現(xiàn)代設(shè)計方法在礦山機械設(shè)計中的應(yīng)用

劉同慶 蔡續(xù)前 王青松

摘要：隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，各種各樣的建設(shè)也在不斷的進步。礦山機械是煤礦生產(chǎn)的重要設(shè)備之一，關(guān)系到礦工的生命和礦山的生產(chǎn)安全。隨著科技的不斷發(fā)展，礦山機械的設(shè)計也在不斷的推陳出新，只有改革創(chuàng)新的發(fā)展，才能適應(yīng)現(xiàn)代環(huán)境下的生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代設(shè)計方法、礦山機械設(shè)計

1.前言

目前，由于我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，對于各種資源的需求也越來越大，尤其是煤炭資源的需求。因此礦山機械受到了很大的關(guān)注。以往的礦山機械已經(jīng)跟不上時代發(fā)展的步伐，只有在傳統(tǒng)的礦山機械設(shè)計上，結(jié)合時代的發(fā)展，優(yōu)化設(shè)計方案，才能滿足礦山的生產(chǎn)需求。本文針對近年來的現(xiàn)代設(shè)計方法，論述現(xiàn)代設(shè)計方法在礦山機械設(shè)計中的應(yīng)用。

2.現(xiàn)代設(shè)計方法的內(nèi)容

隨著科技的不斷進步，傳統(tǒng)的設(shè)計方法已經(jīng)不適用于現(xiàn)代的工業(yè)發(fā)展?，F(xiàn)代設(shè)計是根據(jù)市場的需求，通過設(shè)計人員的準(zhǔn)確推演、規(guī)劃制定出來。主要優(yōu)點有：智能性高、系統(tǒng)性強、動態(tài)穩(wěn)定、比較先進和包容性強等。通過推行現(xiàn)代的設(shè)計方法可以推動企業(yè)技術(shù)的發(fā)展和提高產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約了生產(chǎn)成本，提高了市場競爭力。因此，傳統(tǒng)的設(shè)計方法將會被現(xiàn)代設(shè)計方法取締。

3.現(xiàn)代設(shè)計方法在礦山中的運用

3.1 優(yōu)化設(shè)計

隨著科技的不斷進步，優(yōu)化設(shè)計在礦山機械設(shè)計中已經(jīng)有了廣發(fā)的運用。優(yōu)化設(shè)計是指將設(shè)計中遇到的問題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型，利用計算機技術(shù)運算得到最佳的可行方案。優(yōu)化設(shè)計不但推進了計算機輔助設(shè)計的進程，同時也提高了很多產(chǎn)品的性能，如：煤電鉆電動機的優(yōu)化設(shè)計、單級直齒圓柱齒輪減速器的優(yōu)化設(shè)計等。

3.2 可靠性設(shè)計

機械在一定的時間和條件下能夠完成的工作強度的能力是衡量設(shè)計產(chǎn)品質(zhì)量的一個重要評定條件。為了提高設(shè)備的性能，必須根據(jù)機械的性能、材料等做出大量的實驗并分析，得出具體的數(shù)據(jù)，根據(jù)機械的強度、尺寸、材料等進行設(shè)計來提高設(shè)備的使用年限、提高機械的可靠性。

3.3 有限元法設(shè)計

有限元法是一種便于使用且有效的工程分析方法，不但能夠分析材料的幾何非線性、非線性等復(fù)雜問題，而且能夠分析各種受力對象。因此很適用于礦山機械受力的分析。例如：找到鋼板的應(yīng)力薄弱點。王營等人在對盤式制動器摩擦片溫度場的研究中和郭燕華在多繩摩擦提升機的設(shè)計中也都科學(xué)地運用了有限元法。

3.4 綠色設(shè)計

我國目前正在走可持續(xù)發(fā)展道路，因此要加大對環(huán)境的保護。綠色設(shè)計不只是能夠減少對環(huán)境的污染，更是能可以重復(fù)使用的設(shè)計。這就要求設(shè)計的環(huán)節(jié)中要使接卸能夠做到噪聲小，能耗少，工作效率高。在滿足使用性能的同時要有安全保證。礦山機械產(chǎn)品的綠色設(shè)計在開發(fā)過程中應(yīng)該針對可拆卸、可回收、可維護、可重復(fù)利用、能耗低、質(zhì)量高等特點盡享設(shè)計。因此，綠色設(shè)計在礦山機械設(shè)計中的應(yīng)用是大勢所趨的。

