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摘要：我國煤礦生產是提供煤炭的主要渠道，受到我國能源結構約束，我國未來能源發展仍然需要依賴煤礦生產?；诖?，本文首先分析機械設計制造采用新技術和新工藝的重要性，其次分析了機械設備設計理念，最后研究了設計制造新技術及新工藝。通過新技術和新工藝的研究，優化機械設備設計和制造效率，提高機械設備操作體驗，輔助煤礦生產，為煤礦生產創造更大的收益。

關鍵詞：煤礦生產；機械設備；設計制造；新技術

煤礦生產有賴于機械設備的輔助，機械設備經常需要在惡劣環境中作業，因此對于設計和制造提出了更高要求。煤礦機械設備設計制造受到了行業的極大重視。目前機械設備使用過程中出現一定問題，造成用戶使用感受受到影響。因此，通過研究設計制造新工藝和新技術，利用新工藝和新技術提高機械設備的質量，以滿足不同環境、不同需要的使用要求，推動煤礦生產、安全有序的展開。

1煤礦機械設計制造引入新技術、新工藝的重要性

我國現有煤礦機械設備中，對設備技術性能的要求十分嚴格，讓機械設備滿足開采作業需要。但是現有設備仍然存在一定不足，導致使用設備時使用體驗較差。如某些煤礦機械設備刷漆不均勻，標準件存在歪斜等情況，導致操作人員使用感受較差。設計制造機械設備要重視創新外觀設備，從人性化角度進行考量[1]。機械設備操作要集中操作功能，保障設備操作人員的操作體驗。設計制造機械設備通過優化外形和應用性能，讓操作人員直觀體驗得到提高，提高設備操作性能的同時，提高操作人員作業的舒適性。通過新技術和新工藝的應用，讓機械設備外觀質量得以提升，優化操作人員使用體驗，操作人員使用體驗的提高，有助于提高煤礦生產效率，為煤礦生產提高經濟收益，同時提高生產產量，進而影響我國經濟發展，為經濟發展提供充足的煤炭資源。

2煤礦機械設備設計理念

設計煤礦機械設備要引入人性化理念，設計和制造機械設備時，要從人本理念出發，將實用性放在首要位置上。設計階段要重視考慮操作人員的心理需要，提高機械設備操作體驗，應用設備過程中要對使用環境，尤其是井下的惡劣環境的考慮。設計機械設備時要重點考慮設備可靠性充分結合人、環境以及設備，保證設備設計合理性。設計制造機械設備過程中，關于操作界面的設計要重視操作人員視覺體驗，從操作語言到流程設計都要滿足生產操作的習慣，提高設備操作便捷性。設計制造機械設備要求設計人員全面收集設備使用環境、使用工序以及使用目的的信息，全面收集信息，才能融合機械設備操作終端，最大程度上為操作人員提供便利。設備功能要滿足實際需要，功能按鈕設計在操作人員的正前方，操作桿和按鍵要根據操作人員使用習慣進行設計[2]。如要重視機械設備毛邊處理，讓設備設計制造質量有所提高。設計制造機械設備要積極融入綠色理念，使用材料、設備壽命以及制造工藝等都需要考慮到環保性，控制機械設備生產和報廢期間對于環境的影響。選擇制造材料時，要注意選擇可再生、可回收以及兼容性高的材料，設備結構設計要滿足靈活性要求，設備出現故障時要考慮到更換零件的便捷性。

3煤礦機械設計制造新技術及新工藝

3.1改善齒輪表面粗糙度的工藝

滾齒加工要經過磨齒、剃齒等多個程序，制造齒輪要使用最寬泛方法。加工滾齒時如果齒面粗糙度過于大，會造成剃齒加工不便捷，讓齒應力受到影響。若采用研齒和珩齒方法改善粗糙程度，會導致齒形變差。為了讓剃齒精度得到保證，并延長剃刀壽命，滾齒要提供滿足精度要求，同時達到一定粗糙度的齒輪。齒輪切削生產中，低速切削狀態出現刃積屑瘤，造成齒面粗糙度受到影響。分析切削條件和粗糙度的關系，可以確認切削厚度和粗糙度存在直接關聯。螺旋斜齒輪材質不同，要選擇不同厚度以及滾刀齒槽數量，分析同齒面粗糙度關聯，對齒面粗糙度方法進行改進。滾刀和螺旋角是同向，要使用順滾方法，反向要使用逆滾方法，不超過最大切削厚度，適合使用正前角滾刀，增加滾刀齒槽，選擇合適的切削液，控制積屑瘤的出現。為了避免齒輪硬度低，導致散熱能力差且組織松軟，可以使用降速、提高垂直走刀量等方法，消除齒面撕拉，降低齒面粗糙程度。

