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煤矿机械绿色设计与制造技术浅析

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煤矿机械绿色设计与制造技术浅析

发布日期:2017-11-29 作者: 点击:

煤矿设计随着我国经济的快速发展,能源需求急剧上升,作为我国能源主体之一的煤炭,开采量逐年上升,随之也造成了生态环境的恶化;其中煤矿机械是罪魁祸首之一。煤矿机械体积大、能耗高、污染严重;为了减小煤炭资源开采、加工过程中机械设备产生的环境污染,同时顺应国际机械制造业发展新趋势,有必要在煤矿机械设计与制造中引入“绿色理念”,优化煤矿机械设计与制造环节,最大限度减少对生态环境造成的破坏。

一、煤矿设计与制造

传统机械设计与制造理念,更多是的满足功能原则;绿色设计与制造,除了要满足机械设备的特定功能外,更要注重设备功效和所获利润的持久性,同时注重满足人类的精神需求。绿色设计与制造同现有设计与制造模式有很大不同,它是在现有模式基础上,融合了环境保护学、人机工程学、环境行为学和消费心理学等领域知识的理念和方法,旨在将其渗透到机械产品设计、制造与应用整个生命周期中,实现经济、社会的可持续发展。煤矿机械绿色设计与制造,是一种综合考虑了产品设计、制造、使用以及回收等整个生命周期环境特性、资源效率的先进设计理论、方法;新颖之处在于系统考虑了产品设计、制造及其应用活动对环境产生的影响,最大限度降低机械生命周期内对环境产生的负面影响。受到我国工业基础比较薄弱因素的影响,如果骤然实现机械绿色设计与制造目标,是不现实的,但从绿色设计与制造理念入手,部分地实现完全是可行的。

二、煤矿设计

煤矿机械材料的选择

煤矿机械材料选择涉及选材原则、负担材料环境的数据库和专家系统以及评价材料生命周期的方法。选材原则,如选择可再生材料、可回收利用材料、环境兼容性好的材料、可降解材料等。负担材料环境的数据库、专家系统,主要是针对选择的材料收集与整理材料生命周期内所需各种环境的数据和知识,为评价材料与环境的生态协调性提供信息支持。评价材料生命周期的方法,主要包括原材料到成品过程间的材料循环特性、成品到制成品过程间的材料循环特性以及产品使用到报废物资过程的材料循环特性三个方面;要围绕“绿色循环特性”展开。

煤矿机械可拆卸性设计

拆卸是从产品、部件角度有规律地拆下仍然可用零部件的过程;拆卸过程中要保证零部件不受意外损伤。拆卸是实现产品有效回收利用的重要手段,也只有拆卸才能实现材料回收和零部件的再利用;需要在产品设计阶段将报废后的拆卸问题考虑进来,实现产品高效回收。煤矿机械产品体积相对较大、加工制造过程复杂、原材料使用多,为保证报废煤矿机械的合理利用,必须在设计中充分考虑其可拆卸性。煤矿机械可拆卸性设计,主要包括拆卸过程中的产品设计、工艺设计和系统设计,所依据原则为易于拆卸、易于分离、最大限度减少拆卸工作量,减少零部件多样性以及增加产品结构可预测性。

煤矿机械可回收性设计

煤矿机械回收设计是在进行煤矿机械设计时,充分考虑机械零部件、所用材料的回收可能性、回收价值、回收方法和回收处理结构等一系列工艺性问题,目的是保证零部件、材料的充分回收再利用,同时考虑降低机械回收过程中对环境产生污染的一种设计理念、思想与方法。煤矿机械可回收性设计的主要内容包括:可回收材料及其标志、可回收工艺及方法、可回收产品结构工艺性及回收经济性等。煤矿机械回收在整个机械绿色设计生命周期中占有重要的地位,只有具备了较高的回收、再生特性,才会产生更大的经济与社会效益。

煤矿机械设计数据库与知识库

数据库和知识库,在煤矿机械绿色设计中起着举足轻重的作用;主要包括存放了煤矿机械生命周期中与环境、资源、经济、技术等有关的所有的数据和知识;如机械使用材料的类型,使用材料对环境的影响,使用材料的回收利用率,使用材料的自然降解时间、人工降解时间、费用,机械生产成本,机械制造装配、销售和使用过程中所产生的附加物数量及其对环境的影响以及评估机械环境影响所需要的各种标准等。

煤矿机械安全保护设计

煤矿机械大部分工作在井下或者是煤炭加工厂所,其安全保护设计对保证煤矿机械运行过程中的安全性非常重要。近些年来,煤炭矿井事故多是由机械设备故障引起,一旦因为机械设备问题导致事故可能会造成重大人员伤亡和经济损失。绿色设计突出“以人为本”思想,要在煤矿机械设计中考虑到其安全性设计,始终把保证人的生命安全放在首位。

三、煤矿机械的绿色制造

实施绿色的机械制造程序

公认的煤矿机械绿色制造程序,主要包括预审、评审、方案优选、方案实施、持续绿色机械加工制造等,核心内容是煤矿机械加工制造过程中的评审和绿色加工制造方案优选两个环节。制造程序“绿色”,是煤矿机械绿色制造的保证。

实现绿色的机械制造途径

依据所实施的绿色机械加工制造程序,就可以明确煤矿机械加工制造过程和加工制造系统中的“非绿色”,就可以按照已经选定的方案实施绿色机械加工制造,尽量避开那些“非绿色”环节;可以尝试通过增加煤矿机械加工过程与途径的网络化、信息化和柔性化来实现。

1 网络化绿色机械加工制造:绿色机械加工制造是煤矿机械绿色制造的重要基础,为增加其绿色特点,要大力推进网络化。利用企业局域网将各个分散的机械加工制造中心、数控设备等联接起来,便于总的加工制造控制中心总体监控煤矿机械加工制造过程与进度。同时,注意与企业工程设计系统、管理信息系统等各子系统的集成,便于实时进行优化决策。

2 信息化绿色机械加工制造:绿色机械加工制造,以整体最优化加工制造为追求目标,是从系统观点出发,对企业和整个社会成本进行综合考虑,综合分析不同煤矿机械材料、零部件、设备等因素,优化冷却方式、冷却介质及用量和加工参数等,最终确定合理的加工制造方案,实现加工制造时间短、生产效益高、环境污染小、综合成本低的目标。信息化,为实现上述目标提供了可能,是实施绿色机械加工制造的关键要素和有效手段。为了实现整体最优化加工,可以尝试采用有限元法、神经网络和人工智能等先进技术对高速切削、干切削、硬切削、MQL等色机械加工制造方法进行建模、仿真、虚拟加工和决策,实现并行化的设计与生产。

3 柔性化绿色机械加工制造:现代社会,生产方式已经发生了很大变化,由传统大批量、单一品种生产逐渐转变为小批量、多品种生产,这就要求生产企业要根据不断变化的市场形势做出迅速反应,以适应市场需求。柔性绿色机械加工制造是一种趋势,主要包括机器柔性、工艺柔性、运行柔性和扩展柔性。面对这种形势,煤矿机械加工制造系统要积极地进行重构,提高煤矿机械制造系统的更新换代速度与能力,力争以最小成本、最短时间适应煤矿机械加工制造任务及外部环境需求变化。

煤矿设计为你总结:

煤矿机械的绿色设计与制造,全面考虑了煤矿机械整个生命周期内的行为特征,旨在最大限度地提高资源利用效率,最大限度地减轻或者消除煤矿机械对环境产生的污染破坏,是可持续发展理念的具体体现,也是建设绿色煤矿、实现绿色生产的起点。

煤矿设计

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