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【摘要】現代設計方法在經歷多年的發展之后，逐漸形成完善的設計理論體系，將其應用于礦山機械設計中，有助于礦山開采效率與質量的提升。基于此，筆者從現代設計方法的特點與優勢入手，對其在礦山機械設計中的應用進行了分析，主要介紹了優化設計方法、可靠性設計方法、計算機輔助設計方法、環保設計方法以及有限元設計方法的應用，以期為設計人員進行礦山機械設計提供幫助。

【關鍵詞】現代設計方法；礦山機械設計；有限元設計

在礦山開采活動中，礦山機械發揮著重要作用，其設計質量與礦山開采活動的順利開展息息相關。就我國目前的礦山機械設計而言，存在較為嚴重的思想僵化以及思想單一等問題，根本不能適用于現代化發展下的礦產開采需求，礦山機械設計理念的創新成為必然。設計人員需要將先進方法與現念應用于礦山機械設計中，提高礦山機械設計的水平，使其滿足礦山開采的需求。

1現代設計方法分析

隨著社會經濟的不斷發展，礦山開采技術也有了很大的進步，使得我國大部分礦產資源都能得到開發。與此同時，我國推行可持續發展之后，礦山企業的開采活動呈現出環保與生態化趨勢。因此，為了使礦山企業的開采活動滿足上述發展趨勢，需要礦山機械設計進行改革創新，打破傳統的設計觀念，應用現代設計方法，提高礦山機械設計的針對性與有效性，保障礦山開采活動的可持續發展。具體而言，現代設計方法具有如下特點：首先，將計算機技術作為核心。隨著社會的發展，計算機技術的應用越來越廣泛，在很大程度上提高了社會生產能力，促進了很多行業的發展。在現代設計中，機械設計中計算機技術的應用最為普遍。礦山機械設計中計算機技術的應用，有效實現了手動到自動化的轉變，使產品設計從二維發展為三維，有效提升了礦山機械設計的水平。在礦山機械設計中，基于計算機技術的設計方法有二次開發方法、模態分析方法和有限元分析方法等，這幾種設計方法使礦山機械設計更為靈活，實現了礦山機械設備設計和制造的一體化。另外，計算機技術還支持數據庫的建立，使現代設計技術的延展性有較大的提升，為以后的礦山機械設計提供了可靠的參考依據。由此可以看出，現代設計方法在礦山機械設計的發展中，發揮著良好的促進作用。然后，將設計理論作為指導。傳統的礦山機械設計都是根據設計人員的實踐和經驗進行的，通過設計人員的經驗積累完善機械設計的各個流程。但是隨著礦山機械的自動化發展，根據經驗設計而成的礦山機械不能滿足礦山開采活動的需求。因此，設計人員需要將設計理論作為指導，進行礦產機械設計的創新，在以往經驗的基礎上，結合現代技術，實現礦山機械設計的現代化與智能化[1]。

