采煤機(jī)械中人機(jī)工程的優(yōu)化設(shè)計(jì)

宋學(xué)凱

摘要：國內(nèi)能源供應(yīng)市場逐步擴(kuò)大，各種原始物料資源的需求量持續(xù)上漲，促使了采煤生產(chǎn)模式的自動化改進(jìn)。相比最初期的煤礦生產(chǎn)，機(jī)械設(shè)備融于作業(yè)模式實(shí)現(xiàn)了技術(shù)上的創(chuàng)新，擺脫了人工開采面臨的許多不足。從新世界全球?qū)γ旱V資源的使用情況看，未來煤礦開采的產(chǎn)量仍需不斷增加。原始機(jī)械采煤模式里必須要實(shí)施多功能改造，以保持礦井生產(chǎn)流水線的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。鑒于此，本文分析了采煤機(jī)械中人機(jī)工程操作的改進(jìn)方法。

關(guān)鍵詞：采煤機(jī)械；人機(jī)工程；操作；優(yōu)化設(shè)計(jì)

一、目前機(jī)械化采礦存在的問題

（一）設(shè)備問題。科學(xué)技術(shù)帶動下，機(jī)械化采礦逐漸取代了人工生產(chǎn)操作，成為了企業(yè)采煤的主要方式。以采掘機(jī)為主的各種機(jī)械設(shè)施普及運(yùn)用，極大地推動了采煤生產(chǎn)效率的提升。但隨著時(shí)間的推移，機(jī)械設(shè)備也出現(xiàn)了不同的問題。如：設(shè)備長時(shí)間處于高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，內(nèi)部零配件磨損過多而限制了使用功能的發(fā)揮；所選設(shè)備與實(shí)際采煤生產(chǎn)不符，影響了后續(xù)原煤開采的質(zhì)量。

（二）操作問題。作為新時(shí)期先進(jìn)的采煤生產(chǎn)體系，機(jī)械設(shè)備運(yùn)用于礦井或露天采煤均推動了行業(yè)技術(shù)的發(fā)展，而在現(xiàn)實(shí)開采過程中發(fā)現(xiàn)了許多操作方面的問題[1]。具體表現(xiàn)：采煤機(jī)械功能有限，無法實(shí)現(xiàn)高難度的作業(yè)要求，操作人員執(zhí)行生產(chǎn)命令時(shí)比較困難；因前期培訓(xùn)工作不完全，許多采礦人員沒有掌握專業(yè)的實(shí)踐技能，控制機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)了較多的失誤；這些都會影響到采煤效率。

（三）管理問題。企業(yè)采購大量機(jī)械設(shè)備之后，日常生產(chǎn)過程中缺少必要的管理措施，高科技設(shè)備功能發(fā)揮受到了約束。一般情況下，采煤機(jī)械執(zhí)行了“輪班制”操作運(yùn)行，常會遇到24h持續(xù)作業(yè)的狀態(tài)，給設(shè)備性能造成了明顯的損壞。比較普遍的問題：設(shè)備結(jié)束采礦作業(yè)，管護(hù)人員沒有及時(shí)檢查維修設(shè)備的性能或狀態(tài)，下一輪采煤生產(chǎn)時(shí)易出現(xiàn)系統(tǒng)性故障，阻礙了機(jī)械設(shè)備的安全作業(yè)。

（四）養(yǎng)護(hù)問題。任何一臺設(shè)備操作結(jié)束，都必須要按照功能指標(biāo)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，以保持良好的操作功能。通常，采煤機(jī)械的養(yǎng)護(hù)包括：檢測、維修、更新、調(diào)試等方面，全面性地考察設(shè)備的結(jié)構(gòu)性能。煤礦企業(yè)為了顧及到產(chǎn)量、進(jìn)度，沒有制定與機(jī)械設(shè)備相匹配的養(yǎng)護(hù)方案，遇到存在磨損嚴(yán)重的零部件，沒有盡快更換新的零件補(bǔ)充結(jié)構(gòu)，機(jī)械運(yùn)作部件潤滑處理較少，養(yǎng)護(hù)措施執(zhí)行不完善。

二、采煤機(jī)械中人機(jī)工程學(xué)改進(jìn)的內(nèi)容

（一）人體測量。人機(jī)工程注重于人體特點(diǎn)的控制，根據(jù)操作人員的生理及心理特點(diǎn)改進(jìn)機(jī)械設(shè)備，以提供更加舒適的操作環(huán)境。結(jié)合人體測量學(xué)對采煤機(jī)械實(shí)施改造，主要作用：為設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)備、工作場所和動作類型等提出原則和標(biāo)準(zhǔn)，以便最充分地利用時(shí)間和空間[2]。使設(shè)計(jì)的機(jī)械設(shè)備與身體的大小、形狀、活動和結(jié)構(gòu)相協(xié)調(diào)，從而使人操作時(shí)省力、舒適，并具有最高的準(zhǔn)確性，最適當(dāng)?shù)乃俣群妥畲蟮陌踩?；使機(jī)器設(shè)備能收到最大的效益。

