論現代設計方法在礦山機械設計中的應用

梁江鋒

摘要：礦山開采行業是維護現代工業生產、社會經濟運行的重要基礎行業，礦山開采活動的質量和效率將會直接影響到工業生產和社會經濟發展的質量和效率，機械設計領域針對礦山機械的研究始終沒有停止。在現代社會經濟發展的推動以及機械設計技術進步的支持下，現代機械設計方法、理念在礦山機械設計中的應用成為礦山機械設計領域發展的重要方向。文章立足礦山機械設計的實際，從現代設計方法的角度出發，結合礦山機械設計的實例，對現代設計方法在礦山機械設計中的應用進行簡要論述。

關鍵詞：現代設計方法;礦山機械設計;融入

礦山機械是現代機械設備的重要組成部分，由于礦山開采行業對社會經濟的基礎性作用，礦山機械設計的質量和效率對行業發展有著重要而廣泛的影響。當前我國的礦山機械設計普遍存在著設計思想僵化、單一的問題，不能滿足現代礦山企業運行的需求，對礦山機械設計方法的革新已成為一種必然。只有打破礦山機械設計思想的桎梏，將現代機械設計的先進方法和理念融入到礦山機械設計活動中去，才能切實提升礦山機械設計的水平，滿足礦山企業對礦山機械的功能需求。

1 現代設計方法在礦山機械設計中應用的必要性

現代社會經濟條件下社會經濟活動范圍的擴展以及礦山開采領域技術水平的進步，使更多種類、更多埋藏形式的礦產資源得到了開發;同時在可持續發展觀念的影響下礦山企業的生產活動也更多的向生態、環保、可持續的角度發展。現代礦山開采活動的這些實際情況都推動著礦山開采機械的發展進步：要求礦山開采機械設計能夠更加適應現代礦山開采形式的需求;能夠更多的體現礦山企業自身發展的需求;能夠讓礦山企業的運行發展更加適應現代社會經濟模式的變革形勢。所以，礦山機械的設計活動必須打破傳統設計方法和理念的桎梏，結合礦山開采企業生存和發展的需求實際，積極引進現代機械設計的先進方法和理念，讓礦山機械的技術特點能夠更多的滿足礦藏、開采企業主體和社會經濟發展模式的要求[1]。

2 現代設計方法概述

機械設計是人類進入到機械時代以來最為重要的基礎工業設計形式之一，本質上是一種創新活動，這一活動的質量和效率將會對社會經濟產生廣泛而深遠的影響。傳統的機械設計是在大量經驗和數據的積累基礎上，圍繞機械的功能目標而進行的主觀智能活動，存在有較大的主觀性和延續性。這種特性的存在讓機械設計活動的效率始終不高，而且設計活動很大程度上沿襲了舊有的設計理念，形成了傳統機械設計難以突破的桎梏。現代機械設計是對傳統機械設計的一種革新，在傳統機械設計的基礎上將設計活動的經驗和沿襲性上升到邏輯、理性和系統的層次，更加深刻的體現了機械設計的本質、揭示了人類的認識能力與反求設計創新的推演能力。在經過漫長的發展歷程以后形成了以市場和需求為導向的創新、規劃和決策模式，能夠最大化的提升機械設計的適應性、實用性，并合理的規范創新設計的風險。當前普遍存在于機械設計領域的設計方法主要有優化設計、有限元法設計和可靠性設計等;還有一些新興的現代設計方法和理論，如：創新設計、綠色設計、穩健性設計、概念設計、智能設計、并行設計、虛擬設計、數字化設計、動態設計、計算機仿真、計算機輔助設計等，這些設計方法的產生和應用必然能夠推動礦山機械設備的技術水平和應用效率提升[2]。

3 現代設計方法在礦山機械設計中的應用

3.1 優化設計

優化設計是現代機械設計領域廣泛應用的一種設計方法，最突出的特點就是能夠從機械設計的整體出發，對機械設備小到簡單零件、大到復雜整機的結構、參數、比功率和重量等內容進行優化，能夠在不改變機械設備整體結構的前提條件下，最大限度的提升機械設備的運行效率。以BHPIron Ore 公司的礦石車更新計劃為例，該公司2200 輛礦石車需要車體更新，如果只是簡單的更新車輛將會是一筆巨大的支出，而與 Lynx Engi?neering 公司合作利用優化設計方法，針對該公司礦車的運用特點，對舊有車型的故障集中位置進行針對性分析，研制開發了一種新的車型，這種車型不僅在燃燒效率上更高，而且基本上保證了與原車的技術通用性，大大解決了人員培訓和維護體系的重建費用，既滿足了礦山企業的運行需要又節約了礦山機械的采購成本[3]。