2現代設計方法在礦山機械設計中的應用

2.1優化設計方法的應用。在礦山機械設計中，優化設計方法是應用最為廣泛的現代設計方法，該方法可以從礦山機械設計的整體角度出發，對礦山機械設備的進行全面的優化，優化的范圍涵蓋到機械設備的零部件、整體結構、相關參數、設備重量以及比功率等多個方面。與此同時，優化設計方法是在不改變礦山機械設備原有結構的基礎上，盡最大努力提高礦山機械設備的運行效率。一般來說，礦山機械的優化設計方法主要是通過軟件進行數學模型構建，數學優化方法與計算機技術，實現礦山機械的優化。常用的軟件包括3D開發引擎、EONStudio以及VC+++等。比如，BHPIronOre公司在開展的礦石車的更新計劃，BHPIronOre公司一共有2200兩礦石車參與該計劃，如果設計人員僅是單純地進行車輛的更新，會花費大量的資金。BHPIronOre公司為了節約設計成本，選擇和LynxEngineering進行合作，兩家公司共同應用優化設計方法，有針對性地進行礦石車的更新，首先對原本車型進行故障分析，優化設計了一種全新的礦石車，有效提高了礦石車的燃燒效率與使用壽命，為BHPIronOre公司節約了大量的成本。2.2可靠性設計方法的應用。一般情況下，礦山開采的環境都比較惡劣，在這種環境下，礦山機械設備的工作效率會對礦山開采工程造成直接的影響。因此，在進行礦山機械設計時，設計人員需要應用可靠性設計方法，提高礦山機械的適用性，避免礦山機械設備受到環境的影響。在應用可靠性設計方法時，設計人員需要全面考慮礦山機械的結構尺寸、荷載參數以及強度參數等內容，在保障礦山機械設備功能的基礎上，提高礦山機械的可靠性，為礦山開采人員提供安全保障。比如，在進行礦井提升機的設計時，基于可靠性設計方法，設計人員需要對礦井提升機中的鋼絲繩進行安全洗漱的評估，采用科學合理的設計方案提高鋼絲繩的可靠性。2.3計算機輔助設計方法的應用。在礦山機械設計中，應用最為廣泛的計算機輔助設計方法是CAD技術。在CAD技術的應用工程中，包括分析、繪制與文檔制作等多個環節，能夠實現礦山機械設計的一體化以及模塊化。與此同時，CAD技術還能夠與CAPP系統規劃工藝相結合，在NC編程的過程中，將礦山機械設計方案直接導入到計算機中，也就是講加工代碼直接輸送給NV機床加工中心，在很大程度上提高了礦山機械設計的效率，有助于設計和制造的有效銜接。具體的機械設計CAD圖紙如圖1所示。隨著計算機技術的不斷發展，計算機輔助技術在礦山機械設計方面的應用呈現出顯著的智能化趨勢，設計人員可以引用計算機輔助技術以及自動化技術，進行智能機械系統的研發，能夠實現動作控制以及信息采集，可以應用于多種環境中，在環境惡劣的礦山開采工作中，可以提高礦山機械的工作效率，有助于礦山機械的可持續發展[2]。2.4環保設計方法的應用。在現代設計方法中，環保設計方法是一種全新的方法，主要是為了響應國家節能環保的號召提出的一種設計方法。基于環保設計方法，設計人員需要將環保知識與機械設計相融合，樹立環保理念，設計環保礦山機械設備。一般來說，環保設計方法主要會應用到數據管理技術、建模技術和評價技術，這三種現代技術可以有效實現機械設備的環保性。為了貫徹落實節能環保觀念，工作人員需要將環保理念貫穿于礦山機械的生命全過程，從礦山機械的設計開始、到礦山機械的生產應用、直到礦山機械的報廢回收，都需要注重節能環保。這樣不僅可以提高礦山企業的經濟效益，還能夠降低設備的能源損耗。在應用環保設計方法進行礦山機械的設計時，設計人員需要進行環保設計的評價，應用多種評價指標保障礦山機械的環保性。具體的評價指標如圖2所示。2.5有限元設計方法的應用。在礦山機械設計中，有限元設計方法的可以進行礦山機械的全面分析，能夠用于幾何形狀較為復雜，厚度差距較大或者邊界不規則對象的受力分析，還可以解決多種復雜礦山機械中存在的幾何非線性或者材料非線性等問題。由此可以看出，有限元設計方法可以應用于礦山機械中復雜部件的設計。比如，在進行挖掘機的動臂設計時，傳統的設計方法是將動臂看做是承受變形與彎曲的受力結構，按照這種受力結構進行設計分析時，會將動臂的應力分析集中于危險節點中，并不能全面進行動臂各個受力鋼結構的受力分析。有限元設計方法可以實現動臂與斗桿的全方位應力分析，SAP5程序可以在動臂與斗桿的最大受力狀態時，進行應力計算，了解每一個受力鋼結構的應力分布狀況，從而提高動臂的質量[3]。另外，有研究學者在破碎機的設計過程中應用了有限元設計方法，對轉子前6階固有頻率和振型進行了分析（分析結果如表1所示），根據分析的結果明確破碎機電動機的轉軸的轉速為600r/min，為破碎機的穩定運行奠定了良好的基礎。

3結論

綜上所述，現代設計方法可以提高機械設計的有效性，實現設計與制造的一體化，需要進行進一步的推廣應用。通過本文的分析可知，設計人員需要認識到現代設計方法的優勢，掌握并應用多種現代設計方法進行礦山機械設計，提高礦山機械設備的適用性、可靠性與環保性，為礦山開采活動的順利進行奠定良好的基礎，促進礦山企業的可持續發展。本文的分析仍舊存在不足之處，僅供參考。

參考文獻

[1]李文越，胡俊.現代設計理論和方法在冶金機械設計中的應用[J].低碳世界，2016（33）：252~253.

[2]朱艷敏.淺談現代設計技術方法在礦山機械設計中應用[J].科技創新與應用，2014（33）：295.

[3]高煥，劉瀟驍.分析現代設計理論和方法在煤礦機械設計中的應用[J].煤炭技術，2013，32（05）：32~33.

作者:曹逸云 單位:湘電重型裝備有限公司車輛研究所