分析現(xiàn)代設計理論和方法在煤礦機械設計中的應用

1、收稿日期:20120606修訂日期:20130118作者簡介:高煥（1963），女，陜西興平人，講師，研究方向：機電一體化。0前言煤礦機械是代替人力在井下進行工作的主要機械，其性能與質(zhì)量的優(yōu)劣直接導致了工作效率的高低。隨著科技的不斷發(fā)展與進步，各種科學技術都逐漸融入了煤礦機械設計中，讓煤礦機械大范圍的代替了人力勞動，同時，生產(chǎn)效率也大幅度提升[1]。1現(xiàn)代設計理論與方法1.1現(xiàn)代設計理論現(xiàn)代設計主要是指現(xiàn)代主義設計，也指功能主義設計、技

2、術設計、機器藝術等。對于目前的現(xiàn)代設計主要指的是將現(xiàn)代的科學技術融入到設計中，讓其發(fā)揮現(xiàn)代氣息。1.2計算機技術目前主要的科技都是由計算機這一載體進行的，計算機技術也廣泛地應用到了各行各業(yè)中，使機械設計出現(xiàn)了質(zhì)的變化。通過計算機技術能夠將目前提倡的可靠性設計、有限元法、工業(yè)設計、綠色環(huán)保設計等理念進行融合與發(fā)展，再通過計算機輔助設計技術將其應用到現(xiàn)代機械設計中，實現(xiàn)優(yōu)勢互補與資源共享，促進社會的可持續(xù)發(fā)展[2]。2現(xiàn)代設計理論與方法在煤

3、礦機械設計中的應用2.1三維CAD技術2.1.1三維CAD技術在煤礦機械設計中應用的優(yōu)點（1）大幅度縮短設計周期與傳統(tǒng)的二維CAD技術相比，三維CAD技術能夠縮短機械設計周期大約13左右，大幅度的提高了設計效率與周期。（2）設計更加快速、方便傳統(tǒng)的CAD系統(tǒng)只能將零構件進行單獨的設計，在設計完畢后，很多零構件與相鄰的零構件都無法做到精準裝配。（3）設計修改簡單使用三維CAD系統(tǒng)進行設計過程中能夠在環(huán)境查找器中方便的找出每一步的設計命令，

4、點擊這些命令就能夠直接對設計進行修改，十分的簡單快捷。2.1.2三維CAD技術在煤礦機械設計中的應用煤礦機械設計過程中直接利用三維CAD系統(tǒng)的模塊化設計，首先我們開始建立一個三維的實心體模塊，然后通過對基本的實心體進行并集、差集、交集等布爾運算，能夠方便的組合出我們需要的零構件模型。然后再通過抽殼處理，就能夠自動生成薄壁體，對薄壁體進行拉伸、移動、平移、刪除等讓實心體模型更加完善。將完善后的煤礦機械圖進行Solview命令或者是Sil－

5、draw命令實現(xiàn)該機械圖的正交投影圖、斜視圖、剖視圖。2.2可靠性機械設計（1）依靠計算機輔助可靠性設計與常規(guī)設計差不多，都需要對設計過第32卷第5期2013年5期煤炭技術CoalTechnologyVol.32No.05May2013分析現(xiàn)代設計理論和方法在煤礦機械設計中的應用高煥1，劉瀟驍2（1.四川建筑職業(yè)技術學院機電系，四川德陽618000；2.華北水利水電學院機械學院，鄭州450000）摘要:隨著社會的不斷發(fā)展與進步，人們對能

6、源的需求越來越大，特別是煤礦方面能源，隨著開采時間的不斷增長，煤礦的開采量日益增多。人們對于煤礦機械方面的要求也逐漸增高，操作簡單、適用面廣、功能齊全、人機工程各方面要求等。文章就基于現(xiàn)代設計理論分析其在煤礦機械設計中的應用，同時指出其在煤礦機械設計中的應用前景。關鍵詞:CAD技術；有限元法；綠色設計；人機工程；煤礦機械設計中圖分類號:TD40文獻標識碼:A文章編號:10088725（2013）05003202AnalysisofMod

7、ernDesignTheyMethodsinDesignofCoalMineMachineryGAOHuan1LIUXiaoxiao2（1.SichuanBuildingVocationalTechnologyCollegeDeyang618000China2.MechanicalCollegeNthChinaInstituteofWaterResourcesHyowerZhengzhou450000China）Abstract:Wit

8、hthecontinuousdevelopmentprogressofthesocietythedemfenergyisgrowingespeciallycoalenergyminingtimegrowingtheamountofcoalminingincreasingnumber.Requirementsfcoalminemachinerywasgraduallyincreasedsimpleoperationapplicableto

9、awiderangeoffullfeaturedergonomicrequirements.Inthispaperbasedonmoderndesigntheytoanalyzetheapplicationinthedesignofcoalminemachineryalsopointedouttheprospectsofitsapplicationinthedesignofcoalminemachinery.Keywds:CADfini

10、teelementmethodgreendesignergonomicscoalminemachinerydesign程中的極限狀態(tài)進行分析求解，但是常規(guī)的極限狀態(tài)主要是確定的量，而可靠性設計中的極限狀態(tài)主要是變量，因此，對于可靠性設計必須依靠計算機輔助系統(tǒng)進行計算。（2）設計更加合理常規(guī)的設計一般都是要多設計一些尺寸，以便防止設計出來后，尺寸有所變化而不能成為配套產(chǎn)品，但是可靠性設計則能夠做到恰如其分的設計，對于原材料、設計時間、加工

