未來礦山機(jī)械技術(shù)發(fā)展趨勢預(yù)測
發(fā)布時間:
2014-01-13
未來礦山機(jī)械技術(shù)發(fā)展趨勢預(yù)測
礦山機(jī)械的技術(shù)水平與裝備能力,是衡量一個國家工業(yè)實(shí)力的重要標(biāo)志。本文簡要介紹了礦山機(jī)械的分類和在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中作用,提出面向經(jīng)濟(jì)建設(shè)的市場驅(qū)動、計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)等多學(xué)科綜合集成的支持以及人類與自然的和諧發(fā)展是礦山機(jī)械制造業(yè)發(fā)展的動力。
礦山機(jī)械主要面向能源、交通和原材料基礎(chǔ)工業(yè)部門服務(wù),主要任務(wù)是為煤炭、鋼鐵、有色金屬、化工、建材和核工業(yè)等部門的礦山開采和原材料的深加工,以及為鐵路、公路、水電等大型工程的施工提供高效的技術(shù)裝備。礦山機(jī)械是機(jī)械工業(yè)中一個品種繁多、設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、需求量大、使用面廣的機(jī)械行業(yè)。礦山機(jī)械按其用途大致可分為采掘設(shè)備、提升設(shè)備、窄軌運(yùn)輸設(shè)備、破碎粉磨設(shè)備、礦用篩分設(shè)備、洗選設(shè)備和焙燒設(shè)備等7大類,30小類,700多個品種和數(shù)千種規(guī)格。
礦山機(jī)械在經(jīng)濟(jì)建設(shè)、科技進(jìn)步和社會發(fā)展中占有十分重要的地位和作用,屬于國民經(jīng)濟(jì)的支柱行業(yè)。礦山機(jī)械制造業(yè)是國家建立獨(dú)立工業(yè)體系的基礎(chǔ),也是衡量一個國家工業(yè)實(shí)力的重要標(biāo)志。根據(jù)國家重點(diǎn)支持能源、交通和原材料等基礎(chǔ)工業(yè)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)政策,礦山機(jī)械作為這些基礎(chǔ)工業(yè)的支柱應(yīng)優(yōu)先得到國家的重點(diǎn)支持,以得到進(jìn)一步發(fā)展和提高,為煤炭、金屬和非金屬礦山的開發(fā)提供更多的具有優(yōu)質(zhì)、高效設(shè)備,滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展對能源和原材料的需要。
市場競爭驅(qū)動
我國礦山機(jī)械的整體水平與國際水平相比尚有差距。產(chǎn)品設(shè)計(jì)是制造業(yè)的靈魂,產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、功能、質(zhì)量、成本、交貨時間及可制造性、可維修性、報廢后處理以及人、機(jī)和環(huán)境關(guān)系等,原則上都是在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段決定的。產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力已成為決定企業(yè)在全球化競爭中地位的首要因素。因此必須借助多學(xué)科技術(shù)的融合,提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量,提升企業(yè)自主創(chuàng)新能力和市場競爭力。
隨著社會進(jìn)步和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人類對資源和能源的需求量越來越大,而我國是一個資源相對貧乏的國家。隨著資源的開發(fā),開采深度逐漸增加,由陸地向海洋延伸,資源開采條件日益惡化,安全開采的形勢日趨嚴(yán)重。運(yùn)用采礦學(xué)、自動化技術(shù)、通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等,進(jìn)行自動化無人工作面開采的基礎(chǔ)理論研究和開發(fā)新技術(shù)、新裝備,使礦山機(jī)械將向著機(jī)器人化和智能化方向發(fā)展。
面向自然環(huán)境和諧發(fā)展的需要
面向自然環(huán)境實(shí)現(xiàn)和諧發(fā)展,要求礦山機(jī)械“生態(tài)化”,借助各種技術(shù)對制造模式、制造資源、制造工藝制造組織進(jìn)行不斷創(chuàng)新,使產(chǎn)品在整個生命周期內(nèi)不產(chǎn)生環(huán)境污染或環(huán)境污染最小化,資源利用率高,能源消耗低,最終實(shí)現(xiàn)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益與社會效益的協(xié)調(diào)化。
