合理设计煤矿机械

合理设计煤矿机械（共8篇）

合理设计煤矿机械 篇1

机械设备能够大大减轻工作人员的工作量, 能够有效提高工作效率, 同时机械设备的使用情况也代表了一个国家的现代化程度, 在科学技术高速发展的今天, 机械设备已经是各行各业都必不可少的设施。设计工作在机械制造过程中具有关键性作用, 做好机械设计工作, 能够为后续的制造工作奠定良好的基础, 因此必须要保证机械设计的科学合理, 另外在当今社会, 机械设计还要满足环保、高效、安全、经济等标准, 由此可见, 有必要探讨基于机械制造工艺的合理化机械设计。

1 机械制造工艺简述

科学的机械制造工艺是节约生产成本、保证机械质量、确保产品符合设计标准、降低能耗的基础, 只有具备完善的机械制造工艺, 才能够对企业的计划调度、生产准备、质量检测、生产加工等环节进行指引, 同时合理的机械制造工艺也是技术升级、产品升级、提高经济效益的前提, 笔者在此简单介绍机械制造工艺。

1.1 生产过程

在机械制造工艺中, 生产过程主要就是把半成品以及原材料加工成最终的产品的过程, 在实际的生产过程中, 首先要做好前期准备工作, 包括半成品以及原材料的保管、运输, 同时也包括产品以及零部件的调试、装配、检验等等。而在实际生产过程中, 则需要合理调整产品以及零部件的形状、尺寸、相对位置关系、性质等参数, 例如在机械加工或者毛坯制造等环节中, 就需要应用上述操作, 在作业过程中需要调整毛坯的尺寸、形状、表面质量, 进而生产出标准的零部件。

1.2 零件夹装

在实际加工零件之前, 需要将其放置于夹具或者基床等位置, 在固定位置之后, 为了切实保证位置的精准度, 还需要采取稳固措施, 一定要注意到, 零件夹装环节对零件的生产质量具有严重影响, 在固定位置、稳固夹紧等任何一个环节出现问题, 都可能会影响产品生产质量以及生产速度, 严重时甚至会出现安全隐患, 在实际操作中, 零件夹装模式主要可以分为三种, 即夹具夹装式、划线找正式、直线找正式[1]。

1.3 定位

在机械制造领域中, 对零件加工的精准度要求较高, 而定位则是保证零件加工精准度的有力措施, 在实际的定位操作中, 首先应该充分考虑加工工件的具体状况, 在此基础上科学的选择定位基准, 所谓基准即是指点、线、面, 在确定工件和加工工具之间的位置时, 所选择的基准点、基准线、基准面具有关键性作用, 综上所述, 在机械制造过程中, 一定要合理确定基准点、基准线或者基准面, 进而科学的进行定位。

2 合理化机械设计措施

2.1 提升设计水平, 保证加工精确度

控制加工精确度是机械制造领域必须要遵循的法则, 一旦加工精准度存在问题, 产品的使用性能会大打折扣, 严重时甚至会导致加工出来的产品无法投入使用, 还可能会引发事故, 因此在实际的加工过程中, 一定要严格控制外形精确度、尺寸大小精确度、表面质量精确度、位置精确度, 例如为了控制尺寸大小的准确度, 可以采取调整法、试切法等方法, 而为了保证外形的精准度, 则可以运用成形法、轨迹法等方法。

同时必须要认识到, 机械设计工作是加工精准度的前提保障, 在实际设计过程中, 设计人员也应该意识到, 无论设计方案如何精确, 但是在实际制造过程中, 由于种种因素的影响, 仍然会出现各种各样的误差, 而想要将误差降到最低, 就要在设计阶段采取防治措施, 首先应该仔细研究导致误差的原因, 进而制定针对性的预防措施, 只有从根源入手, 才能将误差缩减到最小, 例如在一般情况下, 受热变形、系统应力、道具磨损等因素都可能会引起误差, 因此在设计工作中, 应该明确这些容易导致误差的薄弱环节, 之后反复研究, 制定有效的防范措施, 另外笔者认为, 提高加工精确度应该多方面入手, 在解决误差根源的同时, 还可以对夹具进行改进, 也可以对测量工具进行改进, 全面保证加工精度[2]。

