煤礦機械的綠色設計與制造研討

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1煤礦機械的綠色設計

傳統煤礦機械的產品設計如圖1所示，此種設計僅僅考慮其功能的合格與否，而對于其使用材料對環境造成的影響考慮不多，也很少涉及已使用產品的回收利用問題。相反，煤礦機械綠色設計就不再使用傳統設計中從搖籃至墳墓的方法，而是重視產品的生命周期，實現產品從搖籃至再現的設計。從煤礦機械設計的內容來看，其主要包括綠色CAD的設計和其一般設計的原則。

（1）煤礦機械綠色CAD的設計當前CAD/CAE技術已經被廣泛應用在工業產品的設計之中，在其具體設計之中，首先要做的是運用CAD技術設計出一種參數化產品的模型，接著運用CAE技術對上述模型進行分析，分析的主要內容是模型結構和模型的強度與剛度，同時還包括對于模型的工藝分析。當前不少三維的CAD軟件都使用了對CAE的集成方式，其好處是可以借助此類模型，以及單獨CAE軟件對煤炭機械工作環境進行模擬，對其強度和剛度以及抗沖擊能力進行模擬性試驗。借助CAD/CAE技術可以達到少用紙或者不用紙的效果，可以實現各個部門對零件模型的共享。另外CAD/CAE技術搭建平行設計平臺，進而增強產品設計的效率，從而也使得設計周期的縮短和對產品進行綠色分析成為可能。

（2）應遵循的主要原則①選材的原則煤礦機械的綠色設計在其選材過程中需要注意以下原則：第一，優先選擇的原則，其主要選則的對象是可再生的材料和回收材料，能降解的材料等。第二，能夠進入針對材料環境的負擔情況進行分析的數據庫，或者是相應專家研究的系統，對與之相關的環境數據和相關知識展開相應的研究，以便為相應的評價體系可以提供相關理論信息，此評價體系主要涉及材料環境兼容性能和協調性方面的內容。第三，加強對材料綠色特性的評價方法進行研究，其具體內容是指從原料至成品和從成品至產品，同時還有從產品至報廢物資，主要是此三個過程中所涉及能源和資源，同時還有其環保性能內容的評價等。②設計中的可拆卸原則煤炭機械實現有效回收利用非常重要的一個原則就是可拆卸性，其具體指的是產品在設計階段就將其可拆性作為產品設計目標之一。煤炭機械的產品有機體積龐大和加工復雜，零件眾多和結構復雜的特點，因此在其設計之前就應該充分考慮其結構因素，以此來增強其產品可拆卸的性能。具體來講，煤礦機械類產品可拆卸的內容主要有拆卸產品和拆卸工藝，同時還包括拆卸系統等內容。而煤炭機械的綠色設計過程需要遵循的原則主要包括：容易拆卸和分開，盡可能的對拆卸過程中的工作量進行降低，對零部件多樣性和產品預測結構進行降低。此外還有一種減少拆卸的工具種類與簡化其操作程序的方式，就是在其拆卸的部位減少其緊固件的數量，從而在拆卸時可以達到省時和省力的效果。再次，煤礦的機械產品在其材料選擇上需要便于分類和分離，在產品的設計中需要選用的材料種類要少，同時要考慮到所選材料之間的兼容性。③設計中的可回收利用性就煤礦機械的可回收與再利用來講，其主要是指在產品設計過程之中，需要充分地考慮多種因素，主要包括零部件的回收可能性和價值大小，零部件回收處理方法和其結構工藝的性能。通過對以上問題的周密考慮，以此來確保其相關產品的零部件和其再利用的性能得到保障，所以這種過程對環境的污染將會非常小。而就煤礦機械類的產品來講，其能夠回收和再利用的性能主要包括了可以實現循環利用的材料和標志，可以實現回收利用的工藝和方法，可以實現回收處理的結構工藝和經濟性能。④設計中產品的成本最低原則綠色設計產品的成本分析和傳統的成本分析有所不同。由于煤礦機械產品在其綠色設計的初期就已經開始開始對其產品再次利用的性能展開考慮，所以對其成本分析的過程中充分地考慮到其污染物替代和產品拆卸，產品的重復利用和環境中的成本等內容。但就煤炭機械活動而言，其與環保費用相關的內容也能對產品成本的差異產生重要影響。而在綠色設計決策的過程中，成本分析是一項非常重要的內容，以此來保證其設計產品不僅具有良好的綠色效果，而且能夠使其成本降到最低。

