邵 騰

礦山機械設(shè)備類型多，價格相對較高，為了適應(yīng)礦山環(huán)境，礦山機械的體積也會相應(yīng)增加，內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，更新?lián)Q代情況較為少見，導(dǎo)致礦山機械設(shè)計逐漸落后。此外，礦山機械的培訓(xùn)方式較為形式化，僅利用教材、PowerPoint 圖畫等方式，對礦山機械進行片面化培訓(xùn)，使相關(guān)技術(shù)學(xué)員受到各種限制而無法發(fā)揮出礦山機械設(shè)計的熱情。在新晉技術(shù)人員不了解礦山機械的結(jié)構(gòu)情況下，只了解其設(shè)計原理不能為礦山機械的設(shè)計創(chuàng)造有利價值?，F(xiàn)如今的礦山企業(yè)機械設(shè)備較多，但是機械均屬于較為落后的狀態(tài)，零件與結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，礦山開采能力較弱，達不到預(yù)期的礦山開采效果。此時，機械設(shè)計的技術(shù)人員如果不能準(zhǔn)確識別現(xiàn)有機械的零部件，對礦山開采的效果影響更大。因此，本文結(jié)合現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)，應(yīng)用于礦山機械設(shè)計中，為礦山的開采提供優(yōu)化方案。

1 基于現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的礦山機械設(shè)計方法

1.1 采集礦山機械設(shè)備設(shè)計信息

在應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的過程中，礦山機械設(shè)計信息的采集是重中之重。為了保證礦山機械的設(shè)計精準(zhǔn)度，本文首先對礦山機械的資料、操作與生產(chǎn)規(guī)程、礦山環(huán)境等信息進行采集。以上信息是礦山機械設(shè)計的基礎(chǔ)，缺少設(shè)備的基本信息，機械信息的完整性與準(zhǔn)確性將會喪失，從而影響礦山的開采效果。需要采集的礦山機械設(shè)備信息如下圖1 所示。

如圖1 所示，本文設(shè)計的方法中以采礦機、掘進機、錨桿鉆機、各類開關(guān)、水泵、變壓變頻器、絞車、保護輸送等裝置、運輸車輛、風(fēng)機、提升設(shè)備、電氣、安全自救裝置等信息的采集為主，通過對設(shè)備的圖紙資料信息的采集，即可確定礦山機械設(shè)計方法的主要規(guī)程與機械原理。在礦山開采的過程中，需要使用采礦機，并利用掘進機進行開路，保證采礦的流暢性。通過各類開關(guān)、水泵、變頻器的使用，可以保證礦山機械在實際開采礦物中的應(yīng)用效果，節(jié)省礦山開采時間。絞車可以將開采后的廢石料進行收繳，減少碎石料對礦山環(huán)境的污染。在每個礦山機械中均會設(shè)計出綜合保護裝置，與輸送裝置，從而保證礦山機械的安全使用。在此基礎(chǔ)上，礦山開采時，每個員工均需要熟記安全自救措施，可以保證施工人員的安全施工效果。本文為了采集的信息更加精準(zhǔn)，對礦山環(huán)境進行現(xiàn)場采集，得到相關(guān)機械結(jié)構(gòu)、說明書等信息，并采用現(xiàn)場錄制與拍攝的方式，得到較為清晰的機械結(jié)構(gòu)，將得到的信息記錄完整并分類，保證礦山機械的操作者正確與規(guī)范性的使用，在錄制現(xiàn)場中，礦山機械設(shè)備安裝流程與注意事項等信息均需要完整的采集，增加礦山機械設(shè)計的真實感、交互感，以及融入感，為后期礦山機械的設(shè)計提供基礎(chǔ)準(zhǔn)備工作。一般情況下，礦山機械為大型機械設(shè)備，往往不容易運輸，如果礦山機械設(shè)備設(shè)計成較小的體型，將會影響開礦或掘進狀態(tài)，因此，礦山機械的體型成為礦山機械設(shè)計的難題。本文將使用現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)，對礦山機械進行優(yōu)化，使其更加適應(yīng)礦山的開采環(huán)境。

