基于綠色設計理念下煤礦機械設計與制造應用

郭子路

（河南平頂山市安盛機械制造有限公司，河南 平頂山467000）

0 前言

以往的機械設計主要采用的是粗放型工作方法，在環境較為惡劣的煤礦機械環境下，煤礦機械存在的最大缺點便是體積大且能源消耗大，導致機械在開采煤礦時，對四周環境產生了非常嚴重的污染，極易損耗能源，較為影響我國走持續發展道路。對于以上狀況，世界各國對綠色設計理念更加注重，尤其是綠色制造技術，更應該科學合理，以便響應我國節能環保發展戰略。

1 綠色設計內涵

一般綠色設計是憑借產品生產中的技術以及環境協調等方面的信息狀況，希望所設計的產品能不僅技術領先，經濟還非常合理，擁有良好的環境協調能力。進行設計過程中，除去一些產品的功能、性能、成本等技術與經濟之外，還需著重思考產品的生產、回收等一系列過程，達到資源的循環利用，進而減小能源消耗以及產品制造與使用對環境產生的影響，達到企業長久發展目標[1]。

其中包含的內容有如下幾種：（1）產品在設計過程中，產品的基本技術性能、環境資源及經濟同樣重要，而且環境資源較為重要；（2）在設計時，需全面思考產品的使用，廢棄后可以進行可拆性以及回收利用；（3）具體介紹產品設計者與生產企業在環境以及資源方面需要承擔的社會責任。對于一些工業產品，企業不僅需要生產產品，還需在規定區域內，擔任產品回收以及再利用的義務；（4）在設計方面，較為注重理念的發展以及創新，可很好的看出人類對機械產品設計學科的認識。

以前在設計機械產品時，較為注重產品的性能、質量、成本等最為根本的技術和經濟，進行考慮產品過程中，需思考將其產品用報廢之后。依照以往的機械產品設計，如果產品不能使用后，便會成為廢鐵、垃圾，不會和制造企業有關系，報廢的產品，回收過程中，選用的方法便是實施回爐冶煉，這樣直接運用的機會便會減少，這將是一種從“搖籃到墳墓”的一種過程[2]。對于綠色設計與傳統設計來講，最根本的不同便是，綠色的設計需要思考全部的使用時間，全方位思考產品從構思，到產品結構設計、制造等全部的過程，查看對環境與資源的影響，制造用最小的代價達到再循環的目的。

2 綠色設計理念對煤礦機械產品設計和制造的影響

針對煤礦機械來講，一般具有如下幾個特點：體積大、耗能高、污染高。所以，煤礦機械在實施綠色設計過程中，要全面考慮能源的消耗以及污染物排放情況，保證產品制造和使用過程，使得產品節能、環保、安全。環保理念的不斷普及，怎樣才能更好的達到煤礦機械綠色化，減小環境污染，變為當前需要研究的焦點[3]。

2.1 對于選材的要求

在選擇再生、回收材料時，可選擇能降解材料的。這樣在分析材料環境以及對應的專家系統時，需有效研究環境數據以及知識，方便材料環境的協調行，同時也能為評價體統提供對應的理論信息。對于材料的綠色特性進行研究，主要是對原料到成品，成品到產品、產品到報廢后的物資等三個過程實施能源、資源、環保等方面的評價。

2.2 可拆卸性

可拆卸性能達到煤礦機械的有效回收，進行拆卸時，可以在一定程度哈桑實現材料的全部回收與零件的回收運用。所以，作為設計人員，需積極引進綠色設計和制造理念，在設計之初保證產品最后的回收再利用。拆卸產品、工藝、系統等方面都屬于煤礦機械產品可拆卸性能。在設計過程中，需按照易拆易分的原則，盡量減小拆卸過程中的工作量、零部件的多樣和產品預測結構[4]。

2.3 可回收再利用性

可回收再利用選用的是產品在設計時，有效考慮零件回收、價值、出來方法以及結構工藝性等問題，以便更好的保證產品零件和材料的利用率，同時，這一過程對環境的污染也是最小的。針對煤礦機械產品來講，可回收再利用包括了可循環利用的材料、標志、回收處理等方面。

2.4 產品成本最低

在設計綠色產品時，需考慮和以往的成本分析不一樣，在設計綠色產品時，需有效考慮產品的利用性，所以，分析成本過程中，需有效利用污染物、產品拆卸、重復運用等方面的成本。針對煤礦機械來講，環保費用會對產品的成本帶來不同程度的影響。在實施綠色設計時，需有效分析成本[5]。值得注意的是，成本控制需在達到產品性能的基礎上，不然，會和綠色理念不符。

3 綠色制造工藝技術的主要內容

通常情況下，綠色制造工藝技術通常以較為傳統的工藝為基礎，因此，作為先進的制造工藝技術需結合材料各個方面的技術處理。最為主要的目標便是合理利用資源，有效節約成本，來達到減小對環境產生的污染。依照目標可以將其綠色制造分為三種類型分別為：節約資源、節約能源、環保型工藝技術。

