工業(yè)設(shè)計理念在礦山機電產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用探究

張 剛，李 晶，劉文博

（蘭州蘭石集團有限公司能源裝備研究院，甘肅 蘭州 730000）

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展，人們對環(huán)境的保護也愈發(fā)的重視。與此同時，工業(yè)設(shè)計理念也在人們的心中越發(fā)的體現(xiàn)，人們追求綠色設(shè)計，追求資源的最大化利用以及產(chǎn)品美觀性。在歐洲工業(yè)革命之后人們認為機械產(chǎn)品丑陋，因此在產(chǎn)品設(shè)計上加入了大量手工藝的裝飾方法，這就是在19世紀末發(fā)生的“工藝美術(shù)運動”。工業(yè)設(shè)計是通過結(jié)構(gòu)美學(xué)、工程學(xué)以及價值學(xué)等多個領(lǐng)域相結(jié)合來完成產(chǎn)品設(shè)計。工業(yè)設(shè)計理念是強調(diào)藝術(shù)和技術(shù)相結(jié)合，在滿足人們的生活需要的前提下也要滿足人們的心理需要。讓人們通過利用工業(yè)設(shè)計理念生產(chǎn)出的產(chǎn)品產(chǎn)生更大的滿足感。工業(yè)設(shè)計理念也在發(fā)展中推動了各類領(lǐng)域的進步。目前，我國煤炭的生產(chǎn)發(fā)展已經(jīng)逐漸變得集約化和大型化，但開采的效率也是停滯不前，由于礦山機電產(chǎn)品使用年限不足，且不易回收，更大程度上造成了資源浪費。針對這一現(xiàn)象，本文提出利用工業(yè)設(shè)計理念設(shè)計礦山機電產(chǎn)品。希望為礦山機電產(chǎn)品設(shè)計行業(yè)的研究者提供有所參考的新思路。

1 礦山機電產(chǎn)品設(shè)計中的工業(yè)設(shè)計理念

1.1 現(xiàn)代工業(yè)綠色設(shè)計理念

工業(yè)設(shè)計理念就是從美學(xué)、色彩學(xué)、價值理念等多種領(lǐng)域內(nèi)進行工業(yè)設(shè)備的設(shè)計。隨著經(jīng)濟的飛速增長，傳統(tǒng)的工業(yè)化設(shè)備已經(jīng)對全球造成了一定的環(huán)境污染。在這樣的前提下，現(xiàn)代工業(yè)的綠色設(shè)計理念應(yīng)運而生[1]。綠色設(shè)計也叫生態(tài)環(huán)境設(shè)計，即在產(chǎn)品設(shè)計之中就要將防污染以及環(huán)境因素的影響納入其中。在產(chǎn)品的整個使用時間里，對于綠色設(shè)計來說，就是要考慮產(chǎn)品的拆卸、重復(fù)利用以及可回收性等。對工業(yè)設(shè)計工作人員來說，已經(jīng)將現(xiàn)代工業(yè)綠色設(shè)計作為設(shè)計目標。

1.2 可拆卸性設(shè)計理念

對于工業(yè)設(shè)計來說，可拆卸性設(shè)計一直都是各位設(shè)計者所追求和考慮的。我們要考慮產(chǎn)品材料的回收、產(chǎn)品的易拆卸性和產(chǎn)品零件的重新使用，以便從使用中獲得最高使用率以及利潤。這也是綠色設(shè)計理念中的重要環(huán)節(jié)。在礦山機電產(chǎn)品的設(shè)計中也是不可或缺的。礦山機電產(chǎn)品由于體積巨大，導(dǎo)致儲存占地面積巨大，所以根據(jù)可拆卸性設(shè)計理念設(shè)計礦產(chǎn)機電產(chǎn)品可以從多種方面來使資源更加合理分配。易于拆卸分離、減少拆卸與拼裝的工作量是可拆卸性設(shè)計理念的原則[2]。

