基于绿色设计理念下煤矿机械设计与制造应用

2019-06-22郭子路

装备制造技术 2019年3期

郭子路

（河南平顶山市安盛机械制造有限公司，河南平顶山467000）

0 前言

以往的机械设计主要采用的是粗放型工作方法，在环境较为恶劣的煤矿机械环境下，煤矿机械存在的最大缺点便是体积大且能源消耗大，导致机械在开采煤矿时，对四周环境产生了非常严重的污染，极易损耗能源，较为影响我国走持续发展道路。对于以上状况，世界各国对绿色设计理念更加注重，尤其是绿色制造技术，更应该科学合理，以便响应我国节能环保发展战略。

1 绿色设计内涵

一般绿色设计是凭借产品生产中的技术以及环境协调等方面的信息状况，希望所设计的产品能不仅技术领先，经济还非常合理，拥有良好的环境协调能力。进行设计过程中，除去一些产品的功能、性能、成本等技术与经济之外，还需着重思考产品的生产、回收等一系列过程，达到资源的循环利用，进而减小能源消耗以及产品制造与使用对环境产生的影响，达到企业长久发展目标[1]。

其中包含的内容有如下几种：（1）产品在设计过程中，产品的基本技术性能、环境资源及经济同样重要，而且环境资源较为重要；（2）在设计时，需全面思考产品的使用，废弃后可以进行可拆性以及回收利用；（3）具体介绍产品设计者与生产企业在环境以及资源方面需要承担的社会责任。对于一些工业产品，企业不仅需要生产产品，还需在规定区域内，担任产品回收以及再利用的义务；（4）在设计方面，较为注重理念的发展以及创新，可很好的看出人类对机械产品设计学科的认识。

以前在设计机械产品时，较为注重产品的性能、质量、成本等最为根本的技术和经济，进行考虑产品过程中，需思考将其产品用报废之后。依照以往的机械产品设计，如果产品不能使用后，便会成为废铁、垃圾，不会和制造企业有关系，报废的产品，回收过程中，选用的方法便是实施回炉冶炼，这样直接运用的机会便会减少，这将是一种从“摇篮到坟墓”的一种过程[2]。对于绿色设计与传统设计来讲，最根本的不同便是，绿色的设计需要思考全部的使用时间，全方位思考产品从构思，到产品结构设计、制造等全部的过程，查看对环境与资源的影响，制造用最小的代价达到再循环的目的。

2 绿色设计理念对煤矿机械产品设计和制造的影响

针对煤矿机械来讲，一般具有如下几个特点：体积大、耗能高、污染高。所以，煤矿机械在实施绿色设计过程中，要全面考虑能源的消耗以及污染物排放情况，保证产品制造和使用过程，使得产品节能、环保、安全。环保理念的不断普及，怎样才能更好的达到煤矿机械绿色化，减小环境污染，变为当前需要研究的焦点[3]。

2.1 对于选材的要求

在选择再生、回收材料时，可选择能降解材料的。这样在分析材料环境以及对应的专家系统时，需有效研究环境数据以及知识，方便材料环境的协调行，同时也能为评价体统提供对应的理论信息。对于材料的绿色特性进行研究，主要是对原料到成品，成品到产品、产品到报废后的物资等三个过程实施能源、资源、环保等方面的评价。

2.2 可拆卸性

可拆卸性能达到煤矿机械的有效回收，进行拆卸时，可以在一定程度哈桑实现材料的全部回收与零件的回收运用。所以，作为设计人员，需积极引进绿色设计和制造理念，在设计之初保证产品最后的回收再利用。拆卸产品、工艺、系统等方面都属于煤矿机械产品可拆卸性能。在设计过程中，需按照易拆易分的原则，尽量减小拆卸过程中的工作量、零部件的多样和产品预测结构[4]。

2.3 可回收再利用性

可回收再利用选用的是产品在设计时，有效考虑零件回收、价值、出来方法以及结构工艺性等问题，以便更好的保证产品零件和材料的利用率，同时，这一过程对环境的污染也是最小的。针对煤矿机械产品来讲，可回收再利用包括了可循环利用的材料、标志、回收处理等方面。

2.4 产品成本最低

在设计绿色产品时，需考虑和以往的成本分析不一样，在设计绿色产品时，需有效考虑产品的利用性，所以，分析成本过程中，需有效利用污染物、产品拆卸、重复运用等方面的成本。针对煤矿机械来讲，环保费用会对产品的成本带来不同程度的影响。在实施绿色设计时，需有效分析成本[5]。值得注意的是，成本控制需在达到产品性能的基础上，不然，会和绿色理念不符。

3 绿色制造工艺技术的主要内容

通常情况下，绿色制造工艺技术通常以较为传统的工艺为基础，因此，作为先进的制造工艺技术需结合材料各个方面的技术处理。最为主要的目标便是合理利用资源，有效节约成本，来达到减小对环境产生的污染。依照目标可以将其绿色制造分为三种类型分别为：节约资源、节约能源、环保型工艺技术。

