淺析現代設計理論和方法在煤礦機械設計中的應用研究

朱黎明

摘 要：現代設計理論與方法相比傳統設計具有更高的科學性、先進性與可靠性，在煤礦機械設計中融入現代設計具有重要意義。本文在簡要闡述現代設計內涵的基礎上具體分析了現代設計中的計算機輔助設計、優化設計、有限元法設計等方法，希望為煤礦機械設計更好的發展提供一定幫助。

關鍵詞：現代設計 煤礦 機械設計

0引言

煤礦機械是現代機械設備中的重要構成部分，煤礦開采在社會經濟中發揮的基礎性作用無法替代，煤礦機械的設計效率與設計水平直接決定了礦山開采行業的發展。目前我國的煤礦機械設計中存在的單一、僵化的問題十分普遍，煤礦機械設計中急需采用現代設計理念與方法，從而提升煤礦機械設計水平，使煤礦企業更好的滿足礦產開采的實際需求。

1現代設計理論與方法概述

機械設計作為最重要的基礎工藝設計形式之一，其效率和質量直接影響社會經濟的發展水平。傳統機械設計的主觀性和延續性較強，限制了設計活動的效率提升。現代機械設計是設計領域的一項巨大革新，它突破傳統的設計理念，將以往設計的沿襲性和經驗性轉變為更高的邏輯性、理性與系統性。現代設計更為深刻的體現了機械設計的內涵，它以市場和需求為主導，能有效提升設計的實用性、合理性與規范性。

2煤礦機械設計中應用現代設計的必要性

礦產資源的有限性決定了對礦產資源的開發和利用必須具備更高的科學性與合理性。隨著經濟活動范圍的開展與工農業生產實際需求的提升，對礦產資源的挖掘和開發成為了關乎國民經濟發展的一項重要任務。礦產開發工作正日益朝著生態性、環保性以及可持續的方向發展，這對煤礦機械設備提出了更高要求，煤礦機械設計不僅要滿足現代礦山開采與企業自身發展的需求，更應適應當今社會的經濟發展模式與可持續發展形勢。傳統設計理念與設計方法急需得到改進和更新，基于此背景，煤礦機械設計中引進先進的現代設計方法是必然的發展趨勢。

3現代設計在煤礦機械設計中的應用

3.1計算機輔助設計

計算機輔助設計即CAD，該技術依托計算機軟件系統為設計人員的煤礦機械設計提供輔助功能，計算機輔助設計帶來的便利性是其他技術無法替代的，并且該技術令煤礦機械的模塊性、并行性和系統性有效提升。其中模塊化設計指的是利用計算機軟件分區設計煤礦機械，由于模塊通常較為穩定，不易變動，從而可以確保機械設計的高精度，提高工作效率。系統化設計借助數學模型，基于以往的試驗數據，利用科學的計算方法分析煤礦機械系統的預期工作水平，通過對實際工作時的機械受力情況與運行情況的準確反映，工作人員可以更加全面的對煤礦機械設計的全過程進行把握。并行設計令產品設計過程與實際運營情況融為一體，減少了設計不符合實際效果的情況。例如目前煤礦機械設備上安裝的故障檢測裝置往往只能在投入生產并實際應用后才可以發現故障，而計算機輔助設計中的并行技術可以在故障檢測裝置的設計階段便對其進行系統化分析與設計，提高機械設計的實用性和可靠性。

3.2有限元法設計

有限元是一種求解力學以及其他物理問題的數值方法，其原理是對有限個單元進行分片插值，針對復雜的幾何形狀，邊界不規則或是厚度不均勻的受力對象，有限元法設計可以有效對其進行受力分析，非線性的材料或是非線性的幾何形狀也可以得到很好的解決。煤礦機械設備的工作性質決定了其面臨復雜的受力情況，例如電動挖掘機的移動臂以及斗桿等的受力十分復雜，常規的力學理論很難完整分析其受力情況，而有限元法設計可以有效解決受力分析的問題。

3.3優化設計

現代設計的重要內容之一便是實現設計的優化，優化設計充分體現了現代設計的經濟性。優化設計是在保證機械設備性能與質量良好的基礎上令產品的體積盡可能縮小，生產成本盡可能降低，煤礦所需的機械設備通常體積龐大，投入成本高，根據相關研究數據，采用優化設計方法可以使煤礦機械設備的體積和質量各自減少12%-15%，從而顯著降低煤礦機械設備生產成本。

3.4可靠性設計

煤礦機械設備的可靠性直接很大程度上由設計階段的工作水平決定。可靠性設計的實行首先要明確設備涉及的定量指標，同時收集零部件數據，并基于數據構建數學模型對其進行定量計算，通過反復的分析與驗證確保設備在實際應用中具有高度可靠性。

3.5智能化設計

現代設計中的智能化設計即智能工程，依托不同種類的控制器、傳感器等高科技輔助設備，令煤礦機械設備具有較高的自動運作、自行檢測水平。由于煤礦開采挖掘不可避免的具有一定危險性，將智能化設計運用到煤礦機械設備中可以在保障生產正常進行的同時提高安全性，減少不必要的人員傷亡或是設備損失。目前煤礦開采領域中已經較為廣泛應用的智能機器人以及紅外技術都是智能工程的體現。

3.6創新環保設計

任何設計都離不開創新這一靈魂，煤礦機械設備的設計和生產同樣如此。創新設計是在可行的已知事物的基礎上借助創造性思維，構造前所未有的技術。創新設計既可以完善原有設計的不足之處，更是煤礦產業發展與進步的關鍵。環保是當今社會發展極為重要的元素之一，煤礦開采挖掘對環境造成的污染不容忽視，將環保設計應用到煤礦機械設備的設計中是社會發展的必然趨勢，環保設計可以促進機械使用壽命的延長以及使用效率的提高，并且能降低煤礦開采對環境的

影響。

4現代設計應用于煤礦機械的發展前景

現代設計的應用需要借助功能強大的計算機軟件與硬件的支持，近年來計算機硬件成本呈現不斷降低的趨勢，諸如工程數據庫以及知識庫等軟件的發展為現代設計創造了更大的發展條件。煤礦機械設備研發人員應重視現代設計理論知識的掌握與實踐經驗的豐富。未來計算機輔助設計必將實現更為廣泛的應用，借助CAD/CAM一體化技術，煤礦機械設備在提高技術效益的同時也可以收獲更高的經濟效益。

5結語

現代機械設計是提升煤礦機械設計水平的有效途徑，基于現代設計理念所涉及的礦山機械能更好的適應煤礦開采、企業自身發展以及社會經濟發展的實際需求。相關設計人員應在客觀認識現代設計的基礎上將其合理的融入到煤礦機械設計中，使煤礦機械設備更好的服務于礦山開采工作。

參考文獻：

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