2.2 推行标准化设计, 促进产品质量

当今社会, 标准化已经成为了各行各业共同遵循的理念, 机械制造行业亦是如此, 在未来的发展中, 标准化、合理化将会是机械设计工作的大势所趋, 只要推行标准化设计, 机械设计工作就可以更加规范, 因此应该进一步完善相应的标准, 这样一来, 就可以通过统一的标准来统一机械零件的结构、性能、规格型号、尺寸大小, 另外推行标准化设计之后, 可以在很大程度上促进产品的质量, 提高机械设计工作的效率, 也能够大大减少生产成本。

2.3 完善设计方案, 保证零件表面质量

零件加工完成之后, 表面会具有微观不平度, 微观不平度决定了零件表面的质量, 对于大多数的机械零件来说, 如果零件表面的质量不符合需求, 该零件的使用性能就会受到很大影响, 同时也会影响零件的使用寿命以及可靠性, 因此在设计工作中, 一定要尽可能的完善设计方案, 充分考虑到零件表面质量, 首先在机械过程中, 一定要科学的选用道具, 要按照加工件的具体属性, 尽可能选择副偏角较小、刀尖圆弧半径较大的道具, 这样可以有效控制零件表面的微观不平度[3]。另一方面, 在设计工作中应该合理选择切削条件, 想要获得理想的表面质量, 一定要依据实际材料, 选择最为合适的切削速度, 同时为了控制零件表面的微观不平度, 也可以运用高效切削液。

2.4 优化设计技术, 落实绿色制造理念

如今绿色生产的理念已经深入各行各业, 机械制造行业也是必要落实绿色制造理念, 如果企业生产出来的机械设备不符合环保需求, 那么该产品的竞争力会严重受损。与传统的机械制造理念相比较, 绿色制造更加注重对环境的保护, 同时绿色制造提倡在环保的基础上, 实现经济效益和社会效益的最大化, 基于上述背景, 机械设计工作应该进一步优化设计技术, 设计人员应该充分考虑到产品的环保性以及经济性, 力争在产品投入使用后, 可以将环境污染降到最低, 笔者认为, 设计人员应该将绿色设计技术应用到机械建模等各个环节当中, 在保证产品使用性能、安全性的前提下, 应该尽可能选用环保型绿色原材料, 同时还应该考虑到产品的回收循环利用情况, 避免资源浪费。

总结:

机械是社会发展中重要的生产设备, 随着科学技术的发展, 机械的规模越来越大, 结构越来越复杂, 因此机械设计工作面临着很大的难度, 必须要认识到, 机械设计工作是保证产品质量的基础, 如何实现合理化机械设计, 是我们不得不思考的问题。本文在此简单介绍了机械制造工艺, 在此基础上探讨合理化机械设计措施, 笔者认为, 以后我们应该进一步提升设计水平, 推行标准化设计, 不断完善设计方案, 优化设计技术, 这样才能保证加工精确度, 促进产品质量, 落实绿色制造的理念, 希望文中可以为相关工作开辟思路。

摘要：随着科学技术的不断进步, 机器设备在社会发展中的地位越来越高, 机器的应用给人们的生产工作带来了很大便利, 同时机械设计也越来越受到重视, 本文探讨基于机械制造工艺的合理化机械设计, 希望对相关工作有所帮助。

关键词：机械制造,机械设计,合理化,机械

参考文献

[1]崔承贤.基于机械制造工艺的合理化机械设计[J].科技创新与应用, 2014, 11:58.

[2]吕亚强, 刘亚楠.机械制造工艺中的合理化机械设计分析[J].科技创新与应用, 2014, 21:108.

[3]朱晓丽.基于机械制造工艺的合理化机械设计[J].硅谷, 2014, 11:200+48.

