摘要：煤矿机械设备在煤矿生产中占据着重要地位，机械装备的结构、性能和质量对矿山的生产和安全都会产生很大的影响，因而对煤矿机械装备进行结构优化，提高机械的性能和质量具有十分重要的意义。在煤矿生产中，提高机械设备的性能和质量，一方面要提高设备的制造和维护，另一方面需要提高机械设备的设计水平。要优化结构设计就必须不断创新设计方法。如今，在社会经济的飞速发展，在信息科学、材料科学以及制造科学等科学技术飞速发展的情况下，煤矿生产对煤矿机械设备的设计提出了更高的要求。
关键词：煤矿技术；机械装备结构；优化设计
煤矿产业是我国对自然资源煤矿进行开采，从而用于各行各业的生产，满足人们的需求的一种产业。近年来，中国的经济不断发展，很多行业的发展依赖于煤矿业，煤矿业在中国的经济中所占的位置不可撼动。煤矿产业中，机械起到决定作用，机械质量的好坏直接关系到煤矿生产的顺利进行。随着社会制造业，信息产业和材料业的不断发展，煤矿生产中，对煤矿机械设备的结构优化设计要求更严格。要提高煤矿机械设备的性能和质量，必须做到：对机械设备的保护和维修；对煤矿机械设备结构进行优化设计，不断创新设计方法。煤矿技术中机械装备结构优化设计，已经受到煤矿产业的重视，是煤矿产业中必须解决的问题。
一、煤矿技术中机械装备的重要性
煤矿是我国很重要的自然资源，社会上各行各业的发展离不开煤矿，煤矿在我国消费市场中占有很大比重。在煤矿产业中，煤矿的生产主要靠机械装备，机械装备的好坏直接关系到煤矿的质量，关系到煤矿产业的发展。随着我国经济的发展，每年所需的煤矿总量不断增加，若煤矿机械设备比较落后，则关系到煤矿的产量和质量等，严重阻碍我国经济发展。煤矿生产的环境很恶劣，对机械设备的要求比较高。由于我国经济发展的需要以及各行各业的发展，对煤矿的需求量与日俱增，我国大型的煤矿开采基地不断增加。同时，由于煤矿机械设备的问题，不断有煤矿事故发生，造成的人员伤亡逐年增加，矿难所造成的经济损失不可估量。因此，煤矿机械设备问题，值得煤矿生产企业反思，要从每次矿难中总结经验和教训，对煤矿技术中机械装备结构优化设计采取一些措施，只有这样，才能保证煤矿产业持续健康发展，才能保证人们的生命安全。
二、我国煤矿生产机械装备结构的设计现状
我国长期以来的煤矿生产机械装备制造在与西方发达国家的比较中都存在着很大的差距。对于国外，他们基本应用计算机等高科技进行相关的管理工作，此外，他们的管理机制以及生产模式等都已发展到一定水平。相比来看，我国的煤矿生产企业绝大都数都还处在基本的经验管理阶段。与此同时，在国外的发达国家中，在设计环节上他们较多通过计算机技术的设计来完成工作，而在我国国内基本上很少能看到企业使用C A M 或C A D 等计算机技术来进行设计。另一方面，在装备的制作工艺方面，西方发达国家已经广泛的应用超精密加工以及微细加工方式，其加工的精密程度可在1nm 到1μm 之间，而超精密加工水平可达到1nm ，而我国在这一方面还和他们保持较大的差距。在自动化技术方面，国外发达国家也广泛的应用了数控机床、加工中心、集成制造系统以及柔性制造系统等，而相比于国外的制造智能化、柔性自动化以及集成化，国内则依旧处于单击自动化、刚性自动化阶段，基本上较少企业应用到柔性制造。
三、煤矿技术中机械装备结构优化设计的应用
1、智能和虚拟设计。所谓智能设计就是指通过所形成的智能结构系统将控制器、传感器以及执行器等构件进行整合，使整个装备的结构无论是在愈合损伤方面还是适应环境方面都能够产生智能功能，机械装备的性能以及安全性都得到了较大的提高，能耗也得到了一定程度的降低。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆如智能采矿的新技术、机器人技术以及红外技术就已经得到了很好的应用，并且这些智能化的机械装备在煤矿生产中也得到广泛的应用。煤矿机械装备的制作成本都是比较高的，并且这些装备所工作的环境也是较为复杂的，所以要想在实际的生产工作中发现它们存在的问题和缺陷，就只能通过反复的试验，这对人力以及物力都会造成极大的浪费，为了尽量的降低损耗并控制浪费，有必要采用虚拟设计。借用仿真技术模拟机械装备的实际运行状态，这样它们运行环境的参数就会可视化，进行一些机械动力学的虚拟实验，从而达到对机械装备优化设计的目的。另外为了使虚拟样机得到优化，设计人员也可以根据用户的实际需求对运行参数进行修改。