圖1 礦山機械設(shè)備設(shè)計信息

1.2 基于現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)計算礦山機械設(shè)備平衡指標(biāo)

由于傳統(tǒng)設(shè)計技術(shù)年代久遠，各項技術(shù)手段更新不完全，導(dǎo)致應(yīng)用領(lǐng)域逐漸減少，為了改變這一現(xiàn)狀，本文應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)，面向大眾設(shè)計的更具經(jīng)驗化的技術(shù)。本文以現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的知識性與經(jīng)驗性為基礎(chǔ)，將其所蘊含的知識應(yīng)用于礦山機械的設(shè)計上，通過技術(shù)與管理兩方面，深入了解礦山機械設(shè)備，使礦山機械設(shè)備的設(shè)計更加符合礦山開采環(huán)境。在應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)過程中，計算機械平衡指標(biāo)至關(guān)重要，機械設(shè)備的平衡問題是生產(chǎn)階段的關(guān)鍵，在市場需求分析與生產(chǎn)能力分析方面，計算機械平衡指標(biāo)可以得到最佳生產(chǎn)間隔時間，細化工作站的數(shù)量，有利于解決機械設(shè)備零部件生產(chǎn)線上的各類問題。為此，本文將礦山機械設(shè)備生產(chǎn)過程的平衡問題進行分類，分類結(jié)果如下表1 所示。

表1 礦山機械設(shè)備生產(chǎn)平衡的分類

如表1 所示，I 類礦山機械生產(chǎn)平衡問題適用于新方法的機械設(shè)計階段，考慮到市場需求，礦山機械的生產(chǎn)能力與機械設(shè)備的最佳生產(chǎn)間隔時間有關(guān)，生產(chǎn)間隔時間越短，工作站就會相應(yīng)減少，從而減少礦山機械的前期投入，進而提高礦山機械生產(chǎn)率，由此得出的礦山機械生產(chǎn)平衡指標(biāo)。

由于機械的不可再生性，工作站中的機械元素生產(chǎn)總時間，經(jīng)常超過生產(chǎn)間隔時間，導(dǎo)致生產(chǎn)率下降，為此本文對礦山機械平衡指標(biāo)進行優(yōu)化。

通過研究得出礦山機械平衡指標(biāo)，對于提升礦山機械的生產(chǎn)率將會有一個質(zhì)的飛躍。由于礦山的開采環(huán)境較為復(fù)雜，礦山機械需要將大塊巖石放置于機械內(nèi)，通過高速運轉(zhuǎn)的機械，將石塊進行多次撞擊，再將小石塊進行碎石處理，即可以將大石塊進行破碎與擠壓，達成破碎石塊的目的。此種機械是礦山中主要使用的機械，可以縮短人工碎石的時間，提高礦山的生產(chǎn)力的發(fā)展。本文使用現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)，將傳統(tǒng)礦山機械進行優(yōu)化，考慮到礦山機械的使用功能與機械外觀兩個方面，本文將機械設(shè)備的平衡指標(biāo)進行計算。在此基礎(chǔ)上，本文融合現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)，將礦山機械的外觀、結(jié)構(gòu)、性能、材質(zhì)進行二次優(yōu)化，摒棄傳統(tǒng)礦山機械易損壞的缺點，將現(xiàn)代設(shè)計理論進行充分運用，將機械圖紙中的點、線、面、尺寸、比例等細節(jié)一一優(yōu)化，保證礦山機械可以更加貼合礦山環(huán)境，提升礦山機械的生產(chǎn)效率。

1.3 分析礦山機械設(shè)備的布局約束條件

通過礦山機械設(shè)備的平衡指標(biāo)計算，將會優(yōu)化機械設(shè)備的設(shè)計布局，本文將進一步設(shè)計機械設(shè)備布局的約束條件，限制礦山機械設(shè)備的適用環(huán)境。本文設(shè)計的約束條件中，以硬件約束為主，工藝約束為輔，中間穿插一些特性約束。具體約束條件如下圖2 所示。