合理设计煤矿机械 篇2

【关键词】高职机械设计与制造课程设置合理化

【中图分类号】G【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2012）10C-0056-02

根据相关调查显示，机械设计与制造专业大部分毕业生在地方区域企业就业，工作岗位有初次就业岗位、发展岗位和拓展岗位三个层次的岗位，具体岗位主要为普通机床操作工、数控机床操作工、产品质量检测员、产品售后服务员、工艺装备设计员等八种。随着汽车等机械制造业的发展壮大，企业急需应用型机械设计与制造专业人才。为有效地提升学生的专业能力和职业素养，高职教育必须将专业建设主动融入地方工业产业链，围绕地方经济发展需要，积极推进专业建设及课程改革，本文就机械设计与制造专业课程改革中专业课程的合理化设置进行探讨。

一、专业培养目标

高职的机制专业即机械设计与制造专业，该专业是面向工程机械、通用机械、汽车制造业等机械行业，培养从事零件制造、产品质量检测、零件加工工艺规程编制、工艺装备设计、产品售后服务、产品销售、生产管理等工作，具有良好职业道德及可持续发展能力的高素质高技能人才。

二、专业课程设计

目前机械设计与制造专业的专业课程设计是围绕专业人才培养目标，深入开展社会调研与工作分析；确定典型工作任务与职业能力需求；以工作过程为导向，系统设计专业课程结构，梳理出专业理论教学部分和实践教学部分；与企业合作开发专业核心课程，确定课程目标和主要内容。

三、专业课程结构

该专业专业课程结构为“1+3”结构。“1”为专业基础平台，“3”为机械加工、机械制造工艺设计、综合实践三个阶段。归纳出的专业课程结构体系如图1所示。

其中，机械制图与测绘、机械结构分析与设计、互换性与技术测量、零件数控车削加工（含考证）、机械制造工艺及夹具设计为核心课程，其学习的质量直接影响到学生在就业岗位的胜任能力。各高职院校在这些课程改革上投入了大量精力，取得了一定成绩，但各专业课程之间是相互联系的，它们之间怎样更好的衔接、过渡，使各科教学组织更合理，教学资源能充分利用，使学生能由浅入深，既有阶段性又有连续性的学习，这就要求教师思考如何合理安排各阶段的专业课程。

四、专业课程安排

（一）第一阶段。即第一学期，新生进入该专业学习的开始，文化基础课程较多，只能同时开设机械制图与测绘（第一阶段）、金属材料与热处理、机械零件手工制作（即钳工实训）三门专业课，在机械制图与测绘和金属材料与热处理两门理论课学习到中后期，即机械制图与测绘课程进行到组合体部分，金属材料与热处理课程讲授完材料牌号、性能及功用部分，可将2周的机械零件手工制作实训课有机的插入，按图样进行零件手工制作。机械制图与测绘课程的看图能力在机械零件手工制作实训中得到实践提高，各种材料的使用性能在机械零件手工制作实训中得到亲身感知，为后继专业课学习培养学习兴趣，奠定初步的基础。

（二）第二阶段。即第二学期，开设有机械制图与测绘（第二阶段）、机械结构分析与设计（第一阶段）、机械加工设备与刀具、互换性与技术测量四门理论课，还有零件普通车削加工和零件普通铣、磨加工两门实训课程。这两门实训课要求学生能看懂图纸，按图加工，正确使用及维护设备与刀具，加工过程中会熟练使用量具进行测量，所以开设的四门理论课实际是为实训课服务，理论课是为实训提供足够的理论指导，再进行两门实训课教学，这样理论知识在实训中及时得到认知应用，对掌握基本操作技能起到积极的指导作用，为后继专业课程的学习打牢基础。

（三）第三阶段。即第三学期，开设有机械结构分析与设计（第二阶段）、液压与气动技术应用、机械制造工艺及夹具（第一阶段）三门主要理论课和零件数控车削加工、零件数控铣削加工、专业顶岗实习三门实训实践课。此阶段的实训课时增加，实训内容也由简单零件进入到复杂零件的加工，加工时必须考虑制造工艺过程的合理安排及夹具的正确使用，同时开始使用数控机床等先进设备，要求掌握其特性，能熟练、正确规范的使用。同期开设的专业理论课同样为实训课提供足够的理论指导，应该在实训前合理安排开设，此阶段的课程学习将为学生今后独立完成各种零件全部加工的工作能力的提升打下稳坚实基础。