礦山機(jī)械產(chǎn)品開發(fā)數(shù)字化
目前礦山機(jī)械產(chǎn)品的開發(fā)呈現(xiàn)數(shù)字化、并行化、集成化和知識化的趨勢。其中數(shù)字已成為實(shí)現(xiàn)快速創(chuàng)新開發(fā)的核心技術(shù)。 產(chǎn)品開發(fā)數(shù)字化主要內(nèi)容包括:1)設(shè)計(jì)過程仿真,包括外形仿真、裝配仿真、運(yùn)動學(xué)仿真、動力學(xué)仿真和多學(xué)科集成仿真等;2)加工過程仿真,包括切削過程仿真、焊接過程仿真、沖壓過程仿真和鑄造過程仿真等;3)生產(chǎn)過程仿真,通過建立制造系統(tǒng)的靜態(tài)模型和動態(tài)模型,精確預(yù)測技術(shù)可行性、加工成本、工藝質(zhì)量和生產(chǎn)周期。
企業(yè)協(xié)作數(shù)字化
以因特網(wǎng)為代表的網(wǎng)絡(luò)技術(shù),使設(shè)計(jì)制造各個環(huán)節(jié)的信息與知識在數(shù)字化描述的基礎(chǔ)上得到流通與集成,從而使異地的、不同企業(yè)的資源可以共享,使企業(yè)組織的組元化、分布化和扁平化成為可能,為用戶介入生產(chǎn)、供應(yīng)鏈與制造企業(yè)共同保證產(chǎn)品供貨期和質(zhì)量提供了條件。大型礦山機(jī)械設(shè)備具有技術(shù)含量高、投資額大、批量少、工作環(huán)境惡劣及研制試驗(yàn)周期長等特點(diǎn),其開發(fā)適合采用全球分布式網(wǎng)絡(luò)化協(xié)作模式,能夠快速響應(yīng)市場需求,實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)質(zhì)配置,通過虛擬價值鏈,快速滿足顧客價值的根本需求。未來礦山機(jī)械制造系統(tǒng)不再是單個企業(yè)與長期合作的有限供應(yīng)商的穩(wěn)態(tài)組合,而是無國界的、多企業(yè)的、短期的最優(yōu)的動態(tài)系統(tǒng)。
機(jī)械結(jié)構(gòu)健康自檢測及健康自診斷
傳統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)沒有生命、沒有智能,不能感知外界作用和內(nèi)部損傷,不能做出適當(dāng)響應(yīng)保護(hù)自己使結(jié)構(gòu)處于最佳狀態(tài),因此外部載荷及環(huán)境的變化,以及自然及人為因素的影響,將會使結(jié)構(gòu)性能下降乃至破壞,使人民生命財(cái)產(chǎn)受到嚴(yán)重威脅。隨著信息工作與材料科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,科學(xué)家和工程師們提出了力圖從根本上解決工程結(jié)構(gòu)在全生命周期內(nèi)的安全,全面提高結(jié)構(gòu)性能的新思路,引入智能結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)的概念。智能結(jié)構(gòu)以生物界的方式感知結(jié)構(gòu)的狀態(tài)和外部環(huán)境,并及時做出判斷、響應(yīng)和自適應(yīng)。
礦山機(jī)械的結(jié)構(gòu)健康直接影響礦山安全生產(chǎn)和礦工生命安全,礦山機(jī)械結(jié)構(gòu)自檢測及自診斷系統(tǒng)采用集成傳感器、控制器及執(zhí)行器為一體的智能結(jié)構(gòu),賦予結(jié)構(gòu)健康自診斷、環(huán)境自適應(yīng),以及損傷自修復(fù)等某些智能功能與生命特征,達(dá)到增強(qiáng)結(jié)構(gòu)安全,減輕質(zhì)量,降低能耗,提高性能的目的,是未來重大礦山機(jī)械產(chǎn)品在線監(jiān)測的方向。
礦山機(jī)械綠色設(shè)計(jì)
礦山機(jī)械實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的具體措施為:(1)采用長壽命、低能耗及減輕重量的設(shè)計(jì)原則。延長產(chǎn)品壽命,可減少機(jī)械的生產(chǎn)量和降低其報廢量;降低產(chǎn)品能耗,可減少對環(huán)境的污染;而輕量化和高效率可減少材料和資源的消耗。(2)盡量采用低環(huán)境負(fù)荷材料,盡可能不使用氟利昂(空調(diào))、含氯橡膠、樹脂及石棉等有害材料。使廢棄零、部件處理的污染最小化及綜合成本最優(yōu)化,礦山機(jī)械產(chǎn)品在設(shè)計(jì)初始階段就要考慮報廢件處理簡單、費(fèi)用低和污染小,零、部件要解體方便、破碎容易,能焚燒處理或可作為燃料回收等問題;(3)采用能再生利用的材料和資源,特別是結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能采用比較容易裝配和分解的大模塊化結(jié)構(gòu)和無毒材料,提高機(jī)械材料的再生率;(4)降低整機(jī)的振動與噪聲,減輕對周圍環(huán)境的污染。