2有關煤礦機械綠色設計和制造的技術與實例

（1）煤礦機械綠色設計和制造的技術綠色制造的技術指的是在產品制造的過程中，建立在產品產本和功能以及質量的前提下，運用能夠綜合考慮環境與資源因素的一種制造技術，當前CAD/CAE技術和無切播的技術，以及超高速的加工技術和新刀具的技術都得到了迅速發展，上述技術的運用大大降低了產品制造的人力投入和資源投入，也對廢棄物的排放有降低作用，運用此類技術可以實現煤礦機械的綠色制造圓滿完成。①虛擬制造虛擬技術屬于軟件技術的一種，這種技術的發明把CAD/CAE技術以及CAM技術與生產管理的聯系變得更加緊密，其最終能夠提供一種強有效的仿真和建模環境，從而讓產品規劃與設計，以及產品的制造和裝配都能實現網絡化，同時還能對產品生產過程給予必要支持。虛擬制造的概念與內涵主要包括虛擬開發和虛擬生產，同時還囊括了虛擬企業的內容。此處所講虛擬制造的技術主要指的是虛擬性生產。把虛擬制造的技術融進煤炭機械的生產之中，能夠在很大程度上提高生產效率與產品的質量，縮短試制與實驗的流程，減少企業生產的成本。②煤礦機械相應產品再制造工程再制造的內涵，指的是其用機電產品的全壽命周期的設計與管理作為指導，從而實現使廢舊的機電產品在性能方面得到提升的目標，建立起優質、節能、高效、環保、節材的準則，運用先進技術與產業化的生產這種方式，對廢舊的機電產品展開修復與改造，對這一系列的技術措施與工程活動進行總結，就是產品再制造。再制造并不是指對廢棄物的簡單利用，實際上是用先進成熟的表面的工程技術作為支撐，能夠同時實現準確地恢復尺寸和顯著提升其性能的目的，最關鍵的是資源利用的效率要高，對于能源的消耗要少，達到節能環保的目的。

（2）礦機械綠色設計和制造的案例下文將以懸浮式液壓支柱（其結構見圖2）綠色設計和制造為例，展開對煤炭機械綠色設計和制造的分析，如圖2所示，其所采用的原理屬于柱塞懸浮式的原理，所以其支柱安穩性能和承載力，同時還有抗偏載的能力都有較大程度的提升。另外此種設計的支柱與當前單體的支柱相比，其重量可以減輕15%還多，并且其使用的過程也非常簡單。此外由于其工作行程的增大，其支柱的回收率也得到很大提高。從圖中我們可以看出，三用閥處于手把體上，所以其不會因為活柱升高而升高，其操作的安全性能較高。通常液壓支柱所采用工藝是鎳-磷鍍層的工藝，水平較為先進，其工作的介質有井下水，所以可以確保煤礦工作的環境和地下水免受污染。圖中所示設備主要采用綠色設計的方法展開設計，其主要運用懸浮式和密封漲緊的原理，所以就使支柱的各種性能都得到了提高，這就展現出綠色設計先進性的一面。就其綠色設計的成本來講，圖中所示設備的結構非常簡單，所以就達到了大幅度地降低成本的效果，此外由于其零部件得到減少，也使其產生故障的概率得到了大幅度的降低。另外一方面，其產品的綠色設計中拋棄了傳統的理念，也就是先污染后治理的理念，其在工程設計中最大程度地降低了其產品對于環境的污染。而就單體支柱來說，因為其工作介質是乳化液，所以其給煤礦工作的環境和地下水帶來了一定的污染。但是圖中設備主要運用井下水為工作介質，這樣就可以避免乳化液污染環境。最后，圖中所示設備無焊縫的設計也在很大程度上降低了此過程之中有害的氣體對于人體的危害。其所有的連接都是用方鋼絲進行連接，其安裝過程與拆卸過程十分便利，有利于維修過程的展開。該述的事例說明了煤礦機械的綠色設計和制造不僅有利于產品技術性能的提高和成本的降低，而且能夠減少對環境的污染，社會和環境效益也較為良好。

3結語

該文主要通過對煤礦機械的綠色設計進行論述，使讀者能夠對于其基本內涵和具體技術以及實施原則有一定了解，希望對于煤炭機械綠色設計的工作人員有一定啟示，另外對于相關操作還需要在工作中進一步總結和提高。

作者：高甲太單位：窯街煤電集團甘肅金凱機械制造有限責任公司