（四）第四阶段。即第四学期，开设有机械制造工艺及夹具（第二阶段）、计算机辅助设计、产品逆向设计、专业顶岗实习、零件数控铣削加工（含考证）等课程，以零件数控铣削加工完成零件的设计到加工全过程为主线，先插入相关理论课程学习，到最后完成产品加工，学生通过理论与实践的有机结合学习，逐渐具备产品设计、独立编程、编制工艺及操作加工的综合能力，为今后从事产品设计研发等技术工作打下基础。

（五）第五阶段。即第五、六学期，开设毕业设计与制作和预就业顶岗实习两门课，教师可用预就业顶岗实习的部分内容作为毕业设计与制作的课题同时进行，相辅相成。学生在校期间所学的知识在这两门课程中得到检验，课程的开设提升了学生实际解决问题的能力、综合应用的能力，为今后从事生产技术工作打下全面扎实的基础。

机械设计与制造专业各阶段课程结构安排图如图2所示。

五、教改教学效果

柳州职业技术学院机械设计与制造专业注重科学的安排各阶段课程，注重各阶段的专业理论和专业实训课程间的合理衔接，学生学习主动性高，理论知识牢固，动手能力强，思维灵活，实际解决问题的能力能得到很大的提高。自2008年以来，柳州职业技术学院机械设计与制造专业师生参加中南地区及广西区的各类机械创新大赛均获得了一、二、三等奖的良好成绩；毕业生就业率连续四年在95％以上，毕业生在各种工作岗位领悟性高，适应性强，工作积极性好，深受企业欢迎；许多毕业生现已成为企业技术骨干，为学院赢得了良好声誉。

课程建设与改革是提高教学质量的核心，应该参照相关的职业资格标准，改革课程体系和教学内容，建立完善的突出职业能力培养的课程标准，规范课程教学的基本要求，提高课程教学质量。改革教学的方法和手段，融“教、学、做”为一体，强化提升学生的能力，这些目标的实现，需要专业团队及专业教师的积极探索，努力完善。

合理设计煤矿机械 篇3

1 机械的制造工艺

机械科学合理制造工艺旨在确保机械生产质量, 节省不必要的成本浪费, 设计中规中矩, 减少能耗, 若应用的制造工艺精准完善, 企业生产加工, 质量监管, 生产储备或计划调度等方面才有如像多了一盏指路明灯, 指导着各个环节向着和谐有序的方向运行, 且合理科学制造工艺为经济效益提高, 产品与技术升级更新必要因素, 接下来本文就对机械的制造工艺进行一下简单陈述:其一, 生产过程:在相关工艺中, 所谓生产过程即将原料与半成品加工为成品一系列过程, 实际操作时, 先将前期准备相关工作做好, 这其中包含有诸多方面, 比如像原料或半成品储藏, 运输, 或零部件与产品调整, 配试与检测等[1]。实际加工时, 对零部件等尺寸, 形状与相互位置, 性质等因素都需要进行严丝合缝的调配, 不然一个环节监管不到位, 可能会使整个生产过程前功尽弃, 像毛坯制造亦或机械加工时, 就应当对上述操作严格遵照, 实际作业时对毛坯形状, 尺寸与表面质量进行调整, 使生产零部件满足要求。其二:零件装夹:对零件进行加工以前, 应当把它放置在基床或夹具这些位置上, 位置固定后, 为保障加工精准, 还要采取固定措施, 特别是零件夹装对于零件生产具有不可替代重要作用, 稳固夹紧与位置固定环节不可以有任何疏漏, 不然可能对生产速度与质量构成毁灭性打击, 严重的时候可能造成安全故障, 通常情况下夹装模式可划分成直线找正, 划线找正与夹具夹装几种[2]。其三:定位:机械制造方面, 对于零件加工精准方面有着极高要求, 定位是确保零件精确加工有力手段, 实际操作时, 对加工工件具体情况应该了若指掌, 并以此为基准来合理定位, 即点线面方面在工件与加工工具间寻找基准, 对这几方面要把握得当, 最终科学定位。

