煤礦機械裝備結構優(yōu)化設計研究

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1煤礦機械裝備的結構設計方法

（1）智能化設計方法。所謂的智能化設計就是指在對機械裝備進行結構設計的過程中，為了能夠充分的表現(xiàn)出所設計產品的結構和構想，從而運用到虛擬現(xiàn)實技術、多媒體軟件的開發(fā)和設計以及智能化軟件等先進技術的一種設計方法。

（2）結構模塊化設計方法。所謂的結構模塊化設計方法就是指在對所設計的產品的功能需求進行調研和分析后，把設計的產品分成一個或多個模塊化的結構，并且還要對這些模塊化的結構進行重新的選擇和組合，這樣就形成了不同功能的產品。這些最基礎的模塊化的結構可以是零件，也可以是部件，同樣也可以是一個系統(tǒng)，但是通常情況下，這些基礎的模塊化的結構是能夠滿足聯(lián)接以及配合要求的，所以它們應具有互換性以及相容性。

（3）系統(tǒng)化設計方法。所謂的系統(tǒng)化設計方法就是指將多個設計組成一個大的系統(tǒng)，并且各個設計應是彼此不干擾的，而各個要素之間卻又有著有機性的聯(lián)系，只需要將所有的設計要素整合到一起，從而完成所需要完成的任務。

2大型礦井對煤礦機械裝備的需求

由于煤礦的生產工作具有大型化以及高效化的特點，所以無論是煤礦生產的企業(yè)還是煤礦生產的工作都對煤礦機械裝備提出了更高的要求。首先，煤礦生產的機械裝備應向大型化的方向發(fā)展。要想滿足機械裝備高效化的生產需求，機械裝備的技術參數(shù)也應逐步向大型化的方向發(fā)展；其次就是在機械裝備的性能方面。煤礦企業(yè)應盡可能的使用安全性和可靠性較高的元部件，這對提高機械裝備的運行效率以及延長機械裝備的使用壽命都是非常有利的。在煤礦機械裝備的操作方面，應盡量應用計算機監(jiān)控以及集中操作的方式對機械設備進行操控，這樣才能夠滿足集約化的生產需求，同時還應注意機械裝備維修的便捷性；最后就是應綜合的運用氣壓、機電以及液壓等技術，從而真正地實現(xiàn)煤礦生產的機電一體化。

3現(xiàn)代結構設計在煤礦機械裝備中的應用

（1）智能和虛擬設計。所謂智能設計就是指通過所形成的智能結構系統(tǒng)將控制器、傳感器以及執(zhí)行器等構件進行整合，使整個裝備的結構無論是在愈合損傷方面還是適應環(huán)境方面都能夠產生智能功能，機械裝備的性能以及安全性都得到了較大的提高，能耗也得到了一定程度的降低。如智能采礦的新技術、機器人技術以及紅外技術就已經得到了很好的應用，并且這些智能化的機械裝備在煤礦生產中也得到廣泛的應用。煤礦機械裝備的制作成本都是比較高的，并且這些裝備所工作的環(huán)境也是較為復雜的，所以要想在實際的生產工作中發(fā)現(xiàn)它們存在的問題和缺陷，就只能通過反復的試驗，這對人力以及物力都會造成極大的浪費，為了盡量的降低損耗并控制浪費，有必要采用虛擬設計。借用仿真技術模擬機械裝備的實際運行狀態(tài)，這樣它們運行環(huán)境的參數(shù)就會可視化，進行一些機械動力學的虛擬實驗，從而達到對機械裝備優(yōu)化設計的目的。另外為了使虛擬樣機得到優(yōu)化，設計人員也可以根據(jù)用戶的實際需求對運行參數(shù)進行修改。

（2）穩(wěn)健的機械設計。機械裝備所工作的煤礦生產環(huán)境是很復雜的，要想保證機械裝備的良好運行，就必須具備一個較為穩(wěn)健的機械設計。而穩(wěn)健的機械設計就是利用系統(tǒng)的非線性，選擇最為合理的可控因素，促使機械裝備對產品老化以及環(huán)境變化等因素達到最不敏感的程度，使穩(wěn)定性得到提升。在進行穩(wěn)健性設計時，應先進行分析和實驗，通過分析影響變量的所有因素，從而獲取最佳的參數(shù)。在眾多的工程分析法中，有限元法設計作為一種非常不錯的工程分析法，其不但能夠分析厚度突變以及邊界不規(guī)則等受力對象，同時它還能夠解決幾何非線性等一系列的復雜問題。煤礦技術中的機械裝備的受力情況是很復雜的，所以采用這種方法才能剛好匹配。如在分析電動挖掘機動臂和斗桿的受力情況時，因為其結構受力的情況復雜，如果是采用工程計算法是根本無法分析動臂和斗桿中鋼板的應力分布情況的，而如果采用有限元法時，就可以得到鋼板的應力分布情況。

（3）網(wǎng)絡動態(tài)和模擬化設計。煤礦技術中的機械裝備工作環(huán)境較為惡劣，并且對其進行研發(fā)和試驗的周期也是很長的，而且其投資的規(guī)模也是很大的。如果采用傳統(tǒng)的設計方法，不但要花費大量的時間和金錢，同時也很難滿足快速變化的市場需求，這就會給煤礦生產企業(yè)帶來很大的損失，所以，就要應用網(wǎng)絡化的設計，即在煤礦機械的制造生產中應用集設計、研發(fā)、制造、模擬以及仿真于一體的新型設計理念。機械裝備的工作過程是一個動態(tài)的過程，它運用的環(huán)境既有正常信號也有干擾信號，所以在考慮它們的工作狀態(tài)時應同時兼顧正常信號和干擾信號，應進一步加強對動態(tài)模擬設計的研究工作。在使用機械裝備的過程中，外界環(huán)境的干擾和變化也會對裝備帶來不利的影響，這就要求設計人員應進行人、機和環(huán)境一體化的分析工作，從而最大限度地提高機械系統(tǒng)的整體性能。設計人員同時還要注意環(huán)境協(xié)調設計，既不能過度的浪費資源，又不能污染環(huán)境。

4結語

通過以上的論述，機械裝備的結構設計工作對提高機械生產的效率以及降低機械生產的能耗都有著重要的意義，現(xiàn)階段很多現(xiàn)代化的設計技術也已經應用到了煤礦機械設備的設計中了，并且也取得了不錯的效果。隨著我國科學技術水平的不斷進步，更多的先進結構設計技術也會不斷出現(xiàn)，設計人員應將先進的設計理念與智能、數(shù)字以及虛擬等前沿技術相結合，應用到機械裝備的生產中去，從而最大限度地提高機械裝備的性能和質量。

作者：孫大鵬趙文靜單位：河北機電職業(yè)技術學院