煤矿机械的绿色设计与制造

摘 要：煤矿机械的特点主要包括大体积和高耗能,同时还有高污染的特点,所以对于煤炭机械的设计必须要充分考虑到其消费能源的状况和污染物排放状况,以此来保证其产品制造和使用能够达到节能和环保,安全与经济的效果.由于以上原因,该文结合从绿色设计和煤炭机械绿色设计概念,对煤矿机械绿色设计和制造的内容与方法进行进行相关论述.

关 键 词：煤矿机械绿色设计制造

中图分类号：TQ3文献标识码：A文章编号：1674-098X（2014）01（b）-0059-02

由于社会的不断发展,资源短缺与环境污染以及生态恶化的问题日益突出,而可持续发展的战略就是针对上述问提而提出的,也是社会经济发展的最终选择,当前已经作为我国的一项基本国策来执行.因为煤矿机械的产品不仅体积大,而且耗能高,污染也很严重,同时与水和空气,地表和土壤的关系非常紧密,因此在其设计阶段应该就充分地考虑到其所涉及到的资源问题和环境问题.而绿色设计注重的就是高效地利用能源与资源,以节能和降耗以及少污染为出发点,以此来实现煤矿机械绿色化设计.

1煤矿机械实行绿色设计的内涵和意义

（1）绿色设计的内涵

绿色设计又被称为面向环境设计,这种设计的基本思想是指,在其设计阶段就把预防污染与环境因素的相关措施融入其产品设计,把产品的环境性能列为其设计目标与出发点,目的是降低其对于环境的污染.就工业设计来讲,其绿色设计的关键是Reduce和Recycle以及Reuse,翻译过来就是节约和回收以及再制造.其实质是不仅减少能源与物质的损耗,减少排放有害物质,同时还需要加强产品与零部件的回收再利用.当前国内外绿色设计研究的主要内容集中在产品生命周期设计与管理,同时还有环境影响的评价和经济成本的分析,模块化的设计方法与公理性的设计方法.

（2）绿色设计的意义

绿色设计是比较先进的一种设计方法,其能够满足煤矿机械设计的一些要求.通常绿色设计是指利用生产产品过程中的各种中技术和环境协调,同时还包括经济性等信息内容,保证其所设计的产品不仅具有先进的技术,而且具有经济合理的优势,同时其环境协调能力也比较好的一个过程.而煤矿机械的绿色设计可以实现煤矿机械全部开发周期里相应产品的技术性和经济性,以及维护性与可回收利用等特性的保存,使其所设计煤矿机械类产品能够满足用户和环境多种需求.所以,很有必要在煤矿机械的设计之中引入此种绿色化设计方法.

2煤矿机械的绿色设计

传统煤矿机械的产品设计如图1所示,此种设计仅仅考虑其功能的合格与否,而对于其使用材料对环境造成的影响考虑不多,也很少涉及已使用产品的回收利用问题.相反,煤矿机械绿色设计就不再使用传统设计中从摇篮至坟墓的方法,而是重视产品的生命周期,实现产品从摇篮至再现的设计.从煤矿机械设计的内容来看,其主要包括绿色CAD的设计和其一般设计的原则.

（1）煤矿机械绿色CAD的设计

当前CAD/CAE技术已经被广泛应用在工业产品的设计之中,在其具体设计之中,首先要做的是运用CAD技术设计出一种参数化产品的模型,接着运用CAE技术对上述模型进行分析,分析的主要内容是模型结构和模型的强度与刚度,同时还包括对于模型的工艺分析.当前不少三维的CAD软件都使用了对CAE的集成方式,其好处是可以借助此类模型,以及单独CAE软件对煤炭机械工作环境进行模拟,对其强度和刚度以及抗冲击能力进行模拟性试验.借助CAD/CAE技术可以达到少用纸或者不用纸的效果,可以实现各个部门对零件模型的共享.另外CAD/CAE技术搭建平行设计平台,进而增强产品设计的效率,从而也使得设计周期的缩短和对产品进行绿色分析成为可能.

（2）应遵循的主要原则

①选材的原则

煤矿机械的绿色设计在其选材过程中需要注意以下原则：第一,优先选择的原则,其主要选则的对象是可再生的材料和回收材料,能降解的材料等.第二,能够进入针对材料环境的负担情况进行分析的数据库,或者是相应专家研究的系统,对与之相关的环境数据和相关知识展开相应的研究,以便为相应的评价体系可以提供相关理论信息,此评价体系主要涉及材料环境兼容性能和协调性方面的内容.第三,加强对材料绿色特性的评价方法进行研究,其具体内容是指从原料至成品和从成品至产品,同时还有从产品至报废物资,主要是此三个过程中所涉及能源和资源,同时还有其环保性能内容的评价等.

②设计中的可拆卸原则

煤炭机械实现有效回收利用非常重要的一个原则就是可拆卸性,其具体指的是产品在设计阶段就将其可拆性作为产品设计目标之一.煤炭机械的产品有机体积庞大和加工复杂,零件众多和结构复杂的特点,因此在其设计之前就应该充分考虑其结构因素,以此来增强其产品可拆卸的性能.具体来讲,煤矿机械类产品可拆卸的内容主要有拆卸产品和拆卸工艺,同时还包括拆卸系统等内容.而煤炭机械的绿色设计过程需要遵循的原则主要包括：容易拆卸和分开,尽可能的对拆卸过程中的工作量进行降低,对零部件多样性和产品预测结构进行降低.此外还有一种减少拆卸的工具种类与简化其操作程序的方式,就是在其拆卸的部位减少其紧固件的数量,从而在拆卸时可以达到省时和省力的效果.再次,煤矿的机械产品在其材料选择上需要便于分类和分离,在产品的设计中需要选用的材料种类要少,同时要考虑到所选材料之间的兼容性.