如圖2 所示，本文將約束條件細化，分為設(shè)計模式約束、機械形狀約束、機械尺寸約束、零部件位置約束、機械特性約束、派生約束等。通過以上約束條件，可以將礦山機械的生產(chǎn)率進一步提高，并適應(yīng)礦山的開采環(huán)境，為礦產(chǎn)資源開采提供先決條件。在礦山機械的設(shè)計過程中，本文利用現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)，通過約束礦山機械設(shè)備的布局，保證機械可以更好的適應(yīng)礦山環(huán)境。所謂現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)，就是利用礦山機械的現(xiàn)代理論，結(jié)合科學(xué)原理，進行重新構(gòu)思，設(shè)計出更加符合礦山環(huán)境的機械。此種設(shè)計方式，是以礦山環(huán)境為核心，以簡單便捷為基礎(chǔ)設(shè)計而成，在礦山開始的時長環(huán)境可以占據(jù)一席之地。由于礦山環(huán)境復(fù)雜，地質(zhì)環(huán)境較差，礦山機械設(shè)備往往會出現(xiàn)磨損、毀壞、停機等故障，影響礦山開采過程中的實際使用效果。本文考慮到礦山機械的環(huán)境，利用現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)，以設(shè)備耐用性為核心，增加礦山機械設(shè)備的使用壽命，將容易磨損的區(qū)域進行包裹，從而減少磨損故障。并在使用礦山機械的過程中，加入相關(guān)監(jiān)測系統(tǒng)，對機械進行實時監(jiān)測。此系統(tǒng)中存在使用數(shù)據(jù)采集模塊、使用情況分析模塊、狀態(tài)監(jiān)測模塊、設(shè)備維護模塊、易損壞警報模塊等，通過不同使用數(shù)據(jù)的采集，可以了解機械的基礎(chǔ)狀態(tài)；在此基礎(chǔ)上分析并監(jiān)測機械使用情況，可以保證機械的安全使用效果；在設(shè)備使用過后，該系統(tǒng)會對機械內(nèi)部使用狀況進行監(jiān)測，并在后臺更新機械使用技術(shù)，保證礦山機械的后續(xù)使用效果；設(shè)置易損壞報警模塊可以對即將出現(xiàn)的損害狀況進行預(yù)警，防止機械的過度磨損。

圖2 礦山機械設(shè)備的布局約束條件

1.4 實現(xiàn)礦山機械的優(yōu)化設(shè)計

現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)是集合創(chuàng)新技術(shù)、優(yōu)勢設(shè)計、穩(wěn)健設(shè)計、模糊設(shè)計、虛擬設(shè)計、綠色設(shè)計等為一體的技術(shù)。其中，機械創(chuàng)新技術(shù)是利用新的模式，新的設(shè)計理念，將礦山機械設(shè)計成性能更佳的設(shè)備，并在經(jīng)濟實用的基礎(chǔ)上，增強礦山機械質(zhì)量的方式；再將現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)中的優(yōu)勢進行融合，面向礦山環(huán)境進行設(shè)計，保證機械設(shè)備在礦山中擁有更佳的適應(yīng)性；穩(wěn)健設(shè)計可以保證礦山機械的穩(wěn)定運行效果，減少其他因素對礦山機械使用的影響；模糊設(shè)計是利用模糊理論，將礦山機械設(shè)計成使用壽命更長的機械，通過模糊函數(shù)可以解決部分不確定性因素，從而保證礦山機械可以具有定性定量處理礦物的效果；虛擬設(shè)計是以虛擬技術(shù)為原型，將其融合至礦山機械的設(shè)計中，可以對機械進行綜合性的評價，借助虛擬技術(shù)，可以實現(xiàn)人機交互，從而保證機械使用情況；綠色設(shè)計是以保證環(huán)境需求的前提下，可以保證周圍生產(chǎn)環(huán)境狀態(tài)的設(shè)計理念，礦山機械存在設(shè)計——使用——回收等三個階段，在每一個階段均需要保證“綠色”，考慮到礦山的實際環(huán)境，機械需要提升回收率，減少有害物質(zhì)的使用，既可以避免污染，又可以提高生產(chǎn)質(zhì)量。因此，通過現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)，可以將礦山機械設(shè)計的更加完善。本文使用現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)，首先，對礦山機械設(shè)備設(shè)計信息進行采集，保證信息采集精度；其次，利用模糊理論與虛擬技術(shù)，計算礦山機械設(shè)備平衡指標(biāo)；最后，分析礦山機械設(shè)備的布局約束條件，防止礦山環(huán)境對接卸設(shè)備造成不同程度的磨損。在此環(huán)境下，本文認(rèn)為，礦山機械可以更好地適應(yīng)礦山環(huán)境，提高礦山開采、碎石處理效果，為礦產(chǎn)事業(yè)的發(fā)展提供保證。

