工業設計理念在礦山機電產品設計中的應用探究

張 剛，李 晶，劉文博

（蘭州蘭石集團有限公司能源裝備研究院，甘肅 蘭州 730000）

隨著我國經濟的發展，人們對環境的保護也愈發的重視。與此同時，工業設計理念也在人們的心中越發的體現，人們追求綠色設計，追求資源的最大化利用以及產品美觀性。在歐洲工業革命之后人們認為機械產品丑陋，因此在產品設計上加入了大量手工藝的裝飾方法，這就是在19世紀末發生的“工藝美術運動”。工業設計是通過結構美學、工程學以及價值學等多個領域相結合來完成產品設計。工業設計理念是強調藝術和技術相結合，在滿足人們的生活需要的前提下也要滿足人們的心理需要。讓人們通過利用工業設計理念生產出的產品產生更大的滿足感。工業設計理念也在發展中推動了各類領域的進步。目前，我國煤炭的生產發展已經逐漸變得集約化和大型化，但開采的效率也是停滯不前，由于礦山機電產品使用年限不足，且不易回收，更大程度上造成了資源浪費。針對這一現象，本文提出利用工業設計理念設計礦山機電產品。希望為礦山機電產品設計行業的研究者提供有所參考的新思路。

1 礦山機電產品設計中的工業設計理念

1.1 現代工業綠色設計理念

工業設計理念就是從美學、色彩學、價值理念等多種領域內進行工業設備的設計。隨著經濟的飛速增長，傳統的工業化設備已經對全球造成了一定的環境污染。在這樣的前提下，現代工業的綠色設計理念應運而生[1]。綠色設計也叫生態環境設計，即在產品設計之中就要將防污染以及環境因素的影響納入其中。在產品的整個使用時間里，對于綠色設計來說，就是要考慮產品的拆卸、重復利用以及可回收性等。對工業設計工作人員來說，已經將現代工業綠色設計作為設計目標。

1.2 可拆卸性設計理念

對于工業設計來說，可拆卸性設計一直都是各位設計者所追求和考慮的。我們要考慮產品材料的回收、產品的易拆卸性和產品零件的重新使用，以便從使用中獲得最高使用率以及利潤。這也是綠色設計理念中的重要環節。在礦山機電產品的設計中也是不可或缺的。礦山機電產品由于體積巨大，導致儲存占地面積巨大，所以根據可拆卸性設計理念設計礦產機電產品可以從多種方面來使資源更加合理分配。易于拆卸分離、減少拆卸與拼裝的工作量是可拆卸性設計理念的原則[2]。

1.3 可回收性設計理念

在礦山機電產品中，由于礦山機電產品所用材料的消耗量巨大，當產品使用周期整體結束后造成了資源浪費。所以，將工業設計理念中的可回收性設計理念，融入進礦山機電產品的設計中進行資源不浪費。在產品使用周期結束后，其他的新產品也可以使用當中的廢棄零部件和廢棄材料，從而達到零件回收的目的以及零件材料的再利用性[3]。設計不應是單純的美化外觀，我們也要考慮從設計之初到產品回收這一循環過程中可以多加利用的地方，從而保證資源的最大化利用，不形成浪費。這樣的設計才是區別于傳統設計模式的優秀設計。

2 礦山機電產品的組成要素分析

礦山機電產品主要是煤礦機電，具體包括采煤機、刮板輸送機、大巷電機車以及水泵等。礦山機電產品主要有五大要素組成結合而成，分別是感知組成、職能組成、動力組成、結構組成以及運動組成[4]。一、在感知組成中，對于礦山機電產品系統的本身以及外在環境因素的測試。礦山中環境惡劣，在設計礦山機電設備中也需要考慮產品對環境的適應。二、結構組成就是礦山機電產品本體，是系統中機械支持結構，其中包括框架、支撐和機身等。三、運動組成是根據礦產產品中信息處理方面的指令去完成所規定的動作。四、職能組成就是控制產品系統的有序及有目的的進行。在此環節中，設計需選擇最優化，另設備的所有功能進行完全使用。五、在動力組成中，要根據系統整體控制，為整體系統提供動力，以便讓系統正常且高效運行。在此環節中，設計需使產品性能進行提高，使產品使用效率更加高效。

