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煤礦機械綠色設計與制造技術淺析

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煤礦機械綠色設計與制造技術淺析

發布日期:2017-11-29 作者: 點擊:

煤礦設計隨著我國經濟的快速發展,能源需求急劇上升,作為我國能源主體之一的煤炭,開采量逐年上升,隨之也造成了生態環境的惡化;其中煤礦機械是罪魁禍首之一。煤礦機械體積大、能耗高、污染嚴重;為了減小煤炭資源開采、加工過程中機械設備產生的環境污染,同時順應國際機械制造業發展新趨勢,有必要在煤礦機械設計與制造中引入“綠色理念”,優化煤礦機械設計與制造環節,最大限度減少對生態環境造成的破壞。

一、煤礦設計與制造

傳統機械設計與制造理念,更多是的滿足功能原則;綠色設計與制造,除了要滿足機械設備的特定功能外,更要注重設備功效和所獲利潤的持久性,同時注重滿足人類的精神需求。綠色設計與制造同現有設計與制造模式有很大不同,它是在現有模式基礎上,融合了環境保護學、人機工程學、環境行為學和消費心理學等領域知識的理念和方法,旨在將其滲透到機械產品設計、制造與應用整個生命周期中,實現經濟、社會的可持續發展。煤礦機械綠色設計與制造,是一種綜合考慮了產品設計、制造、使用以及回收等整個生命周期環境特性、資源效率的先進設計理論、方法;新穎之處在于系統考慮了產品設計、制造及其應用活動對環境產生的影響,最大限度降低機械生命周期內對環境產生的負面影響。受到我國工業基礎比較薄弱因素的影響,如果驟然實現機械綠色設計與制造目標,是不現實的,但從綠色設計與制造理念入手,部分地實現完全是可行的。

二、煤礦設計

煤礦機械材料的選擇

煤礦機械材料選擇涉及選材原則、負擔材料環境的數據庫和專家系統以及評價材料生命周期的方法。選材原則,如選擇可再生材料、可回收利用材料、環境兼容性好的材料、可降解材料等。負擔材料環境的數據庫、專家系統,主要是針對選擇的材料收集與整理材料生命周期內所需各種環境的數據和知識,為評價材料與環境的生態協調性提供信息支持。評價材料生命周期的方法,主要包括原材料到成品過程間的材料循環特性、成品到制成品過程間的材料循環特性以及產品使用到報廢物資過程的材料循環特性三個方面;要圍繞“綠色循環特性”展開。

煤礦機械可拆卸性設計

拆卸是從產品、部件角度有規律地拆下仍然可用零部件的過程;拆卸過程中要保證零部件不受意外損傷。拆卸是實現產品有效回收利用的重要手段,也只有拆卸才能實現材料回收和零部件的再利用;需要在產品設計階段將報廢后的拆卸問題考慮進來,實現產品高效回收。煤礦機械產品體積相對較大、加工制造過程復雜、原材料使用多,為保證報廢煤礦機械的合理利用,必須在設計中充分考慮其可拆卸性。煤礦機械可拆卸性設計,主要包括拆卸過程中的產品設計、工藝設計和系統設計,所依據原則為易于拆卸、易于分離、最大限度減少拆卸工作量,減少零部件多樣性以及增加產品結構可預測性。

煤礦機械可回收性設計

煤礦機械回收設計是在進行煤礦機械設計時,充分考慮機械零部件、所用材料的回收可能性、回收價值、回收方法和回收處理結構等一系列工藝性問題,目的是保證零部件、材料的充分回收再利用,同時考慮降低機械回收過程中對環境產生污染的一種設計理念、思想與方法。煤礦機械可回收性設計的主要內容包括:可回收材料及其標志、可回收工藝及方法、可回收產品結構工藝性及回收經濟性等。煤礦機械回收在整個機械綠色設計生命周期中占有重要的地位,只有具備了較高的回收、再生特性,才會產生更大的經濟與社會效益。

