新技术新工艺在矿山机械设计制造中的应用

2021-11-29王世龙

中国金属通报 2021年9期

王世龙

（冀中能源股份有限公司邢台矿掘进一队，河北邢台 054000）

矿企生产工作的顺利开展离不开机械设备提供的支持，机械设备若是用在环境恶劣的生产中，就会与设计与制造拥有更高的要求。矿山机械设备设计制造在行业中受到极高的重视。现如今，机械设备在具体的使用中还存有很多的问题，严重影响了用户使用的感受。所以，利用研究设计进行新工艺与新技术的制造，有助于最大限度的增强机械化设备的质量，充分满足不同的操作环境以及不同的使用标准，促使矿山生产可安全且高效的顺利进行。

1 增强矿山机械设计产品的外观质量

现如今，我国在进行矿山机械产品的生产过程中，对于很多的技术性能拥有重视，然而，对于外观质量缺少足够的重视。譬如：表面漆涂得不均匀，颜色主要是灰黑为主；厂标指示牌和标准件等严重歪斜、大小不同；飞边毛刺不除，矿工均不敢用手摸等。例如：兖州矿山机械厂对此开展了深入研究，认为不但外观质量对矿山机械产品质量存在直接影响，而且其外观色彩对外观质量也存在直接影响，所以，应增强矿山机械产品外观设计理念的创新。

很多矿企对于机械产品的“宜人性”设计考虑很少；操纵机构缺少集中性，操作人员仅围绕着机器转着操作；操作手柄的方向与及其运动方向并不一致甚至完全相反，操作人员思想过于紧张很容易出现事故；一些机器尺寸与比例并不适用于我国的人体尺度要求，太高或是太矮而出现抬腿弯腰操作；手柄太沉，扳动费力很容易累人；一些机器的温度很高、振动很大，操作人员头昏心跳加快。这些均要在产品设计过程中采用人体工程学与工程心理学进行处理。

而矿山机械产品外观设计是一个同时探索造型物的内容和美的过程，只有达到协调与统一，产品外观才有真正的审美意义。在机械设备外观设计的过程，除了要考虑功能、造型、材质等方面的因素，还需要细节上的处理问题。除此之外，造型的色彩对于矿山机械产品的外观质量存在直接影响。其发挥着美化产品与环境的作用，色彩处理可让造型更为完美，有助提升工作的质量与效率。若是相反，处理不当不仅会为机器造型的完美造成破坏，而且会导致操作人员出现视觉疲劳、情绪不稳、减少生产效率、容易出现事故。有鉴于此，视觉与心理效果在矿山机械产品的设计过程中成为至关重要的内容。不仅如此，很可能一些厂家认为利用中文书写缺少美观性，因此，很多在本国销售的机器还要在上面印上各种外文，严重影响使用者。在矿山机械产品的艺术造型设计过程中严禁局限在仿造，唯有不断的创新才可创造出具备矿山机械独特艺术风格与美丽新颖的产品。

2 矿山机械设计中需严格遵照全新的设计理念

2.1 矿山机械设计需严格遵循人性化设计理念

人性化设计理念顾名思义就是在具体的设计中严格坚持以人为本的设计理念，有助于设备实现基本功能的条件下对人的需求进行充分考虑，进而实现使用人员的生理与心理的需求，实现人和机械设备的高度融合。井下开采作业环境普遍恶劣，人的工作环境也非常差，矿山机械的设计应该对人的因素进行充分考了，才能推动机械的人性化设计实现人、机械设备、操作环境的高度融合，而设计过程一般会设计众多方面的内容，机械界面的设计、产品语言说明的设计、设计美学方面的设计、矿产资源开采的技术等各个方面的因素。而设计人员需要从多个方面加强考虑，如人机之间的互相结合、职责的划分、人员心理等各个方面的科学设计。在具体的设计中还要着重考虑如下几方面：设备操作界面的设计。操作界面属于人与机械设备接触最多的部分在设备操作界面的设计过程中需要对视觉感受、操作程序、指示语言等各个方面的因素进行充分考虑，确保操作人员能够快速熟悉设备的操作方式，在良好的状态下顺利开展矿产资源的开采工作。设计者在设备设计以前还要对设备的使用范围与环境进行全面掌握，并详细掌握操作人员的身形与操作习惯，并将所掌握的数据信息积极融入到设计中，以便操作人员更好的开展工作。矿山机械的调试基本上就是对设备设计之后出现的一系列问题进行调整和优化了，而正所谓一万次的理论不如一次的试验，所以这一流程也是很关键的。正是因为有了对于机械产品设计的调试，才能够发现设计过程中的一系列问题，之后想办法解决问题，这一次次的过程才能够总结出一些经验来，所以这一点注意事项也很重要。设备的重要功能键需要设置于操作人员注意力非常集中且很容易看到的位置；操纵杆与设备的运行方向需要满足人们的行为习惯，而设置的操纵螺旋需尽可能设计成为右选转型的螺纹套，并重视设备外型的美观性。主要是因为人们都有爱美之心，虽说矿井生产环境非常差，然而你，机械设备的造型与颜色依然要进行精心设计精美的外观，才能为人们带来心理暗示，有助于充分激发工作人员的工作热情，以及对机械设备具有更多的爱护之心。