2、稳健的机械设计。机械装备所工作的煤矿生产环境是很复杂的，要想保证机械装备的良好运行，就必须具备一个较为稳健的机械设计。而稳健的机械设计就是利用系统的非线性，选择最为合理的可控因素，促使机械装备对产品老化以及环境变化等因素达到最不敏感的程度，使稳定性得到提升。在进行稳健性设计时，应先进行分析和实验，通过分析影响变量的所有因素，从而获取最佳的参数。在众多的工程分析法中，有限元法设计作为一种非常不错的工程分析法，其不但能够分析厚度突变以及边界不规则等受力对象，同时它还能够解决几何非线性等一系列的复杂问题。煤矿技术中的机械装备的受力情况是很复杂的，所以采用这种方法才能刚好匹配。如在分析电动挖掘机动臂和斗杆的受力情况时，因为其结构受力的情况复杂，如果是采用工程计算法是根本无法分析动臂和斗杆中钢板的应力分布情况的，而如果采用有限元法时，就可以得到钢板的应力分布情况。
3、煤矿生产的工业造型及摩擦学设计。长期以来，煤矿机械设计人员在其稳定性方面做出了大量研究，然而却始终受益甚少。据一项调查数据显示，由于机械设备色彩的不合理性造成的损伤占有绝大多数，这会致使识别不清，从而引发悲剧。同时还有一些煤矿生产设备在出口后又被强制退回，也是由于色彩方面原因导致的操作问题。因而在设计过程中应有意识的利用色彩与视觉的关系特点，这样生产出来的设备才会一定程度上提高生产效率，使得设备操作者的视觉明快、舒适。此外，在实际煤矿生产过程中，关于机械的摩擦、磨损也是比较严重的，尤其处于矿井内部的设备，特别容易出现磨损现象。摩擦力在物理学中研究机械运动中的问题，当物体表面处于接触状态，一旦出现运动就会出现摩擦力。
4、网络动态和模拟化设计。煤矿技术中的机械装备工作环境较为恶劣，并且对其进行研发和试验的周期也是很长的，而且其投资的规模也是很大的。如果采用传统的设计方法，不但要花费大量的时间和金钱，同时也很难满足快速变化的市场需求，这就会给煤矿生产企业带来很大的损失，所以，就要应用网络化的设计，即在煤矿机械的制造生产中应用集设计、研发、制造、模拟以及仿真于一体的新型设计理念。机械装备的工作过程是一个动态的过程，它运用的环境既有正常信号也有干扰信号，所以在考虑它们的工作状态时应同时兼顾正常信号和干扰信号，应进一步加强对动态模拟设计的研究工作。在使用机械装备的过程中，外界环境的干扰和变化也会对装备带来不利的影响，这就要求设计人员应进行人、机和环境一体化的分析工作，从而最大限度地提高机械系统的整体性能。设计人员同时还要注意环境协调设计，既不能过度的浪费资源，又不能污染环境。
煤矿技术中机械装备的结构设计尤为重要，它直接关系到煤矿生产的效益和安全性，关系到人们的生命财产安全，所以有必要运用一些创新方法对机械装备结构优化设计。随着科技的发展，机械设备设计人员应该与时俱进，将创新理念与智能化，虚拟化技术结合起来，提高煤矿的生产效率和安全性。
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论文作者:齐素永
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年第08期
论文发表时间:2019/7/16
标签：煤矿论文; 机械装备论文; 机械设备论文; 结构论文; 技术论文; 优化设计论文; 环境论文; 《工程管理前沿》2019年第08期论文;