煤礦機械的綠色設計及制造工藝分析

馮福君

摘要：作為—種先進設計技術，綠色設計對于提高煤礦機械運行的經濟性、環保性和可靠性具有重要作用。本文首先探討了煤礦機械的綠色設計，然后具體闡述了煤礦機械綠色設計制造的技術，以期為相關技術與設計人員提供參考。

綠色設計是指利用產品制造中經濟性、環境協調性與技術應用等方面的信息，采用優化技術措施方式以提高產品的經濟合理性、技術先進行和環境協調性的過程。將綠色設計理念引入到煤礦機械制造中，可有效提高煤礦機械開發產品的再利用性、可維護性和經濟性，從而滿足煤礦生產的低能耗、低污染、小體積要求。因此，加強有關煤礦機械綠色設計與制造工藝的分析，對于改善煤礦機械的制造水平與質量具有重要的現實意義。

1.煤礦機械的綠色設計

1.1.可回收性設計

可回收性設計是指在對煤礦機械產品進行設計時應全面考慮零部件及材料的處理工藝、處理方法、回收價值、回收可能性等問題，以盡可能完成對材料能源、零部件、資源的有效利用，從而最大程度的降低回收過程對環境影響的理念與方法。在產品可回收性評價體系中主要包括對產品級、材料級、零件級與部件級四個方面的回收和填埋級與能量級兩層次上的環境污染分析，相應提出的產品回收性能指標與規范可以用于對產品設計進行指導。在煤礦機械可回收性設計中可先全面評估產品的回收價值與可回收性，利用評估結果制定相應的可回收性建議，以此為機械設計提供調整性分析。

1.2.材料選用

傳統的煤礦機械產品設計中，在對材料選用時常關注材料的成本水平與技術性能，而不重視材料對環境的影響。而產品材料的環保性能將直接關系著機械產品的綠色程度，所以在材料選用時，應在材料符合規定功能標準的基礎上盡量選擇具有高環境兼容性的材料。在煤礦機械產品材料選用過程中應注意以下兩個要點：（1）環境友好性，在選擇材料時應盡可能選擇環境兼容性高、低能耗、污染少、無輻射、無毒無害的材料；（2）可持續性，材料選擇時應盡量考慮使用可回收材料和再生材料，材料應方便進行再制造、再利用或回收。

1.3.綠色CAD設計

現代工業產品設計中多采用CAD技術進行，在開展產品設計時，CAD技術能夠根據提供信息量形成參數化的產品模型，并能依據模型分析產品的工藝特征、強度剛度、結構空間等。目前使用的CAD軟件同時具有CAE技術功能，可以采用模塊化方式對煤礦機械的工作環境進行真實模擬，從而進行抗沖擊性、剛度、強度試驗等。將CAD軟件技術應用到煤礦機械綠色設計中，可建立并行設計平臺，有效改善產品設計效率，提高零件模型在各部門間的共享水平，對于改善產品的綠色設計質量具有重要作用。

1.4.可拆卸性設計

可拆卸性設計是指在產品設計過程中，采用多種優化改進措施使產品的連續結構間能夠方便維護、拆卸與制造，且在產品回收時仍能有效利用各部分零件的過程。拆卸是保證產品有效回收的重要手段，其設計質量的好壞將直接關系到材料的再制造與回收效果。由于煤礦機械產品結構復雜、體積較大、零件較多，在加工設計是應充分考慮其合理的結構要素，以改善機械產品的可拆卸性。

具體措施有：（1）注意在部件拆卸部位應盡可能降低緊固件的用量，以提高拆卸效率和方便性；最好采用一致的緊固件類型，以減少拆卸工具類型、優化拆卸流程； （2）由于煤礦機械產品的零件之間需要較多的連接構件，常用的有鉚接、螺紋連接、搭鉤式連接、銷接、焊接、鍵連接等方式。采用合理的連接方式可有效提高產品的可拆卸性。在機械產品設計時應盡可能采用破壞性小的、簡捷連接方式；在金屬零部件間應采用鍵連接、銷接、螺紋連接方式，以降低產品回收時的拆卸分離工作量（3）在選擇制造材料時應盡量選用利用分類和分離的材料類型，并考慮材料之間的兼容性與材料種類；（4）在設計過程中應盡可能降低零件的用量和組合數量，減少拆卸時間、工作量和拆卸工具的復雜程度。

2.煤礦機械綠色制造工藝技術

2.1.煤礦機械產品的再制造

再制造技術的主旨在于全面提升廢舊機電產品的性能，其以機電產品的壽命周期管理與設計作為主要依據，按照節能、優質、環保、節材、高效等基本原則，采用先進產業化生產技術手段，對廢舊機電產品進行有效的改造和修復。再制造過程不僅僅是廢棄品的再利用過程，其采用的表面工程技術既能準確改善產品尺寸，還能全面提高產品性能，且具有能耗低、利用率高、節能效果好等優點。再制造中所采用的關鍵技術主要有：廢棄產品回收利用與高效拆卸技術、再制造零部件與廢氣零部件的壽命檢測技術、表面工程技術、數字化成行平臺關鍵技術、再制造部件檢測與質量控制技術等。將再制造技術應用到煤礦機械零部件的制造中，可有效提升機械產品的環保、節材、節能優勢。

2.2.虛擬制造

虛擬制造技術是一種集成生產管理、CAM、CAD的軟件技術，其能夠創造一種真實有效的建模與仿真環境，實現了產品裝配、規劃、制造、設計的計算機化發展，且能控制產品生產的基本過程，并提供虛擬企業、虛擬生產與虛擬開發等功能。在煤礦機械產品設計中采用虛擬制造技術可有效改善生產效率、提高生產效益。利用信息化技術建立有關切削刀具、切削用量的基本數據信息煤機數據庫，并采用自動化技術對高速切削、硬切削、干切削等制造技術進行虛擬制造，可有效簡化制造過程，改善機械產品制造效果。另外將虛擬技術與CAX技術相結合可充分提高產品制造的虛擬化程度、降低機械制造中材料與資源浪費、降低產品制造與設計周期等。

2.3.集成化技術

按照系統與集成優勢對煤礦機械產品的綠色制造過程進行分析，將產品工藝設計與材料選用集成和產品使用與設計需求集成充分結合，重點考慮綠色制造過程的信息集成，從而形成具有環境影響評估、綠色設計、質量檢測、制造過程分析等功能的集成式制造系統體系。

3.結束語

綠色設計與制造工藝水平的應用質量將直接影響著煤礦機械產品的整體質量和性能，因此，相關技術與設計人員應加強有關煤礦機械產品的綠色設計與制造技術研究，總結綠色設計要點及制造技術措施，以逐步提高煤礦機械產品的綠色設計質量。

參考文獻：

[1]王昱.淺談煤礦機械的綠色設計及制造[J].科技致富向導.2012，13（14）：74 75

[2]鄭繼水.煤礦機械綠色設計與加工的途徑[J].山東煤炭科技.2011，06（10）：61 62

[3]彭玉興.基于可持續發展理念的煤礦機械綠色設計[J]煤炭科學技術.2006，05（35）：57 58.