现代机械设计方法在矿山机械设计中的应用探讨

现代机械设计方法在矿山机械设计中的应用探讨

黄涛

大冶有色金属责任有限公司 湖北黄石 435005

摘要：现代设计方法是根据实际产品的需要和用户的要求，运用现代科学技术方法，包括数学、电子、计算机等领域的方法技术，确定生产产品的技术方案，然后付诸实践的方法，强调设计者综合运用现代科学技术的能力，以及所具有的逻辑思维和理性思维。本文阐述了矿山机械设计中所采用的典型现代设计方法和理论，指出了现代设计方法在矿山机械设计中的重要作用和应用前景。

关键词：现代设计方法；矿山机械；

前言

矿山机械在矿业生产中占有重要地位，其质量与性能直接关系到矿业的经济成本与经济效益，也关系到矿山的生产安全，因此，提高矿业机械的质量与性能，不仅要提高其加工制造水平、维修保养水平，更重要的是要提高设计水平，采用先进的设计方法。伴随着现代科技的发展，机械设计方法也在不断地更新和完善，如果设计者不能适应时代潮流，墨守成规，就无法设计出性能优良的机械，也无法保证其质量。自80年代以来.我国矿山机械的研究与开发过程中.也开始采用各种新的现代设计方法，如有限元分析、优化设计等.已为广大设计师所熟悉，并逐渐在矿山机械中得到应用。近几年，新出现的现代设计方法也逐渐进入了人们的视野，被设计师采用

1现代设计理论和方法概述

1.1现代设计理论方法和传统设计的区别

近代设计理论方法是科学发展的结晶，涉及经济、社会学和自然学等多个学科。在科技飞速发展的今天，设计越来越凸显其重要性，对于矿山机械设备设计者来说，掌握新的设计理念，采用新的设计辅助工具，运用新的设计方法和技术，都是十分重要的。由于传统设计对经验和数据的依赖程度较大，传统设计方法缺乏科学性、系统性、正确性和稳定性。

1.2现代设计理论与方法的特点

近代设计理论与方法是社会与科学互动、融合多学科知识的结晶。其现代设计理论和方法的特点可以概括为：智能化、信息化、数字化、科学化和一体化。

2现代设计理论和方法在矿山机械设计中的应用

2.1计算机辅助设计的应用

2.1.1模块化设计

矿山机械设备的设计不是一成不变的，它涉及到很多方面，需要进行模块化设计。一般来说，设计者是按照设备的功能进行模块划分，然后利用计算机辅助设计技术对设备进行分区设计，同时保存稳定的模块。通过这种方法，在短时间内实现了设计初稿，不仅提高了工作效率，而且提高了机械设备的设计精度，减少了技术误差，从而提高了设备的互换性和模块性。

2.1.2系统化设计

将现代设计理论与方法应用于矿山机械设计，就是建立合适的数学模型，利用计算机辅助设计技术，利用经验和数据，采用先进科学的方法对矿山机械设备进行分析设计。对矿山机械设备进行系统化分析设计，能真实反映设备在实际运行中的运行状况和受力情况，进一步提高设备投入使用后的稳定性、安全性和有效性。

将 CAD技术应用于机械设计中，可以达到机械设计与运行一体化的效果，减少了设计与实际操作效果不一致的现象。目前大多数矿山机械上都有故障检测器，但故障检测器只能在产品生产或运行后才能检测到，如果采用计算机辅助设计，可实现并行设计，将产品设计与生产过程集成为一个系统，从而提高机械设计的生产效率。

2.2优化设计的应用

优化设计是以现代设计理论和方法为指导，以经济发展为目标，既能保证矿山机械设备的性能和可靠性，又能适当缩小设备的体积，降低设备成本，因此，优化设计是矿山机械设备设计的必由之路。

2.3模拟设计

一般矿山机械研发周期长.生产制造成本高.工作环境复杂恶劣.因此设计时应充分考虑各方面因素，一旦经试验后发现有重大缺陷.必然会造成大量的人力、物力浪费.同时也会给企业带来巨大的经济损失.模拟设计就很好地解决了这一问题.模拟设计采用矿山机械的模型来模拟.通过提供机械工作环境的参数来模拟机器在实际工作中的工作状态.从来都能获得其运动学和动力学特性，经过不断改进后得到机械产品的最佳设计.模拟设计后的产品可大大减少不必要的浪费.缩短甚至取消试制。

