论现代设计方法在矿山机电设计中的应用

论现代设计方法在矿山机电设计中的应用

韩玉祥

（山东省枣庄监狱技术服务中心滕州市277522）

摘要：随着国民经济的快速增长，社会对矿产资源的需求量越来越高，也对矿山开采技术提出了更高要求。传统的矿山开采技术不仅工作效率低，而且开采过程安全系数低，严重阻碍了矿山开采行业的快速发展。近年来，我国科学技术水平有了显著提高。为了有效提高开采效率和开采质量，我国相关研究人员在矿山机械设计中融入了现代设计方法，从而使矿山开采技术有了很大提升，促进了我国矿山开采事业的可持续发展。本文从现代设计方法的角度出发，对现代设计方法在矿山机械设计中的应用进行论述。

关键词：设计方法；矿山机械；机械设计

矿山机械是现代机械设备的重要组成部分，由于矿山开采行业对社会经济的基础性作用，矿山机械设计的质量和效率对行业发展有着重要而广泛的影响。当前我国的矿山机械设计普遍存在着设计思想僵化、单一的问题，不能满足现代矿山企业运行的需求，对矿山机械设计方法的革新已成为一种必然。只有打破矿山机械设计思想的桎梏，将现代机械设计的先进方法和理念融入到矿山机械设计活动中去，才能切实提升矿山机械设计的水平，满足矿山企业对矿山机械的功能需求。

一、矿山机械设计的内容以及重要意义

1、设计的内容。伴随着现代科技的发展，传统的设计方法因为无法满足现代工业的发展需求，逐渐被社会淘汰。而现代设计将重心放在了智能、系统、稳定、先进和包容等方面，根据市场的实际需求情况，经由设计人员认真的推演、规划，最终制定出来的。现代设计的方法对于推动企业的技术发展作用非常明显。

2、设计的意义。正如大家所了解的，煤矿的开采过程是非常复杂的，而且设计的环节非常的多。而在整个的过程中，机械设计由于和开采的安全性息息相关，所以更加的显示出现代机械设计的重要性。矿山机械设备贯穿于整个矿山的开采过程，这就要求相关部门必须重视机械设计的研究。现代机械设计的方法能够为煤矿的开采节约成本，大大的提高市场的竞争力。如今，我国经济发展迅猛，科技水平不断创新高，如何更好的将日新月异的技术应用到矿山机械设计中来，是今后一段时间我们要面临的重要课题。

二、现代设计方法在矿山机械设计中应用的必要性

现代社会经济条件下社会经济活动范围的扩展以及矿山开采领域技术水平的进步，使更多种类、更多埋藏形式的矿产资源得到了开发；同时在可持续发展观念的影响下矿山企业的生产活动也更多的向生态、环保、可持续的角度发展。现代矿山开采活动的这些实际情况都推动着矿山开采机械的发展进步：要求矿山开采机械设计能够更加适应现代矿山开采形式的需求；能够更多的体现矿山企业自身发展的需求；能够让矿山企业的运行发展更加适应现代社会经济模式的变革形势。所以，矿山机械的设计活动必须打破传统设计方法和理念的桎梏，结合矿山开采企业生存和发展的需求实际，积极引进现代机械设计的先进方法和理念，让矿山机械的技术特点能够更多的满足矿藏、开采企业主体和社会经济发展模式的要求。