2 仿真實驗

由于在實際條件下，還原一個真實的礦山機械設(shè)計工程量巨大，耗時耗力。因此，本文通過仿真實驗的設(shè)計，以1：1 的形式搭建出仿真平臺，還原出礦山機械設(shè)計過程，使其具有通用性與獨立性，保證實驗的真實有效性，具體實驗過程及結(jié)果如下所示。

2.1 實驗過程

由于本次實驗在仿真平臺中進行，在仿真平臺中的元素對象需要與實際對象一一對應(yīng)，仿真平臺中的元素對象與實體對應(yīng)關(guān)系如下表2 所示。

表2 仿真平臺中的元素對象與實體對應(yīng)關(guān)系

如表2所示，將Conveyor、Queue、Processor、Rack、Transporter、Crane、BasicFR等仿真元素，按照傳送帶、物料存儲、裝配線工位、庫存、叉車、吊車、工具等實體對象的排列順序連接，進行一次工作，得出各工位之間的時間參數(shù)如下表3所示。

表3 各工位之間的時間參數(shù)

如表3 所示，本文分別選取SVCM1 ～6 的6 個工位作為標(biāo)準(zhǔn)，為了滿足預(yù)置時間參數(shù)的需求，本文將礦山機械的各部件處理時間縮短，保證在預(yù)置時間內(nèi)，完成機械設(shè)計。

2.2 實驗結(jié)果

本文通過統(tǒng)計實體數(shù)據(jù)，得出仿真效果數(shù)據(jù)，將仿真時間設(shè)定為9h，本文設(shè)計的方法在仿真平臺運行32400s，在此條件下，將傳統(tǒng)方法與本文設(shè)計的方法作對比，結(jié)果如下表4 所示。

表4 應(yīng)用結(jié)果

如表4 所示，根據(jù)上文中maxE 的計算公式，本文計算出兩種方法的礦山機械生產(chǎn)率，傳統(tǒng)方法中生產(chǎn)率在90%以下，最低生產(chǎn)率僅為81.22%，最高的生產(chǎn)率也沒有超過90%，很難適應(yīng)礦山的開采環(huán)境；而本文設(shè)計的方法在工位號1、3、5 中，均可達到100%的生產(chǎn)率，其余生產(chǎn)率也在99%以上，可以適應(yīng)礦山開采環(huán)境，符合本次研究目的。

3 結(jié)語

近年來，現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)面向市場與大眾的特點，使機械設(shè)計逐漸趨向于應(yīng)用現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)，隨著經(jīng)驗的積累，現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)與科技技術(shù)相融合，利用相關(guān)科學(xué)原理，可以使機械設(shè)計產(chǎn)生質(zhì)的飛躍。因此，本文對現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)在礦山機械設(shè)計中的應(yīng)用效果進行分析，得出現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用效果極佳的結(jié)論，為礦山機械的設(shè)計提供理論基礎(chǔ)。