一般来讲，节约资源的工艺技术是在生产途中，对一些工艺实施有效的缩短工艺系统，来达到节约原材料消耗的目的。可从设计与工艺两个方面入手。设计过程中，尽可能的降低零件数量、减小零件重量，运用更为高级的设计使用材料，使其到达最高的利用率。在设计工艺时，需尽可能的提高毛胚制造技术，改变新型的加工技术，来达到降低材料消耗的目的。节省能源工艺技术通常是说，在进行生产时，需尽量的减小能力损耗方面的工艺技术。目前，选用最多的办法便是减磨、降耗亦或运用低能耗等方面的工艺。环保型工艺一般是说，通过一些工艺技术处理，使生产时产生的一些废液、废弃、噪声等对环境与操作者有一定影响的，尽可能降低其危害。当前使用最好的办法便是在工艺设计时段，全方位思路，积极防治发生污染，与此同时，还能加大末端治理技术。当前，随着全球不可再生资源大批量的运用，为人类今后的生存提供严峻的挑战，因此，节约资源方面的工艺技术非常重要。

3.1 绿色制造工艺技术在机械加工中的运用

进行机械加工时，绿色制造工艺技术着重放在了切削与磨削方面上，采用干切削与干磨削的办法实施加工。经常用到的加工办法有车削、铣削、磨削等，都需运用切削液协助加工，切削液最为主要的加工方法便是冷却、润滑、清洗等。过量的运用切削液会产生非常严重的有害影响，使得环境受到污染，影响工人的身体健康。干式加工通常是在加工途中，不运用切削液，在加工途中，不选用切削液，因此，能取得干净无污染的切削，节省了大批量的切削液和费用。

3.2 机床技术

进行干式加工过程中，在进行切削时，经常产生过多的切削热，如果导致散热不准时，会发生机床受热不平均，随之热量过高产生变形，这样的热变形会影响到加工的精度。因此，实际工作时，机床应该配置一些循环冷却系统，这样便能带着大量的切削热，同时也能取得更好的隔热措施。一些实验说明，干式切削理想需在高速度切削状态下实施，采用此种方法能有效减小工件、刀具等产生的热量。进行高速切削时，为了创造更好的条件，针对精密度较高的切削机床，可适当在机床上放上健康系统，随时查看切削位置的温度、切削里、刀具磨损等，并加上机床补偿装置。

3.3 工艺技术

针对机械加工，为了有效达到干切削，工件材料需具有较为直接的作用，通过研究表示，非常硬的合金较难实施干切削，之后是钢，然而铸铁的干切削性能非常好。铝合金在进行加工时，产生的切削经常和刀具发生“咬焊”形式的粘连，运用高速干切削便能很好的解决此问题，通过实验可以看出，在高速切削中近98%的切削热都传递给了切削，使得切削和刀具接触的部分被熔化，非常容易切除到工件的表面，降低积削瘤的发生，同时也能提升铝合金的加工精度与表面质量。另外，为了有效降低在高温情况下，刀具与工件间的材料粘接与扩散，需注意刀具材料与工件间的搭配，同时运用硬车与激发帮助切削，针对不能实施磨削加工的零件与抗拉强度较高的零件实施加工。

4 绿色设计的应用

国家针对煤矿的具体发展提出了一定的解决措施，但是为了积极促进国家节能战略的有效推广，必须要积极提出绿色设计技术，这能够使得生态与生产处于和谐的状态，积极打造绿色设计之路。绿色设计主要是针对自然环境而言的一种技术，提倡在具体的工作中坚持节能环保，在进行资源使用时积极实现资源的充分利用，更要对资源进行再次制造。如图1所示，悬浮式液压支柱设备工作介质为井下水，因而确保了煤矿工作环境及其地下水不会受到污染，切实实现了绿色环保理念。

图1 悬浮式液压支柱结构图

绿色设计理念主要要求各方在具体工作中通过人为干预的方式去改变原来所存在的与生态保护不和谐的行为，而且通过绿色设计技术的不断深入能够使环保理念更加深入人心。绿色设计技术是必须遵循的一项技术，将这种技术深入到机械产品的设计工作中，能够使能源损耗严重问题得到进一步缓解。同时，绿色设计技术与传统煤矿机械设计技术不同，前者主要处于一种集成化技术理念，要求相关工作者在进行具体工作时，在每个细节都要进行绿色设计技术的深入使用。这样能够从每个环节提高资源使用率，进一步降低环境破坏力度，还要求工作者要充分考虑机械自身所包含的因素，更要对长期生产活动进行考虑，最终促进所生产出来的产品能够与环境保护理念相协调，促进生态保护工作推进。