郭翔

徐州煤礦安全設(shè)備制造有限公司，中國·江蘇 徐州 221011

1 引言

中國對煤炭資源的消耗量巨大，礦山機械是煤礦生產(chǎn)中的重要基礎(chǔ)設(shè)備，它和礦山的生產(chǎn)效率有著直接的聯(lián)系，新時期需要加大新型設(shè)計方案的使用，更好地管控煤炭資源，為區(qū)域經(jīng)濟增長奠定強力的基礎(chǔ)。機械產(chǎn)品設(shè)計主要起源于19世紀中期，迄今為止經(jīng)歷了100 多年的變遷。近年來，隨著經(jīng)濟全球化的影響，機械設(shè)計和其他的學(xué)科不斷交叉，是制造業(yè)朝著現(xiàn)代化、精準化的方向不斷發(fā)展。用戶對產(chǎn)品的需求也更加的多樣化、高端化。因此，在機械產(chǎn)品設(shè)計時，需要采取有效的設(shè)計方法，使產(chǎn)品更加科學(xué)和完善，提高設(shè)計的精準度和計算程度，實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計的創(chuàng)新。

2 傳統(tǒng)機械設(shè)計的方法

通常情況下，礦山機械設(shè)計主要由以下三個階段。

第一，直覺設(shè)計階段。傳統(tǒng)的設(shè)計，它更是一種直覺設(shè)計，或者是全憑人的直觀感覺來進行工具設(shè)計，該階段是人類歷史中較為古老的一個時期。

第二，經(jīng)驗設(shè)計階段。該時期是手藝人的聯(lián)合，彼此之間相互協(xié)作，實現(xiàn)經(jīng)驗的交流，然后進行圖紙組織生產(chǎn)，是圖紙再現(xiàn)的過程，對于經(jīng)驗豐富的手工藝人，可以通過圖紙、數(shù)據(jù)、信息對自己的經(jīng)驗或者是構(gòu)思進行記錄，方便傳授。對產(chǎn)品進行不斷的分析和改進，滿足社會生產(chǎn)對產(chǎn)品的需求，使人類設(shè)計活動更加地直觀。

第三，半理論半經(jīng)驗設(shè)計階段。自20世紀以來，隨著科學(xué)信息技術(shù)的快速發(fā)展，設(shè)計基礎(chǔ)理論也不斷增強。隨著理論的探究，理論計算和長期實踐不斷積累，出現(xiàn)了經(jīng)驗、公式、圖表設(shè)計手冊等，半理論半經(jīng)驗設(shè)計階段主要有理論設(shè)計、經(jīng)驗設(shè)計以及模型實驗設(shè)計。首先，對于理論設(shè)計來說，它是設(shè)計理論和實驗設(shè)計的融合。按照現(xiàn)有的方法初步設(shè)計，然后使用強度計算公式進行工件尺寸的校核。其次，經(jīng)驗設(shè)計根據(jù)某類零件有的設(shè)計方法、以及經(jīng)驗公式進行設(shè)計，此類設(shè)計方法無法滿足市場需求。最后，模型實驗設(shè)計。對于尺寸較大結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件，尤其是重型整體零件，為了不斷地提高設(shè)計質(zhì)量，可以采用模型實驗設(shè)計的方式，通過反復(fù)對比以及現(xiàn)有的實驗特性進行校驗，逐步修改進而完善，這種設(shè)計方式叫做模型實驗設(shè)計。

3 現(xiàn)代機械設(shè)計的方法

礦山機械設(shè)計現(xiàn)代設(shè)計方法，在推動區(qū)域經(jīng)濟增長中有著至關(guān)重要的作用，它是一種動態(tài)、科學(xué)的計算方式，學(xué)科存在交叉性和綜合性，將靜態(tài)手工的方法轉(zhuǎn)變?yōu)榭茖W(xué)、動態(tài)的計算機方式。常見的有計算機輔助設(shè)計，它稱之為CAD，能對計算機信息進行處理，全面提高計算的精準度，且數(shù)據(jù)的存儲量巨大，邏輯判斷能力強，它和傳統(tǒng)的設(shè)計方法相比，一方面，顯著提高設(shè)計效率，有效地縮短產(chǎn)品設(shè)計的期限，使機械零件、機械產(chǎn)品及時更新?lián)Q代。另一方面，它能存儲大量的設(shè)計經(jīng)驗以及設(shè)計信息，能在最短的方案內(nèi)給予產(chǎn)品不同的設(shè)計方案進行方案的對比分析，得到最優(yōu)方案。在某種程度上，計算機輔助設(shè)計和計算機輔助制造能構(gòu)成計算機集成制造系統(tǒng)，全面提高企業(yè)的效益，進行市場預(yù)測、產(chǎn)品研發(fā)、售后等一系列的工作，在最短范圍內(nèi)實現(xiàn)人力、物力、時間等各類資源的綜合使用。