固體廢棄物處理裝備
鋼渣的破碎和粉磨需要帶有液壓保護(hù)的顎式破碎機(jī)和輥磨機(jī),鋼渣破碎后可以實(shí)現(xiàn)鋼渣中金屬全部回收;使用鋼渣代替石灰石焙燒水泥熟料,實(shí)現(xiàn)鋼渣的資源化利用等。金剛渣的破碎和粉磨裝備的發(fā)展有著較好的發(fā)展前景,將直接推動礦渣資源的回收再利用。
廢鋼處理裝備。廢鋼鐵為鋼鐵生產(chǎn)中能替代鐵礦石的原料,最大限度地開發(fā)應(yīng)用廢鋼鐵資源是鋼鐵工業(yè)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、清潔生產(chǎn)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)、緩解鐵礦石資源危機(jī)的重要途徑。我國目前廢鋼循環(huán)利用率為19.9%,遠(yuǎn)低于世界平均水平的48.3%。國外廢鋼處理產(chǎn)業(yè)發(fā)展的趨勢是以廢鋼破碎分選處理為龍頭,利用環(huán)保、機(jī)電一體化等高新技術(shù),研究并開發(fā)新型廢鋼鐵綜合處理技術(shù),形成新的環(huán)保高科技產(chǎn)業(yè)及新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)。通常,廢鋼處理需要破碎鋼片入爐,再改善回收鋼品質(zhì)。廢鋼破碎機(jī)主要有兩種,即碎屑機(jī)和破碎機(jī)。破碎機(jī)有錘擊式、軋輥式和刀刃式幾種。廢鋼處理是目前國家重點(diǎn)解決和大力支持的節(jié)能減排項(xiàng)目,因此,廢鋼破碎機(jī)具有較好的應(yīng)用發(fā)展前景。
宜人化
礦山機(jī)械在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中貫徹“以人為本”的原則,考慮人、機(jī)和環(huán)境的協(xié)調(diào),采取必要的技術(shù)措施進(jìn)行安全性設(shè)計(jì),改善作業(yè)環(huán)境,降低振動與噪聲,提高操縱者舒適性。
安全性
礦山機(jī)械的安全性是礦山安全生產(chǎn)與工作人員生命安全的保證。礦山機(jī)械的安全特性應(yīng)從兩方面進(jìn)行描述,一是礦山機(jī)械的安全功能,另一是相應(yīng)安全功能的可靠性。
舒適性
運(yùn)用人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)原理,改善操作者的工作環(huán)境,注重駕駛員與操作界面的協(xié)調(diào),緩解疲勞,提高作業(yè)效率。采用省力便捷的電子化控制技術(shù),只需通過很少量的手臂的動作就可以精確地操縱負(fù)載,用手指尖就可以操作所有重要的操作部件,減輕了操作者的負(fù)擔(dān)。駕駛室采用隔熱、隔音全封閉結(jié)構(gòu),座椅采用可調(diào)節(jié)的油氣懸架系統(tǒng),操作界面引入電子監(jiān)控儀表盤,聲光信號報警等人性化的設(shè)計(jì)理念,為操縱人員創(chuàng)造安全舒適的作業(yè)環(huán)境。
外觀造型
注重礦山機(jī)械外觀美學(xué)和機(jī)體本身的流線型設(shè)計(jì),達(dá)到機(jī)械與環(huán)境的和諧,給人以視覺上的美感。礦山機(jī)械的造型不是單純的能上能外觀形式,而是功能、材料、結(jié)構(gòu)、人機(jī)關(guān)系以及生產(chǎn)工藝等因素的綜合表現(xiàn)。在進(jìn)行造型設(shè)計(jì)時,一方面需要運(yùn)用藝術(shù)手段和美學(xué)法則,使得采用了現(xiàn)代技術(shù)的產(chǎn)品具有符合人們審美要求的造型美感;另一方面為了有效的發(fā)揮產(chǎn)品的功能,產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和形態(tài)又必須更加合理化。
21世紀(jì)的中國已經(jīng)成為礦山機(jī)械制造大國而讓世人矚目,然而我們并不是礦山機(jī)械制造強(qiáng)國,我國制造的有自主知識產(chǎn)權(quán)的礦山機(jī)械高端產(chǎn)品至今并不多。通過自主創(chuàng)新,發(fā)展數(shù)字化、智能化、生態(tài)化與宜人化礦山機(jī)械,實(shí)現(xiàn)重大裝備,高端成套,為我國的經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會發(fā)展做出更大貢獻(xiàn)。
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