現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在礦山機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

劉同慶 蔡續(xù)前 王青松

摘要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，各種各樣的建設(shè)也在不斷的進(jìn)步。礦山機(jī)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(jī)械的設(shè)計(jì)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(jì)方法、礦山機(jī)械設(shè)計(jì)

1.前言

目前，由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)于各種資源的需求也越來(lái)越大，尤其是煤炭資源的需求。因此礦山機(jī)械受到了很大的關(guān)注。以往的礦山機(jī)械已經(jīng)跟不上時(shí)代發(fā)展的步伐，只有在傳統(tǒng)的礦山機(jī)械設(shè)計(jì)上，結(jié)合時(shí)代的發(fā)展，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，才能滿(mǎn)足礦山的生產(chǎn)需求。本文針對(duì)近年來(lái)的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，論述現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在礦山機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

2.現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的內(nèi)容

隨著科技的不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jì)是根據(jù)市場(chǎng)的需求，通過(guò)設(shè)計(jì)人員的準(zhǔn)確推演、規(guī)劃制定出來(lái)。主要優(yōu)點(diǎn)有：智能性高、系統(tǒng)性強(qiáng)、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定、比較先進(jìn)和包容性強(qiáng)等。通過(guò)推行現(xiàn)代的設(shè)計(jì)方法可以推動(dòng)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(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。因此，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法將會(huì)被現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法取締。

3.現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在礦山中的運(yùn)用

3.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)

隨著科技的不斷進(jìn)步，優(yōu)化設(shè)計(jì)在礦山機(jī)械設(shè)計(jì)中已經(jīng)有了廣發(fā)的運(yùn)用。優(yōu)化設(shè)計(jì)是指將設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)運(yùn)算得到最佳的可行方案。優(yōu)化設(shè)計(jì)不但推進(jìn)了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的進(jìn)程，同時(shí)也提高了很多產(chǎn)品的性能，如：煤電鉆電動(dòng)機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)、單級(jí)直齒圓柱齒輪減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)等。

3.2 可靠性設(shè)計(jì)

機(jī)械在一定的時(shí)間和條件下能夠完成的工作強(qiáng)度的能力是衡量設(shè)計(jì)產(chǎn)品質(zhì)量的一個(gè)重要評(píng)定條件。為了提高設(shè)備的性能，必須根據(jù)機(jī)械的性能、材料等做出大量的實(shí)驗(yàn)并分析，得出具體的數(shù)據(jù)，根據(jù)機(jī)械的強(qiáng)度、尺寸、材料等進(jìn)行設(shè)計(jì)來(lái)提高設(shè)備的使用年限、提高機(jī)械的可靠性。

3.3 有限元法設(shè)計(jì)

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(xiàn)性、非線(xiàn)性等復(fù)雜問(wèn)題，而且能夠分析各種受力對(duì)象。因此很適用于礦山機(jī)械受力的分析。例如：找到鋼板的應(yīng)力薄弱點(diǎn)。王營(yíng)等人在對(duì)盤(pán)式制動(dòng)器摩擦片溫度場(chǎng)的研究中和郭燕華在多繩摩擦提升機(jī)的設(shè)計(jì)中也都科學(xué)地運(yùn)用了有限元法。

3.4 綠色設(shè)計(jì)

我國(guó)目前正在走可持續(xù)發(fā)展道路，因此要加大對(duì)環(huán)境的保護(hù)。綠色設(shè)計(jì)不只是能夠減少對(duì)環(huán)境的污染，更是能可以重復(fù)使用的設(shè)計(jì)。這就要求設(shè)計(jì)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(mǎn)足使用性能的同時(shí)要有安全保證。礦山機(jī)械產(chǎn)品的綠色設(shè)計(jì)在開(kāi)發(fā)過(guò)程中應(yīng)該針對(duì)可拆卸、可回收、可維護(hù)、可重復(fù)利用、能耗低、質(zhì)量高等特點(diǎn)盡享設(shè)計(jì)。因此，綠色設(shè)計(jì)在礦山機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用是大勢(shì)所趨的。

3.5 創(chuàng)新設(shè)計(jì)

創(chuàng)新設(shè)計(jì)是針對(duì)人們的以往的理論、經(jīng)驗(yàn)中利用創(chuàng)造性思維設(shè)計(jì)出全新的技術(shù)。創(chuàng)新設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是以往人們從來(lái)沒(méi)有用到過(guò)的或者從未見(jiàn)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(guò)人們的好奇心理來(lái)提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