三、现代矿山机械设计的要点分析

1、设计理念体现以人为本。无论哪一种机械设计，都应该贯彻以人为本的原则，强调人的特殊作用。在这个理念中，还应该包括很多的内容，比如矿山机械的噪音都比较大，当然这也是由于其自身的体型和功能决定的，但是噪音会给人带来非常大的伤害，如何尽量的削减噪音，是现代应该重视的一项研究。有关调查显示，人如果长期处于特别嘈杂的环境中，对整个身体机能来说影响是非常大的，一旦受到伤害，首先表现出来的就是呕吐和眩晕。有关数据表明，外界环境的音量如果超过了85dB，就会造成人体大脑皮层的兴奋和难以自制的情况。一旦出现这种情况，就极易影响矿山操作者的工作状态，造成事故的发生。所以，在矿山的设计中必须把人的因素加进来，尽可能的降低机器系统噪音的产生量，使用科学的手段降噪除噪。特别是现阶段，我国矿山的机械设计的自动化程度还比较低，为了体现人性化的设计，应该把设计要点也放在方便舒适的操作上，尽量使整个操作台的设计更加的体现人性化。比如操作台的位置问题，应该尽量针对人体眼睛的最佳角度来进行角度的设计，人眼的最佳视角是上下三十度左右，左右六十度左右，如果能够满足这个原则，就能更好的缓解操作者的视觉疲劳，提高操作的安全性。

2、做好综合设计。现代机械设计具有高效性、安全性和智能性的特点，在设计的过程中，对这些特点必须综合进行考虑，结合人体的基本参数和生理指标进行综合设计，综合这些数据和指标进行实际的设计。这样，机械设计的方案才会更加的完善，体现人性化的需求，满足现代生产的需要。

四、现代设计方法在矿山机械设计中的应用

在对现代设计方法进行简单的介绍之后，现代设计方法的应用将能够发挥重要的作用。

1、现代设计方法之可靠性技术。衡量产品设计的质量一个重要的指标就是可靠性。可靠性通常指的是机械在一定的条件和时间内完成一定功能的能力。可靠性的设计需要进行试验。唯有机械材料的长度、尺寸、载荷采取相应的实验操作后，才能够获得具体的数据。在机械产品设计的过程中，可以将实验所获得数据作为设计的参考数据应用于设计中。相关的实验操作对整个产品具有重要的影响。产品机械使用寿命由此得来。通过产品数据的寿命可以建立相应的模型。通过模型可以改进设备，进而保证了机械产品使用的可靠性，提高矿山机械生产安全。

2、现代设计方法之CAD技术。在计算机快速发展并广泛应用的过程中，计算机辅助设计也就是CAD技术也被应用于矿山机械的设计中。设计人员在设计矿山机械产品的过程中，利用计算机软件设计出新的产品。在矿山机械产品设计的过程中，利用CAD技术可以应用于产品绘图与文档保存、产品设计与制作以及产品设计状况的分析。设计人员能够在设计的过程中应用CAD技术，可以为其设计带来较大的便利。利用CAD技术可以对产品的一体化模式进行设计。同时，利用相应的转编码程序对产品进行加工处理，有助于产品质量的提升。应用CAD技术设计矿山机械产品，有助于设计阶段与产品制造阶段的连接，提高矿山机械产品设计的功效。

3、现代设计方法的有限元法。在矿山生产的过程中，需要使用多种型号的机械设备，机械设备在使用中由于受到多方面因素的影响，造成其在生产中受力表现出一定的复杂性。机械受力复杂使得受力状况分析也较为复杂。例如，在挖掘机工作的过程中，其受力结构与载荷表现的较为复杂。在对其受力状况分析的过程中，若是使用传统的设计方法，则只能对其表面状况进行分析，不能实行多角度的分析。由此可见，传统的分析方法在应用的过程中具有一定的纰漏。因此，在矿山机械生产中利用现代的有限元法可以对钢板的受力状况进行详细的分析，分析所获得结果也较为详尽，利用率较高。通过使用现代有限元法的设计，可以清晰明了钢板受力的薄弱环节，并针对薄弱环节进行改进，有助于矿山机械设计的质量。

4、环保设计。环保设计是新兴的机械设计方法，突出的特点是重视机械设备在生产和运行过程中的环保性能。在现代社会经济发展模式转型的大时代背景下，矿山机械设计的环保倾向更加明显，这客观上为矿山机械的环保设计提供了条件。设计人员应当运用知识、利用信息，把科学技术与环境保融为一体，在矿山机械设计活动中切实保证环保理念对具体设计的影响，应采用环保理念指导下形成的环保设备形式和环保技术形式，进行矿山机械设备的设计开发工作。当前环保设计已经成为矿山机械设计必不可少的环节，绿色环保观念的发展要求绿色环保的机械设计不仅要覆盖矿山机械运行、维护、维修等应用过程的绿色环保，还应该覆盖矿山机械从设计、到生产、再到运行，以及报废回收的全生命周期的环保性能。

