分析現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法在煤礦機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

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

2、術(shù)設(shè)計(jì)、機(jī)器藝術(shù)等。對(duì)于目前的現(xiàn)代設(shè)計(jì)主要指的是將現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)融入到設(shè)計(jì)中，讓其發(fā)揮現(xiàn)代氣息。1.2計(jì)算機(jī)技術(shù)目前主要的科技都是由計(jì)算機(jī)這一載體進(jìn)行的，計(jì)算機(jī)技術(shù)也廣泛地應(yīng)用到了各行各業(yè)中，使機(jī)械設(shè)計(jì)出現(xiàn)了質(zhì)的變化。通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)能夠?qū)⒛壳疤岢目煽啃栽O(shè)計(jì)、有限元法、工業(yè)設(shè)計(jì)、綠色環(huán)保設(shè)計(jì)等理念進(jìn)行融合與發(fā)展，再通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)將其應(yīng)用到現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)中，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)與資源共享，促進(jìn)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展[2]。2現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法在煤

3、礦機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用2.1三維CAD技術(shù)2.1.1三維CAD技術(shù)在煤礦機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)（1）大幅度縮短設(shè)計(jì)周期與傳統(tǒng)的二維CAD技術(shù)相比，三維CAD技術(shù)能夠縮短機(jī)械設(shè)計(jì)周期大約13左右，大幅度的提高了設(shè)計(jì)效率與周期。（2）設(shè)計(jì)更加快速、方便傳統(tǒng)的CAD系統(tǒng)只能將零構(gòu)件進(jìn)行單獨(dú)的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)完畢后，很多零構(gòu)件與相鄰的零構(gòu)件都無(wú)法做到精準(zhǔn)裝配。（3）設(shè)計(jì)修改簡(jiǎn)單使用三維CAD系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中能夠在環(huán)境查找器中方便的找出每一步的設(shè)計(jì)命令，

4、點(diǎn)擊這些命令就能夠直接對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行修改，十分的簡(jiǎn)單快捷。2.1.2三維CAD技術(shù)在煤礦機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用煤礦機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程中直接利用三維CAD系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)，首先我們開(kāi)始建立一個(gè)三維的實(shí)心體模塊，然后通過(guò)對(duì)基本的實(shí)心體進(jìn)行并集、差集、交集等布爾運(yùn)算，能夠方便的組合出我們需要的零構(gòu)件模型。然后再通過(guò)抽殼處理，就能夠自動(dòng)生成薄壁體，對(duì)薄壁體進(jìn)行拉伸、移動(dòng)、平移、刪除等讓實(shí)心體模型更加完善。將完善后的煤礦機(jī)械圖進(jìn)行Solview命令或者是Sil－

5、draw命令實(shí)現(xiàn)該機(jī)械圖的正交投影圖、斜視圖、剖視圖。2.2可靠性機(jī)械設(shè)計(jì)（1）依靠計(jì)算機(jī)輔助可靠性設(shè)計(jì)與常規(guī)設(shè)計(jì)差不多，都需要對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)第32卷第5期2013年5期煤炭技術(shù)CoalTechnologyVol.32No.05May2013分析現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法在煤礦機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用高煥1，劉瀟驍2（1.四川建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電系，四川德陽(yáng)618000；2.華北水利水電學(xué)院機(jī)械學(xué)院，鄭州450000）摘要:隨著社會(huì)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，人們對(duì)能