2 机械合理化设计策略

2.1 着重考虑加工工序设计

重视加工工序设计, 讲科学合理作为核心内容。机械的设计加工涵盖加工工序众多, 只有工序设计达到合理科学的标准才可有效保障产品加工质量, 并减少产品生产成本与提升生产效率。对于机械进行设计加工基础是依据制定规范标准工序流程加工, 这点企业应当充分联系自身加工水平与能力, 采取相应标准工序, 加工零部件时配合全面细致工序计划, 需要加工人员依据规范流程让加工操作按部就班进行下去, 而达到减少加工成本, 简约加工与批量生产的目的, 从而有效保证产品加工质量, 这部失为一种明智之选。

2.2 选取加工材料

材料选取为设计加工基础, 只有将基础抓好才可最终确保成本与质量得以控制, 向着科学合理的方向运行, 加工材料选取并非要一味考虑材质最优, 需要做的是参照设计加工使用需要与需要达到性能, 按需分配, 选取最适合材料。而机械生产加工企业就应当以客户与市场需求为准绳, 根据加工方法选取价格, 性能, 质量与性价比等综合满足条件材料, 而不应当将思维限制在某一方面, 在实现客户需求前提下达到加工成本下降, 自身经济效益提升的最终目的[3]。值得一提的是, 现如今绿色概念渐渐深入人心, 对于机械制造业同样也不例外, 也需要将绿色概念贯穿始终, 确保每一环节都要合乎环保要求才行。

3 结语

综上所述, 面对当前竞争日趋白热化的市场, 只有将产品质量提升上去才为企业可持续发展的不二法门。尤其是对机械设计制造行业, 机械设计制造时还是存在许多可对产品质量与企业发展形成制约问题, 这些问题是企业科学稳定发展的最大阻碍, 因此亟待提出针对性策略对其加以解决, 旨在提升企业综合竞争实力与产品质量, 就像文章中虽然所列举内容也还只是冰山一角, 但还是可起到一定借鉴作用。但是, 值得一提的是机械在进行设计制造过程中应当注意机械制造相关工艺属于动态性的, 随着经济科技发展与用户喜好等是在时时变化的, 所以就需要企业充分联系自身, 与时俱进, 掌握好最流行制造工艺技术, 使自身机械设计方面更加趋于合理化, 综合提升产品质量同一时间将企业经济效益与竞争实力提升上去, 为企业未来画出一幅更加美好的蓝图。

摘要：伴随科学技术不断迅猛发展, 人们也在不断提升自身要求, 而针对于机械的制造工艺自然也不会例外, 进一步企业想要抢占市场先机, 便应当尽量提升机械的合理化设计水平, 并提高对产品的制造标准与设计要求, 促进产品有序可持续生产, 为消费者使用目的与审美标准而努力。但是, 对机械进行设计制造时还是有这样或那样的问题存在, 凭借对制造成本和制造工艺做多考虑以后, 已经知晓对机械进行合理化设计时对于材料, 生产标准水平与润滑剂等都有极高要求, 换句话讲对机械进行设计制造要从多角度多层次入手, 才会最终提升机械产品合理化设计质量与水平, 从而促进企业可持续发展下去。

关键词：机械制造工艺,合理化,机械设计

参考文献

[1]崔永波.基于机械制造工艺简析合理化的机械设计[J].科技风, 2014, 21:119.

[2]薛健男.机械设计制造及自动化应用程序的多元化分析[J].黑龙江科技信息, 2015, 15:98.

