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1煤礦機械的綠色設(shè)計

傳統(tǒng)煤礦機械的產(chǎn)品設(shè)計如圖1所示，此種設(shè)計僅僅考慮其功能的合格與否，而對于其使用材料對環(huán)境造成的影響考慮不多，也很少涉及已使用產(chǎn)品的回收利用問題。相反，煤礦機械綠色設(shè)計就不再使用傳統(tǒng)設(shè)計中從搖籃至墳?zāi)沟姆椒ǎ侵匾暜a(chǎn)品的生命周期，實現(xiàn)產(chǎn)品從搖籃至再現(xiàn)的設(shè)計。從煤礦機械設(shè)計的內(nèi)容來看，其主要包括綠色CAD的設(shè)計和其一般設(shè)計的原則。

（1）煤礦機械綠色CAD的設(shè)計當(dāng)前CAD/CAE技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計之中，在其具體設(shè)計之中，首先要做的是運用CAD技術(shù)設(shè)計出一種參數(shù)化產(chǎn)品的模型，接著運用CAE技術(shù)對上述模型進行分析，分析的主要內(nèi)容是模型結(jié)構(gòu)和模型的強度與剛度，同時還包括對于模型的工藝分析。當(dāng)前不少三維的CAD軟件都使用了對CAE的集成方式，其好處是可以借助此類模型，以及單獨CAE軟件對煤炭機械工作環(huán)境進行模擬，對其強度和剛度以及抗沖擊能力進行模擬性試驗。借助CAD/CAE技術(shù)可以達到少用紙或者不用紙的效果，可以實現(xiàn)各個部門對零件模型的共享。另外CAD/CAE技術(shù)搭建平行設(shè)計平臺，進而增強產(chǎn)品設(shè)計的效率，從而也使得設(shè)計周期的縮短和對產(chǎn)品進行綠色分析成為可能。

（2）應(yīng)遵循的主要原則①選材的原則煤礦機械的綠色設(shè)計在其選材過程中需要注意以下原則：第一，優(yōu)先選擇的原則，其主要選則的對象是可再生的材料和回收材料，能降解的材料等。第二，能夠進入針對材料環(huán)境的負(fù)擔(dān)情況進行分析的數(shù)據(jù)庫，或者是相應(yīng)專家研究的系統(tǒng)，對與之相關(guān)的環(huán)境數(shù)據(jù)和相關(guān)知識展開相應(yīng)的研究，以便為相應(yīng)的評價體系可以提供相關(guān)理論信息，此評價體系主要涉及材料環(huán)境兼容性能和協(xié)調(diào)性方面的內(nèi)容。第三，加強對材料綠色特性的評價方法進行研究，其具體內(nèi)容是指從原料至成品和從成品至產(chǎn)品，同時還有從產(chǎn)品至報廢物資，主要是此三個過程中所涉及能源和資源，同時還有其環(huán)保性能內(nèi)容的評價等。②設(shè)計中的可拆卸原則煤炭機械實現(xiàn)有效回收利用非常重要的一個原則就是可拆卸性，其具體指的是產(chǎn)品在設(shè)計階段就將其可拆性作為產(chǎn)品設(shè)計目標(biāo)之一。煤炭機械的產(chǎn)品有機體積龐大和加工復(fù)雜，零件眾多和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的特點，因此在其設(shè)計之前就應(yīng)該充分考慮其結(jié)構(gòu)因素，以此來增強其產(chǎn)品可拆卸的性能。具體來講，煤礦機械類產(chǎn)品可拆卸的內(nèi)容主要有拆卸產(chǎn)品和拆卸工藝，同時還包括拆卸系統(tǒng)等內(nèi)容。而煤炭機械的綠色設(shè)計過程需要遵循的原則主要包括：容易拆卸和分開，盡可能的對拆卸過程中的工作量進行降低，對零部件多樣性和產(chǎn)品預(yù)測結(jié)構(gòu)進行降低。此外還有一種減少拆卸的工具種類與簡化其操作程序的方式，就是在其拆卸的部位減少其緊固件的數(shù)量，從而在拆卸時可以達到省時和省力的效果。再次，煤礦的機械產(chǎn)品在其材料選擇上需要便于分類和分離，在產(chǎn)品的設(shè)計中需要選用的材料種類要少，同時要考慮到所選材料之間的兼容性。③設(shè)計中的可回收利用性就煤礦機械的可回收與再利用來講，其主要是指在產(chǎn)品設(shè)計過程之中，需要充分地考慮多種因素，主要包括零部件的回收可能性和價值大小，零部件回收處理方法和其結(jié)構(gòu)工藝的性能。通過對以上問題的周密考慮，以此來確保其相關(guān)產(chǎn)品的零部件和其再利用的性能得到保障，所以這種過程對環(huán)境的污染將會非常小。而就煤礦機械類的產(chǎn)品來講，其能夠回收和再利用的性能主要包括了可以實現(xiàn)循環(huán)利用的材料和標(biāo)志，可以實現(xiàn)回收利用的工藝和方法，可以實現(xiàn)回收處理的結(jié)構(gòu)工藝和經(jīng)濟性能。④設(shè)計中產(chǎn)品的成本最低原則綠色設(shè)計產(chǎn)品的成本分析和傳統(tǒng)的成本分析有所不同。由于煤礦機械產(chǎn)品在其綠色設(shè)計的初期就已經(jīng)開始開始對其產(chǎn)品再次利用的性能展開考慮，所以對其成本分析的過程中充分地考慮到其污染物替代和產(chǎn)品拆卸，產(chǎn)品的重復(fù)利用和環(huán)境中的成本等內(nèi)容。但就煤炭機械活動而言，其與環(huán)保費用相關(guān)的內(nèi)容也能對產(chǎn)品成本的差異產(chǎn)生重要影響。而在綠色設(shè)計決策的過程中，成本分析是一項非常重要的內(nèi)容，以此來保證其設(shè)計產(chǎn)品不僅具有良好的綠色效果，而且能夠使其成本降到最低。