6、源的需求越來(lái)越大，特別是煤礦方面能源，隨著開(kāi)采時(shí)間的不斷增長(zhǎng)，煤礦的開(kāi)采量日益增多。人們對(duì)于煤礦機(jī)械方面的要求也逐漸增高，操作簡(jiǎn)單、適用面廣、功能齊全、人機(jī)工程各方面要求等。文章就基于現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論分析其在煤礦機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，同時(shí)指出其在煤礦機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞:CAD技術(shù)；有限元法；綠色設(shè)計(jì)；人機(jī)工程；煤礦機(jī)械設(shè)計(jì)中圖分類(lèi)號(hào):TD40文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):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(jìn)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(shè)計(jì)中的極限狀態(tài)主要是變量，因此，對(duì)于可靠性設(shè)計(jì)必須依靠計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算。（2）設(shè)計(jì)更加合理常規(guī)的設(shè)計(jì)一般都是要多設(shè)計(jì)一些尺寸，以便防止設(shè)計(jì)出來(lái)后，尺寸有所變化而不能成為配套產(chǎn)品，但是可靠性設(shè)計(jì)則能夠做到恰如其分的設(shè)計(jì)，對(duì)于原材料、設(shè)計(jì)時(shí)間、加工

11、時(shí)間來(lái)看無(wú)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(jì)算機(jī)作為輔助工具來(lái)進(jìn)行現(xiàn)代數(shù)值計(jì)算的一種方法，其主要是將復(fù)雜、無(wú)限個(gè)質(zhì)點(diǎn)的連續(xù)彈性體簡(jiǎn)化為有限個(gè)單元組成的集合體，然后對(duì)這些集合體進(jìn)行求解，再將各個(gè)單元拼合成離散的結(jié)構(gòu)物，來(lái)代替原來(lái)的連續(xù)彈性體。煤礦機(jī)械大部分都需要承受各種力的變化，其復(fù)雜性不言而喻，因此，我們采用有限元法來(lái)對(duì)其進(jìn)行分析，能夠比較輕松簡(jiǎn)便的分析出其應(yīng)力分布狀態(tài)，直視煤礦機(jī)械中的薄弱環(huán)節(jié)，做到針對(duì)性的設(shè)計(jì)。

12、2.4機(jī)械產(chǎn)品參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)主要指的是將常規(guī)的設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)周期、理論等按照工程設(shè)計(jì)問(wèn)題的需要轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型，然后再根據(jù)實(shí)際的優(yōu)化技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)在眾多的設(shè)計(jì)方案中找到最適合的設(shè)計(jì)方案。在進(jìn)行參數(shù)化優(yōu)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，必須遵循以下幾個(gè)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(shè)計(jì)2.5.1煤礦機(jī)械綠色設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)開(kāi)始之前，必須考慮到以下的幾個(gè)內(nèi)容：①煤礦機(jī)綠色設(shè)計(jì)建模；②煤礦機(jī)械材料的選擇；③煤礦機(jī)械產(chǎn)品

13、的可拆卸性；④煤礦機(jī)械產(chǎn)品的可回收性；⑤煤礦機(jī)械產(chǎn)品的成本設(shè)計(jì)；⑥煤礦機(jī)械產(chǎn)品使用的安全保護(hù)設(shè)計(jì)。2.5.2煤礦機(jī)械綠色設(shè)計(jì)方法傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法從設(shè)計(jì)到產(chǎn)品是“從搖籃到墳?zāi)埂钡倪^(guò)程，而綠色環(huán)保設(shè)計(jì)是“從搖籃到再現(xiàn)”的全過(guò)程控制。其主要是以現(xiàn)代高科技技術(shù)為基礎(chǔ)，再以系統(tǒng)工程思想為指導(dǎo)，以產(chǎn)品的生命周期為保障，集合現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)方法為一體的設(shè)計(jì)方法。2.6人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)2.6.1人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)理論人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)主要指的是以人機(jī)工程學(xué)作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)

14、面向人的一種人性化產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)。從目前大部分的設(shè)計(jì)中我們都能看出，越來(lái)越趨向于智能化、人機(jī)工程化，煤礦機(jī)械長(zhǎng)期在礦井下面進(jìn)行施工，操作人員會(huì)因?yàn)椴僮鳝h(huán)境因子的變化而產(chǎn)生一系列的情緒，而人機(jī)工程設(shè)計(jì)能夠從一定程度上改善這些環(huán)境因子。2.6.2人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)在煤礦機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用煤礦機(jī)械人性化的設(shè)計(jì)應(yīng)該遵循人機(jī)界面學(xué)、產(chǎn)品語(yǔ)言學(xué)、造型美學(xué)、環(huán)境舒適學(xué)、工程技術(shù)學(xué)等基本原則，再?gòu)娜梭w測(cè)量數(shù)據(jù)、人機(jī)交互界面、煤礦機(jī)械本身（噪聲、舒適度、燈光、通

