煤矿机械的绿色设计及制造工艺分析

冯福君

摘要：作为—种先进设计技术，绿色设计对于提高煤矿机械运行的经济性、环保性和可靠性具有重要作用。本文首先探讨了煤矿机械的绿色设计，然后具体阐述了煤矿机械绿色设计制造的技术，以期为相关技术与设计人员提供参考。

绿色设计是指利用产品制造中经济性、环境协调性与技术应用等方面的信息，采用优化技术措施方式以提高产品的经济合理性、技术先进行和环境协调性的过程。将绿色设计理念引入到煤矿机械制造中，可有效提高煤矿机械开发产品的再利用性、可维护性和经济性，从而满足煤矿生产的低能耗、低污染、小体积要求。因此，加强有关煤矿机械绿色设计与制造工艺的分析，对于改善煤矿机械的制造水平与质量具有重要的现实意义。

1.煤矿机械的绿色设计

1.1.可回收性设计

可回收性设计是指在对煤矿机械产品进行设计时应全面考虑零部件及材料的处理工艺、处理方法、回收价值、回收可能性等问题，以尽可能完成对材料能源、零部件、资源的有效利用，从而最大程度的降低回收过程对环境影响的理念与方法。在产品可回收性评价体系中主要包括对产品级、材料级、零件级与部件级四个方面的回收和填埋级与能量级两层次上的环境污染分析，相应提出的产品回收性能指标与规范可以用于对产品设计进行指导。在煤矿机械可回收性设计中可先全面评估产品的回收价值与可回收性，利用评估结果制定相应的可回收性建议，以此为机械设计提供调整性分析。

1.2.材料选用

传统的煤矿机械产品设计中，在对材料选用时常关注材料的成本水平与技术性能，而不重视材料对环境的影响。而产品材料的环保性能将直接关系着机械产品的绿色程度，所以在材料选用时，应在材料符合规定功能标准的基础上尽量选择具有高环境兼容性的材料。在煤矿机械产品材料选用过程中应注意以下两个要点：（1）环境友好性，在选择材料时应尽可能选择环境兼容性高、低能耗、污染少、无辐射、无毒无害的材料；（2）可持续性，材料选择时应尽量考虑使用可回收材料和再生材料，材料应方便进行再制造、再利用或回收。

1.3.绿色CAD设计

现代工业产品设计中多采用CAD技术进行，在开展产品设计时，CAD技术能够根据提供信息量形成参数化的产品模型，并能依据模型分析产品的工艺特征、强度刚度、结构空间等。目前使用的CAD软件同时具有CAE技术功能，可以采用模块化方式对煤矿机械的工作环境进行真实模拟，从而进行抗冲击性、刚度、强度试验等。将CAD软件技术应用到煤矿机械绿色设计中，可建立并行设计平台，有效改善产品设计效率，提高零件模型在各部门间的共享水平，对于改善产品的绿色设计质量具有重要作用。

1.4.可拆卸性设计

可拆卸性设计是指在产品设计过程中，采用多种优化改进措施使产品的连续结构间能够方便维护、拆卸与制造，且在产品回收时仍能有效利用各部分零件的过程。拆卸是保证产品有效回收的重要手段，其设计质量的好坏将直接关系到材料的再制造与回收效果。由于煤矿机械产品结构复杂、体积较大、零件较多，在加工设计是应充分考虑其合理的结构要素，以改善机械产品的可拆卸性。

具体措施有：（1）注意在部件拆卸部位应尽可能降低紧固件的用量，以提高拆卸效率和方便性；最好采用一致的紧固件类型，以减少拆卸工具类型、优化拆卸流程； （2）由于煤矿机械产品的零件之间需要较多的连接构件，常用的有铆接、螺纹连接、搭钩式连接、销接、焊接、键连接等方式。采用合理的连接方式可有效提高产品的可拆卸性。在机械产品设计时应尽可能采用破坏性小的、简捷连接方式；在金属零部件间应采用键连接、销接、螺纹连接方式，以降低产品回收时的拆卸分离工作量（3）在选择制造材料时应尽量选用利用分类和分离的材料类型，并考虑材料之间的兼容性与材料种类；（4）在设计过程中应尽可能降低零件的用量和组合数量，减少拆卸时间、工作量和拆卸工具的复杂程度。

2.煤矿机械绿色制造工艺技术

2.1.煤矿机械产品的再制造

再制造技术的主旨在于全面提升废旧机电产品的性能，其以机电产品的寿命周期管理与设计作为主要依据，按照节能、优质、环保、节材、高效等基本原则，采用先进产业化生产技术手段，对废旧机电产品进行有效的改造和修复。再制造过程不仅仅是废弃品的再利用过程，其采用的表面工程技术既能准确改善产品尺寸，还能全面提高产品性能，且具有能耗低、利用率高、节能效果好等优点。再制造中所采用的关键技术主要有：废弃产品回收利用与高效拆卸技术、再制造零部件与废气零部件的寿命检测技术、表面工程技术、数字化成行平台关键技术、再制造部件检测与质量控制技术等。将再制造技术应用到煤矿机械零部件的制造中，可有效提升机械产品的环保、节材、节能优势。

2.2.虚拟制造

虚拟制造技术是一种集成生产管理、CAM、CAD的软件技术，其能够创造一种真实有效的建模与仿真环境，实现了产品装配、规划、制造、设计的计算机化发展，且能控制产品生产的基本过程，并提供虚拟企业、虚拟生产与虚拟开发等功能。在煤矿机械产品设计中采用虚拟制造技术可有效改善生产效率、提高生产效益。利用信息化技术建立有关切削刀具、切削用量的基本数据信息煤机数据库，并采用自动化技术对高速切削、硬切削、干切削等制造技术进行虚拟制造，可有效简化制造过程，改善机械产品制造效果。另外将虚拟技术与CAX技术相结合可充分提高产品制造的虚拟化程度、降低机械制造中材料与资源浪费、降低产品制造与设计周期等。

2.3.集成化技术

按照系统与集成优势对煤矿机械产品的绿色制造过程进行分析，将产品工艺设计与材料选用集成和产品使用与设计需求集成充分结合，重点考虑绿色制造过程的信息集成，从而形成具有环境影响评估、绿色设计、质量检测、制造过程分析等功能的集成式制造系统体系。

3.结束语

绿色设计与制造工艺水平的应用质量将直接影响着煤矿机械产品的整体质量和性能，因此，相关技术与设计人员应加强有关煤矿机械产品的绿色设计与制造技术研究，总结绿色设计要点及制造技术措施，以逐步提高煤矿机械产品的绿色设计质量。

参考文献：

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