煤矿机械装备结构优化设计研究

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1煤矿机械装备的结构设计方法

（1）智能化设计方法。所谓的智能化设计就是指在对机械装备进行结构设计的过程中，为了能够充分的表现出所设计产品的结构和构想，从而运用到虚拟现实技术、多媒体软件的开发和设计以及智能化软件等先进技术的一种设计方法。

（2）结构模块化设计方法。所谓的结构模块化设计方法就是指在对所设计的产品的功能需求进行调研和分析后，把设计的产品分成一个或多个模块化的结构，并且还要对这些模块化的结构进行重新的选择和组合，这样就形成了不同功能的产品。这些最基础的模块化的结构可以是零件，也可以是部件，同样也可以是一个系统，但是通常情况下，这些基础的模块化的结构是能够满足联接以及配合要求的，所以它们应具有互换性以及相容性。

（3）系统化设计方法。所谓的系统化设计方法就是指将多个设计组成一个大的系统，并且各个设计应是彼此不干扰的，而各个要素之间却又有着有机性的联系，只需要将所有的设计要素整合到一起，从而完成所需要完成的任务。

2大型矿井对煤矿机械装备的需求

由于煤矿的生产工作具有大型化以及高效化的特点，所以无论是煤矿生产的企业还是煤矿生产的工作都对煤矿机械装备提出了更高的要求。首先，煤矿生产的机械装备应向大型化的方向发展。要想满足机械装备高效化的生产需求，机械装备的技术参数也应逐步向大型化的方向发展；其次就是在机械装备的性能方面。煤矿企业应尽可能的使用安全性和可靠性较高的元部件，这对提高机械装备的运行效率以及延长机械装备的使用寿命都是非常有利的。在煤矿机械装备的操作方面，应尽量应用计算机监控以及集中操作的方式对机械设备进行操控，这样才能够满足集约化的生产需求，同时还应注意机械装备维修的便捷性；最后就是应综合的运用气压、机电以及液压等技术，从而真正地实现煤矿生产的机电一体化。

3现代结构设计在煤矿机械装备中的应用

（1）智能和虚拟设计。所谓智能设计就是指通过所形成的智能结构系统将控制器、传感器以及执行器等构件进行整合，使整个装备的结构无论是在愈合损伤方面还是适应环境方面都能够产生智能功能，机械装备的性能以及安全性都得到了较大的提高，能耗也得到了一定程度的降低。如智能采矿的新技术、机器人技术以及红外技术就已经得到了很好的应用，并且这些智能化的机械装备在煤矿生产中也得到广泛的应用。煤矿机械装备的制作成本都是比较高的，并且这些装备所工作的环境也是较为复杂的，所以要想在实际的生产工作中发现它们存在的问题和缺陷，就只能通过反复的试验，这对人力以及物力都会造成极大的浪费，为了尽量的降低损耗并控制浪费，有必要采用虚拟设计。借用仿真技术模拟机械装备的实际运行状态，这样它们运行环境的参数就会可视化，进行一些机械动力学的虚拟实验，从而达到对机械装备优化设计的目的。另外为了使虚拟样机得到优化，设计人员也可以根据用户的实际需求对运行参数进行修改。

（2）稳健的机械设计。机械装备所工作的煤矿生产环境是很复杂的，要想保证机械装备的良好运行，就必须具备一个较为稳健的机械设计。而稳健的机械设计就是利用系统的非线性，选择最为合理的可控因素，促使机械装备对产品老化以及环境变化等因素达到最不敏感的程度，使稳定性得到提升。在进行稳健性设计时，应先进行分析和实验，通过分析影响变量的所有因素，从而获取最佳的参数。在众多的工程分析法中，有限元法设计作为一种非常不错的工程分析法，其不但能够分析厚度突变以及边界不规则等受力对象，同时它还能够解决几何非线性等一系列的复杂问题。煤矿技术中的机械装备的受力情况是很复杂的，所以采用这种方法才能刚好匹配。如在分析电动挖掘机动臂和斗杆的受力情况时，因为其结构受力的情况复杂，如果是采用工程计算法是根本无法分析动臂和斗杆中钢板的应力分布情况的，而如果采用有限元法时，就可以得到钢板的应力分布情况。

（3）网络动态和模拟化设计。煤矿技术中的机械装备工作环境较为恶劣，并且对其进行研发和试验的周期也是很长的，而且其投资的规模也是很大的。如果采用传统的设计方法，不但要花费大量的时间和金钱，同时也很难满足快速变化的市场需求，这就会给煤矿生产企业带来很大的损失，所以，就要应用网络化的设计，即在煤矿机械的制造生产中应用集设计、研发、制造、模拟以及仿真于一体的新型设计理念。机械装备的工作过程是一个动态的过程，它运用的环境既有正常信号也有干扰信号，所以在考虑它们的工作状态时应同时兼顾正常信号和干扰信号，应进一步加强对动态模拟设计的研究工作。在使用机械装备的过程中，外界环境的干扰和变化也会对装备带来不利的影响，这就要求设计人员应进行人、机和环境一体化的分析工作，从而最大限度地提高机械系统的整体性能。设计人员同时还要注意环境协调设计，既不能过度的浪费资源，又不能污染环境。

4结语

通过以上的论述，机械装备的结构设计工作对提高机械生产的效率以及降低机械生产的能耗都有着重要的意义，现阶段很多现代化的设计技术也已经应用到了煤矿机械设备的设计中了，并且也取得了不错的效果。随着我国科学技术水平的不断进步，更多的先进结构设计技术也会不断出现，设计人员应将先进的设计理念与智能、数字以及虚拟等前沿技术相结合，应用到机械装备的生产中去，从而最大限度地提高机械装备的性能和质量。

作者：孙大鹏赵文静单位：河北机电职业技术学院