現(xiàn)代設計理論和方法在煤礦機械設計中的應用

1、TECHNOLOGYWINDTECHNOLOGYWIND[摘要]現(xiàn)代設計理論方法與傳統(tǒng)設計理論方法相比，更具有科學性、先進性和可靠性等多項優(yōu)點，為此將現(xiàn)代設計理論和方法有效的應用于煤礦機械的設計中具有重要意義。本文在簡略闡述現(xiàn)代設計理論方法與特點的同時，對計算機輔助設計、優(yōu)化設計、有限元法設計、創(chuàng)新環(huán)保設計、智能化設計和可靠化設計等現(xiàn)代設計理論方法在煤礦機械設計中的應用進行了相關的分析與探討。[關鍵詞]現(xiàn)代設計；方法；煤礦；機械設計；應

2、用現(xiàn)代設計理論和方法在煤礦機械設計中的應用劉毅（江蘇省第一工業(yè)設計院有限責任公司，江蘇徐州221006）我國是煤炭生產(chǎn)大國，而煤礦機械是煤炭開采、挖掘的專用機械，因此煤礦機械的設計對我國的煤炭產(chǎn)業(yè)具有重要意義。近年來，隨著社會的進步、科學的發(fā)展，具有一定時代代表性的現(xiàn)代設計理論與方法被提上煤礦機械設計的重要日程。現(xiàn)代設計理論與方法涵蓋了自然學、經(jīng)濟學和社會學等諸多元素，同時廣泛地運用了計算機輔助設計、優(yōu)化設計、有限元法設計、創(chuàng)新環(huán)保設計

3、、智能化設計和可靠化設計等多種設計方法，所以將現(xiàn)代設計理論方法應用于煤礦機械的設計中，可有效地提升煤礦機械的科學含量、增加煤礦機械的可靠穩(wěn)定性，同時促進我國煤炭產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。1現(xiàn)代設計理論和方法概述1）現(xiàn)代設計理論方法與傳統(tǒng)設計方法比較?，F(xiàn)代設計理論與方法涵蓋了自然學、經(jīng)濟學和社會學等諸多元素，是科學發(fā)展和社會進步的結晶。在當今這個飛速發(fā)展的高科技時代，設計顯得越來越重要，對于煤礦機械設計者來說，掌握新的設計思想、采用新的設計輔助工具

4、、應用新的設計理論方法和技術有著非常重要的意義。通常來說，傳統(tǒng)的設計更依賴于以往的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，從直覺上和經(jīng)驗上進行設計的，因此傳統(tǒng)的設計方法較現(xiàn)代的設計理論和方法來說，缺乏一定的科學性、準確性、系統(tǒng)性和穩(wěn)定性。由此，設計者應適時摒棄傳統(tǒng)設計方法，將現(xiàn)代設計理論和方法融入設計之中，才能確保機械設計良好性能和質量。2）現(xiàn)代設計理論與方法的特點。現(xiàn)代設計理論和方法是社會、科學進步的結晶，融入了多種學科智慧的結合體。系統(tǒng)地講，基于機械的現(xiàn)代設計

5、理論與方法特點可歸納為科學化、數(shù)字化、信息化、智能化和一體化。2現(xiàn)代設計理論和方法在煤礦機械設計中的應用2.1計算機輔助設計的應用計算機輔助設計，簡稱CAD，是一種運用計算機軟件系統(tǒng)來輔助設計人員對煤礦機械進行設計的方法。到目前為止，我國煤礦機械產(chǎn)品已經(jīng)進入一個穩(wěn)步發(fā)展的階段，將計算機輔助設計方法應用于煤礦機械設計中，不但可以另設計更方便、更簡捷，同時也全面的實現(xiàn)了煤礦機械的模塊化設計、系統(tǒng)化設計和并行設計，從而提高了煤礦機械設計與生產(chǎn)

6、的一體化。1）模塊化設計。煤礦機械設備的設計，涉及面廣、內容繁冗，對此可進行分模塊式設計。通常講，設計者是按著機械的具體功能來劃分模塊的，然后利用計算機軟件對機械進行模塊化的分區(qū)設計，同時將較為穩(wěn)定、不常變動的模塊設計存儲。如此在有效地時間內，不但可以提高工作效率，而且能夠有效提高機械設計的精確度、減少技術失誤，從而增強機械設備結構的生產(chǎn)性和互換性，確保機械設備的準確性和維修性。2）系統(tǒng)化設計。將現(xiàn)代設計理論和方法應用于煤礦機械設計，即

