工业设计理念在矿山机电产品设计中的应用探究

张 刚，李 晶，刘文博

（兰州兰石集团有限公司能源装备研究院，甘肃 兰州 730000）

随着我国经济的发展，人们对环境的保护也愈发的重视。与此同时，工业设计理念也在人们的心中越发的体现，人们追求绿色设计，追求资源的最大化利用以及产品美观性。在欧洲工业革命之后人们认为机械产品丑陋，因此在产品设计上加入了大量手工艺的装饰方法，这就是在19世纪末发生的“工艺美术运动”。工业设计是通过结构美学、工程学以及价值学等多个领域相结合来完成产品设计。工业设计理念是强调艺术和技术相结合，在满足人们的生活需要的前提下也要满足人们的心理需要。让人们通过利用工业设计理念生产出的产品产生更大的满足感。工业设计理念也在发展中推动了各类领域的进步。目前，我国煤炭的生产发展已经逐渐变得集约化和大型化，但开采的效率也是停滞不前，由于矿山机电产品使用年限不足，且不易回收，更大程度上造成了资源浪费。针对这一现象，本文提出利用工业设计理念设计矿山机电产品。希望为矿山机电产品设计行业的研究者提供有所参考的新思路。

1 矿山机电产品设计中的工业设计理念

1.1 现代工业绿色设计理念

工业设计理念就是从美学、色彩学、价值理念等多种领域内进行工业设备的设计。随着经济的飞速增长，传统的工业化设备已经对全球造成了一定的环境污染。在这样的前提下，现代工业的绿色设计理念应运而生[1]。绿色设计也叫生态环境设计，即在产品设计之中就要将防污染以及环境因素的影响纳入其中。在产品的整个使用时间里，对于绿色设计来说，就是要考虑产品的拆卸、重复利用以及可回收性等。对工业设计工作人员来说，已经将现代工业绿色设计作为设计目标。

1.2 可拆卸性设计理念

对于工业设计来说，可拆卸性设计一直都是各位设计者所追求和考虑的。我们要考虑产品材料的回收、产品的易拆卸性和产品零件的重新使用，以便从使用中获得最高使用率以及利润。这也是绿色设计理念中的重要环节。在矿山机电产品的设计中也是不可或缺的。矿山机电产品由于体积巨大，导致储存占地面积巨大，所以根据可拆卸性设计理念设计矿产机电产品可以从多种方面来使资源更加合理分配。易于拆卸分离、减少拆卸与拼装的工作量是可拆卸性设计理念的原则[2]。

1.3 可回收性设计理念

在矿山机电产品中，由于矿山机电产品所用材料的消耗量巨大，当产品使用周期整体结束后造成了资源浪费。所以，将工业设计理念中的可回收性设计理念，融入进矿山机电产品的设计中进行资源不浪费。在产品使用周期结束后，其他的新产品也可以使用当中的废弃零部件和废弃材料，从而达到零件回收的目的以及零件材料的再利用性[3]。设计不应是单纯的美化外观，我们也要考虑从设计之初到产品回收这一循环过程中可以多加利用的地方，从而保证资源的最大化利用，不形成浪费。这样的设计才是区别于传统设计模式的优秀设计。

2 矿山机电产品的组成要素分析

矿山机电产品主要是煤矿机电，具体包括采煤机、刮板输送机、大巷电机车以及水泵等。矿山机电产品主要有五大要素组成结合而成，分别是感知组成、职能组成、动力组成、结构组成以及运动组成[4]。一、在感知组成中，对于矿山机电产品系统的本身以及外在环境因素的测试。矿山中环境恶劣，在设计矿山机电设备中也需要考虑产品对环境的适应。二、结构组成就是矿山机电产品本体，是系统中机械支持结构，其中包括框架、支撑和机身等。三、运动组成是根据矿产产品中信息处理方面的指令去完成所规定的动作。四、职能组成就是控制产品系统的有序及有目的的进行。在此环节中，设计需选择最优化，另设备的所有功能进行完全使用。五、在动力组成中，要根据系统整体控制，为整体系统提供动力，以便让系统正常且高效运行。在此环节中，设计需使产品性能进行提高，使产品使用效率更加高效。