5、智能设计。智能设计是从矿山机械的整体角度出发，以实现矿山机械的自动化和智能化为目标的设计方法，这一设计更多的综合了现代网络信息技术和自动化技术，形成一种拥有感应器、控制器以及相应的执行机构组成的智能机械系统。这一机械系统不仅具有信息采集和动作控制的自动化功能，而且具备相应的故障诊断和环境自适应功能，能够在特殊的矿山开采环境下最大限度的提升矿山机械的适

应性能和工作效率。由于计算机技术的发展，微型计算机和可编程序控制器（PLC）成为井下机车监控系统的主流，其中以集散式工业控制计算机网络为核心的机车监控系统显示了更为强劲的发展势头。

6、虚拟设计。矿山机械由于大型复杂，制造成本高，运行环境复杂，这就要求在设计的过程中考虑过多的影响因素，还要在实际应用中测试和发现它们的不足，这样往往使物理样机要通过反复的实验，从而造成人力和物力的较大浪费，虚拟设计的应用解决了这个问题。虚拟技术是通过仿真提供机械运行环境参数的可视化，设计者可以在虚拟实际工况下进行仿真测试，对整机的运动学特性和动力学特性进行虚拟试验研究，从而实现产品系统的优化设计。同时，在观察相互配合和运动受力的情况时，可以随时按照用户的需求和相关人员的建议修改有关参数，从而得到优化的虚拟样机。利用虚拟样机技术可以压缩甚至取消物理样机试制过程。由此可见，虚拟设计技术在矿山机械设计中具有十分重要的意义。

7、设计的网络化。大型矿山机电设备具有技术含量高、投资大、批量少、工作环境恶劣及研制试验周期长等特点，若采用传统的设计方法和手段，依靠某一两个单位去完成，不仅研制费用高、周期长、无法适应市场经济的客观要求，而且实体样机中任何系统设计方面的失误都会带来巨大的经济损失。因此，应该建立以资源共享、优势互补、动态响应和利益均衡为特征的集设计、制造、仿真分析、模拟试验和项目管理于一体的虚拟样机的设计联盟，即实行设计活动的网络化，它是未来工矿设备的新型设计模式。这将有利于尽快将我国矿山机械的发展纳入全球化的轨道，在全球化的国际分工中找到自己的发展空间。

8、现代设计方法之绿色设计。在当前社会快速发展的过程中，人们在生活的各方面都开始注重绿色环保。绿色环保不仅仅体现在机械产品使用所渠道的环保经济，还包括了产品的重复使用与可回收。在矿山机械产品设计的过程中，设计人员应当尽可能的减少产品的污染，在机械产品使用的过程中减少对环境的污染，减少能源的使用率。保证设计产品的具有良好的环境属性，这属于现代设计方法中一项重要的设计。

在社会经济快速发展的过程中，为适应时代对矿产资源的需要，在其开展各项工作的过程中应当提高生产工作效率。在矿山机械生产中，矿机械是一种重要的生产设备。设备的性能与质量将直接影响矿山生产与安全。要想提高矿山机械生产设备的性能与质量，不仅要提高机械加工制造的技术和维护水平，还应当提高矿山机械的设计水平。在科学技术快速发展的过程中，设计方法需要推陈出新。设计师在设计的过程中如果不能使用心的设计方法，沿用传统的设计方法，不仅会影响矿山机械产品的设计周期，还会影响矿山生产的质量。经济的快速发

展与进步对矿山机械的设计提出来更高的要求。因此，矿山企业为更好地适应生产需要，需要对矿山机械的设计进行优化，提高矿山机械的设计水平。

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