7、建立相應的數(shù)學模型，然后運用計算機技術作為輔助設計，在以往實驗數(shù)據(jù)的基礎上，采用先進的科學計算方法對煤礦機械系統(tǒng)在預期工作中的情況進行分析設計。對煤礦機械設備進行系統(tǒng)化的分析設計，可真實的反應出機械設備在真實工作時的受力情況、運作情況，從而提高了所設計機械設備投入運作的有效性和穩(wěn)定性。3）并行設計。計算機輔助設計的應用，實現(xiàn)了將產(chǎn)品設計與具體運行使用一體化的效果，從而切實的避免了設計效果與實際效果不相符現(xiàn)象的發(fā)生。目前，多數(shù)煤礦機械設備

8、上都安裝有故障監(jiān)測器，但是故障監(jiān)測器只能在機械設計生產(chǎn)、試驗后才能發(fā)現(xiàn)故障，而運用計算機輔助實現(xiàn)并行設計，可以將機械設備的設計和生產(chǎn)過程進行系統(tǒng)化的設計，進而實現(xiàn)機械設計的有效性。2.2優(yōu)化設計的應用優(yōu)化設計是現(xiàn)代設計理論與方法的經(jīng)濟之本，優(yōu)化設計一方面可以確保機械設備的良好性能和質量，另一方面可適當?shù)乜s小產(chǎn)品體積，降低生產(chǎn)成本，因此優(yōu)化設計是礦山機械設備設計所必須使用的方法。據(jù)相關資料表明，在煤礦機械減速器的設計過程中有效運用優(yōu)化設計

9、方法，可使其體積減小13%，質量減少12%，由此證實了優(yōu)化設計對于降低機械設備生產(chǎn)成本有著重要作用。2.3有限元法設計的應用從狹義上講，有限元法就是通過對有限個單元作分片插值求解各種力學、物理問題的一種數(shù)值方法，而鑒于煤礦機械的工作性質，正適合用有限元法對其受理進行有效的分析。通常，煤礦機械設備受力情況較為復雜，例如煤礦挖掘用的電動挖掘機，對于挖掘機的斗桿和動臂，受力較為復雜，用正常的力學知識根本起不到作用，為此將有限元法應用于機械設計

10、中，能夠很好的解決機械設備中的受力問題。2.4創(chuàng)新環(huán)保設計的應用創(chuàng)新、環(huán)保是當今社會發(fā)展的兩大重要元素，是現(xiàn)代設計理論與方法的組成部分。創(chuàng)新設計，即要求設計人員在已知和可行事物的基礎上，充分發(fā)揮創(chuàng)造性思維，構想、設計出以前未有過的技術過程。創(chuàng)新設計，不但可對原有設計的欠缺處進行改善，同時能夠促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展你與進步。環(huán)保設計在煤礦機械設計的應用，主要體現(xiàn)在延長機械使用壽命、提高機械使用效率和降低環(huán)境污染三個方面。2.5智能化設計的應用現(xiàn)代設

11、計理論與方法中的智能化設計，也可理解為智能工程，即通過使用不同種類傳感器、控制器和執(zhí)行器等多種高科技產(chǎn)品，實現(xiàn)機械運作、自檢的自動化工作模式。煤礦開采挖掘具有一定的危險性，所以將智能化設計應用于機械設計，可確保煤礦正常生產(chǎn)的有效運行，例如目前已廣泛應用于煤礦勘探、開采等工作中的機器人技術和紅外技術，都是智能化設計的成果。2.6可靠化設計的應用一般來說，機械設備的可靠性大部分決定于設計階段，因此設計的好壞將直接影響到機械設備的可靠性，而現(xiàn)

12、代設計理論與方法則剛好包含了機械設備的可靠化設計。在煤礦機械設備中，機械的可靠性設計，一方面應明確機械所要求的定量指標，另一方面收集相應的零部件數(shù)據(jù)，然后建立正確的模型，從而對其進行定量計算、反復分析，來評價設備的可靠與否。由上文所述，現(xiàn)代設計理論與方法具有一定的科學性、先進性和時代性，將其有效的應用于煤礦機械設計中，可大大提高機械設計的可靠性、穩(wěn)定性和有效性。與此同時，社會和科學的不斷發(fā)展與進步，要求機械設計人員保持不斷創(chuàng)新、不斷進取

