導(dǎo)語：設(shè)計方法在礦山機(jī)械設(shè)計的應(yīng)用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

【摘要】現(xiàn)代設(shè)計方法在經(jīng)歷多年的發(fā)展之后，逐漸形成完善的設(shè)計理論體系，將其應(yīng)用于礦山機(jī)械設(shè)計中，有助于礦山開采效率與質(zhì)量的提升?；诖耍P者從現(xiàn)代設(shè)計方法的特點(diǎn)與優(yōu)勢入手，對其在礦山機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用進(jìn)行了分析，主要介紹了優(yōu)化設(shè)計方法、可靠性設(shè)計方法、計算機(jī)輔助設(shè)計方法、環(huán)保設(shè)計方法以及有限元設(shè)計方法的應(yīng)用，以期為設(shè)計人員進(jìn)行礦山機(jī)械設(shè)計提供幫助。

【關(guān)鍵詞】現(xiàn)代設(shè)計方法；礦山機(jī)械設(shè)計；有限元設(shè)計

在礦山開采活動中，礦山機(jī)械發(fā)揮著重要作用，其設(shè)計質(zhì)量與礦山開采活動的順利開展息息相關(guān)。就我國目前的礦山機(jī)械設(shè)計而言，存在較為嚴(yán)重的思想僵化以及思想單一等問題，根本不能適用于現(xiàn)代化發(fā)展下的礦產(chǎn)開采需求，礦山機(jī)械設(shè)計理念的創(chuàng)新成為必然。設(shè)計人員需要將先進(jìn)方法與現(xiàn)念應(yīng)用于礦山機(jī)械設(shè)計中，提高礦山機(jī)械設(shè)計的水平，使其滿足礦山開采的需求。

1現(xiàn)代設(shè)計方法分析

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，礦山開采技術(shù)也有了很大的進(jìn)步，使得我國大部分礦產(chǎn)資源都能得到開發(fā)。與此同時，我國推行可持續(xù)發(fā)展之后，礦山企業(yè)的開采活動呈現(xiàn)出環(huán)保與生態(tài)化趨勢。因此，為了使礦山企業(yè)的開采活動滿足上述發(fā)展趨勢，需要礦山機(jī)械設(shè)計進(jìn)行改革創(chuàng)新，打破傳統(tǒng)的設(shè)計觀念，應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計方法，提高礦山機(jī)械設(shè)計的針對性與有效性，保障礦山開采活動的可持續(xù)發(fā)展。具體而言，現(xiàn)代設(shè)計方法具有如下特點(diǎn)：首先，將計算機(jī)技術(shù)作為核心。隨著社會的發(fā)展，計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，在很大程度上提高了社會生產(chǎn)能力，促進(jìn)了很多行業(yè)的發(fā)展。在現(xiàn)代設(shè)計中，機(jī)械設(shè)計中計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用最為普遍。礦山機(jī)械設(shè)計中計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，有效實現(xiàn)了手動到自動化的轉(zhuǎn)變，使產(chǎn)品設(shè)計從二維發(fā)展為三維，有效提升了礦山機(jī)械設(shè)計的水平。在礦山機(jī)械設(shè)計中，基于計算機(jī)技術(shù)的設(shè)計方法有二次開發(fā)方法、模態(tài)分析方法和有限元分析方法等，這幾種設(shè)計方法使礦山機(jī)械設(shè)計更為靈活，實現(xiàn)了礦山機(jī)械設(shè)備設(shè)計和制造的一體化。另外，計算機(jī)技術(shù)還支持?jǐn)?shù)據(jù)庫的建立，使現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的延展性有較大的提升，為以后的礦山機(jī)械設(shè)計提供了可靠的參考依據(jù)。由此可以看出，現(xiàn)代設(shè)計方法在礦山機(jī)械設(shè)計的發(fā)展中，發(fā)揮著良好的促進(jìn)作用。然后，將設(shè)計理論作為指導(dǎo)。傳統(tǒng)的礦山機(jī)械設(shè)計都是根據(jù)設(shè)計人員的實踐和經(jīng)驗進(jìn)行的，通過設(shè)計人員的經(jīng)驗積累完善機(jī)械設(shè)計的各個流程。但是隨著礦山機(jī)械的自動化發(fā)展，根據(jù)經(jīng)驗設(shè)計而成的礦山機(jī)械不能滿足礦山開采活動的需求。因此，設(shè)計人員需要將設(shè)計理論作為指導(dǎo)，進(jìn)行礦產(chǎn)機(jī)械設(shè)計的創(chuàng)新，在以往經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)，實現(xiàn)礦山機(jī)械設(shè)計的現(xiàn)代化與智能化[1]。