15、氣）、機(jī)械美觀等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)系統(tǒng)的最佳選擇、最佳設(shè)計(jì)等手段，使人與機(jī)械設(shè)備之間相互適應(yīng)，功能分配合理，操作舒適，人機(jī)界面清楚明了，和諧的人機(jī)操作環(huán)境系統(tǒng)。2.7虛擬樣機(jī)技術(shù)2.7.1虛擬樣機(jī)技術(shù)概念虛擬樣機(jī)技術(shù)是一種基于虛擬樣機(jī)的數(shù)字化設(shè)計(jì)方法，是各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域CAxDFx技術(shù)的綜合發(fā)展與延伸。其融合了目前先進(jìn)的建模仿真技術(shù)、現(xiàn)代信息技術(shù)、先進(jìn)的設(shè)計(jì)制造技術(shù)、先進(jìn)的設(shè)備管理技術(shù)，并將這些技術(shù)融入于復(fù)雜產(chǎn)品的生命周期。2.7.2虛擬樣

16、機(jī)技術(shù)在煤礦機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用虛擬樣機(jī)技術(shù)在煤礦機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用主要有以下的4個(gè)環(huán)節(jié)：實(shí)體造型環(huán)節(jié)、強(qiáng)度分析環(huán)節(jié)、動(dòng)力學(xué)分析環(huán)節(jié)、疲勞度分析環(huán)節(jié)。這四個(gè)環(huán)節(jié)是一環(huán)緊跟一環(huán)，之間相互支持，相互依托。實(shí)體造型環(huán)節(jié)：這個(gè)環(huán)節(jié)是采用上文中的三維CAD技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。強(qiáng)度分析環(huán)節(jié)：這一個(gè)環(huán)節(jié)主要是要結(jié)合煤礦機(jī)械的工作內(nèi)容而定，針對(duì)不同的工作內(nèi)容采取不同的機(jī)械材料。動(dòng)力學(xué)分析環(huán)節(jié)：這一環(huán)節(jié)能夠評(píng)估結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，比如在煤礦機(jī)械搖臂上面安裝旋轉(zhuǎn)滾筒，能夠避免

17、過(guò)分的振動(dòng)。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(lái)預(yù)測(cè)產(chǎn)品所能夠承受的應(yīng)力與位移，從這些方面來(lái)判斷機(jī)械的生命周期，對(duì)于這部分的材料可以在設(shè)計(jì)的過(guò)程中給予照顧性的考慮。3現(xiàn)代設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)理論與方法應(yīng)用到煤礦機(jī)械設(shè)計(jì)中來(lái)，必須依靠強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)軟件、硬件的支持。隨著科技的日益發(fā)展，計(jì)算機(jī)軟件與硬件的普及率大幅度提升，這為現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論與方法融入到煤礦機(jī)械設(shè)計(jì)中提供了廣闊的發(fā)

18、展空間。基于目前的發(fā)展與需求，我們必須客觀的分析現(xiàn)代設(shè)計(jì)理念，再將其合理的融入到煤礦機(jī)械設(shè)計(jì)中，讓其更好的為人民服務(wù)。參考文獻(xiàn)：[1]魏軍英李士陽(yáng).現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法在煤礦機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].煤礦機(jī)械200728(4):2324.[2]王其芳.三維CAD技術(shù)對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的影響[J].煤礦機(jī)械200728(4):9496.[3]王其芳.CAD三維技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].煤礦機(jī)械200728(3):8587.[4]季曄賈現(xiàn)召?gòu)埐奖?