2有關(guān)煤礦機械綠色設(shè)計和制造的技術(shù)與實例

（1）煤礦機械綠色設(shè)計和制造的技術(shù)綠色制造的技術(shù)指的是在產(chǎn)品制造的過程中，建立在產(chǎn)品產(chǎn)本和功能以及質(zhì)量的前提下，運用能夠綜合考慮環(huán)境與資源因素的一種制造技術(shù)，當(dāng)前CAD/CAE技術(shù)和無切播的技術(shù)，以及超高速的加工技術(shù)和新刀具的技術(shù)都得到了迅速發(fā)展，上述技術(shù)的運用大大降低了產(chǎn)品制造的人力投入和資源投入，也對廢棄物的排放有降低作用，運用此類技術(shù)可以實現(xiàn)煤礦機械的綠色制造圓滿完成。①虛擬制造虛擬技術(shù)屬于軟件技術(shù)的一種，這種技術(shù)的發(fā)明把CAD/CAE技術(shù)以及CAM技術(shù)與生產(chǎn)管理的聯(lián)系變得更加緊密，其最終能夠提供一種強有效的仿真和建模環(huán)境，從而讓產(chǎn)品規(guī)劃與設(shè)計，以及產(chǎn)品的制造和裝配都能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，同時還能對產(chǎn)品生產(chǎn)過程給予必要支持。虛擬制造的概念與內(nèi)涵主要包括虛擬開發(fā)和虛擬生產(chǎn)，同時還囊括了虛擬企業(yè)的內(nèi)容。此處所講虛擬制造的技術(shù)主要指的是虛擬性生產(chǎn)。把虛擬制造的技術(shù)融進煤炭機械的生產(chǎn)之中，能夠在很大程度上提高生產(chǎn)效率與產(chǎn)品的質(zhì)量，縮短試制與實驗的流程，減少企業(yè)生產(chǎn)的成本。②煤礦機械相應(yīng)產(chǎn)品再制造工程再制造的內(nèi)涵，指的是其用機電產(chǎn)品的全壽命周期的設(shè)計與管理作為指導(dǎo)，從而實現(xiàn)使廢舊的機電產(chǎn)品在性能方面得到提升的目標(biāo)，建立起優(yōu)質(zhì)、節(jié)能、高效、環(huán)保、節(jié)材的準(zhǔn)則，運用先進技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化的生產(chǎn)這種方式，對廢舊的機電產(chǎn)品展開修復(fù)與改造，對這一系列的技術(shù)措施與工程活動進行總結(jié)，就是產(chǎn)品再制造。再制造并不是指對廢棄物的簡單利用，實際上是用先進成熟的表面的工程技術(shù)作為支撐，能夠同時實現(xiàn)準(zhǔn)確地恢復(fù)尺寸和顯著提升其性能的目的，最關(guān)鍵的是資源利用的效率要高，對于能源的消耗要少，達到節(jié)能環(huán)保的目的。