在現(xiàn)代化設(shè)計中，還有一種是模塊化設(shè)計的方式，能在一定范圍內(nèi)對不同功能，相同功能不同規(guī)格的產(chǎn)品進行分析，設(shè)計出一系列的功能模塊，彼此之間相互組合構(gòu)成不同的產(chǎn)品，更好地滿足市場的需求，它和傳統(tǒng)設(shè)計是不同的。一方面，能有效地減少產(chǎn)品設(shè)計和制造的時間，縮短供貨周期，能獲得更多的潛在客戶。另一方面，在進行產(chǎn)品更新?lián)Q代的同時，能提高企業(yè)的市場競爭能力，更好地應(yīng)對市場發(fā)生的變化。不僅能提高產(chǎn)品質(zhì)量，而且能降低成本，全面增強市場的競爭能力，方便產(chǎn)品維修。如表1所示是傳統(tǒng)礦山機械設(shè)計以及現(xiàn)代設(shè)計方法的對比[1]。

4 現(xiàn)代設(shè)計方法在礦山機械設(shè)計中的具體應(yīng)用

4.1 可靠設(shè)計

為了實現(xiàn)礦山機械可持續(xù)發(fā)展，要對礦山機械設(shè)計質(zhì)量和效果進行管控。對于可靠性設(shè)計來說，它是衡量產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標可靠形式，即不僅要做實驗，還需要對荷載、工況、尺寸、機械材料性能等進行反復(fù)的實驗對比，為具體數(shù)據(jù)的排布提高可控提供可靠性依據(jù)，由此來確定設(shè)備的使用壽命，降低可靠性的環(huán)節(jié)，提高礦山機械設(shè)備質(zhì)量，保證工人的生命安全[2]。

4.2 CAD 技術(shù)

上文提到CAD 技術(shù)也稱之為計算機輔助技術(shù)，它是現(xiàn)代機械方法的重要體現(xiàn)。近年來，在科學(xué)技術(shù)的推動之下，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)越來越普遍，它被廣泛使用在礦山機械行業(yè)使用CAD 技術(shù)，它能突破礦山機械存在的局限，由于礦山開采本身存在各種各樣的危險，再加上環(huán)境多變復(fù)雜CAD 技術(shù)能使礦山開采更加的智能化，提高系統(tǒng)的運行速率和準確率。在機械設(shè)計過程中，使用CAD 技術(shù)能將礦山機械技術(shù)變?yōu)槭┕と藛T的幫手，不管是在繪圖、開采等方面，都能提高操作的安全性和精準性[3]。

4.3 有限元法

礦山機械在進行工作時，它的受力情況并不是一成不變的，由于受到外界因素的干擾，受力情況較為復(fù)雜，不能進行有效的計算，這時可以使用有限元法，借助于計算機信息系統(tǒng)，能分辨出設(shè)備各個方面的受理情況，找到相應(yīng)的薄弱點，對產(chǎn)品進行改進，使用有限元法能提高設(shè)計速度，優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量。對結(jié)構(gòu)和荷載都能進行全面分析，做好截面的校對工作，提高數(shù)據(jù)的準確率[4]。

4.4 綠色設(shè)計

在現(xiàn)代機械設(shè)計中，綠色設(shè)計以經(jīng)濟、環(huán)保為主，實現(xiàn)設(shè)備的可回收、可維護、可重復(fù)使用。能降低機械設(shè)計對周圍生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的影響，在最大范圍內(nèi)限制了廢棄物的排放，此外還能減少礦山的噪音污染。眾所周知，礦山機械在運作時，它的功率大，發(fā)動機需要較大的動力，這時需要耗費大量的燃油，為了強化節(jié)能設(shè)計理念，為礦山機械長期發(fā)展奠定基礎(chǔ)。設(shè)計師們應(yīng)該大膽突破，把關(guān)生態(tài)信息和科學(xué)技術(shù)，能有效地降低能源損耗，提高工作效率[5]。

4.5 優(yōu)化設(shè)計

使用最優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型，能將設(shè)計中存在的問題轉(zhuǎn)化為具體的三維立體模型，通過構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的方式，實現(xiàn)計算機信息技術(shù)和計算機技術(shù)的融合，找到最優(yōu)的解決方案，在設(shè)計操作過程中設(shè)計問題越復(fù)雜，反而越能體現(xiàn)出優(yōu)化設(shè)計產(chǎn)品的使用優(yōu)勢，它能有效地減輕設(shè)計人員的負擔，推進計算機輔助設(shè)計，進而更好地改善產(chǎn)品質(zhì)量[6]。

5 結(jié)語

綜上所述，在礦山機械設(shè)計時，應(yīng)該巧用現(xiàn)代機械設(shè)計方法，與時俱進，充分使用現(xiàn)有的科學(xué)資源，使礦山機械更加智能化、精密化。