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

梁江鋒

摘要：礦山開(kāi)采行業(yè)是維護(hù)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要基礎(chǔ)行業(yè)，礦山開(kāi)采活動(dòng)的質(zhì)量和效率將會(huì)直接影響到工業(yè)生產(chǎn)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的質(zhì)量和效率，機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域針對(duì)礦山機(jī)械的研究始終沒(méi)有停止。在現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的推動(dòng)以及機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)步的支持下，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法、理念在礦山機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用成為礦山機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域發(fā)展的重要方向。文章立足礦山機(jī)械設(shè)計(jì)的實(shí)際，從現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的角度出發(fā)，結(jié)合礦山機(jī)械設(shè)計(jì)的實(shí)例，對(duì)現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在礦山機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)要論述。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法;礦山機(jī)械設(shè)計(jì);融入

礦山機(jī)械是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備的重要組成部分，由于礦山開(kāi)采行業(yè)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)性作用，礦山機(jī)械設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率對(duì)行業(yè)發(fā)展有著重要而廣泛的影響。當(dāng)前我國(guó)的礦山機(jī)械設(shè)計(jì)普遍存在著設(shè)計(jì)思想僵化、單一的問(wèn)題，不能滿足現(xiàn)代礦山企業(yè)運(yùn)行的需求，對(duì)礦山機(jī)械設(shè)計(jì)方法的革新已成為一種必然。只有打破礦山機(jī)械設(shè)計(jì)思想的桎梏，將現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的先進(jìn)方法和理念融入到礦山機(jī)械設(shè)計(jì)活動(dòng)中去，才能切實(shí)提升礦山機(jī)械設(shè)計(jì)的水平，滿足礦山企業(yè)對(duì)礦山機(jī)械的功能需求。

1 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法在礦山機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用的必要性

現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件下社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)范圍的擴(kuò)展以及礦山開(kāi)采領(lǐng)域技術(shù)水平的進(jìn)步，使更多種類、更多埋藏形式的礦產(chǎn)資源得到了開(kāi)發(fā);同時(shí)在可持續(xù)發(fā)展觀念的影響下礦山企業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)也更多的向生態(tài)、環(huán)保、可持續(xù)的角度發(fā)展?，F(xiàn)代礦山開(kāi)采活動(dòng)的這些實(shí)際情況都推動(dòng)著礦山開(kāi)采機(jī)械的發(fā)展進(jìn)步：要求礦山開(kāi)采機(jī)械設(shè)計(jì)能夠更加適應(yīng)現(xiàn)代礦山開(kāi)采形式的需求;能夠更多的體現(xiàn)礦山企業(yè)自身發(fā)展的需求;能夠讓礦山企業(yè)的運(yùn)行發(fā)展更加適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)模式的變革形勢(shì)。所以，礦山機(jī)械的設(shè)計(jì)活動(dòng)必須打破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和理念的桎梏，結(jié)合礦山開(kāi)采企業(yè)生存和發(fā)展的需求實(shí)際，積極引進(jìn)現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)的先進(jìn)方法和理念，讓礦山機(jī)械的技術(shù)特點(diǎn)能夠更多的滿足礦藏、開(kāi)采企業(yè)主體和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式的要求[1]。