合理设计煤矿机械 篇4

关键词：合理化,机械设计,机械制造

在我国的社会发展进程当中, 机械制造是非常重要的一个行业, 如今社会在不断地进步和发展, 机械制造的规模也呈现出了不断扩大的趋势, 与此同时, 制造工艺也变得愈发精湛, 在很大程度上促进了经济的发展和进步。但是就目前的社会整体发展形势来看, 市场竞争变得愈发激烈, 机械制造行业如果想在这种竞争环境下求生存、谋发展, 必须要重视制造工艺, 使用适当的措施来设计更加优化的制造工艺, 确保工艺质量水平。

1 制造工艺的流程概述

1.1 加工原料

完成原材料以及半成品的保管, 毛坯制造, 加工各个零部件, 热处理, 加工部件并装配, 调试、检测以及最终包装。完成原材料的加工工作, 可以给之后的一系列制作工艺打下良好的基础。

1.2 工件装夹

把工件准确地放置于机床或者是合适的夹具位置上, 保证定位正确, 之后把工件夹紧, 这一过程就是工件的装夹。比较常用的方式是直接进行装夹找正、使用划线方式进行找正等, 需要结合工件的实际情况来选择适当的方式, 确保最终装夹的效果, 最终切实有效地提升工件的加工质量水平, 有效降低消耗成本, 提升机械制造整体效益。

1.3 定位

工件的定位也是一项比较重要的工作内容, 它将会直接对工件加工精度产生影响。首先, 按照工件的具体情况来将基准进行精确定位, 确定工件以及加工工具间存在的相互位置关系, 给顺利加工奠定良好的基础。常用的几种定位方式有直接找正、夹具装夹以及划线找正等, 需要在实际操作中结合实际情况进行合适的选择。

1.4 加工精度

所谓加工精度, 它是进行加工制造过程中比较重要的一项内容, 同时也是实际制作工作重要的一个目标, 能够对工件质量水平以及产品性能等形成比较重要的影响。加工的进度主要体现在形状、尺寸、表面质量以及位置4个具体方面, 需要采用切实有效的措施来保证各个方面的具体精度, 以此来提升加工精度。比较常用的方式包括调整法、试切法、定尺寸刀具法以及自动控制, 在实际的制作工作当中, 需要按照实际情况进行适当的选择, 以此来提升加工制造精度, 保证机械加工制造的质量水平。

2 如何对机械制造工艺进行优化

想要切实有效地提升机械设计的整体水平, 并且提升设计工作的水平, 保证机械设计高效和精准, 必须要在设计当中进行合理规划统筹。结合机械制造工艺相关要求, 针对不同的部分展开科学合理的安排, 可以从以下几点入手。

2.1 使用科学且系统的加工方式

进行机械设计的工作当中, 需要结合机械制造的相关需求, 保证每个阶段的工作能够顺利地完成。掌握不同的制造要点, 明确要注意的各项事项, 了解系统且科学的方式进行设计。保证每个细节的工作都能够得到良好的处理和妥善的善后, 进而有效提升设计的整体水平。

2.2 提升加工的精度

机械设备使用广泛, 且使用种类也变得越来越多。制造工艺上有较大差异性, 在运作的过程当中, 机械设备会发生很多问题。因此必须要对机械展开合理设计, 分析出现差异的原因, 寻找解决手段, 只有这样才能够使用对应的防范方式来降低差异, 有效提升生产零件精准程度。机械制造工艺当中, 零件进度和加工设备之间有非常密切的联系, 使用标准且先进的工具进行测量, 可以提升加工的精度, 降低误差, 进而保证制造工艺质量水平。

2.3 提升加工表面的质量水平

机械加工的表面质量水平指的是在零件进行机械加工之后在其表面形成的微观平整程度, 它也被称作是粗糙程度, 其加工表面质量的水平直接决定产品零件化学性能以及无力性能等, 甚至还可能会直接对产品性能和可靠性产生影响。借助对刀具的几何角度进行改变来降低残留面积的高度, 能够显著地改善粗糙程度。借助工件的热处理来改善细化晶粒等, 也能够有效降低零件表面的粗糙程度。除此之外, 改变切削的具体用量继而降低在切削过程当中出现的塑性变形, 按照加工阶段的不同来选择合适的切削液进而起到降低摩擦和降低温度的方式等, 也能够显著降低粗糙程度。除此之外, 为了能够保证零件加工表面的整体质量, 强调刀具选择也非常有必要, 加工刀具需要按照加工件属性的差异, 来尽可能选择合适的型号和大小, 可以提升工件和刀具之间的适应性, 确保加工表面质量水平。