一般來講，節約資源的工藝技術是在生產途中，對一些工藝實施有效的縮短工藝系統，來達到節約原材料消耗的目的。可從設計與工藝兩個方面入手。設計過程中，盡可能的降低零件數量、減小零件重量，運用更為高級的設計使用材料，使其到達最高的利用率。在設計工藝時，需盡可能的提高毛胚制造技術，改變新型的加工技術，來達到降低材料消耗的目的。節省能源工藝技術通常是說，在進行生產時，需盡量的減小能力損耗方面的工藝技術。目前，選用最多的辦法便是減磨、降耗亦或運用低能耗等方面的工藝。環保型工藝一般是說，通過一些工藝技術處理，使生產時產生的一些廢液、廢棄、噪聲等對環境與操作者有一定影響的，盡可能降低其危害。當前使用最好的辦法便是在工藝設計時段，全方位思路，積極防治發生污染，與此同時，還能加大末端治理技術。當前，隨著全球不可再生資源大批量的運用，為人類今后的生存提供嚴峻的挑戰，因此，節約資源方面的工藝技術非常重要。

3.1 綠色制造工藝技術在機械加工中的運用

進行機械加工時，綠色制造工藝技術著重放在了切削與磨削方面上，采用干切削與干磨削的辦法實施加工。經常用到的加工辦法有車削、銑削、磨削等，都需運用切削液協助加工，切削液最為主要的加工方法便是冷卻、潤滑、清洗等。過量的運用切削液會產生非常嚴重的有害影響，使得環境受到污染，影響工人的身體健康。干式加工通常是在加工途中，不運用切削液，在加工途中，不選用切削液，因此，能取得干凈無污染的切削，節省了大批量的切削液和費用。

3.2 機床技術

進行干式加工過程中，在進行切削時，經常產生過多的切削熱，如果導致散熱不準時，會發生機床受熱不平均，隨之熱量過高產生變形，這樣的熱變形會影響到加工的精度。因此，實際工作時，機床應該配置一些循環冷卻系統，這樣便能帶著大量的切削熱，同時也能取得更好的隔熱措施。一些實驗說明，干式切削理想需在高速度切削狀態下實施，采用此種方法能有效減小工件、刀具等產生的熱量。進行高速切削時，為了創造更好的條件，針對精密度較高的切削機床，可適當在機床上放上健康系統，隨時查看切削位置的溫度、切削里、刀具磨損等，并加上機床補償裝置。

3.3 工藝技術

針對機械加工，為了有效達到干切削，工件材料需具有較為直接的作用，通過研究表示，非常硬的合金較難實施干切削，之后是鋼，然而鑄鐵的干切削性能非常好。鋁合金在進行加工時，產生的切削經常和刀具發生“咬焊”形式的粘連，運用高速干切削便能很好的解決此問題，通過實驗可以看出，在高速切削中近98%的切削熱都傳遞給了切削，使得切削和刀具接觸的部分被熔化，非常容易切除到工件的表面，降低積削瘤的發生，同時也能提升鋁合金的加工精度與表面質量。另外，為了有效降低在高溫情況下，刀具與工件間的材料粘接與擴散，需注意刀具材料與工件間的搭配，同時運用硬車與激發幫助切削，針對不能實施磨削加工的零件與抗拉強度較高的零件實施加工。

4 綠色設計的應用

國家針對煤礦的具體發展提出了一定的解決措施，但是為了積極促進國家節能戰略的有效推廣，必須要積極提出綠色設計技術，這能夠使得生態與生產處于和諧的狀態，積極打造綠色設計之路。綠色設計主要是針對自然環境而言的一種技術，提倡在具體的工作中堅持節能環保，在進行資源使用時積極實現資源的充分利用，更要對資源進行再次制造。如圖1所示，懸浮式液壓支柱設備工作介質為井下水，因而確保了煤礦工作環境及其地下水不會受到污染，切實實現了綠色環保理念。

圖1 懸浮式液壓支柱結構圖

綠色設計理念主要要求各方在具體工作中通過人為干預的方式去改變原來所存在的與生態保護不和諧的行為，而且通過綠色設計技術的不斷深入能夠使環保理念更加深入人心。綠色設計技術是必須遵循的一項技術，將這種技術深入到機械產品的設計工作中，能夠使能源損耗嚴重問題得到進一步緩解。同時，綠色設計技術與傳統煤礦機械設計技術不同，前者主要處于一種集成化技術理念，要求相關工作者在進行具體工作時，在每個細節都要進行綠色設計技術的深入使用。這樣能夠從每個環節提高資源使用率，進一步降低環境破壞力度，還要求工作者要充分考慮機械自身所包含的因素，更要對長期生產活動進行考慮，最終促進所生產出來的產品能夠與環境保護理念相協調，促進生態保護工作推進。

5 結束語

綜上所述，在世界工業發展中，綠色設計和制造變為主要的潮流趨勢，將隨著長久的發展，顯示出更多的優點。在設計煤礦機械過程中，綠色設計和制造理念不但適應人類生存環境質量，還與人類追求的價值相同，煤礦機械產品制造業能有效達到保護環境、節約資源、可長久發展的目的，同時，也是今后發展的趨勢。