马喜峰：现代设计方法在矿山机械中的应用 |
| 2012-09-17 13:20 作者：马喜峰 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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【硅谷网9月17日讯】据《科技与生活》杂志2012年第13期刊文称，做为矿产生产中重要设备的矿山机械，其性能和质量的好坏对矿山的生产及安全有着直接的影响。随着科学技术的不断创新和发展，传统的设计技术已远远不能满足矿山机械设计的需要。现代设计技术在矿山机械中的应用必须做到与时俱进，集创造性、系统性和综合性等优点于一体，很好地适应市场竞争的需求，既能降低矿产开发的成本，又能提高矿产产品的质量。本文首先简要阐述了现代设计方法的内涵，然后就其在矿山机械中的应用，综合笔者的观念，作出了一些相关的总结。
1现代设计方法的内涵
设计是人类为了征服自然、改造世界在一定的时空限制和物质条件下进行的创造性思维的实践活动。而现代设计的概念则是建立在这一含义之上的，是由人类社会发展进入现代工业社会应运而生的，它的设计方法主要是通过考虑产品、市场、科学知识以及相关技术人员的决策管理等一系列因素后，制定出的一套的项目计划方案，从而孕育出能形成产品各方面竞争优势的设计方法。现代设计方法的专业涵盖面广泛，涉及学科众多，综合性基础性强，它突破了传统设计方法的经验法和类比法，对传统设计方法进行了创新，将设计方法提升到更高的层次，使其具有逻辑性、理性和系统性，注重运用人类的认识能力与创新能力。
自21世纪以来，世界第三次以信息技术为指导的科技革命爆发，在世界范围内科学技术的不断发展，扩大了现代设计技术的范畴，也使得优化设计、有限元法设计和可靠性设计等一些新兴的设计方法和理论在现代设计中得到了越来越多运用。现代设计技术的理论和方法正不断取得优越的发展并日趋完善；同时，现代设计方法由于其具备的与传统设计方法不可比拟的优越性，集先进性、动态性、智能性、程式性、创造性、系统性、优化性和综合性等特点，越来越渗透影响到了各行各业，特别是矿山机械设备的设计中，为了满足矿业企业的生存发展能适应行业技术的进步和目标市场的竞争等需要，大部分矿产企业已开始大力推行现代设计方法。
目前，现代设计的许多方法已在矿山机械中得到广泛应用并取得良好的绩效，现代设计方法涉及的设计领域也得到了拓展，石灰石矿产生产的效益与安全也得到了有效保障。
2现代设计方法在矿山机械中的应用
在我国，现代技术方法在矿山机械中的应用始于20世纪70年代，主要是模仿苏联的应用模式，具有着很大的缺陷性，直到80年代，中国国内经济的大范围复苏，矿产开发行业的兴起，它在矿山机械中的应用才真正的开始推动发展。现代设计方法在矿产行业的引进，使得其在市场经济中不断取得显著的成绩。笔者综合其现代设计运用的相关设计方法，对其在矿山机械产生的应用做出了如下总结。
2.1可靠性设计方法
可靠性是衡量产品质量的重要指标之一，是指产品在规定的时间和物质条件下，完成特定功能的能力，产品的可靠性由每个设计阶段的可靠性直接决定。石灰石采矿机械设备的可靠性设计就是通过零部件数据（载荷、几何尺寸等）的收集，来定量计算、评价设备的可靠性，并根据使用要求来确定产品的可靠性定量指标，改进机械设备中可靠性较低的部分，以求保证产品整机的可靠性达标，这样才有利于保障矿山产出的高效性，同时也保障了石灰石的生产安全和矿工的生命安全。如1994年之前，中华理工大学刁柏青等人开展了对矿井提升钢丝绳安全系数可靠性的评估研究，建立了钢丝绳可靠性设计的理论方法。
2.2优化设计方法