（2）礦機械綠色設(shè)計和制造的案例下文將以懸浮式液壓支柱（其結(jié)構(gòu)見圖2）綠色設(shè)計和制造為例，展開對煤炭機械綠色設(shè)計和制造的分析，如圖2所示，其所采用的原理屬于柱塞懸浮式的原理，所以其支柱安穩(wěn)性能和承載力，同時還有抗偏載的能力都有較大程度的提升。另外此種設(shè)計的支柱與當(dāng)前單體的支柱相比，其重量可以減輕15%還多，并且其使用的過程也非常簡單。此外由于其工作行程的增大，其支柱的回收率也得到很大提高。從圖中我們可以看出，三用閥處于手把體上，所以其不會因為活柱升高而升高，其操作的安全性能較高。通常液壓支柱所采用工藝是鎳-磷鍍層的工藝，水平較為先進，其工作的介質(zhì)有井下水，所以可以確保煤礦工作的環(huán)境和地下水免受污染。圖中所示設(shè)備主要采用綠色設(shè)計的方法展開設(shè)計，其主要運用懸浮式和密封漲緊的原理，所以就使支柱的各種性能都得到了提高，這就展現(xiàn)出綠色設(shè)計先進性的一面。就其綠色設(shè)計的成本來講，圖中所示設(shè)備的結(jié)構(gòu)非常簡單，所以就達到了大幅度地降低成本的效果，此外由于其零部件得到減少，也使其產(chǎn)生故障的概率得到了大幅度的降低。另外一方面，其產(chǎn)品的綠色設(shè)計中拋棄了傳統(tǒng)的理念，也就是先污染后治理的理念，其在工程設(shè)計中最大程度地降低了其產(chǎn)品對于環(huán)境的污染。而就單體支柱來說，因為其工作介質(zhì)是乳化液，所以其給煤礦工作的環(huán)境和地下水帶來了一定的污染。但是圖中設(shè)備主要運用井下水為工作介質(zhì)，這樣就可以避免乳化液污染環(huán)境。最后，圖中所示設(shè)備無焊縫的設(shè)計也在很大程度上降低了此過程之中有害的氣體對于人體的危害。其所有的連接都是用方鋼絲進行連接，其安裝過程與拆卸過程十分便利，有利于維修過程的展開。該述的事例說明了煤礦機械的綠色設(shè)計和制造不僅有利于產(chǎn)品技術(shù)性能的提高和成本的降低，而且能夠減少對環(huán)境的污染，社會和環(huán)境效益也較為良好。

3結(jié)語

該文主要通過對煤礦機械的綠色設(shè)計進行論述，使讀者能夠?qū)τ谄浠緝?nèi)涵和具體技術(shù)以及實施原則有一定了解，希望對于煤炭機械綠色設(shè)計的工作人員有一定啟示，另外對于相關(guān)操作還需要在工作中進一步總結(jié)和提高。

作者：高甲太單位：窯街煤電集團甘肅金凱機械制造有限責(zé)任公司