13、的設計理念，從而在某種程度上推動我國煤礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。［參考文獻］[1]王明強.現(xiàn)代機械設計理論與應用.國防工業(yè)出版社2011.[2]許藝萍.現(xiàn)代設計理論方法在機械系統(tǒng)設計中的應用.機械研究與應用2010.[3]趙中敏.煤礦機械的現(xiàn)代設計方法.煤礦機械2006.[4]李剛朱華.現(xiàn)代設計方法在機械系統(tǒng)設計中的應用.礦山機械2005.[5]謝友柏.現(xiàn)代設計理論和方法的研究.機械工程學報2004.應用科技75TECHNOLOGYWINDTECH

14、NOLOGYWIND[摘要]現(xiàn)代設計理論方法與傳統(tǒng)設計理論方法相比，更具有科學性、先進性和可靠性等多項優(yōu)點，為此將現(xiàn)代設計理論和方法有效的應用于煤礦機械的設計中具有重要意義。本文在簡略闡述現(xiàn)代設計理論方法與特點的同時，對計算機輔助設計、優(yōu)化設計、有限元法設計、創(chuàng)新環(huán)保設計、智能化設計和可靠化設計等現(xiàn)代設計理論方法在煤礦機械設計中的應用進行了相關的分析與探討。[關鍵詞]現(xiàn)代設計；方法；煤礦；機械設計；應用現(xiàn)代設計理論和方法在煤礦機械設計中

15、的應用劉毅（江蘇省第一工業(yè)設計院有限責任公司，江蘇徐州221006）我國是煤炭生產(chǎn)大國，而煤礦機械是煤炭開采、挖掘的專用機械，因此煤礦機械的設計對我國的煤炭產(chǎn)業(yè)具有重要意義。近年來，隨著社會的進步、科學的發(fā)展，具有一定時代代表性的現(xiàn)代設計理論與方法被提上煤礦機械設計的重要日程。現(xiàn)代設計理論與方法涵蓋了自然學、經(jīng)濟學和社會學等諸多元素，同時廣泛地運用了計算機輔助設計、優(yōu)化設計、有限元法設計、創(chuàng)新環(huán)保設計、智能化設計和可靠化設計等多種設計方

16、法，所以將現(xiàn)代設計理論方法應用于煤礦機械的設計中，可有效地提升煤礦機械的科學含量、增加煤礦機械的可靠穩(wěn)定性，同時促進我國煤炭產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。1現(xiàn)代設計理論和方法概述1）現(xiàn)代設計理論方法與傳統(tǒng)設計方法比較。現(xiàn)代設計理論與方法涵蓋了自然學、經(jīng)濟學和社會學等諸多元素，是科學發(fā)展和社會進步的結晶。在當今這個飛速發(fā)展的高科技時代，設計顯得越來越重要，對于煤礦機械設計者來說，掌握新的設計思想、采用新的設計輔助工具、應用新的設計理論方法和技術有著非常

17、重要的意義。通常來說，傳統(tǒng)的設計更依賴于以往的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗，從直覺上和經(jīng)驗上進行設計的，因此傳統(tǒng)的設計方法較現(xiàn)代的設計理論和方法來說，缺乏一定的科學性、準確性、系統(tǒng)性和穩(wěn)定性。由此，設計者應適時摒棄傳統(tǒng)設計方法，將現(xiàn)代設計理論和方法融入設計之中，才能確保機械設計良好性能和質量。2）現(xiàn)代設計理論與方法的特點?，F(xiàn)代設計理論和方法是社會、科學進步的結晶，融入了多種學科智慧的結合體。系統(tǒng)地講，基于機械的現(xiàn)代設計理論與方法特點可歸納為科學化、數(shù)字化

18、、信息化、智能化和一體化。2現(xiàn)代設計理論和方法在煤礦機械設計中的應用2.1計算機輔助設計的應用計算機輔助設計，簡稱CAD，是一種運用計算機軟件系統(tǒng)來輔助設計人員對煤礦機械進行設計的方法。到目前為止，我國煤礦機械產(chǎn)品已經(jīng)進入一個穩(wěn)步發(fā)展的階段，將計算機輔助設計方法應用于煤礦機械設計中，不但可以另設計更方便、更簡捷，同時也全面的實現(xiàn)了煤礦機械的模塊化設計、系統(tǒng)化設計和并行設計，從而提高了煤礦機械設計與生產(chǎn)的一體化。1）模塊化設計。煤礦機械設

19、備的設計，涉及面廣、內容繁冗，對此可進行分模塊式設計。通常講，設計者是按著機械的具體功能來劃分模塊的，然后利用計算機軟件對機械進行模塊化的分區(qū)設計，同時將較為穩(wěn)定、不常變動的模塊設計存儲。如此在有效地時間內，不但可以提高工作效率，而且能夠有效提高機械設計的精確度、減少技術失誤，從而增強機械設備結構的生產(chǎn)性和互換性，確保機械設備的準確性和維修性。2）系統(tǒng)化設計。將現(xiàn)代設計理論和方法應用于煤礦機械設計，即建立相應的數(shù)學模型，然后運用計算機技

