煤礦機(jī)械的綠色設(shè)計(jì)及制造工藝分析

馮福君

摘要：作為—種先進(jìn)設(shè)計(jì)技術(shù)，綠色設(shè)計(jì)對(duì)于提高煤礦機(jī)械運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和可靠性具有重要作用。本文首先探討了煤礦機(jī)械的綠色設(shè)計(jì)，然后具體闡述了煤礦機(jī)械綠色設(shè)計(jì)制造的技術(shù)，以期為相關(guān)技術(shù)與設(shè)計(jì)人員提供參考。

綠色設(shè)計(jì)是指利用產(chǎn)品制造中經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境協(xié)調(diào)性與技術(shù)應(yīng)用等方面的信息，采用優(yōu)化技術(shù)措施方式以提高產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)合理性、技術(shù)先進(jìn)行和環(huán)境協(xié)調(diào)性的過(guò)程。將綠色設(shè)計(jì)理念引入到煤礦機(jī)械制造中，可有效提高煤礦機(jī)械開(kāi)發(fā)產(chǎn)品的再利用性、可維護(hù)性和經(jīng)濟(jì)性，從而滿(mǎn)足煤礦生產(chǎn)的低能耗、低污染、小體積要求。因此，加強(qiáng)有關(guān)煤礦機(jī)械綠色設(shè)計(jì)與制造工藝的分析，對(duì)于改善煤礦機(jī)械的制造水平與質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1.煤礦機(jī)械的綠色設(shè)計(jì)

1.1.可回收性設(shè)計(jì)

可回收性設(shè)計(jì)是指在對(duì)煤礦機(jī)械產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)全面考慮零部件及材料的處理工藝、處理方法、回收價(jià)值、回收可能性等問(wèn)題，以盡可能完成對(duì)材料能源、零部件、資源的有效利用，從而最大程度的降低回收過(guò)程對(duì)環(huán)境影響的理念與方法。在產(chǎn)品可回收性評(píng)價(jià)體系中主要包括對(duì)產(chǎn)品級(jí)、材料級(jí)、零件級(jí)與部件級(jí)四個(gè)方面的回收和填埋級(jí)與能量級(jí)兩層次上的環(huán)境污染分析，相應(yīng)提出的產(chǎn)品回收性能指標(biāo)與規(guī)范可以用于對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行指導(dǎo)。在煤礦機(jī)械可回收性設(shè)計(jì)中可先全面評(píng)估產(chǎn)品的回收價(jià)值與可回收性，利用評(píng)估結(jié)果制定相應(yīng)的可回收性建議，以此為機(jī)械設(shè)計(jì)提供調(diào)整性分析。

1.2.材料選用

傳統(tǒng)的煤礦機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，在對(duì)材料選用時(shí)常關(guān)注材料的成本水平與技術(shù)性能，而不重視材料對(duì)環(huán)境的影響。而產(chǎn)品材料的環(huán)保性能將直接關(guān)系著機(jī)械產(chǎn)品的綠色程度，所以在材料選用時(shí)，應(yīng)在材料符合規(guī)定功能標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上盡量選擇具有高環(huán)境兼容性的材料。在煤礦機(jī)械產(chǎn)品材料選用過(guò)程中應(yīng)注意以下兩個(gè)要點(diǎn)：（1）環(huán)境友好性，在選擇材料時(shí)應(yīng)盡可能選擇環(huán)境兼容性高、低能耗、污染少、無(wú)輻射、無(wú)毒無(wú)害的材料；（2）可持續(xù)性，材料選擇時(shí)應(yīng)盡量考慮使用可回收材料和再生材料，材料應(yīng)方便進(jìn)行再制造、再利用或回收。

1.3.綠色CAD設(shè)計(jì)

現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中多采用CAD技術(shù)進(jìn)行，在開(kāi)展產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，CAD技術(shù)能夠根據(jù)提供信息量形成參數(shù)化的產(chǎn)品模型，并能依據(jù)模型分析產(chǎn)品的工藝特征、強(qiáng)度剛度、結(jié)構(gòu)空間等。目前使用的CAD軟件同時(shí)具有CAE技術(shù)功能，可以采用模塊化方式對(duì)煤礦機(jī)械的工作環(huán)境進(jìn)行真實(shí)模擬，從而進(jìn)行抗沖擊性、剛度、強(qiáng)度試驗(yàn)等。將CAD軟件技術(shù)應(yīng)用到煤礦機(jī)械綠色設(shè)計(jì)中，可建立并行設(shè)計(jì)平臺(tái)，有效改善產(chǎn)品設(shè)計(jì)效率，提高零件模型在各部門(mén)間的共享水平，對(duì)于改善產(chǎn)品的綠色設(shè)計(jì)質(zhì)量具有重要作用。

1.4.可拆卸性設(shè)計(jì)

可拆卸性設(shè)計(jì)是指在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用多種優(yōu)化改進(jìn)措施使產(chǎn)品的連續(xù)結(jié)構(gòu)間能夠方便維護(hù)、拆卸與制造，且在產(chǎn)品回收時(shí)仍能有效利用各部分零件的過(guò)程。拆卸是保證產(chǎn)品有效回收的重要手段，其設(shè)計(jì)質(zhì)量的好壞將直接關(guān)系到材料的再制造與回收效果。由于煤礦機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大、零件較多，在加工設(shè)計(jì)是應(yīng)充分考慮其合理的結(jié)構(gòu)要素，以改善機(jī)械產(chǎn)品的可拆卸性。