3.2焊縫跟蹤技術

中國礦業大學對焊縫自動跟蹤進行了研究，焊縫自動跟蹤通過使用傳感器、調節器以及執行機構構成了反饋系統。跟蹤傳感器通過良好的傳感功能，提高系統傳遞實時性?？刂破髯鳛榈统杀?、強功能的硬件，可以對運行展開有效控制。執行機構可以靈活簡便的實現跟蹤技術。焊縫跟蹤常利用伺服電動機，取代步進電動機，提高供電穩定性。焊縫執行決定著機械設備功能的發揮，執行機構穩定性影響著跟蹤精度。車輪裝置相對簡單，移動裝置的動作更加靈活，適合在平地使用。車輪結構包含三輪、四輪以及六輪三種結構。三輪機構最大優勢在于易操作和易控制，四輪機構經常用于焊接領域。焊接技術的發展，讓機械手機構被廣泛使用。焊縫跟蹤使用神經網絡以及模糊控制具有一定優勢，利用專家系統為決策單元，而神經網絡用作補償單元，此控制系統具有自學習、自適應以及自組織的優勢，具有廣闊的應用空間。

3.3特大箱形井架制造技術

箱形井架包括特大型鋼結構，每節長度保持在8m附近。主井的井架可以達到70.6m高，總重可達730t，平臺梁使用方箱結構。平臺梁和主副腿之間使用一級焊縫，腿梁棱邊以及側面，單節在3mm之下，整組焊后小于5mm。為了驗證坡口，施工前試驗焊接方法和接頭形式。依照接頭和焊接確定焊接電流、電壓以及速度等參數。為保證施工質量，對工裝配置設計標準平臺、簡易平臺、卡具、內外支撐件等工具，主角的焊接縫要使用P形接口，板邊和坡口使用機械加工方式完成。對于焊接變形的控制，要依據分散、對稱原則，按規定參數進行焊接。廠內分片組焊接和安裝現場組都有序進行，保證生產井架的安全。

3.4液壓支架頂梁技術

煤炭機械設備放頂煤液壓支架屬于箱形焊接構件，包含七十余個構件，主要構件包含高強度合金，鋼板厚度約為10mm~25mm，焊縫高度約為12mm~18mm，由于交叉和雙面角焊縫隙較多。支架頂梁要使用290kg的焊絲，經過多次焊接才能完成，使其焊接應力以及變形情況十分復雜。焊接變形加強控制要預防尺寸偏差，保證結構件質量。首先對下料尺寸加強控制，對零件提出公差要求，通過仿形、數控以及切割下料方式，保證尺寸精準一致。橫向筋刀剪要和邊結合，減少主筋間隔從而強化尺寸誤差和焊接變形。要利用芯軸定位方法，待主筋氣割完整下料后，使用定位鉆模工裝確定定位孔，保證孔位和基準面準確對應。其次使用合理順序，在工裝平臺組對主筋、筋板和底板，以中心重合為原則組對。控制組補償間隙以及收縮量，將組對間隙限制在0.1mm內?？墒褂脛傂灾?，界面超過30mm×30mm的界面要利用剛性桿件實施支撐。最后對焊接順序加以控制，根據分段、分層以及對稱施焊原則，進行焊接。對焊接電流進行合理調節，使用氬氣和二氧化碳3：1比例進行氣保焊。

3.5其他技術

首先可以使用計算機集成技術，也就是CIM技術，設計機械設備要引入智能化理念，提高設計質量以及制造質量。煤礦機械設備制造系統包括人類專家和智能機器兩部分，智能系統利用機械設備分析加工制造過程，對設計結果和制造決策提供依據[3]。智能制造可以實現人機一體化，不斷自我學習和優化，讓煤礦設備設計效率和制造質量得到提高。其次要積極使用并行工程法，設計制造機械設備最初階段，要從全生命周期對成本和質量進行考慮，煤礦機械設備從設計初始階段，就要注意TD工藝的處理，讓零部件表層形成硬化表層，通過其良好抗磨性和抗腐蝕性，強化機械部件壽命。最后設計制造過程中，嘗試引入仿真技術，利用計算機軟件模擬設計結果和制造結果，及時有效的察覺設計問題，對問題進行處理，提高設計制造效率和實際效果。通過仿真技術的應用，節約大量成本，縮短設計制造總時長。

4結論

綜上所述，本文認識到在煤礦機械設計制造中引入新技術、新工藝的重要性，基于設計理念，研究了設計制造新技術及新工藝。主要包括改善齒輪表面粗糙度的工藝、焊縫跟蹤技術、特大箱形井架制造技術、液壓支架頂梁技術、計算機集成技術、并行工程法以及仿真技術。通過新工藝、新技術的使用，讓機械設備制造和設計得以優化，提高操作人員的使用感，輔助煤礦生產，提高生產效率，為我國發展提供充足的煤炭能源支持。

參考文獻

[1]楊浩.煤礦工程機械中機電一體化的科學運用研究[J].西部探礦工程，2019，31（05）：154-155.

[2]張春昱，李紅.煤礦自卸車制動器制動性能計算機仿真分析[J].煤礦機械，2019，40（04）：164-166.

[3]李為民.自供電傳感器在煤礦機械智能控制系統中的設計應用[J].科技創新與應用，2019（10）：93-94.

作者:吳恒建 單位:中國煤炭科工集團太原研究院