2 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法概述

機(jī)械設(shè)計(jì)是人類進(jìn)入到機(jī)械時(shí)代以來(lái)最為重要的基礎(chǔ)工業(yè)設(shè)計(jì)形式之一，本質(zhì)上是一種創(chuàng)新活動(dòng)，這一活動(dòng)的質(zhì)量和效率將會(huì)對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生廣泛而深遠(yuǎn)的影響。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)是在大量經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)的積累基礎(chǔ)上，圍繞機(jī)械的功能目標(biāo)而進(jìn)行的主觀智能活動(dòng)，存在有較大的主觀性和延續(xù)性。這種特性的存在讓機(jī)械設(shè)計(jì)活動(dòng)的效率始終不高，而且設(shè)計(jì)活動(dòng)很大程度上沿襲了舊有的設(shè)計(jì)理念，形成了傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)難以突破的桎梏。現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)是對(duì)傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)的一種革新，在傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上將設(shè)計(jì)活動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)和沿襲性上升到邏輯、理性和系統(tǒng)的層次，更加深刻的體現(xiàn)了機(jī)械設(shè)計(jì)的本質(zhì)、揭示了人類的認(rèn)識(shí)能力與反求設(shè)計(jì)創(chuàng)新的推演能力。在經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的發(fā)展歷程以后形成了以市場(chǎng)和需求為導(dǎo)向的創(chuàng)新、規(guī)劃和決策模式，能夠最大化的提升機(jī)械設(shè)計(jì)的適應(yīng)性、實(shí)用性，并合理的規(guī)范創(chuàng)新設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)前普遍存在于機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)方法主要有優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元法設(shè)計(jì)和可靠性設(shè)計(jì)等;還有一些新興的現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和理論，如：創(chuàng)新設(shè)計(jì)、綠色設(shè)計(jì)、穩(wěn)健性設(shè)計(jì)、概念設(shè)計(jì)、智能設(shè)計(jì)、并行設(shè)計(jì)、虛擬設(shè)計(jì)、數(shù)字化設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)仿真、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等，這些設(shè)計(jì)方法的產(chǎn)生和應(yīng)用必然能夠推動(dòng)礦山機(jī)械設(shè)備的技術(shù)水平和應(yīng)用效率提升[2]。

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

3.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)

優(yōu)化設(shè)計(jì)是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的一種設(shè)計(jì)方法，最突出的特點(diǎn)就是能夠從機(jī)械設(shè)計(jì)的整體出發(fā)，對(duì)機(jī)械設(shè)備小到簡(jiǎn)單零件、大到復(fù)雜整機(jī)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)、比功率和重量等內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，能夠在不改變機(jī)械設(shè)備整體結(jié)構(gòu)的前提條件下，最大限度的提升機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行效率。以BHPIron Ore 公司的礦石車更新計(jì)劃為例，該公司2200 輛礦石車需要車體更新，如果只是簡(jiǎn)單的更新車輛將會(huì)是一筆巨大的支出，而與 Lynx Engi?neering 公司合作利用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，針對(duì)該公司礦車的運(yùn)用特點(diǎn)，對(duì)舊有車型的故障集中位置進(jìn)行針對(duì)性分析，研制開(kāi)發(fā)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(shù)通用性，大大解決了人員培訓(xùn)和維護(hù)體系的重建費(fèi)用，既滿足了礦山企業(yè)的運(yùn)行需要又節(jié)約了礦山機(jī)械的采購(gòu)成本[3]。

3.2 有限元設(shè)計(jì)

有限元設(shè)計(jì)方法是一種十分有效的工程機(jī)械分析方法，可以對(duì)幾何形狀復(fù)雜、邊界不規(guī)則、厚度不均勻的受力對(duì)象進(jìn)行受力分析，同時(shí)能夠解決各種復(fù)雜機(jī)械設(shè)備中的材料非線性、幾何非線性的復(fù)雜問(wèn)題。鑒于礦山機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點(diǎn)，有限元這一設(shè)計(jì)方法在礦山機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用有著極強(qiáng)的針對(duì)性。例如在挖掘機(jī)的動(dòng)臂設(shè)計(jì)活動(dòng)中，一直將動(dòng)臂作為一種承受彎曲變形的受力結(jié)構(gòu)來(lái)分析，這就導(dǎo)致實(shí)際的設(shè)計(jì)活動(dòng)中動(dòng)臂的應(yīng)力分析只能集中在危險(xiǎn)節(jié)點(diǎn)上，無(wú)法對(duì)動(dòng)臂上的每一處受力鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析。而如果借助有限元設(shè)計(jì)方法，對(duì)動(dòng)臂和斗桿進(jìn)行應(yīng)力分析，用SAP5 程序在動(dòng)臂和斗桿處于最大受力狀態(tài)時(shí)進(jìn)行計(jì)算，得到每塊鋼板的應(yīng)力分布狀況，可使問(wèn)題得到很好的解決。

3.3 可靠性設(shè)計(jì)

