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浅析现代设计理论和方法在煤矿机械设计中的应用研究

朱黎明
摘 要：现代设计理论与方法相比传统设计具有更高的科学性、先进性与可靠性，在煤矿机械设计中融入现代设计具有重要意义。本文在简要阐述现代设计内涵的基础上具体分析了现代设计中的计算机辅助设计、优化设计、有限元法设计等方法，希望为煤矿机械设计更好的发展提供一定帮助。
关键词：现代设计 煤矿 机械设计
0引言
煤矿机械是现代机械设备中的重要构成部分，煤矿开采在社会经济中发挥的基础性作用无法替代，煤矿机械的设计效率与设计水平直接决定了矿山开采行业的发展。目前我国的煤矿机械设计中存在的单一、僵化的问题十分普遍，煤矿机械设计中急需采用现代设计理念与方法，从而提升煤矿机械设计水平，使煤矿企业更好的满足矿产开采的实际需求。
1现代设计理论与方法概述
机械设计作为最重要的基础工艺设计形式之一，其效率和质量直接影响社会经济的发展水平。传统机械设计的主观性和延续性较强，限制了设计活动的效率提升。现代机械设计是设计领域的一项巨大革新，它突破传统的设计理念，将以往设计的沿袭性和经验性转变为更高的逻辑性、理性与系统性。现代设计更为深刻的体现了机械设计的内涵，它以市场和需求为主导，能有效提升设计的实用性、合理性与规范性。
2煤矿机械设计中应用现代设计的必要性
矿产资源的有限性决定了对矿产资源的开发和利用必须具备更高的科学性与合理性。随着经济活动范围的开展与工农业生产实际需求的提升，对矿产资源的挖掘和开发成为了关乎国民经济发展的一项重要任务。矿产开发工作正日益朝着生态性、环保性以及可持续的方向发展，这对煤矿机械设备提出了更高要求，煤矿机械设计不仅要满足现代矿山开采与企业自身发展的需求，更应适应当今社会的经济发展模式与可持续发展形势。传统设计理念与设计方法急需得到改进和更新，基于此背景，煤矿机械设计中引进先进的现代设计方法是必然的发展趋势。
3现代设计在煤矿机械设计中的应用
3.1计算机辅助设计
计算机辅助设计即CAD，该技术依托计算机软件系统为设计人员的煤矿机械设计提供辅助功能，计算机辅助设计带来的便利性是其他技术无法替代的，并且该技术令煤矿机械的模块性、并行性和系统性有效提升。其中模块化设计指的是利用计算机软件分区设计煤矿机械，由于模块通常较为稳定，不易变动，从而可以确保机械设计的高精度，提高工作效率。系统化设计借助数学模型，基于以往的试验数据，利用科学的计算方法分析煤矿机械系统的预期工作水平，通过对实际工作时的机械受力情况与运行情况的准确反映，工作人员可以更加全面的对煤矿机械设计的全过程进行把握。并行设计令产品设计过程与实际运营情况融为一体，减少了设计不符合实际效果的情况。例如目前煤矿机械设备上安装的故障检测装置往往只能在投入生产并实际应用后才可以发现故障，而计算机辅助设计中的并行技术可以在故障检测装置的设计阶段便对其进行系统化分析与设计，提高机械设计的实用性和可靠性。
3.2有限元法设计
有限元是一种求解力学以及其他物理问题的数值方法，其原理是对有限个单元进行分片插值，针对复杂的几何形状，边界不规则或是厚度不均匀的受力对象，有限元法设计可以有效对其进行受力分析，非线性的材料或是非线性的几何形状也可以得到很好的解决。煤矿机械设备的工作性质决定了其面临复杂的受力情况，例如电动挖掘机的移动臂以及斗杆等的受力十分复杂，常规的力学理论很难完整分析其受力情况，而有限元法设计可以有效解决受力分析的问题。
3.3优化设计
现代设计的重要内容之一便是实现设计的优化，优化设计充分体现了现代设计的经济性。优化设计是在保证机械设备性能与质量良好的基础上令产品的体积尽可能缩小，生产成本尽可能降低，煤矿所需的机械设备通常体积庞大，投入成本高，根据相关研究数据，采用优化设计方法可以使煤矿机械设备的体积和质量各自减少12%-15%，从而显著降低煤矿机械设备生产成本。
3.4可靠性设计
煤矿机械设备的可靠性直接很大程度上由设计阶段的工作水平决定。可靠性设计的实行首先要明确设备涉及的定量指标，同时收集零部件数据，并基于数据构建数学模型对其进行定量计算，通过反复的分析与验证确保设备在实际应用中具有高度可靠性。
3.5智能化设计
现代设计中的智能化设计即智能工程，依托不同种类的控制器、传感器等高科技辅助设备，令煤矿机械设备具有较高的自动运作、自行检测水平。由于煤矿开采挖掘不可避免的具有一定危险性，将智能化设计运用到煤矿机械设备中可以在保障生产正常进行的同时提高安全性，减少不必要的人员伤亡或是设备损失。目前煤矿开采领域中已经较为广泛应用的智能机器人以及红外技术都是智能工程的体现。
3.6创新环保设计
任何设计都离不开创新这一灵魂，煤矿机械设备的设计和生产同样如此。创新设计是在可行的已知事物的基础上借助创造性思维，构造前所未有的技術。创新设计既可以完善原有设计的不足之处，更是煤矿产业发展与进步的关键。环保是当今社会发展极为重要的元素之一，煤矿开采挖掘对环境造成的污染不容忽视，将环保设计应用到煤矿机械设备的设计中是社会发展的必然趋势，环保设计可以促进机械使用寿命的延长以及使用效率的提高，并且能降低煤矿开采对环境的
影响。
4现代设计应用于煤矿机械的发展前景
现代设计的应用需要借助功能强大的计算机软件与硬件的支持，近年来计算机硬件成本呈现不断降低的趋势，诸如工程数据库以及知识库等软件的发展为现代设计创造了更大的发展条件。煤矿机械设备研发人员应重视现代设计理论知识的掌握与实践经验的丰富。未来计算机辅助设计必将实现更为广泛的应用，借助CAD/CAM一体化技术，煤矿机械设备在提高技术效益的同时也可以收获更高的经济效益。
5结语
现代机械设计是提升煤矿机械设计水平的有效途径，基于现代设计理念所涉及的矿山机械能更好的适应煤矿开采、企业自身发展以及社会经济发展的实际需求。相关设计人员应在客观认识现代设计的基础上将其合理的融入到煤矿机械设计中，使煤矿机械设备更好的服务于矿山开采工作。
参考文献：
[1] 魏军英， 李士阳. 现代设计理论和方法在煤矿机械设计中的应用[J]. 煤矿机械， 2007， 28（4）：23-24.
[2] 许艺萍， 张新民. 现代设计理论方法在机械系统设计中的应用[J]. 机械研究与应用， 2010（5）：152-154.
[3] 赵云波. 机械设计在现代设计中的应用研究与实验分析[J]. 煤矿开采， 2014.

-全文完-