煤礦機械設計數據庫與知識庫

數據庫和知識庫,在煤礦機械綠色設計中起著舉足輕重的作用;主要包括存放了煤礦機械生命周期中與環境、資源、經濟、技術等有關的所有的數據和知識;如機械使用材料的類型,使用材料對環境的影響,使用材料的回收利用率,使用材料的自然降解時間、人工降解時間、費用,機械生產成本,機械制造裝配、銷售和使用過程中所產生的附加物數量及其對環境的影響以及評估機械環境影響所需要的各種標準等。

煤礦機械安全保護設計

煤礦機械大部分工作在井下或者是煤炭加工廠所,其安全保護設計對保證煤礦機械運行過程中的安全性非常重要。近些年來,煤炭礦井事故多是由機械設備故障引起,一旦因為機械設備問題導致事故可能會造成重大人員傷亡和經濟損失。綠色設計突出“以人為本”思想,要在煤礦機械設計中考慮到其安全性設計,始終把保證人的生命安全放在首位。

三、煤礦機械的綠色制造

實施綠色的機械制造程序

公認的煤礦機械綠色制造程序,主要包括預審、評審、方案優選、方案實施、持續綠色機械加工制造等,核心內容是煤礦機械加工制造過程中的評審和綠色加工制造方案優選兩個環節。制造程序“綠色”,是煤礦機械綠色制造的保證。

實現綠色的機械制造途徑

依據所實施的綠色機械加工制造程序,就可以明確煤礦機械加工制造過程和加工制造系統中的“非綠色”,就可以按照已經選定的方案實施綠色機械加工制造,盡量避開那些“非綠色”環節;可以嘗試通過增加煤礦機械加工過程與途徑的網絡化、信息化和柔性化來實現。

1 網絡化綠色機械加工制造:綠色機械加工制造是煤礦機械綠色制造的重要基礎,為增加其綠色特點,要大力推進網絡化。利用企業局域網將各個分散的機械加工制造中心、數控設備等聯接起來,便于總的加工制造控制中心總體監控煤礦機械加工制造過程與進度。同時,注意與企業工程設計系統、管理信息系統等各子系統的集成,便于實時進行優化決策。

2 信息化綠色機械加工制造:綠色機械加工制造,以整體最優化加工制造為追求目標,是從系統觀點出發,對企業和整個社會成本進行綜合考慮,綜合分析不同煤礦機械材料、零部件、設備等因素,優化冷卻方式、冷卻介質及用量和加工參數等,最終確定合理的加工制造方案,實現加工制造時間短、生產效益高、環境污染小、綜合成本低的目標。信息化,為實現上述目標提供了可能,是實施綠色機械加工制造的關鍵要素和有效手段。為了實現整體最優化加工,可以嘗試采用有限元法、神經網絡和人工智能等先進技術對高速切削、干切削、硬切削、MQL等色機械加工制造方法進行建模、仿真、虛擬加工和決策,實現并行化的設計與生產。

3 柔性化綠色機械加工制造:現代社會,生產方式已經發生了很大變化,由傳統大批量、單一品種生產逐漸轉變為小批量、多品種生產,這就要求生產企業要根據不斷變化的市場形勢做出迅速反應,以適應市場需求。柔性綠色機械加工制造是一種趨勢,主要包括機器柔性、工藝柔性、運行柔性和擴展柔性。面對這種形勢,煤礦機械加工制造系統要積極地進行重構,提高煤礦機械制造系統的更新換代速度與能力,力爭以最小成本、最短時間適應煤礦機械加工制造任務及外部環境需求變化。

煤礦設計為你總結:

煤礦機械的綠色設計與制造,全面考慮了煤礦機械整個生命周期內的行為特征,旨在最大限度地提高資源利用效率,最大限度地減輕或者消除煤礦機械對環境產生的污染破壞,是可持續發展理念的具體體現,也是建設綠色煤礦、實現綠色生產的起點。

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