3 基于工业设计理念设计矿山机电产品

图1 矿山机电产品滚筒传输示意图

对于设计来讲，发明和创新是非常重要的两点。对于矿山机电产品的设计中，发明是根据采矿需求，从无到有的去创造一种全新的功能。在发明的基础上进行创新，就是对矿山机电产品的外观，结构等进行改变。在现代工业设计理念中，矿山机电产品要达到社会预期的效果，在设计中就要将结构和造型设计结合起来进行综合设计，通过结构美学、工程学以及价值学等多个领域相结合来完成产品设计[5]。下面基于工业设计理念提出设计矿山机电产品的构想。矿山机电产品的应用需要体现在采矿流程上，在流程上，使用设备使采矿的时间和成本进行大大的减少。下面，本文将从矿山机电产品的五个重要设计来说。第一个，设计传递滚筒，传递滚筒一般顺着人字刻槽顶端面输送，同时一般情况下表面为铸胶面。但铸胶面易于磨损，可使用时间较短，需频繁更换，又难以确定传送方向，所以采用人型铸胶表面。下图为矿山机电产品滚筒传输示意图。设定hA为6～8间，那么根据Q来确定传输带的选择。由上述公式我们可以看出，当值较小时，我们就取小值，当值较大时，我们就取大值。根据不同矿山机电设备所需要的可靠性不同，对传输带的选择也不同，若矿山机电产品需载人等，还需再适当的提高传输带的安全系数。第三点，设计驱动装置。驱动装置的设计中，一般情况下若各项技术选择合理，可以延长矿山机电产品关键零件的寿命以及系统的可靠性也能得到大大的提高。这里采用调速式液力偶合器，在矿山机电产品中需要用液体来提供传递动力的装置，就叫做液力偶合器，在我国应用的较早。能够有效的保护电机的同时也能改良性能，使输送机的驱动装置性能变软。而调速型可以会使矿山机电产品的使用条件放宽，在不同矿山中皆有应用，并且经济效益上也最为划算。第四点，设计制动器。一般电磁液压制动器主要在水平运输机上使用，盘形制动器主要用于下运运输机。在安全性范围内考虑，把电磁液压制动器与盘形制动器同时在下运运输机上使用。第五个，设计拉紧装置。拉紧装置一般分为四种，分别有液压拉紧装置、重锤式、固定绞车式和自动绞车式。一般拉紧装置要尽量布置在靠近驱动滚筒松边处，或者布置在张力最小处。在设计时，我们须考虑由于张力变化，传输带的弹性变形。由于传输带在使用后会产生永久变形的情况，我们基于可回收性设计理念，需对拉紧装置的材料进行精准选择。至此，通过绿色设计理念、可拆卸设计理念以及可回收性设计理念设计的矿山机电产品部分结构与零件已探究完成。

一般改向滚筒与传送带表面直接接触，因此选用铸胶表面为光面的。若改向滚筒与传送带表面没有直接接触的话，只有在传输较为清洁的物料时，且传送功率不高的情况下才选用光面的滚筒，根据绿色设计理念，选择最优化的铸胶材料。第二点，设计传输带。目前国内机电产品所选用的传输带都较为普遍，所以本文仅对钢丝绳芯传输带的设计进行探讨。首先我们需要确定传输带的拉伸强度，根据传输带的拉伸强度来选择传输带的材料及设计结构。下列公式为传输带的拉伸强度公式。

其中，K表示传输带的拉伸强度；fmax表示在传输带稳定工作的情况下的最大张力，单位为N；Q表示传输带的宽度，单位为mm；h A表示静安全系数；根据传送带的拉伸强度，我们

4 结束语

本文对工业设计理念在矿山机电产品设计中的应用进行了探究。相对于传统矿山机电产品设计来讲，本文融入了工业设计理念因素，具有极高的参考价值。但由于本文对美感的结合不足，导致论文中存在实用性因素过重，还需要进一步结合美学展开研究工作。希望本文的分析，能够为矿山机电产品设计行业的研究者提供有所参考的新思路。