优化设计方法已被广泛应用于矿山机械设计过程之中，其主要将工程设计问题根据实际需要按照设计规范转换成数学模型，运用优化技术寻找最优设计方案。优化设计的对象和优化设计内容的范围都在不断扩大。将优化设计的方法运用到矿山机械产品的设计过程中，设计效率和设计质量得到了很大提高，产品的性能也得到了进一步提升，不仅产品的质量减轻了，体积也缩小了，同时还降低了产品成本。例如，BHPIronOre公司与LynxEngineering公司合作，根据需要逐年更换车体的计划，采用优化设计方法研发出一种新车型，该车型不仅提高了燃油效率，而且大大降低了车辆购置和维修成本。
2.3有限元法设计
有限元法能够较好地分析矿山机械受力的复杂性问题，它能够通过各种受力不均衡不规则的相关矿山机械相关部件进行受力分析，最有效最优化的估算各面积的复杂问题的解决方法，使得能最大程度的规避风险。有限元法设计是在矿山机械设计中现代设计方法运用最广泛的设计之一。王营和郭燕华在对盘式制动器摩擦片温度场的研究，以及多绳摩擦提升机的设计中，也都科学地运用了有限元法。
2.4稳健性设计
稳健性设计主要是针对矿山机械设备产品在各种因素环境下的使用寿命而言的。提高机械设备的稳健性设计，有利于产品质量的抗耐性，从而节约采矿成本，增加企业利润。因此，在矿山机械的现代化设计中，通过将各个部件材料在各种环境下测试，并以最优的组合方式进行组合具有着深刻长远的意义。
2.5创新设计
创新是现今这个时代永恒不变的话题，它有利于产品的更新与完善。而将创新设计运用到现代设计方法中作用于矿山机械，根据技术人员的相关理论知识和产品开发市场的需求，通过对机械设备的性能、结构、质量以及其自动化、智能化、集约化的更新完善，使得机械设备能够更好的发挥作用，提高矿业企业的竞争力。中国矿业大学研制的低噪声双轴振动筛、双速绞车、概率筛等都是创新设计在矿山机械设计中的典型实例。
2.6绿色设计
随着世界掀起的环境保护浪潮，我国经济的发展也越来越强调建设经济、环境相互协调性。矿产资源的开发也同样如此。绿色设计在矿山机械设备的设计应用是适应时代的必然结果。它要求机械设备的开发、设计、使用、报废整个过程中资源的可持续利用与对环境作用的环保绿色，使得工业化的矿产开发逐步演变为以节约资源能源、保护环境的产业模式和增长方式。
2.7智能设计
智能化是由计算机、互联网综合应用引导的信息产业，在各行各业中应用广泛。它在矿山机械设备的现代化设计中的应用时，它要求将传感器设备，与控制器、执行器联系起来，对矿山机械设备的结构、功能、性能、安全系统进行自我诊断与损伤修复，确保设备、施工的安全，实现智能采矿的良好效益。例如，红外技术、机器人、微型计算机和可编程序控制器等都可以应用于矿井的安全生产与救灾。
2.8其他相关设计
除了以上的设计应用方法，还包括并行设计、虚拟设计、动态模拟设计、人机工程、工业造型、摩擦学设计、相似性设计、设计的网络化等矿山机械的应用。我们应积极的利用这些技术理论的应用，充分融合到矿山机械的现代化设计中，为企业创造更好的利润。
3总结
从当前采矿机械设备设计的实际情况来看，设计人员必须提高自身的技能素质，在对现代设计理论和方法熟练掌握的基础上，能够将这些设计理论和方法灵活地运用到实践中去，紧跟时代前进的步伐，通过不断的学习新知识从而创建新的设计理念，并将其与当前的信息科技技术有机结合起来，秉承着创新发展的理念，充分考虑经济效益、技术效益与社会效益，设计开发出适应市场竞争需要的矿山机械产品。（作者系吉林通化嘉成耐火材料有限公司马喜峰） |
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