2.4 提升绿色制造的水平

就目前社会发展的现实情况来看, 机械制造可能会对其周边环境产生一定的污染, 与此同时, 在制造的过程当中可能会由于各种原因的影响而不断地消耗各种各样的资源, 但是却不能因此而保证机械制造更高的效益。因此, 在进行机械设计的合理优化过程当中, 还需要坚持绿色观念来进行工艺的完善, 强化绿色制造的相关工艺, 择取绿色且环保的材料当做原材料来投入生产。为了能够切实有效地提升原材料实际利用的效率, 还需要适当地强化机械制造工艺进程当中相关管理的工作内容, 对机械制造的工艺行为进行适当规范, 保证原材料能够在拥有良好的环境适用性基础之上, 充分地满足生产工艺相关要求, 进而有效降低能源消耗量, 提升能效利用效率, 降低环境污染的影响。

3 结语

对我国而言, 机械制造是促进经济发展的最大助力, 其产品质量和机械制造工艺之间有较大的联系, 最近这些年, 我国在机械制造方面的工艺水平有了飞速的发展和提升, 促进经济水平的发展。发展机械制造业的基础之上, 机械设备自然会增加, 而且制造工艺也会变得更加繁琐, 在这样的市场环境影响下, 我国的机械制造行业需要对机械制造进行合理设计, 保证其基本精度与质量水平, 与此同时强化绿色制造的水平, 才能够有效促进机械制造工艺进步和发展, 提升其经济效益与社会效益。

参考文献

[1]唐维动.基于机械制造工艺的合理化机械设计探讨[J].工业c, 2016 (6) :66.

[2]张炜, 马永青, 陈绍志.基于机械制造工艺的合理化机械设计[J].时代农机, 2015 (5) :22-23.

[3]袁桂珍.基于机械制造工艺的合理化机械设计[J].城市建设理论研究:电子版, 2015 (10) :3068.

[4]谢有龙.关于基于机械制造工艺的合理化机械设计探讨[J].商, 2015 (46) :287.

浅析机械加工零件结构的合理设计 篇5

关键词：零件设计,结构工艺性,加工精度,切削加工

0 引言

随着科技的不断进步, 机械制造工业对零件产品的质量要求愈来愈高, 从而使零件精度大幅度提高。由于零件结构不断复杂化, 使结构形式也越来越多样化, 从而给机械加工技术带来了更大的挑战。在机械加工之前, 合理地设计机械加工零件的结构, 尽量发挥出零件设计的重大作用, 可以解决机械加工过程中许多工艺技术上的问题。零件结构设计是一个能在很大程度上改善机械加工零件质量和加工效益的方法。在实际生产过程中, 我们常常遇到一些机械加工困难甚至是无法加工的产品零件, 这些都会影响到生产效率和公司利润。因此, 合理的零件设计就显得尤为重要。加工简单方便、消耗低廉、适用性高的零件结构设计是提高工厂生产力水平的一大助力。

1 易于机械加工的零件结构设计

数控机床加工零件是机械加工的一种, 如今已经广泛地在机械加工制造之中使用。在数控机床加工中, 因为零件加工所需时间和零件的成品质量是取决于数控程序而非操作机床的工作人员, 所以, 编制一道合理的数控加工程序, 能够明显地提高数控机床的加工效率和加工质量, 而程序的编制与加工又受到零件结构的直接制约和影响, 与零件设计息息相关。因此, 合理的零件结构设计是数控加工的先行条件。数控加工零件的合理设计必须符合下面几个条件。