3 基于工業設計理念設計礦山機電產品

圖1 礦山機電產品滾筒傳輸示意圖

對于設計來講，發明和創新是非常重要的兩點。對于礦山機電產品的設計中，發明是根據采礦需求，從無到有的去創造一種全新的功能。在發明的基礎上進行創新，就是對礦山機電產品的外觀，結構等進行改變。在現代工業設計理念中，礦山機電產品要達到社會預期的效果，在設計中就要將結構和造型設計結合起來進行綜合設計，通過結構美學、工程學以及價值學等多個領域相結合來完成產品設計[5]。下面基于工業設計理念提出設計礦山機電產品的構想。礦山機電產品的應用需要體現在采礦流程上，在流程上，使用設備使采礦的時間和成本進行大大的減少。下面，本文將從礦山機電產品的五個重要設計來說。第一個，設計傳遞滾筒，傳遞滾筒一般順著人字刻槽頂端面輸送，同時一般情況下表面為鑄膠面。但鑄膠面易于磨損，可使用時間較短，需頻繁更換，又難以確定傳送方向，所以采用人型鑄膠表面。下圖為礦山機電產品滾筒傳輸示意圖。設定hA為6～8間，那么根據Q來確定傳輸帶的選擇。由上述公式我們可以看出，當值較小時，我們就取小值，當值較大時，我們就取大值。根據不同礦山機電設備所需要的可靠性不同，對傳輸帶的選擇也不同，若礦山機電產品需載人等，還需再適當的提高傳輸帶的安全系數。第三點，設計驅動裝置。驅動裝置的設計中，一般情況下若各項技術選擇合理，可以延長礦山機電產品關鍵零件的壽命以及系統的可靠性也能得到大大的提高。這里采用調速式液力偶合器，在礦山機電產品中需要用液體來提供傳遞動力的裝置，就叫做液力偶合器，在我國應用的較早。能夠有效的保護電機的同時也能改良性能，使輸送機的驅動裝置性能變軟。而調速型可以會使礦山機電產品的使用條件放寬，在不同礦山中皆有應用，并且經濟效益上也最為劃算。第四點，設計制動器。一般電磁液壓制動器主要在水平運輸機上使用，盤形制動器主要用于下運運輸機。在安全性范圍內考慮，把電磁液壓制動器與盤形制動器同時在下運運輸機上使用。第五個，設計拉緊裝置。拉緊裝置一般分為四種，分別有液壓拉緊裝置、重錘式、固定絞車式和自動絞車式。一般拉緊裝置要盡量布置在靠近驅動滾筒松邊處，或者布置在張力最小處。在設計時，我們須考慮由于張力變化，傳輸帶的彈性變形。由于傳輸帶在使用后會產生永久變形的情況，我們基于可回收性設計理念，需對拉緊裝置的材料進行精準選擇。至此，通過綠色設計理念、可拆卸設計理念以及可回收性設計理念設計的礦山機電產品部分結構與零件已探究完成。

一般改向滾筒與傳送帶表面直接接觸，因此選用鑄膠表面為光面的。若改向滾筒與傳送帶表面沒有直接接觸的話，只有在傳輸較為清潔的物料時，且傳送功率不高的情況下才選用光面的滾筒，根據綠色設計理念，選擇最優化的鑄膠材料。第二點，設計傳輸帶。目前國內機電產品所選用的傳輸帶都較為普遍，所以本文僅對鋼絲繩芯傳輸帶的設計進行探討。首先我們需要確定傳輸帶的拉伸強度，根據傳輸帶的拉伸強度來選擇傳輸帶的材料及設計結構。下列公式為傳輸帶的拉伸強度公式。

其中，K表示傳輸帶的拉伸強度；fmax表示在傳輸帶穩定工作的情況下的最大張力，單位為N；Q表示傳輸帶的寬度，單位為mm；h A表示靜安全系數；根據傳送帶的拉伸強度，我們

4 結束語

本文對工業設計理念在礦山機電產品設計中的應用進行了探究。相對于傳統礦山機電產品設計來講，本文融入了工業設計理念因素，具有極高的參考價值。但由于本文對美感的結合不足，導致論文中存在實用性因素過重，還需要進一步結合美學展開研究工作。希望本文的分析，能夠為礦山機電產品設計行業的研究者提供有所參考的新思路。