20、術作為輔助設計，在以往實驗數(shù)據(jù)的基礎上，采用先進的科學計算方法對煤礦機械系統(tǒng)在預期工作中的情況進行分析設計。對煤礦機械設備進行系統(tǒng)化的分析設計，可真實的反應出機械設備在真實工作時的受力情況、運作情況，從而提高了所設計機械設備投入運作的有效性和穩(wěn)定性。3）并行設計。計算機輔助設計的應用，實現(xiàn)了將產(chǎn)品設計與具體運行使用一體化的效果，從而切實的避免了設計效果與實際效果不相符現(xiàn)象的發(fā)生。目前，多數(shù)煤礦機械設備上都安裝有故障監(jiān)測器，但是故障監(jiān)測器

21、只能在機械設計生產(chǎn)、試驗后才能發(fā)現(xiàn)故障，而運用計算機輔助實現(xiàn)并行設計，可以將機械設備的設計和生產(chǎn)過程進行系統(tǒng)化的設計，進而實現(xiàn)機械設計的有效性。2.2優(yōu)化設計的應用優(yōu)化設計是現(xiàn)代設計理論與方法的經(jīng)濟之本，優(yōu)化設計一方面可以確保機械設備的良好性能和質量，另一方面可適當?shù)乜s小產(chǎn)品體積，降低生產(chǎn)成本，因此優(yōu)化設計是礦山機械設備設計所必須使用的方法。據(jù)相關資料表明，在煤礦機械減速器的設計過程中有效運用優(yōu)化設計方法，可使其體積減小13%，質量減少

22、12%，由此證實了優(yōu)化設計對于降低機械設備生產(chǎn)成本有著重要作用。2.3有限元法設計的應用從狹義上講，有限元法就是通過對有限個單元作分片插值求解各種力學、物理問題的一種數(shù)值方法，而鑒于煤礦機械的工作性質，正適合用有限元法對其受理進行有效的分析。通常，煤礦機械設備受力情況較為復雜，例如煤礦挖掘用的電動挖掘機，對于挖掘機的斗桿和動臂，受力較為復雜，用正常的力學知識根本起不到作用，為此將有限元法應用于機械設計中，能夠很好的解決機械設備中的受力問

23、題。2.4創(chuàng)新環(huán)保設計的應用創(chuàng)新、環(huán)保是當今社會發(fā)展的兩大重要元素，是現(xiàn)代設計理論與方法的組成部分。創(chuàng)新設計，即要求設計人員在已知和可行事物的基礎上，充分發(fā)揮創(chuàng)造性思維，構想、設計出以前未有過的技術過程。創(chuàng)新設計，不但可對原有設計的欠缺處進行改善，同時能夠促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展你與進步。環(huán)保設計在煤礦機械設計的應用，主要體現(xiàn)在延長機械使用壽命、提高機械使用效率和降低環(huán)境污染三個方面。2.5智能化設計的應用現(xiàn)代設計理論與方法中的智能化設計，也可理解

24、為智能工程，即通過使用不同種類傳感器、控制器和執(zhí)行器等多種高科技產(chǎn)品，實現(xiàn)機械運作、自檢的自動化工作模式。煤礦開采挖掘具有一定的危險性，所以將智能化設計應用于機械設計，可確保煤礦正常生產(chǎn)的有效運行，例如目前已廣泛應用于煤礦勘探、開采等工作中的機器人技術和紅外技術，都是智能化設計的成果。2.6可靠化設計的應用一般來說，機械設備的可靠性大部分決定于設計階段，因此設計的好壞將直接影響到機械設備的可靠性，而現(xiàn)代設計理論與方法則剛好包含了機械設備

25、的可靠化設計。在煤礦機械設備中，機械的可靠性設計，一方面應明確機械所要求的定量指標，另一方面收集相應的零部件數(shù)據(jù)，然后建立正確的模型，從而對其進行定量計算、反復分析，來評價設備的可靠與否。由上文所述，現(xiàn)代設計理論與方法具有一定的科學性、先進性和時代性，將其有效的應用于煤礦機械設計中，可大大提高機械設計的可靠性、穩(wěn)定性和有效性。與此同時，社會和科學的不斷發(fā)展與進步，要求機械設計人員保持不斷創(chuàng)新、不斷進取的設計理念，從而在某種程度上推動我國