2現(xiàn)代設(shè)計方法在礦山機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用

2.1優(yōu)化設(shè)計方法的應(yīng)用。在礦山機(jī)械設(shè)計中，優(yōu)化設(shè)計方法是應(yīng)用最為廣泛的現(xiàn)代設(shè)計方法，該方法可以從礦山機(jī)械設(shè)計的整體角度出發(fā)，對礦山機(jī)械設(shè)備的進(jìn)行全面的優(yōu)化，優(yōu)化的范圍涵蓋到機(jī)械設(shè)備的零部件、整體結(jié)構(gòu)、相關(guān)參數(shù)、設(shè)備重量以及比功率等多個方面。與此同時，優(yōu)化設(shè)計方法是在不改變礦山機(jī)械設(shè)備原有結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，盡最大努力提高礦山機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行效率。一般來說，礦山機(jī)械的優(yōu)化設(shè)計方法主要是通過軟件進(jìn)行數(shù)學(xué)模型構(gòu)建，數(shù)學(xué)優(yōu)化方法與計算機(jī)技術(shù)，實現(xiàn)礦山機(jī)械的優(yōu)化。常用的軟件包括3D開發(fā)引擎、EONStudio以及VC+++等。比如，BHPIronOre公司在開展的礦石車的更新計劃，BHPIronOre公司一共有2200兩礦石車參與該計劃，如果設(shè)計人員僅是單純地進(jìn)行車輛的更新，會花費(fèi)大量的資金。BHPIronOre公司為了節(jié)約設(shè)計成本，選擇和LynxEngineering進(jìn)行合作，兩家公司共同應(yīng)用優(yōu)化設(shè)計方法，有針對性地進(jìn)行礦石車的更新，首先對原本車型進(jìn)行故障分析，優(yōu)化設(shè)計了一種全新的礦石車，有效提高了礦石車的燃燒效率與使用壽命，為BHPIronOre公司節(jié)約了大量的成本。2.2可靠性設(shè)計方法的應(yīng)用。一般情況下，礦山開采的環(huán)境都比較惡劣，在這種環(huán)境下，礦山機(jī)械設(shè)備的工作效率會對礦山開采工程造成直接的影響。因此，在進(jìn)行礦山機(jī)械設(shè)計時，設(shè)計人員需要應(yīng)用可靠性設(shè)計方法，提高礦山機(jī)械的適用性，避免礦山機(jī)械設(shè)備受到環(huán)境的影響。在應(yīng)用可靠性設(shè)計方法時，設(shè)計人員需要全面考慮礦山機(jī)械的結(jié)構(gòu)尺寸、荷載參數(shù)以及強(qiáng)度參數(shù)等內(nèi)容，在保障礦山機(jī)械設(shè)備功能的基礎(chǔ)上，提高礦山機(jī)械的可靠性，為礦山開采人員提供安全保障。比如，在進(jìn)行礦井提升機(jī)的設(shè)計時，基于可靠性設(shè)計方法，設(shè)計人員需要對礦井提升機(jī)中的鋼絲繩進(jìn)行安全洗漱的評估，采用科學(xué)合理的設(shè)計方案提高鋼絲繩的可靠性。2.3計算機(jī)輔助設(shè)計方法的應(yīng)用。在礦山機(jī)械設(shè)計中，應(yīng)用最為廣泛的計算機(jī)輔助設(shè)計方法是CAD技術(shù)。在CAD技術(shù)的應(yīng)用工程中，包括分析、繪制與文檔制作等多個環(huán)節(jié)，能夠?qū)崿F(xiàn)礦山機(jī)械設(shè)計的一體化以及模塊化。與此同時，CAD技術(shù)還能夠與CAPP系統(tǒng)規(guī)劃工藝相結(jié)合，在NC編程的過程中，將礦山機(jī)械設(shè)計方案直接導(dǎo)入到計算機(jī)中，也就是講加工代碼直接輸送給NV機(jī)床加工中心，在很大程度上提高了礦山機(jī)械設(shè)計的效率，有助于設(shè)計和制造的有效銜接。具體的機(jī)械設(shè)計CAD圖紙如圖1所示。隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機(jī)輔助技術(shù)在礦山機(jī)械設(shè)計方面的應(yīng)用呈現(xiàn)出顯著的智能化趨勢，設(shè)計人員可以引用計算機(jī)輔助技術(shù)以及自動化技術(shù)，進(jìn)行智能機(jī)械系統(tǒng)的研發(fā)，能夠?qū)崿F(xiàn)動作控制以及信息采集，可以應(yīng)用于多種環(huán)境中，在環(huán)境惡劣的礦山開采工作中，可以提高礦山機(jī)械的工作效率，有助于礦山機(jī)械的可持續(xù)發(fā)展[2]。2.4環(huán)保設(shè)計方法的應(yīng)用。