论现代设计方法在矿山机械设计中的应用

梁江锋

摘要：矿山开采行业是维护现代工业生产、社会经济运行的重要基础行业，矿山开采活动的质量和效率将会直接影响到工业生产和社会经济发展的质量和效率，机械设计领域针对矿山机械的研究始终没有停止。在现代社会经济发展的推动以及机械设计技术进步的支持下，现代机械设计方法、理念在矿山机械设计中的应用成为矿山机械设计领域发展的重要方向。文章立足矿山机械设计的实际，从现代设计方法的角度出发，结合矿山机械设计的实例，对现代设计方法在矿山机械设计中的应用进行简要论述。

关键词：现代设计方法;矿山机械设计;融入

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。

1 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;能够更多的体現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[1]。

2 现代设计方法概述

机械设计是人类进入到机械时代以来最为重要的基础工业设计形式之一，本质上是一种创新活动，这一活动的质量和效率将会对社会经济产生广泛而深远的影响。传统的机械设计是在大量经验和数据的积累基础上，围绕机械的功能目标而进行的主观智能活动，存在有较大的主观性和延续性。这种特性的存在让机械设计活动的效率始终不高，而且设计活动很大程度上沿袭了旧有的设计理念，形成了传统机械设计难以突破的桎梏。现代机械设计是对传统机械设计的一种革新，在传统机械设计的基础上将设计活动的经验和沿袭性上升到逻辑、理性和系统的层次，更加深刻的体现了机械设计的本质、揭示了人类的认识能力与反求设计创新的推演能力。在经过漫长的发展历程以后形成了以市场和需求为导向的创新、规划和决策模式，能够最大化的提升机械设计的适应性、实用性，并合理的规范创新设计的风险。当前普遍存在于机械设计领域的设计方法主要有优化设计、有限元法设计和可靠性设计等;还有一些新兴的现代设计方法和理论，如：创新设计、绿色设计、稳健性设计、概念设计、智能设计、并行设计、虚拟设计、数字化设计、动态设计、计算机仿真、计算机辅助设计等，这些设计方法的产生和应用必然能够推动矿山机械设备的技术水平和应用效率提升[2]。

3 现代设计方法在矿山机械设计中的应用

3.1 优化设计

优化设计是现代机械设计领域广泛应用的一种设计方法，最突出的特点就是能够从机械设计的整体出发，对机械设备小到简单零件、大到复杂整机的结构、参数、比功率和重量等内容进行优化，能够在不改变机械设备整体结构的前提条件下，最大限度的提升机械设备的运行效率。以BHPIron Ore 公司的矿石车更新计划为例，该公司2200 辆矿石车需要车体更新，如果只是简单的更新车辆将会是一笔巨大的支出，而与 Lynx Engi?neering 公司合作利用优化设计方法，针对该公司矿车的运用特点，对旧有车型的故障集中位置进行针对性分析，研制开发了一种新的车型，这种车型不仅在燃烧效率上更高，而且基本上保证了与原车的技术通用性，大大解决了人员培训和维护体系的重建费用，既满足了矿山企业的运行需要又节约了矿山机械的采购成本[3]。

3.2 有限元设计

有限元设计方法是一种十分有效的工程机械分析方法，可以对几何形状复杂、边界不规则、厚度不均匀的受力对象进行受力分析，同时能够解决各种复杂机械设备中的材料非线性、几何非线性的复杂问题。鉴于矿山机械结构复杂的特点，有限元这一设计方法在矿山机械设计中的应用有着极强的针对性。例如在挖掘机的动臂设计活动中，一直将动臂作为一种承受弯曲变形的受力结构来分析，这就导致实际的设计活动中动臂的应力分析只能集中在危险节点上，无法对动臂上的每一处受力钢结构进行受力分析。而如果借助有限元设计方法，对动臂和斗杆进行应力分析，用SAP5 程序在动臂和斗杆处于最大受力状态时进行计算，得到每块钢板的应力分布状况，可使问题得到很好的解决。

3.3 可靠性设计

矿山机械的运行环境是比较恶劣的，矿山机械设备在恶劣环境下的运行质量和运行效率会对矿山开采活动产生极大的影响，因此在矿山机械的设计活动中可靠性设计是一种必不可少的设计方法。在设计过程中设计人员要充分考虑到矿山机械运行环境可能会对矿山机械造成的消极影响，并针对这些消极影响的作用机制在矿山机械设计的强度、载荷、结构尺寸等方面做足功课，切实保证这些设备能够满足矿山机械设备运行中的功能需求，保证矿山机械设备的可靠性，保护矿山工作人员和财产的安全。以矿井提升机为例，这一机械设备会对工作人员的生命财产安全产生直接的影响，设计人员依据可靠性设计原理对矿井提升钢丝绳安全系数做可靠性的评估研究，建立了钢丝绳可靠性设计的理论方法[4]。

3.4 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]。

4 结语

矿山机械设计是对矿山开采活动产生直接影响的机械设计活动，其质量和效率甚至会蔓延到社会经济活动中，而现代机械设计方法和理念是提升矿山机械设计质量和效率的重要途径，只有将现代社会技术环境下产生的设计方法和理念融入到矿山机械设计中去，才能保证以此为依据设计的矿山机械能够适应矿山开采实际、矿山企业发展需求实际和社会经济发展实际。

参考文献：

[1] 朱艳敏. 浅谈现代设计技术方法在矿山机械设计中应用[J]. 科技创新与应用，2014（33）：295.

[2] 匡兵，孙永厚. 现代设计方法在机械设计制造及其自动化专业教学中的应用[J]. 科技视界，2014（29）：180，175.

[3] 李世旭，鞠鹏，王建，等.DFMEA 在矿山机械设计中的应用策略研究[J]. 煤矿机械，2011（5）：175-177.

[4] 张付祥，李文忠. 现代设计方法在机械学科本科毕业设计中的应用[J]. 中国现代教育装备，2011（11）：85-87.

[5] 白晓虎，张祖立，辛明金. 现代设计方法在机械类专业毕业设计中的应用[J]. 中国现代教育装备，2008（9）：25-26.

（作者身份证号码：410328198802019535）