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未来矿山机械技术发展趋势(2)

未来矿山机械技术发展趋势(2
    目前矿山机械产品的开发呈现数字化、并行化、集成化和知识化的趋势。其中数字已成为实现快速创新开发的核心技术。产品开发数字化的基本构思是利用数字对产品开发过程中的各种信息,包括图形、数据、知识、技能等,进行定量表达、存储、处和控制,从而实现以快速市场响应和创新开发为目标的全局优化运算。除传统的CAD/CAE/CAPP/CAM等计算机辅助设计与制造技术外,支持快速产品开发的数字化技术还包括数字建模与仿真、数字样机与虚拟制造、基于知识的设计技术和设计仓库、基于网络的产品协同设计等。产品开发数字化的一个重要特征是产品开发和产品性能的可预测性。制造过程数字仿真的目的是借助于建筑在物理学和数学基础上的计算模型、计算机预演等手段,揭示制造工艺过程的本质,获得知识及进行制造工艺装备的自主设计,实现对产品制造、装配乃至产品整个生命周期过程的预测和优化控制能力。主要内容包括:(1)设计过程仿真,包括外形仿真、装配仿真、运动学仿真、动力学仿真和多学科集成仿真等;(2)加工过程仿真,包括切削过程仿真、焊接过程仿真、冲压过程仿真和铸造过程仿真等;(3)生产过程仿真,通过建立制造系统的静态模型和动态模型,*预测技术可行性、加工成本、工艺质量和生产周期。
    传统的机械结构没有生命、没有智能,不能感知外界作用和内部损伤,不能做出适当响应保护自己使结构处于*佳状态,因此外部载荷及环境的变化,以及自然及人为因素的影响,将会使结构性能下降乃至破坏,使人民生命财产受到严重威胁。为了保障结构的安全,设计者往往采用保守设计,增大结构尺寸与质量,从而增加消耗,降低结构的有效载荷,增加人力、财力和资源的消耗。随着信息工作与材料科学技术的发展,科学家和工程师们从生物体进化的学习与思考中受到启示,提出了力图从根本上解决工程结构在全生命周期内的安全,全面提高结构性能的新思路,引入智能结构和系统的概念。智能结构以生物界的方式感知结构的状态和外部环境,并及时做出判断、响应和自适应。
    矿山机械的结构健康直接影响矿山安全生产和矿工生命安全,矿山机械结构自检测及自诊断系统采用集成传感器、控制器及执行器为一体的智能结构,赋予结构健康自诊断、环境自适应,以及损伤自修复等某些智能功能与生命特征,达到增强结构安全,减轻质量,降低能耗,提高性能的目的,是未来重大矿山机械产品在线监测的方向。
   矿山机械是消耗资源的大户、污染的源头。面对日趋严峻的资源和环境约束,紧密围绕4R的产品全生命周期设计和管理是降低能耗、污染,实现可持续发展战略的重要手段。具体措施为:采用长寿命、低能耗及减轻重量的设计原则。延长产品寿命,可减少机械的生产量和降低其报废量;降低产品能耗,可减少对环境的污染;而轻量化和高效率可减少材料和资源的消耗。(尽量采用低环境负荷材料,尽可能不使用氟利昂(空调)、含氯橡胶、树脂及石棉等有害材料。使废弃零、部件处理的污染*小化及综合成本*优化,矿山机械产品在设计初始阶段就要考虑报废件处理简单、费用低和污染小,零、部件要解体方便、破碎容易,能焚烧处理或可作为燃料回收等问题;采用能再生利用的材料和资源,特别是结构件的设计应尽可能采用比较容易装配和分解的大模块化结构和无毒材料,提高机械材料的再生率;降低整机的振动与噪声,减轻对周围环境的污染。
    燃料电池是一种将蓄藏在燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。由含催化剂的阳极、阴极和导电的电解质组成。燃料在阳极氧化,氧化剂在阳极还原。电子从阳极通过外部负载流向阴极,构成电路,产生电能而驱动负载工作。燃料电池与普通电池的不同在于,它工作时需要不断地向电池内输入燃料和氧化剂,通过化学反应而生成水,并释放出能。只要保持燃料供应,燃料电池就会不断工作,不断向负载供电。燃料电池具有高效、清洁、运行安静、能量密度高的优点。
矿山机械的安全性是矿山安全生产与工作人员生命安全的保证。矿山机械的安全特性应从两方面进行描述,一是矿山机械的安全功能,另一是相应安全功能的可靠性。不论是在含煤尘和易燃、易爆气体的煤矿井下或井口,还是在各种金属、非金属矿山,只有矿山机械具有齐全的安全功能与较高的安全可靠性,才能确保矿山生产正常进行,避免安全事故的发生。
    注重矿山机械外观美学和机体本身的流线型设计,达到机械与环境的和谐,给人以视觉上的美感。矿山机械的造型不是单纯的能上能外观形式,而是功能、材料、结构、人机关系以及生产工艺等因素的综合表现。在进行造型设计时,一方面需要运用艺术手段和美学法则,使得采用了现代技术的产品具有符合人们审美要求的造型美感;另一方面为了有效的发挥产品的功能,产品的结构和形态又必须更加合理化。
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