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煤矿机械的绿色设计与制造技术探讨

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摘要:近年来,随着我国煤矿科技的发展,各矿井煤矿开采的机械化水平越来越高,所用的机械设备不断增多。而我国煤矿开采多以井工开采为主,生产条件恶劣,作业环境复杂,时常引发资源浪费、环境污染以及安全事故等问题。为促进煤矿开采的可持续发展,将环境保护、资源节约、劳动保护等现代设计理念充分融入到煤机产品设计与制造中,研究了煤矿机械的绿色设计与绿色制造技术,以供同行参考。

关键词:煤矿机械;绿色设计;绿色制造

0引言

长期以来,我国的经济发展模式主要以粗放型为主,这种发展模式为我国带来了巨大经济效益,但与此同时,也为此付出了沉重代价,国内正面临着日益严重的环境污染、生态破坏以及资源浪费等问题。为使我国的经济社会实现可持续发展,近年来,国家也越来越重视各行各业的绿色发展。煤矿机械需面对各种复杂的施工环境,加之机械本身体积较大、能耗较高,应用煤矿机械进行采煤作业时,时常会产生环境污染、能源浪费以及破坏生态环境等问题。为积极响应国家的节能降耗发展战略,更好地保障煤矿企业的长期健康可持续发展,各矿井必须从本矿井实际情况出发,进一步解决好煤矿开采的环境污染问题与能源消耗问题,让生产与环境和谐相处,走煤炭机械的绿色设计、绿色制造之路。

1绿色设计的内涵与特点

1.1绿色设计的内涵

绿色设计其实是一种面向环境的设计,其最先由美国环保法提出。努力节约资源,充分回收材料以及进行产品再制造等是绿色设计的核心,绿色设计理念是近年来发展起来的一种新型设计理念,人们之所以应用这种理念来设计机械产品,其目的主要是为了缓和工业生产与生态环境间的矛盾,通过人工干预的方式,进一步协调经济发展与生态文明间关系,使二者和谐相处。绿色设计具有很多自身特点,它与传统设计法相比,需考虑多方面因素。绿色设计可以说是一种集成化设计法,煤矿机械工作者在进行煤矿机械绿色设计时,应以提高资源利用率、减少环境污染作为重要设计理念导向,应从机械设备的材料、寿命、能源、成本等设计因素出发,同时对产品的未来生产、使用、报废回收等因素进行统筹考虑。最终设计出的煤矿机械产品,应具有良好的环境协调性,先进的技术性,可靠的安全性[1]。

1.2绿色设计的特点

在煤矿机械设计中,由于绿色设计与其他设计有所不同,人们在进行煤矿机械绿色设计时,需考虑的一项重要设计内容就是怎样降低资源消耗,尽可能地减少环境破坏,因此人们在应用绿色设计理念设计机械产品时,不但应重视经济效益的设计,同时应重视环境效益与生态效益的设计。在选择设计方案时,应反复考量,统筹考虑,不断优化设计系统,尽量把设计系统的每个环节都设计好,如能量转换方式、动力来源、资源利用情况等。

2煤矿机械的绿色设计

2.1煤矿机械产品的设计分析

在进行煤矿机械绿色设计时,不仅应充分考虑各种传统机械设计因素,同时还应把环境保护因素、资源节约因素等全部考虑进去,因而必然会增加设计成本,对此在进行煤矿机械绿色设计前,应对机械产品成本进行分类整理全面分析,应尽可能地考虑到所有成本。特别是产品回收与再利用成本、拆卸成本以及污染物替代成本等。争取最终设计出的煤矿机械产品在符合各项环保要求的前提下,具有更好的质量和更高的性能。在进行煤矿机械绿色设计时,首先应科学、合理地选择设计材料,所选材料情况,会对设计产品的绿色度的高低造成直接影响。机械设计人员应在充分了解待设计产品的用户需求、性能需求的前提下,选用兼容性好又能回收利用的可再生材料,来设计机械产品。应在充分了解待设计产品应实现的功能需求,施工环境以及用户信息等众多因素的前提下,才能确定出产品结构,拿出合理的设计方案。对于用户需求的分析有多种方法,其中质量功能配置法是最常用的方法,应用此方法,可将这些具体需求科学、合理地转化为一些具体设计内容与零部件特征,进而完成产品设计[2]。