3.2 有限元設計

有限元設計方法是一種十分有效的工程機械分析方法，可以對幾何形狀復雜、邊界不規則、厚度不均勻的受力對象進行受力分析，同時能夠解決各種復雜機械設備中的材料非線性、幾何非線性的復雜問題。鑒于礦山機械結構復雜的特點，有限元這一設計方法在礦山機械設計中的應用有著極強的針對性。例如在挖掘機的動臂設計活動中，一直將動臂作為一種承受彎曲變形的受力結構來分析，這就導致實際的設計活動中動臂的應力分析只能集中在危險節點上，無法對動臂上的每一處受力鋼結構進行受力分析。而如果借助有限元設計方法，對動臂和斗桿進行應力分析，用SAP5 程序在動臂和斗桿處于最大受力狀態時進行計算，得到每塊鋼板的應力分布狀況，可使問題得到很好的解決。

3.3 可靠性設計

礦山機械的運行環境是比較惡劣的，礦山機械設備在惡劣環境下的運行質量和運行效率會對礦山開采活動產生極大的影響，因此在礦山機械的設計活動中可靠性設計是一種必不可少的設計方法。在設計過程中設計人員要充分考慮到礦山機械運行環境可能會對礦山機械造成的消極影響，并針對這些消極影響的作用機制在礦山機械設計的強度、載荷、結構尺寸等方面做足功課，切實保證這些設備能夠滿足礦山機械設備運行中的功能需求，保證礦山機械設備的可靠性，保護礦山工作人員和財產的安全。以礦井提升機為例，這一機械設備會對工作人員的生命財產安全產生直接的影響，設計人員依據可靠性設計原理對礦井提升鋼絲繩安全系數做可靠性的評估研究，建立了鋼絲繩可靠性設計的理論方法[4]。

3.4 環保設計

環保設計是新興的機械設計方法，突出的特點是重視機械設備在生產和運行過程中的環保性能。在現代社會經濟發展模式轉型的大時代背景下，礦山機械設計的環保傾向更加明顯，這客觀上為礦山機械的環保設計提供了條件。設計人員應當運用知識、利用信息，把科學技術與環境保融為一體，在礦山機械設計活動中切實保證環保理念對具體設計的影響，應采用環保理念指導下形成的環保設備形式和環保技術形式，進行礦山機械設備的設計開發工作。當前環保設計已經成為礦山機械設計必不可少的環節，綠色環保觀念的發展要求綠色環保的機械設計不僅要覆蓋礦山機械運行、維護、維修等應用過程的綠色環保，還應該覆蓋礦山機械從設計、到生產、再到運行，以及報廢回收的全生命周期的環保性能[5]。

4 結語

礦山機械設計是對礦山開采活動產生直接影響的機械設計活動，其質量和效率甚至會蔓延到社會經濟活動中，而現代機械設計方法和理念是提升礦山機械設計質量和效率的重要途徑，只有將現代社會技術環境下產生的設計方法和理念融入到礦山機械設計中去，才能保證以此為依據設計的礦山機械能夠適應礦山開采實際、礦山企業發展需求實際和社會經濟發展實際。

參考文獻：

[1]?朱艷敏. 淺談現代設計技術方法在礦山機械設計中應用[J]. 科技創新與應用，2014（33）：295.

[2]?匡兵，孫永厚. 現代設計方法在機械設計制造及其自動化專業教學中的應用[J]. 科技視界，2014（29）：180，175.

[3]?李世旭，鞠鵬，王建，等.DFMEA 在礦山機械設計中的應用策略研究[J]. 煤礦機械，2011（5）：175-177.

[4]?張付祥，李文忠. 現代設計方法在機械學科本科畢業設計中的應用[J]. 中國現代教育裝備，2011（11）：85-87.

[5]?白曉虎，張祖立，辛明金. 現代設計方法在機械類專業畢業設計中的應用[J]. 中國現代教育裝備，2008（9）：25-26.

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