礦山機(jī)械的運(yùn)行環(huán)境是比較惡劣的，礦山機(jī)械設(shè)備在惡劣環(huán)境下的運(yùn)行質(zhì)量和運(yùn)行效率會(huì)對(duì)礦山開(kāi)采活動(dòng)產(chǎn)生極大的影響，因此在礦山機(jī)械的設(shè)計(jì)活動(dòng)中可靠性設(shè)計(jì)是一種必不可少的設(shè)計(jì)方法。在設(shè)計(jì)過(guò)程中設(shè)計(jì)人員要充分考慮到礦山機(jī)械運(yùn)行環(huán)境可能會(huì)對(duì)礦山機(jī)械造成的消極影響，并針對(duì)這些消極影響的作用機(jī)制在礦山機(jī)械設(shè)計(jì)的強(qiáng)度、載荷、結(jié)構(gòu)尺寸等方面做足功課，切實(shí)保證這些設(shè)備能夠滿足礦山機(jī)械設(shè)備運(yùn)行中的功能需求，保證礦山機(jī)械設(shè)備的可靠性，保護(hù)礦山工作人員和財(cái)產(chǎn)的安全。以礦井提升機(jī)為例，這一機(jī)械設(shè)備會(huì)對(duì)工作人員的生命財(cái)產(chǎn)安全產(chǎn)生直接的影響，設(shè)計(jì)人員依據(jù)可靠性設(shè)計(jì)原理對(duì)礦井提升鋼絲繩安全系數(shù)做可靠性的評(píng)估研究，建立了鋼絲繩可靠性設(shè)計(jì)的理論方法[4]。

3.4 環(huán)保設(shè)計(jì)

環(huán)保設(shè)計(jì)是新興的機(jī)械設(shè)計(jì)方法，突出的特點(diǎn)是重視機(jī)械設(shè)備在生產(chǎn)和運(yùn)行過(guò)程中的環(huán)保性能。在現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式轉(zhuǎn)型的大時(shí)代背景下，礦山機(jī)械設(shè)計(jì)的環(huán)保傾向更加明顯，這客觀上為礦山機(jī)械的環(huán)保設(shè)計(jì)提供了條件。設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)運(yùn)用知識(shí)、利用信息，把科學(xué)技術(shù)與環(huán)境保融為一體，在礦山機(jī)械設(shè)計(jì)活動(dòng)中切實(shí)保證環(huán)保理念對(duì)具體設(shè)計(jì)的影響，應(yīng)采用環(huán)保理念指導(dǎo)下形成的環(huán)保設(shè)備形式和環(huán)保技術(shù)形式，進(jìn)行礦山機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)工作。當(dāng)前環(huán)保設(shè)計(jì)已經(jīng)成為礦山機(jī)械設(shè)計(jì)必不可少的環(huán)節(jié)，綠色環(huán)保觀念的發(fā)展要求綠色環(huán)保的機(jī)械設(shè)計(jì)不僅要覆蓋礦山機(jī)械運(yùn)行、維護(hù)、維修等應(yīng)用過(guò)程的綠色環(huán)保，還應(yīng)該覆蓋礦山機(jī)械從設(shè)計(jì)、到生產(chǎn)、再到運(yùn)行，以及報(bào)廢回收的全生命周期的環(huán)保性能[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

礦山機(jī)械設(shè)計(jì)是對(duì)礦山開(kāi)采活動(dòng)產(chǎn)生直接影響的機(jī)械設(shè)計(jì)活動(dòng)，其質(zhì)量和效率甚至?xí)拥缴鐣?huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中，而現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法和理念是提升礦山機(jī)械設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率的重要途徑，只有將現(xiàn)代社會(huì)技術(shù)環(huán)境下產(chǎn)生的設(shè)計(jì)方法和理念融入到礦山機(jī)械設(shè)計(jì)中去，才能保證以此為依據(jù)設(shè)計(jì)的礦山機(jī)械能夠適應(yīng)礦山開(kāi)采實(shí)際、礦山企業(yè)發(fā)展需求實(shí)際和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展實(shí)際。

參考文獻(xiàn)：

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