1.3 可回收性設(shè)計理念

在礦山機電產(chǎn)品中，由于礦山機電產(chǎn)品所用材料的消耗量巨大，當產(chǎn)品使用周期整體結(jié)束后造成了資源浪費。所以，將工業(yè)設(shè)計理念中的可回收性設(shè)計理念，融入進礦山機電產(chǎn)品的設(shè)計中進行資源不浪費。在產(chǎn)品使用周期結(jié)束后，其他的新產(chǎn)品也可以使用當中的廢棄零部件和廢棄材料，從而達到零件回收的目的以及零件材料的再利用性[3]。設(shè)計不應(yīng)是單純的美化外觀，我們也要考慮從設(shè)計之初到產(chǎn)品回收這一循環(huán)過程中可以多加利用的地方，從而保證資源的最大化利用，不形成浪費。這樣的設(shè)計才是區(qū)別于傳統(tǒng)設(shè)計模式的優(yōu)秀設(shè)計。

2 礦山機電產(chǎn)品的組成要素分析

礦山機電產(chǎn)品主要是煤礦機電，具體包括采煤機、刮板輸送機、大巷電機車以及水泵等。礦山機電產(chǎn)品主要有五大要素組成結(jié)合而成，分別是感知組成、職能組成、動力組成、結(jié)構(gòu)組成以及運動組成[4]。一、在感知組成中，對于礦山機電產(chǎn)品系統(tǒng)的本身以及外在環(huán)境因素的測試。礦山中環(huán)境惡劣，在設(shè)計礦山機電設(shè)備中也需要考慮產(chǎn)品對環(huán)境的適應(yīng)。二、結(jié)構(gòu)組成就是礦山機電產(chǎn)品本體，是系統(tǒng)中機械支持結(jié)構(gòu)，其中包括框架、支撐和機身等。三、運動組成是根據(jù)礦產(chǎn)產(chǎn)品中信息處理方面的指令去完成所規(guī)定的動作。四、職能組成就是控制產(chǎn)品系統(tǒng)的有序及有目的的進行。在此環(huán)節(jié)中，設(shè)計需選擇最優(yōu)化，另設(shè)備的所有功能進行完全使用。五、在動力組成中，要根據(jù)系統(tǒng)整體控制，為整體系統(tǒng)提供動力，以便讓系統(tǒng)正常且高效運行。在此環(huán)節(jié)中，設(shè)計需使產(chǎn)品性能進行提高，使產(chǎn)品使用效率更加高效。