③设计中的可回收利用性

就煤矿机械的可回收与再利用来讲,其主要是指在产品设计过程之中,需要充分地考虑多种因素,主要包括零部件的回收可能性和价值大小,零部件回收处理方法和其结构工艺的性能.通过对以上问题的周密考虑,以此来确保其相关产品的零部件和其再利用的性能得到保障,所以这种过程对环境的污染将会非常小.而就煤矿机械类的产品来讲,其能够回收和再利用的性能主要包括了可以实现循环利用的材料和标志,可以实现回收利用的工艺和方法,可以实现回收处理的结构工艺和经济性能.④设计中产品的成本最低原则

绿色设计产品的成本分析和传统的成本分析有所不同.由于煤矿机械产品在其绿色设计的初期就已经开始开始对其产品再次利用的性能展开考虑,所以对其成本分析的过程中充分地考虑到其污染物替代和产品拆卸,产品的重复利用和环境中的成本等内容.但就煤炭机械活动而言,其与环保费用相关的内容也能对产品成本的差异产生重要影响.而在绿色设计决策的过程中,成本分析是一项非常重要的内容,以此来保证其设计产品不仅具有良好的绿色效果,而且能够使其成本降到最低.

3有关煤矿机械绿色设计和制造的技术与实例

(一)煤矿机械绿色设计和制造的技术

绿色制造的技术指的是在产品制造的过程中,建立在产品产本和功能以及质量的前提下,运用能够综合考虑环境与资源因素的一种制造技术,当前CAD/CAE技术和无切播的技术,以及超高速的加工技术和新刀具的技术都得到了迅速发展,上述技术的运用大大降低了产品制造的人力投入和资源投入,也对废弃物的排放有降低作用,运用此类技术可以实现煤矿机械的绿色制造圆满完成.

①虚拟制造

虚拟技术属于软件技术的一种,这种技术的发明把CAD/CAE技术以及CAM技术与生产管理的联系变得更加紧密,其最终能够提供一种强有效的仿真和建模环境,从而让产品规划与设计,以及产品的制造和装配都能实现网络化,同时还能对产品生产过程给予必要支持.虚拟制造的概念与内涵主要包括虚拟开发和虚拟生产,同时还囊括了虚拟企业的内容.此处所讲虚拟制造的技术主要指的是虚拟性生产.把虚拟制造的技术融进煤炭机械的生产之中,能够在很大程度上提高生产效率与产品的质量,缩短试制与实验的流程,减少企业生产的成本.

②煤矿机械相应产品再制造

工程再制造的内涵,指的是其用机电产品的全寿命周期的设计与管理作为指导,从而实现使废旧的机电产品在性能方面得到提升的目标,建立起优质、节能、高效、环保、节材的准则,运用先进技术与产业化的生产这种方式,对废旧的机电产品展开修复与改造,对这一系列的技术措施与工程活动进行总结,就是产品再制造.再制造并不是指对废弃物的简单利用,实际上是用先进成熟的表面的工程技术作为支撑,能够同时实现准确地恢复尺寸和显著提升其性能的目的,最关键的是资源利用的效率要高,对于能源的消耗要少,达到节能环保的目的.

（2）矿机械绿色设计和制造的案例

下文将以悬浮式液压支柱（其结构见图2）绿色设计和制造为例,展开对煤炭机械绿色设计和制造的分析,如图2所示,其所采用的原理属于柱塞悬浮式的原理,所以其支柱安稳性能和承载力,同时还有抗偏载的能力都有较大程度的提升.另外此种设计的支柱与当前单体的支柱相比,其重量可以减轻15%还多,并且其使用的过程也非常简单.此外由于其工作行程的增大,其支柱的回收率也得到很大提高.从图中我们可以看出,三用阀处于手把体上,所以其不会因为活柱升高而升高,其操作的安全性能较高.通常液压支柱所采用工艺是镍-磷镀层的工艺,水平较为先进,其工作的介质有井下水,所以可以确保煤矿工作的环境和地下水免受污染.

图中所示设备主要采用绿色设计的方法展开设计,其主要运用悬浮式和密封涨紧的原理,所以就使支柱的各种性能都得到了提高,这就展现出绿色设计先进性的一面.就其绿色设计的成本来讲,图中所示设备的结构非常简单,所以就达到了大幅度地降低成本的效果,此外由于其零部件得到减少,也使其产生故障的概率得到了大幅度的降低.另外一方面,其产品的绿色设计中抛弃了传统的理念,也就是先污染后治理的理念,其在工程设计中最大程度地降低了其产品对于环境的污染.而就单体支柱来说,因为其工作介质是乳化液,所以其给煤矿工作的环境和地下水带来了一定的污染.但是图中设备主要运用井下水为工作介质,这样就可以避免乳化液污染环境.最后,图中所示设备无焊缝的设计也在很大程度上降低了此过程之中有害的气体对于人体的危害.其所有的连接都是用方钢丝进行连接,其安装过程与拆卸过程十分便利,有利于维修过程的展开.

该述的事例说明了煤矿机械的绿色设计和制造不仅有利于产品技术性能的提高和成本的降低,而且能够减少对环境的污染,社会和环境效益也较为良好.

4结语

该文主要通过对煤矿机械的绿色设计进行论述,使读者能够对于其基本内涵和具体技术以及实施原则有一定了解,希望对于煤炭机械绿色设计的工作人员有一定启示,另外对于相关操作还需要在工作中进一步总结和提高.