2.2建设煤机产品绿色设计数据库

建立煤机产品设计数据库,可有效指导煤机产品的绿色设计。通过不断完善材料、环境以及技术信息等数据库内容,可进一步整理当前各种数据信息,可更好地支持煤机产品科学选材,正确进行环境评价,合理分析生产成本。对于煤机产品设计数据库包含的设计信息应尽可能全面。如材料类型、回收率情况、可制造装备、各项技术标准以及相关法律法规等多项内容。

2.3煤机产品设计评价体系

人们在完成机械产品绿色设计后,应有科学的设计评估体系来评价从原材料到制成品,以及从制成品到报废品整个生命周期。应把能源节约、环境保护以及产品的可持续利用性等作为重点评估指标,且选用的绿色设计评价准则应具有多样性,应包含实用性准则、经济性准则以及宜人性准则、环境性准则等。其中经济性准则,应关注由于保护环境,节约资源等而引发的生产性成本增加。宜人性准则应对应用煤矿机械进行生产时对人体健康的影响进行重点关注,主张借助人机工程学原理来设计煤矿机械,以便进一步降低工人劳动强度,应在使用煤炭机械时,尽量降低人体健康的危害。

2.4煤矿机械产品的可拆卸与可回收设计

煤矿机械产品使用原材料较多且制造程序复杂,在进行煤矿机械绿色设计时,应把可拆卸设计充分融入其中,使机械各部件更易分离、拆卸,并且让零部件种类尽可能的少,产品结构更科学。

3煤矿机械产品的绿色制造技术

3.1煤机制造流程的整体技术

优化机械制造为一种生产加工过程总和,它主要是把原材料转变为制成品的过程。就一项完整的机械制造而言,其包含的生产过程主要有生产技术准备、加工零部件以及组装产品等。绿色煤机制造是在机械制造的基础上交叉、集成了能源、环境等因素,其包含的程序主要有方案评审、择优以及实施等,在这些程序中,笔者认为最重要的环节为方案评审与方案选择。通过不断优化零部件、材料以及制造成本等因素,来把最优制造方案确定出来,努力达到综合成本低、生产效益高以及环境污染少的最终煤机制造目标[5]。

3.2煤矿机械产品的虚拟制造

虚拟开发与虚拟生产是虚拟制造的两个主要方面,把虚拟制造应用到煤炭机械制造中,可有效降低制造成本,大幅提高制造效率。让虚拟技术充分结合计算机辅助设计(CAX),可实现虚拟化的设计生产,有效缩短机械产品设计、制造周期,优化制造过程,减少机械制造中不必要的浪费,不断提升煤机绿色制造效果[3]。

3.3煤机制造的集成化技术

由于煤机绿色制造属于一项系统、复杂工程,它贯彻于产品生命周期全过程,因此必须从系统角度与集成角度进行绿色制造的全面探究。建立包含绿色设计系统,制造过程系统以及环境影响评估系统在内的绿色集成制造系统体系[4]。

3.4煤矿机械产品的再制造

把修复改造旧机械产品的行为称为机械再制造,煤矿机械的再制造主要以机械产品寿命周期为指导,以表面工程技术为支撑,以提高旧机械产品的整体性能为目的。科学、合理地预测零部件寿命,有效检测零部件质量是进行再制造的前提。把再制造技术引入煤机产品绿色制造领域,有助于节能、节材、环保。

4结束语

总之,随着我国节能环保事业的不断推进,各矿井也越来越重视走绿色发展之路。煤矿生产的自动化、集约化、信息化水平不断提升,对机械产品的科技含量要求越来越高,煤矿机械绿色设计与制造技术也必将成为未来煤矿机械发展的必然趋势。

参考文献:

[1]朱华.矿井人员红外探测计数技术研究[J].中国矿业大学学报,2003(2):165-168.

[2]董晓英.机械工业中绿色设计与制造[J].机床与液压,2002(6):27-29.

[3]刘冬敏,薛培军,田保全.机械设计在煤矿生产中的应用[J].煤炭技术,2012(2):64-66.

[4]罗贞平.AutoCAD技术在机械设计中的应用与实践[J].煤炭技术,2011(12):16-17.

[5]黄敏纯.绿色制造评价系统的研究及应用[J].福州大学学报,2000(6):51-54.

[6]胡玉刚.煤矿机械绿色设计研究[J].机械管理开发,2016(12):44-48.

[7]许文燕.机械自动化在煤矿机械制造中的应用[J].机电工程技术,2015(8):193-195.

作者:刘建宁 单位:潞安集团王庄煤矿

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