3 基于工業(yè)設(shè)計理念設(shè)計礦山機電產(chǎn)品

圖1 礦山機電產(chǎn)品滾筒傳輸示意圖

對于設(shè)計來講，發(fā)明和創(chuàng)新是非常重要的兩點。對于礦山機電產(chǎn)品的設(shè)計中，發(fā)明是根據(jù)采礦需求，從無到有的去創(chuàng)造一種全新的功能。在發(fā)明的基礎(chǔ)上進行創(chuàng)新，就是對礦山機電產(chǎn)品的外觀，結(jié)構(gòu)等進行改變。在現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計理念中，礦山機電產(chǎn)品要達到社會預(yù)期的效果，在設(shè)計中就要將結(jié)構(gòu)和造型設(shè)計結(jié)合起來進行綜合設(shè)計，通過結(jié)構(gòu)美學(xué)、工程學(xué)以及價值學(xué)等多個領(lǐng)域相結(jié)合來完成產(chǎn)品設(shè)計[5]。下面基于工業(yè)設(shè)計理念提出設(shè)計礦山機電產(chǎn)品的構(gòu)想。礦山機電產(chǎn)品的應(yīng)用需要體現(xiàn)在采礦流程上，在流程上，使用設(shè)備使采礦的時間和成本進行大大的減少。下面，本文將從礦山機電產(chǎn)品的五個重要設(shè)計來說。第一個，設(shè)計傳遞滾筒，傳遞滾筒一般順著人字刻槽頂端面輸送，同時一般情況下表面為鑄膠面。但鑄膠面易于磨損，可使用時間較短，需頻繁更換，又難以確定傳送方向，所以采用人型鑄膠表面。下圖為礦山機電產(chǎn)品滾筒傳輸示意圖。設(shè)定hA為6～8間，那么根據(jù)Q來確定傳輸帶的選擇。由上述公式我們可以看出，當值較小時，我們就取小值，當值較大時，我們就取大值。根據(jù)不同礦山機電設(shè)備所需要的可靠性不同，對傳輸帶的選擇也不同，若礦山機電產(chǎn)品需載人等，還需再適當?shù)奶岣邆鬏攷У陌踩禂?shù)。第三點，設(shè)計驅(qū)動裝置。驅(qū)動裝置的設(shè)計中，一般情況下若各項技術(shù)選擇合理，可以延長礦山機電產(chǎn)品關(guān)鍵零件的壽命以及系統(tǒng)的可靠性也能得到大大的提高。這里采用調(diào)速式液力偶合器，在礦山機電產(chǎn)品中需要用液體來提供傳遞動力的裝置，就叫做液力偶合器，在我國應(yīng)用的較早。能夠有效的保護電機的同時也能改良性能，使輸送機的驅(qū)動裝置性能變軟。而調(diào)速型可以會使礦山機電產(chǎn)品的使用條件放寬，在不同礦山中皆有應(yīng)用，并且經(jīng)濟效益上也最為劃算。第四點，設(shè)計制動器。一般電磁液壓制動器主要在水平運輸機上使用，盤形制動器主要用于下運運輸機。在安全性范圍內(nèi)考慮，把電磁液壓制動器與盤形制動器同時在下運運輸機上使用。第五個，設(shè)計拉緊裝置。拉緊裝置一般分為四種，分別有液壓拉緊裝置、重錘式、固定絞車式和自動絞車式。一般拉緊裝置要盡量布置在靠近驅(qū)動滾筒松邊處，或者布置在張力最小處。在設(shè)計時，我們須考慮由于張力變化，傳輸帶的彈性變形。由于傳輸帶在使用后會產(chǎn)生永久變形的情況，我們基于可回收性設(shè)計理念，需對拉緊裝置的材料進行精準選擇。至此，通過綠色設(shè)計理念、可拆卸設(shè)計理念以及可回收性設(shè)計理念設(shè)計的礦山機電產(chǎn)品部分結(jié)構(gòu)與零件已探究完成。

一般改向滾筒與傳送帶表面直接接觸，因此選用鑄膠表面為光面的。若改向滾筒與傳送帶表面沒有直接接觸的話，只有在傳輸較為清潔的物料時，且傳送功率不高的情況下才選用光面的滾筒，根據(jù)綠色設(shè)計理念，選擇最優(yōu)化的鑄膠材料。第二點，設(shè)計傳輸帶。目前國內(nèi)機電產(chǎn)品所選用的傳輸帶都較為普遍，所以本文僅對鋼絲繩芯傳輸帶的設(shè)計進行探討。首先我們需要確定傳輸帶的拉伸強度，根據(jù)傳輸帶的拉伸強度來選擇傳輸帶的材料及設(shè)計結(jié)構(gòu)。下列公式為傳輸帶的拉伸強度公式。

其中，K表示傳輸帶的拉伸強度；fmax表示在傳輸帶穩(wěn)定工作的情況下的最大張力，單位為N；Q表示傳輸帶的寬度，單位為mm；h A表示靜安全系數(shù)；根據(jù)傳送帶的拉伸強度，我們

4 結(jié)束語

本文對工業(yè)設(shè)計理念在礦山機電產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用進行了探究。相對于傳統(tǒng)礦山機電產(chǎn)品設(shè)計來講，本文融入了工業(yè)設(shè)計理念因素，具有極高的參考價值。但由于本文對美感的結(jié)合不足，導(dǎo)致論文中存在實用性因素過重，還需要進一步結(jié)合美學(xué)展開研究工作。希望本文的分析，能夠為礦山機電產(chǎn)品設(shè)計行業(yè)的研究者提供有所參考的新思路。