在現(xiàn)代設(shè)計方法中，環(huán)保設(shè)計方法是一種全新的方法，主要是為了響應(yīng)國家節(jié)能環(huán)保的號召提出的一種設(shè)計方法?；诃h(huán)保設(shè)計方法，設(shè)計人員需要將環(huán)保知識與機(jī)械設(shè)計相融合，樹立環(huán)保理念，設(shè)計環(huán)保礦山機(jī)械設(shè)備。一般來說，環(huán)保設(shè)計方法主要會應(yīng)用到數(shù)據(jù)管理技術(shù)、建模技術(shù)和評價技術(shù)，這三種現(xiàn)代技術(shù)可以有效實現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的環(huán)保性。為了貫徹落實節(jié)能環(huán)保觀念，工作人員需要將環(huán)保理念貫穿于礦山機(jī)械的生命全過程，從礦山機(jī)械的設(shè)計開始、到礦山機(jī)械的生產(chǎn)應(yīng)用、直到礦山機(jī)械的報廢回收，都需要注重節(jié)能環(huán)保。這樣不僅可以提高礦山企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，還能夠降低設(shè)備的能源損耗。在應(yīng)用環(huán)保設(shè)計方法進(jìn)行礦山機(jī)械的設(shè)計時，設(shè)計人員需要進(jìn)行環(huán)保設(shè)計的評價，應(yīng)用多種評價指標(biāo)保障礦山機(jī)械的環(huán)保性。具體的評價指標(biāo)如圖2所示。2.5有限元設(shè)計方法的應(yīng)用。在礦山機(jī)械設(shè)計中，有限元設(shè)計方法的可以進(jìn)行礦山機(jī)械的全面分析，能夠用于幾何形狀較為復(fù)雜，厚度差距較大或者邊界不規(guī)則對象的受力分析，還可以解決多種復(fù)雜礦山機(jī)械中存在的幾何非線性或者材料非線性等問題。由此可以看出，有限元設(shè)計方法可以應(yīng)用于礦山機(jī)械中復(fù)雜部件的設(shè)計。比如，在進(jìn)行挖掘機(jī)的動臂設(shè)計時，傳統(tǒng)的設(shè)計方法是將動臂看做是承受變形與彎曲的受力結(jié)構(gòu)，按照這種受力結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計分析時，會將動臂的應(yīng)力分析集中于危險節(jié)點(diǎn)中，并不能全面進(jìn)行動臂各個受力鋼結(jié)構(gòu)的受力分析。有限元設(shè)計方法可以實現(xiàn)動臂與斗桿的全方位應(yīng)力分析，SAP5程序可以在動臂與斗桿的最大受力狀態(tài)時，進(jìn)行應(yīng)力計算，了解每一個受力鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布狀況，從而提高動臂的質(zhì)量[3]。另外，有研究學(xué)者在破碎機(jī)的設(shè)計過程中應(yīng)用了有限元設(shè)計方法，對轉(zhuǎn)子前6階固有頻率和振型進(jìn)行了分析（分析結(jié)果如表1所示），根據(jù)分析的結(jié)果明確破碎機(jī)電動機(jī)的轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速為600r/min，為破碎機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行奠定了良好的基礎(chǔ)。

3結(jié)論

綜上所述，現(xiàn)代設(shè)計方法可以提高機(jī)械設(shè)計的有效性，實現(xiàn)設(shè)計與制造的一體化，需要進(jìn)行進(jìn)一步的推廣應(yīng)用。通過本文的分析可知，設(shè)計人員需要認(rèn)識到現(xiàn)代設(shè)計方法的優(yōu)勢，掌握并應(yīng)用多種現(xiàn)代設(shè)計方法進(jìn)行礦山機(jī)械設(shè)計，提高礦山機(jī)械設(shè)備的適用性、可靠性與環(huán)保性，為礦山開采活動的順利進(jìn)行奠定良好的基礎(chǔ)，促進(jìn)礦山企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。本文的分析仍舊存在不足之處，僅供參考。

參考文獻(xiàn)

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[3]高煥，劉瀟驍.分析現(xiàn)代設(shè)計理論和方法在煤礦機(jī)械設(shè)計中的應(yīng)用[J].煤炭技術(shù)，2013，32（05）：32~33.

作者:曹逸云 單位:湘電重型裝備有限公司車輛研究所