具體措施有：（1）注意在部件拆卸部位應(yīng)盡可能降低緊固件的用量，以提高拆卸效率和方便性；最好采用一致的緊固件類(lèi)型，以減少拆卸工具類(lèi)型、優(yōu)化拆卸流程； （2）由于煤礦機(jī)械產(chǎn)品的零件之間需要較多的連接構(gòu)件，常用的有鉚接、螺紋連接、搭鉤式連接、銷(xiāo)接、焊接、鍵連接等方式。采用合理的連接方式可有效提高產(chǎn)品的可拆卸性。在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡可能采用破壞性小的、簡(jiǎn)捷連接方式；在金屬零部件間應(yīng)采用鍵連接、銷(xiāo)接、螺紋連接方式，以降低產(chǎn)品回收時(shí)的拆卸分離工作量（3）在選擇制造材料時(shí)應(yīng)盡量選用利用分類(lèi)和分離的材料類(lèi)型，并考慮材料之間的兼容性與材料種類(lèi)；（4）在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)盡可能降低零件的用量和組合數(shù)量，減少拆卸時(shí)間、工作量和拆卸工具的復(fù)雜程度。

2.煤礦機(jī)械綠色制造工藝技術(shù)

2.1.煤礦機(jī)械產(chǎn)品的再制造

再制造技術(shù)的主旨在于全面提升廢舊機(jī)電產(chǎn)品的性能，其以機(jī)電產(chǎn)品的壽命周期管理與設(shè)計(jì)作為主要依據(jù)，按照節(jié)能、優(yōu)質(zhì)、環(huán)保、節(jié)材、高效等基本原則，采用先進(jìn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)手段，對(duì)廢舊機(jī)電產(chǎn)品進(jìn)行有效的改造和修復(fù)。再制造過(guò)程不僅僅是廢棄品的再利用過(guò)程，其采用的表面工程技術(shù)既能準(zhǔn)確改善產(chǎn)品尺寸，還能全面提高產(chǎn)品性能，且具有能耗低、利用率高、節(jié)能效果好等優(yōu)點(diǎn)。再制造中所采用的關(guān)鍵技術(shù)主要有：廢棄產(chǎn)品回收利用與高效拆卸技術(shù)、再制造零部件與廢氣零部件的壽命檢測(cè)技術(shù)、表面工程技術(shù)、數(shù)字化成行平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)、再制造部件檢測(cè)與質(zhì)量控制技術(shù)等。將再制造技術(shù)應(yīng)用到煤礦機(jī)械零部件的制造中，可有效提升機(jī)械產(chǎn)品的環(huán)保、節(jié)材、節(jié)能優(yōu)勢(shì)。

2.2.虛擬制造

虛擬制造技術(shù)是一種集成生產(chǎn)管理、CAM、CAD的軟件技術(shù)，其能夠創(chuàng)造一種真實(shí)有效的建模與仿真環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品裝配、規(guī)劃、制造、設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)化發(fā)展，且能控制產(chǎn)品生產(chǎn)的基本過(guò)程，并提供虛擬企業(yè)、虛擬生產(chǎn)與虛擬開(kāi)發(fā)等功能。在煤礦機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中采用虛擬制造技術(shù)可有效改善生產(chǎn)效率、提高生產(chǎn)效益。利用信息化技術(shù)建立有關(guān)切削刀具、切削用量的基本數(shù)據(jù)信息煤機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)，并采用自動(dòng)化技術(shù)對(duì)高速切削、硬切削、干切削等制造技術(shù)進(jìn)行虛擬制造，可有效簡(jiǎn)化制造過(guò)程，改善機(jī)械產(chǎn)品制造效果。另外將虛擬技術(shù)與CAX技術(shù)相結(jié)合可充分提高產(chǎn)品制造的虛擬化程度、降低機(jī)械制造中材料與資源浪費(fèi)、降低產(chǎn)品制造與設(shè)計(jì)周期等。

2.3.集成化技術(shù)

按照系統(tǒng)與集成優(yōu)勢(shì)對(duì)煤礦機(jī)械產(chǎn)品的綠色制造過(guò)程進(jìn)行分析，將產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)與材料選用集成和產(chǎn)品使用與設(shè)計(jì)需求集成充分結(jié)合，重點(diǎn)考慮綠色制造過(guò)程的信息集成，從而形成具有環(huán)境影響評(píng)估、綠色設(shè)計(jì)、質(zhì)量檢測(cè)、制造過(guò)程分析等功能的集成式制造系統(tǒng)體系。

3.結(jié)束語(yǔ)

綠色設(shè)計(jì)與制造工藝水平的應(yīng)用質(zhì)量將直接影響著煤礦機(jī)械產(chǎn)品的整體質(zhì)量和性能，因此，相關(guān)技術(shù)與設(shè)計(jì)人員應(yīng)加強(qiáng)有關(guān)煤礦機(jī)械產(chǎn)品的綠色設(shè)計(jì)與制造技術(shù)研究，總結(jié)綠色設(shè)計(jì)要點(diǎn)及制造技術(shù)措施，以逐步提高煤礦機(jī)械產(chǎn)品的綠色設(shè)計(jì)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]王昱.淺談煤礦機(jī)械的綠色設(shè)計(jì)及制造[J].科技致富向?qū)?2012，13（14）：74 75

[2]鄭繼水.煤礦機(jī)械綠色設(shè)計(jì)與加工的途徑[J].山東煤炭科技.2011，06（10）：61 62

[3]彭玉興.基于可持續(xù)發(fā)展理念的煤礦機(jī)械綠色設(shè)計(jì)[J]煤炭科學(xué)技術(shù).2006，05（35）：57 58.