3.6 CAD技術(shù)

設(shè)計(jì)人員利用計(jì)算機(jī)的軟件和硬件系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行的設(shè)計(jì)技術(shù)就是CAD技術(shù)。主要是對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，施工工程的因素分析、施工前的設(shè)計(jì)方案和圖紙等。CAD技術(shù)實(shí)現(xiàn)了模塊化和一體化設(shè)計(jì)，在產(chǎn)品的模型導(dǎo)入時(shí)可以進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃。礦山機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)采用CAD技術(shù)效益較為顯著，通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)和制造環(huán)節(jié)的結(jié)合，極大的提高施工和設(shè)計(jì)效率。

3.7 人機(jī)工程設(shè)計(jì)技術(shù)

礦山機(jī)械的工作環(huán)境比較惡劣，對(duì)操縱者的精神和機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)帶來(lái)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(jì)中，礦山機(jī)械設(shè)計(jì)必須把環(huán)境的影響考慮進(jìn)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(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到最優(yōu)化。

3.8 穩(wěn)健性設(shè)計(jì)

利用系統(tǒng)的非線(xiàn)性，通過(guò)多可控因素的合理優(yōu)化，對(duì)產(chǎn)品的性能進(jìn)行優(yōu)化，提高機(jī)械的穩(wěn)定性。礦山機(jī)械的工作環(huán)境是極為惡劣的，只有穩(wěn)健性的設(shè)計(jì)技術(shù)運(yùn)用，才能使機(jī)器能夠在惡劣的環(huán)境中穩(wěn)定、長(zhǎng)久的運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.9 智能設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的科技發(fā)展，只能機(jī)器的出現(xiàn)已經(jīng)不可避免。因此，在礦山機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)該采用智能設(shè)計(jì)。通過(guò)集成傳感器、控制器及執(zhí)行器能夠大幅度的提高機(jī)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(jì)

并行設(shè)計(jì)是充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)及其相關(guān)過(guò)程（包括設(shè)計(jì)過(guò)程、制造過(guò)程和支持過(guò)程）進(jìn)行并行、一體化設(shè)計(jì)的一種系統(tǒng)化設(shè)計(jì)模式?，F(xiàn)在很多煤礦設(shè)備安裝有故障監(jiān)測(cè)設(shè)備，但是和原設(shè)備并不能和諧使用，滿(mǎn)足不利使用需求。如果把故障檢測(cè)儀器設(shè)計(jì)到產(chǎn)品之中，就會(huì)提高設(shè)備的功能。

3.11 虛擬設(shè)計(jì)

礦山機(jī)械的缺點(diǎn)是體積過(guò)大，不方便運(yùn)輸，制作成本高。因此在實(shí)際使用過(guò)程中如果發(fā)現(xiàn)不足之處就需要耗費(fèi)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(guò)使用虛擬技術(shù)對(duì)機(jī)械的運(yùn)行進(jìn)行研究不但能減少人力物力的浪費(fèi)，還能及時(shí)找到設(shè)備的不足之處，立即優(yōu)化產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案。

3.12 動(dòng)態(tài)模擬設(shè)計(jì)

因?yàn)闄C(jī)械產(chǎn)品在運(yùn)行過(guò)程中總會(huì)產(chǎn)生干擾信號(hào)，而人們是對(duì)機(jī)械在運(yùn)行的狀態(tài)下進(jìn)行設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)與實(shí)際結(jié)果并不相符。目前我國(guó)在大型采掘機(jī)械動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方面的系統(tǒng)研究還很少，致使大型采掘機(jī)械新機(jī)型的設(shè)計(jì)和老機(jī)型的結(jié)構(gòu)改進(jìn)舉步維艱。又如提升容器在進(jìn)入楔形箱道、緊急制動(dòng)和切換電阻起動(dòng)等工作狀態(tài)下的外載荷與時(shí)間的關(guān)系問(wèn)題等，都需要用動(dòng)態(tài)模擬設(shè)計(jì)來(lái)解決。

4.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，礦山施工存在很多的安全風(fēng)險(xiǎn)。礦山機(jī)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(guò)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(jī)械已經(jīng)不適用于現(xiàn)代的空山工作，對(duì)礦山機(jī)械的設(shè)計(jì)提出新的要求，因此，設(shè)計(jì)師要采用新穎的設(shè)計(jì)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。

5.參考文獻(xiàn)：

[1] 張凱 李歲學(xué)：《利用CAD技術(shù)建立露天礦山測(cè)量信息系統(tǒng)》，《金屬世界》，2008年01期

[2] 崔漢濤 李永強(qiáng) 董潤(rùn)滋：《基于Pro/E和ANSYS軟件的液壓支架三維設(shè)計(jì)》，《機(jī)械管理開(kāi)發(fā)》，2009年05期

[3] 管建和 譚捍東 程湯培：《電磁法勘探解釋分布式并行計(jì)算的應(yīng)用研究》，《計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)》，2010年11期