（二）座椅參數(shù)。所有機(jī)械設(shè)備都會設(shè)置座椅，這是人員操作設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)之一，也是未來人機(jī)工程優(yōu)化改造的重點(diǎn)對象。對于采煤機(jī)械而言，其座椅改造需根據(jù)幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的幾何參數(shù)，如：座高、座面深、座靠背、座面寬等。根據(jù)我國的人體高度一般取座高為43-45cm，座面深一般取45cm左右，另外座面要光滑平整，座面可略向后斜6°左右。這樣人坐上去以后，靠背和座面與人體背部，臀部，大腿形成的曲線相吻合，從而提高了設(shè)備操作的舒適度。

（三）控制區(qū)域?？刂破鞑贾脜^(qū)是指人手或腳操作操縱器時(shí)，用力最適宜的空間范圍和例行的方位。采煤機(jī)械的控制器布置區(qū)主要包括手、腳兩點(diǎn)，這些都關(guān)系著設(shè)備控制的效率。人機(jī)工程改造中，對控制器范圍綜合調(diào)整，為操作人員提供了良好的操作環(huán)境。如：腳動控制器布置區(qū)在人坐著操作時(shí)，腳踏板不得偏離人體中心線7.5-12.5cm，腳踏板的高度不得超過椅面高度；若是站立操作，則腳踏板高度小于地面75cm，最佳是高出地面20cm[3]。

（四）作業(yè)空間。不同體積大小的機(jī)械設(shè)備，其能夠提供的作業(yè)空間大小不一，合理地布局設(shè)備內(nèi)部空間也關(guān)系著現(xiàn)場操作的效率。作業(yè)空間是指人在操作機(jī)器時(shí)所需要的操作活動空間，再加上機(jī)器、設(shè)備以及工具所需的空間的總和，人機(jī)工程改造需提高空間的有效利用率?，F(xiàn)代化作業(yè)對作業(yè)空間的設(shè)計(jì)要求很高，要求反映所有的機(jī)器、設(shè)備、工具和人們的操作活動功能之間聯(lián)系得合理。使作業(yè)空間既經(jīng)濟(jì)、合理、又能給操作者的操作帶來方便和舒適。

（五）智能操作。注重人與機(jī)械直接的協(xié)調(diào)操作，這是人機(jī)工程學(xué)運(yùn)用于采煤設(shè)備的最終目的。通過人機(jī)工程對機(jī)械采礦系統(tǒng)優(yōu)化改造，應(yīng)當(dāng)考慮智能操作模塊的設(shè)置，在突發(fā)情況下經(jīng)過人體感應(yīng)而發(fā)出緊急處理指令[4]。如：采掘機(jī)中安裝電子感應(yīng)儀，當(dāng)?shù)V井采掘進(jìn)度超出標(biāo)準(zhǔn)范圍后，自動感應(yīng)以切斷系統(tǒng)運(yùn)行，防止采掘量過大造成的危害；輸煤機(jī)負(fù)責(zé)運(yùn)輸已開采的煤礦物質(zhì)，設(shè)計(jì)機(jī)器手可自動裝煤，保持皮帶機(jī)運(yùn)輸操作的持續(xù)運(yùn)作。

三、設(shè)備改造前后的注意事項(xiàng)

工業(yè)科技為機(jī)械應(yīng)用設(shè)備改造提供了良好的技術(shù)保障，人機(jī)工程理論研究成果得以運(yùn)用于現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)。隨著社會對煤礦資源需求量的大幅度上升，對采掘機(jī)、洗煤機(jī)、輸煤機(jī)等機(jī)械設(shè)備僅人機(jī)工程改造是必不可少的。除了設(shè)備內(nèi)外部結(jié)構(gòu)上的改造，筆者認(rèn)為，企業(yè)還需注意以下幾點(diǎn)：一是人員培訓(xùn)，人機(jī)工程系統(tǒng)與機(jī)械生產(chǎn)系統(tǒng)相組合，在設(shè)備結(jié)構(gòu)及操作性能方面均提出更新的要求，企業(yè)應(yīng)制定培訓(xùn)計(jì)劃以增強(qiáng)作業(yè)人員的技能水平，盡快適應(yīng)新的采煤生產(chǎn)模式；二是設(shè)備管護(hù)，既要加強(qiáng)新設(shè)備的操作調(diào)控，還要對設(shè)備定期實(shí)施故障檢修，防止?jié)撛诠收蠈θ藱C(jī)操作系統(tǒng)造成的不便，必要時(shí)應(yīng)更換新的機(jī)械設(shè)備；三是定期更換，必要時(shí)對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行更換處理，從零部件及外部套裝設(shè)備交替互換，這樣能夠避免設(shè)備老化、磨損偏大等問題造成的性能損失。

結(jié)論

總之，經(jīng)過了較長時(shí)間的改革調(diào)整，國內(nèi)煤礦開采模式實(shí)現(xiàn)了巨大的轉(zhuǎn)變，原始人力開采作業(yè)方案逐漸被機(jī)械一體化取代，顯著改善了礦井開采的出煤量。人機(jī)工程理論指導(dǎo)采煤機(jī)械改造，對設(shè)備結(jié)構(gòu)及其功能都起到了很好的改造作用，優(yōu)化了各種采煤設(shè)施的實(shí)際作業(yè)性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]張榮靜.傳統(tǒng)粗放型經(jīng)濟(jì)中采煤生產(chǎn)存在的不足[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(bào)， 2011，31（17）：45-47.

[2]王萬恩.我國煤礦機(jī)械人機(jī)一體化改造的先進(jìn)科技[J].炭經(jīng)濟(jì)研究，2011，22（18）：133-135.endprint