11、時間來看無疑是節(jié)約了成本[3]。2.3有限元法有限元法主要是指以計算機作為輔助工具來進行現(xiàn)代數(shù)值計算的一種方法，其主要是將復雜、無限個質(zhì)點的連續(xù)彈性體簡化為有限個單元組成的集合體，然后對這些集合體進行求解，再將各個單元拼合成離散的結構物，來代替原來的連續(xù)彈性體。煤礦機械大部分都需要承受各種力的變化，其復雜性不言而喻，因此，我們采用有限元法來對其進行分析，能夠比較輕松簡便的分析出其應力分布狀態(tài)，直視煤礦機械中的薄弱環(huán)節(jié)，做到針對性的設計。

12、2.4機械產(chǎn)品參數(shù)優(yōu)化設計優(yōu)化設計主要指的是將常規(guī)的設計方法、設計周期、理論等按照工程設計問題的需要轉化為數(shù)學模型，然后再根據(jù)實際的優(yōu)化技術與計算機技術在眾多的設計方案中找到最適合的設計方案。在進行參數(shù)化優(yōu)化設計的過程中，必須遵循以下幾個原則。①優(yōu)化分解原則；②先試探再離散原則；③逐步優(yōu)化原則。2.5綠色環(huán)保設計2.5.1煤礦機械綠色設計在設計開始之前，必須考慮到以下的幾個內(nèi)容：①煤礦機綠色設計建模；②煤礦機械材料的選擇；③煤礦機械產(chǎn)品

13、的可拆卸性；④煤礦機械產(chǎn)品的可回收性；⑤煤礦機械產(chǎn)品的成本設計；⑥煤礦機械產(chǎn)品使用的安全保護設計。2.5.2煤礦機械綠色設計方法傳統(tǒng)的設計方法從設計到產(chǎn)品是“從搖籃到墳墓”的過程，而綠色環(huán)保設計是“從搖籃到再現(xiàn)”的全過程控制。其主要是以現(xiàn)代高科技技術為基礎，再以系統(tǒng)工程思想為指導，以產(chǎn)品的生命周期為保障，集合現(xiàn)代工程設計方法為一體的設計方法。2.6人機工程學設計2.6.1人機工程學設計理論人機工程學設計主要指的是以人機工程學作為設計基礎

14、面向人的一種人性化產(chǎn)品設計技術。從目前大部分的設計中我們都能看出，越來越趨向于智能化、人機工程化，煤礦機械長期在礦井下面進行施工，操作人員會因為操作環(huán)境因子的變化而產(chǎn)生一系列的情緒，而人機工程設計能夠從一定程度上改善這些環(huán)境因子。2.6.2人機工程學設計在煤礦機械設計中的應用煤礦機械人性化的設計應該遵循人機界面學、產(chǎn)品語言學、造型美學、環(huán)境舒適學、工程技術學等基本原則，再從人體測量數(shù)據(jù)、人機交互界面、煤礦機械本身（噪聲、舒適度、燈光、通

15、氣）、機械美觀等方面進行設計。通過系統(tǒng)的最佳選擇、最佳設計等手段，使人與機械設備之間相互適應，功能分配合理，操作舒適，人機界面清楚明了，和諧的人機操作環(huán)境系統(tǒng)。2.7虛擬樣機技術2.7.1虛擬樣機技術概念虛擬樣機技術是一種基于虛擬樣機的數(shù)字化設計方法，是各個行業(yè)領域CAxDFx技術的綜合發(fā)展與延伸。其融合了目前先進的建模仿真技術、現(xiàn)代信息技術、先進的設計制造技術、先進的設備管理技術，并將這些技術融入于復雜產(chǎn)品的生命周期。2.7.2虛擬樣

16、機技術在煤礦機械設計中的應用虛擬樣機技術在煤礦機械設計中應用主要有以下的4個環(huán)節(jié)：實體造型環(huán)節(jié)、強度分析環(huán)節(jié)、動力學分析環(huán)節(jié)、疲勞度分析環(huán)節(jié)。這四個環(huán)節(jié)是一環(huán)緊跟一環(huán)，之間相互支持，相互依托。實體造型環(huán)節(jié)：這個環(huán)節(jié)是采用上文中的三維CAD技術實現(xiàn)的。強度分析環(huán)節(jié)：這一個環(huán)節(jié)主要是要結合煤礦機械的工作內(nèi)容而定，針對不同的工作內(nèi)容采取不同的機械材料。動力學分析環(huán)節(jié)：這一環(huán)節(jié)能夠評估結構的動力特性，比如在煤礦機械搖臂上面安裝旋轉滾筒，能夠避免

17、過分的振動。疲勞度分析：這一環(huán)節(jié)主要是根據(jù)產(chǎn)品的幾何受載與材料的選擇來預測產(chǎn)品所能夠承受的應力與位移，從這些方面來判斷機械的生命周期，對于這部分的材料可以在設計的過程中給予照顧性的考慮。3現(xiàn)代設計理論與方法前景展望從以上內(nèi)容我們可以明確得知，要想把現(xiàn)代設計理論與方法應用到煤礦機械設計中來，必須依靠強大的計算機軟件、硬件的支持。隨著科技的日益發(fā)展，計算機軟件與硬件的普及率大幅度提升，這為現(xiàn)代設計理論與方法融入到煤礦機械設計中提供了廣闊的發(fā)

18、展空間?；谀壳暗陌l(fā)展與需求，我們必須客觀的分析現(xiàn)代設計理念，再將其合理的融入到煤礦機械設計中，讓其更好的為人民服務。參考文獻：[1]魏軍英李士陽.現(xiàn)代設計理論和方法在煤礦機械設計中的應用[J].煤礦機械200728(4):2324.[2]王其芳.三維CAD技術對機械設計的影響[J].煤礦機械200728(4):9496.[3]王其芳.CAD三維技術在機械設計中的應用[J].煤礦機械200728(3):8587.[4]季曄賈現(xiàn)召張步斌.