2.4有限元法设计的应用

FEA分析是用软件对真实物体建模后进行模拟分析，从而获得真实物体无法测量的数据。该方法能对复杂几何形状、边界不规则等目标的受力情况进行非线性分析，并能解决复杂的非线性问题.利用有限元法可对矿山机械复杂的受力情况进行非线性分析，得到接近实际的结果。举例来说，挖掘机的动臂和斗杆在设计过程中，仅采用了工程计算方法，并未充分考虑其结构和受力的复杂性，最危险截面只能根据曲梁简单地确定。而且得不到每一个部分的力通过有限元分析，可获得动臂和斗杆各部分在各工况下的受力情况。

2.5创新环保设计的应用

创新与环保是现代设计理论与方法的重要内容。创意设计要求设计者充分利用以往的经验和材料，运用创造性思维来设计新的技术过程。创意设计不仅要弥补原设计的不足，更要推动产业的进步与发展。环境保护设计主要是提高矿山机械设备的使用效率、延长使用寿命、减少环境污染等方面的要求。

2.6智能化设计的应用

智能化设计就是利用现代信息技术和计算机技术，把传感器、控制器和执行机构集成起来.并实现各种功能，如结构的监测和自我诊断维修.智能设计不仅可以提高系统的安全性能，还可以降低机械重量，减少人力操作成本。21世纪后，以信息化为时代标志，各领域都十分重视智能化的应用，矿山机械产品希望获得更多的认可，实现高效益，因此必须将智能化技术应用于矿山机械产品的设计。在这些技术中，机器人技术得到了广泛应用，它可以代替人力从事艰苦的挖掘工作.并且可以进入人力无法到达或非常危险的地方(如矿山)，减少不必要的伤亡，还可以提高工作效率。还有。随著电子信息技术的发展，可控芯片技术和程控技术也大量应用于矿山机械。它们在机车监控系统中起着核心作用

2.7小型化设计的应用

机械设备的设计效果取决于其实用性以及适应性，根据不同矿山现有地质条件及采场现状，现代机械设计要与使用方充分结合。目前大部分矿山均为井下作业，作业通道及作业面空间的限制将大为影响机械设备的设计及使用，通过现有机械设备的改造、借鉴，小型化、智能化机械设备的设计及研发将更为适应矿山生产安全需要，将有效提高进行采矿效率。

2.8可靠化设计的应用

由于机械设备的可靠性取决于设计阶段，所以在现代设计理论和方法中，设计的优劣直接影响到机械设备的可靠性，现代设计理论和方法也是如此。矿井机械设备可靠性设计包括机械需求和相应零件数据两个定量指标，根据这两个指标建立设备模型，进行定量统计，多次进行分析，最后得出设备可靠性指标。有效地运用现代设计理论和方法，能大大提高矿山机械设计的稳定性、先进性和可靠性。同时，社会和科技的不断进步也要求机械设计者在设计理念上不断创新，以促进我国矿业的发展与进步。

结语

计算机技术的广泛应用是现代设计理论和方法的两大特征，一是它的广泛应用；电脑技术的高速发展和应用，给人们的生活带来了质的飞跃，不仅提高了设计效率，丰富了设计手段，也促进了企业组织形式的变革，提高了企业管理水平。二是多学科交叉应用。近代设计理论方法是现代设计方法学、有限元法和计算机复杂设计技术相互影响的产物。举例来说，机械可靠性设计不仅包括产品的生产步骤，产品的运输环节，而且还包括概率统计，机械学等相关知识。与传统设计理论相比，现代设计理论和方法更加科学、全面、系统，将其应用于矿山机械装备中，能大大提高装备的可靠性、安全性和稳定性，促进矿山工业的可持续发展。

参考文献

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[2]刘现伟.产品智能化下的现代机械设计方法及其应用[J].电子制作，2016

[3]王新.矿山机械设计中现代设计方法的运用分析[J].河北农机,2018(05):39-40.