrm{\ψ}-\underset{j=1}{\overset{n-1}{\Σ}}{q}_{jn}}{n\mathrm{\ψ}}---\left(14\right)$

式(14)中，ψ为各指标差异程度的度量，ψ∈(0,1)；

利用式(15)获得冗余因素权重W：

$W=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{w}_i---\left(15\right)$

在本发明中，三种比较指标同时作用于拆解过程，故可将权重集求和获得冗余因素对碳排放的影响权重。

步骤4、利用式(16)计算退役乘用车拆解碳排放C：

通过式(16)即可得到退役乘用车在拆解过程中的碳排放量。拆解过程中拆解碳排放越小，则说明拆解过程对环境产生的影响越小，也就是说对环境越为友善。

Claims (1)

1.一种退役乘用车拆解的碳排放计算方法，其特征是按如下步骤进行：

步骤1、对退役乘用样车进行拆解，记录样车的拆解部件信息，并计算连接特征拆解的总能量消耗E：

步骤1.1、计算各种连接特征的能耗，所述连接特征包括：螺纹连接、过盈连接、黏接、键连接、销连接、焊接和铆接；

a、利用式(1)获得螺纹连接能耗E_scr：

$E_{scr}=0.36\×{\mathrm{KDF}}^2/P(\frac{1}{C_a}+\frac{1}{C_b})---\left(1\right)$

式(1)中，K为阻力系数；D为螺纹公称直径；F为预紧力；C_a表示以螺纹连接的连接件的刚度；C_b表示以螺纹连接的被连接件的刚度；P为螺距；

b、利用式(2)获得过盈连接能耗E_int：

$E_{\mathrm{int}}={\mathrm{\πfpl}}^2\frac{E_c{E}_d}{C_c{E}_d+C_d{E}_c}---\left(2\right)$

式(2)中，f为以过盈连接的包容零件和被包容零件之间的摩擦系数；l为被包容零件的长度；p为过盈量；E_c为外包零件的弹性模量；E_d为被包容零件的弹性模量；C_c为被包容零件的刚性系数；C_d为外包零件的刚性系数；

c、利用式(3)获得黏结能耗E_d：

E_d＝(Σr_s-r_lcosθ-r_sl)·ΔS(3)

式(3)中，r_s为被黏结的固体表面的自由能；r_l为黏结剂表面的自由能；r_sl为固体与黏结剂之间的自由能；θ为被黏结的固体之间的接触角；ΔS为粘结剂的展开面积；

d、利用式(4)获得松键连接能耗E_key：

E_key＝F_kS_k(4)

式(4)中，F_k为键的压合力，S_k为键槽高度；

利用式(5)获得紧键连接能耗E_key′：

E_key′＝F_k′S_k′(5)

式(5)中，F_k′为键的压合力，S_k′为键的装配尺寸；

e、利用式(6)获得过盈配合的销连接能耗E_pin：

E_pin＝F_pl_p(6)

式(6)中，F_p为过盈配合的压入力，l_p为装配长度；

f、利用式(7)获得需要黏接的圆锥销连接能耗E′_pin：

E′_pin＝F′_pl′_p+E_d′(7)

式(7)中，F′_p为压入力，l′_p为装配长度，E_d′为黏结能耗；

g、利用式(8)获得铆接能耗E_riv：

E_riv＝P₁t₁(8)

式(8)中，P₁为铆接工具的输入功率；t₁为铆接工具的工作时间；

g、利用式(9)获得焊接能耗E_wel：

E_wel＝P₂t₂(9)

式(9)中，P₂为焊接工具的输入功率；t₂为焊接工具的工作时间；

步骤1.2、利用式(10)获得连接特征拆解的总能量消耗E：

式(10)中，E_t为所有第t种连接特征的能耗之和，为第t种连接特征的老化系数；N为连接特征的种类总数；

步骤2、利用式(11)获得连接特征拆解的碳排放量C_s：

式(11)中，λ_t为第i种连接特征的能源碳排放系数；

步骤3、计算冗余因素的权重W：

退役乘用车拆解过程中冗余因素包括：拆解过程的辅助工艺、拆解环境保护预处理和特殊拆解环境；

步骤3.1、构建具有不同冗余因素指标的第k个比较判断矩阵R(P_ij)_k：

n为矩阵阶数，也是冗余因素指标的个数，k∈[1,n]，Q_i为第i个冗余因素指标，P_ij为第i行第j个列的重要度模糊值；1≤i≤n；1≤j≤n；

步骤3.2、由所述判断矩阵R(P_ij)_k得到上三角灰色比较矩阵R_D：

并利用式(12)对所述上三角灰色比较矩阵R_D中第i行第j列元素q_ij进行白化处理：

$q_{ij}={\mathrm{\χ}}_1{P}_{m_1,j}+{\mathrm{\χ}}_2{P}_{m_2,j}+...+{\mathrm{\χ}}_i{P}_{m_i,j}+...+{\mathrm{\χ}}_{k-1}{P}_{m_{k-1},j}---\left(12\right)$

式(12)中，χ_i为第i个白化系数，χ_i∈[0,1]，P_mi,j表示k个比较判断矩阵中的第i行第j列元素P_i,j和第i+1行第j列元素P_i+1,j的中间数；

步骤3.3、利用式(13)进行一致性检验：

q_ij-q_(i+1)j＝C(13)

式(13)中，C为常数；

步骤3.4、利用式(14)获得第i个指标的权重w_i，从而获得指标的权重集w＝(w₁,w₂,…,w_i,…,w_n)：

$w_i=\frac{{\mathrm{nq}}_{in}-0.5+\mathrm{\ψ}-\underset{j=1}{\overset{n-1}{\Σ}}{q}_{jn}}{n\mathrm{\ψ}}---\left(14\right)$

式(14)中，ψ为各指标差异程度的度量，ψ∈(0,1)；

步骤3.4、利用式(15)获得冗余因素权重W：

$W=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{w}_i---\left(15\right)$

步骤4、利用式(16)计算退役乘用车拆解碳排放C：