3.5 創(chuàng)新設(shè)計

創(chuàng)新設(shè)計是針對人們的以往的理論、經(jīng)驗中利用創(chuàng)造性思維設(shè)計出全新的技術(shù)。創(chuàng)新設(shè)計的特點是以往人們從來沒有用到過的或者從未見到的全新事物。主要體現(xiàn)在設(shè)備的結(jié)構(gòu)方式、材料工藝、施工技術(shù)等方面，通過人們的好奇心理來提高企業(yè)的競爭力。

3.6 CAD技術(shù)

設(shè)計人員利用計算機的軟件和硬件系統(tǒng)對產(chǎn)品進行的設(shè)計技術(shù)就是CAD技術(shù)。主要是對產(chǎn)品的設(shè)計，施工工程的因素分析、施工前的設(shè)計方案和圖紙等。CAD技術(shù)實現(xiàn)了模塊化和一體化設(shè)計，在產(chǎn)品的模型導(dǎo)入時可以進行系統(tǒng)規(guī)劃。礦山機械產(chǎn)品的設(shè)計采用CAD技術(shù)效益較為顯著，通過對設(shè)計和制造環(huán)節(jié)的結(jié)合，極大的提高施工和設(shè)計效率。

3.7 人機工程設(shè)計技術(shù)

礦山機械的工作環(huán)境比較惡劣，對操縱者的精神和機器的運轉(zhuǎn)帶來了極大的影響，稍有誤差就可能引發(fā)安全事故。所以在設(shè)計中，礦山機械設(shè)計必須把環(huán)境的影響考慮進去。只有考慮到環(huán)境的影響和人身安全，才能保證系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)達(dá)到最優(yōu)化。

3.8 穩(wěn)健性設(shè)計

利用系統(tǒng)的非線性，通過多可控因素的合理優(yōu)化，對產(chǎn)品的性能進行優(yōu)化，提高機械的穩(wěn)定性。礦山機械的工作環(huán)境是極為惡劣的，只有穩(wěn)健性的設(shè)計技術(shù)運用，才能使機器能夠在惡劣的環(huán)境中穩(wěn)定、長久的運轉(zhuǎn)。

3.9 智能設(shè)計

經(jīng)過長期的科技發(fā)展，只能機器的出現(xiàn)已經(jīng)不可避免。因此，在礦山機械設(shè)計中應(yīng)該采用智能設(shè)計。通過集成傳感器、控制器及執(zhí)行器能夠大幅度的提高機械適應(yīng)環(huán)境的能力，達(dá)到降低能耗，提高性能的目的。

3.10 并行設(shè)計

并行設(shè)計是充分利用計算機技術(shù)、通信技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)，對產(chǎn)品設(shè)計及其相關(guān)過程（包括設(shè)計過程、制造過程和支持過程）進行并行、一體化設(shè)計的一種系統(tǒng)化設(shè)計模式。現(xiàn)在很多煤礦設(shè)備安裝有故障監(jiān)測設(shè)備，但是和原設(shè)備并不能和諧使用，滿足不利使用需求。如果把故障檢測儀器設(shè)計到產(chǎn)品之中，就會提高設(shè)備的功能。

3.11 虛擬設(shè)計

礦山機械的缺點是體積過大，不方便運輸，制作成本高。因此在實際使用過程中如果發(fā)現(xiàn)不足之處就需要耗費大量的人力物力。采用虛擬技術(shù)能夠輕易的解決這種情況。通過使用虛擬技術(shù)對機械的運行進行研究不但能減少人力物力的浪費，還能及時找到設(shè)備的不足之處，立即優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計方案。

3.12 動態(tài)模擬設(shè)計

因為機械產(chǎn)品在運行過程中總會產(chǎn)生干擾信號，而人們是對機械在運行的狀態(tài)下進行設(shè)計，這種設(shè)計與實際結(jié)果并不相符。目前我國在大型采掘機械動態(tài)設(shè)計方面的系統(tǒng)研究還很少，致使大型采掘機械新機型的設(shè)計和老機型的結(jié)構(gòu)改進舉步維艱。又如提升容器在進入楔形箱道、緊急制動和切換電阻起動等工作狀態(tài)下的外載荷與時間的關(guān)系問題等，都需要用動態(tài)模擬設(shè)計來解決。

4.結(jié)語

綜上所述，礦山施工存在很多的安全風(fēng)險。礦山機械作為礦山生產(chǎn)的重要設(shè)備，必須要有良好的性能和過硬的質(zhì)量，只有這樣才能保證礦產(chǎn)的出產(chǎn)率和施工環(huán)境的安全。隨著科技的不斷發(fā)展，古老的礦山機械已經(jīng)不適用于現(xiàn)代的空山工作，對礦山機械的設(shè)計提出新的要求，因此，設(shè)計師要采用新穎的設(shè)計方法解決以往礦山施工中存在的不足，確保施工人員的安全和礦山的出產(chǎn)率。

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