2.2 矿山机械设计需严格遵循绿色设计理念

绿色设计理念需要在具体的设计中对产品的用料情况、制造情况、使用年限、回收利用的整体流程进行充分考虑，利用机械设备与环境之间的协调关系尽可能避免设备的生产、应用、报废处理等过程为影响周边环境，进而有效节省资源。所以，应特别重视如下几方面：合理选择制造材料。对于矿山机械的制造原材料需尽量选用可再生以及可回收、且具备较高兼容性、可灵活组合的材料，才能避免污染地下环境。矿山机械的元件需具有可拆卸性的设计特征，不但便于零件损坏之后的及时更换，而且为回收原材料带来便利条件。在设备的设计初期就应该充分考虑报废之后的原材料回收问题，并建立详细的设备分解与原材料回收的方法步骤与回收之后的处理措施，唯有进行充分考虑，才可推动资源实现最大化的利用效率。

3 新技术及新工艺在矿山机械设计制造中应用

3.1 自动化控制技术在矿山机械设计制造中的应用

经济的不断发展与进步，带动了自动化控制技术的卓越发展，在自动化制造单元当中，主要是由数控机床运行来实现运转的，但在系统当中还存在一个工业机器人配合的中心，该中心的存在给机械设计制造提供了更优秀的机会。正是因为工业机器人配合中心，可以降低矿山机械设计制造成本、时间，让整个工作更加连贯性，从而大大提高矿山机械设计制造的成效。并且，因为近些年来计算机技术的发展可以说是非常快速，在人类的生活和工作中都有着特殊的意义，也因而带动了自动化控制技术的进步，并在实践中不断得到完善。自动化控制技术在矿山机械设计制造工艺中的使用，必须要安装计算机系统来辅助技术运行。控制系统和传统的系统相比较，其优势更多也更明显，对于小批量多品种的机械进行制造加工时，自动化控制技术更可以快速的完成，既节省了时间，降低了能耗，又有着较高的质量。如今，自动化控制技术在机械设计制造工厂中的出现越来越频繁，在很多环节上都有涉及，工厂也开始大范畴接受自动化控制技术，发现技术优点，并和生产实际相结合，发挥出自动化控制技术应有的价值、作用。

3.2 激光技术在矿山机械设计制造中的应用

激光技术是一种全新的高新技术，其在市场上有着很好的发展前景，激光技术最大的优势就是速度快、准确度高，不但可以利用精密仪器完成切割，其在机械设计制造工艺中的作用是不可埋没的。激光技术有着很多种，比如，快速成型技术，在计算机技术发展的前提下，使得快速成型技术和激光切割相结合，实现对样品的自动化切削任务以及成型任务，这些任务的完成都和计算机技术有着密不可分的关系。快速成型技术在矿山机械设计制造工艺中的应用，在矿山机械产品设计等方面的作用极大，使其在机械设计制造行业中有着无可代替的地位。其次，激光热处理技术也是激光技术中的一种。该技术主要是利用高功率密度的激光束对样品表面进行热加工，让样品表面可以逐渐硬化，在机械设计制造过程当中涉及到的很多样品基本上都是为了延长使用寿命才进行设计制造的。因为激光热处理技术的高温性能比较好，可以对一些机械零件进行加工来达到提高寿命的目的，所以，激发热处理技术的主要功能就是对样品表面进行加工，实现固化，提高样品零件的寿命。

3.3 液压支架顶梁技术在矿山机械设计制造中的应用

矿山机械设备放顶液压支架属于箱形焊接的构件，其一般包含超过七十的构件，重要构件包括高强度合金、钢板的厚度约为10毫米至25毫米，焊接高度约为12毫米至18毫米，这是因为在十字角焊和双面角焊中存在许多缝隙。支架顶梁应为290kg的焊丝，可通过多次焊接成功完成，从而导致复杂的焊接应力和变形。焊接变形的控制应严格控制尺寸偏差的预防，为结构件的质量提供保证。首先，要严格控制裁切尺寸，对零件提出公差要求，并采用仿制、裁切、数控等方法，以保证裁切精度。为了避免主筋之间的间隙，应有效地控制尺寸误差和焊接变形。通常，采用主轴定位方式，完全剪断主钢筋后，使用定位钻孔工具定义定位孔，以确保孔位置和基准平面的准确性。其次，主筋、筋板和底板的装配应合理合理地进行，并严格遵循中心重合的原则。控制组的缝隙和收缩率应严格控制在0.1mm以内。超过3毫米x30毫米的接头应使用刚性支撑件通过刚性杆支撑。最后，严格控制焊接顺序，结合分段、分层、对称焊接的原则，全面进行焊接工作。焊接电流应科学调整，应按3：1的比例使用氩气和二氧化碳进行其气保焊的操作。