1.1 要便于程序编制

要通过数控机床对零件进行自动加工, 必须先编制该零件的加工程序。加工程序的编制是以零件上确切的坐标点为基准的, 所以, 设计零件时要有充分的条件构成零件的加工轮廓, 标注合理的尺寸和组成零件的几何图形相交、相切或平行的关系。在能保证零件使用性能的基础上, 应该在零件图上集中标明零件尺寸或坐标尺寸, 使设计图不仅易于编程, 而且让零件在工艺基准、编程原点上与设计基准相统一。如下图所示, 标注这种套类零件的尺寸时, 如果将编程的原点设在该工件右边轴心处, 则如图b中一样, 编程原点与尺寸A的设计基准不能重合, 必须换算尺寸, 使编程的工作量加大。设计时用图a方式标注尺寸, 零件尺寸的设计基准就可以重合编程原点, 能大量减少工作量。

1.2 要在加工过程中易于装夹

不容易装夹或者要人为调整来做到精确加工的零件, 在数控机床上加工是不现实的。所以, 在设计零件结构时, 要尽量使工件在机械加工时定位可靠, 方便夹紧。同时, 零件上至少应该有一个孔或面作为定位基准, 以保证该零件进行多次装夹之后不会因为转换基准引起位置误差, 并且满足一次性加工多表面甚至全表面的集中工序特点。比如设计轴类零件, 统一设计以两端中心孔为基准, 可以使外圆各表面之间高度同轴。又如下图所示的两个零件, 要在圆锥孔内侧加工两个键槽, 若设计时如图c键槽的深度不改变, 加工时就必须进行两次加工, 但实际上每个键槽在锥孔轴线方向的深度不需要完全相等, 两个键槽的底面可以如图d相互平行, 一次就可以完成加工。如果设计成如图c所示, 在加工时, 因为两段圆锥锥度不同, 就得将刀具或工件成一定角度安装, 并且在加工过程中要不断调整锥台角度。

2 能够降低加工成本的零件设计

工厂进行各种生产, 其最终目的是为获得经济效益, 以实现生产价值。而提高生产效益除了增加收入这一条途径之外, 就是减少生产成本, 从而获得更大的利润。机械加工零件在生产成本的控制上是有较大弹性的, 其中合理设计零件结构能够很大程度上节约生产成本。

2.1 从减少加工次数方面考虑零件设计

机械加工零件时, 免不了进行材料运输。零件在车间地面或流水线上来回滑动, 会导致大量的人力物力消耗, 如果没有合理地安排加工工序, 这将是机械加工产品成本中占比例较重的一块。所以, 在设计机械加工零件时, 必须使操作工序尽可能简单, 以有效地降低加工成本。如下图e中, 一般来说, 机床是不能将这个零件的两个表面同时加工完成的, 加工第二个表面时, 必须改变零件角度再次进行加工。而图f中这两个表面虽然不在同一个水平面上, 但能够通过多装一对砂轮或刀来同时加工此零件的两个面。

2.2 从加快生产速度、节约材料方面设计零件

机械加工中必须对金属进行切削, 这在时间以及材料上都需要花费一定的成本。过于繁复的零件设计通常使切削量大, 切屑体积也大, 机械加工成本增加。薄而均匀的零件设计不仅便于机械加工, 而且使刀具磨损均匀, 金属切削量少, 减少的材料切屑能够大量降低加工成本。如图g所示, 这个工字梁的带肋条部分的横断面必须进行加工, 而且中心肋条处机械加工量相当大。设计成图h形式则可以大大地减少加工材料的浪费。

另外, 砂轮和刀夹的非接触周围与工件接触, 会对零件加工造成大大小小的阻碍, 不但容易使零件和刀具损伤, 造成经济损失, 而且延缓加工速度。所以, 设计零件时应尽量给刀具留出足够的空隙, 以减少磨损造成的成本流失。如下图, 设计时从给刀具留出位置考虑就应该弃i图而选择j图。

3 从提高零件加工精度方面考虑结构设计

加工精度是指零件经过加工后的实际尺寸、形状和位置与设计数据的相符度, 是零件加工质量的关键因素。影响机械加工精度的因素有很多, 其中工艺系统中的受热变形和受力变形是两个重要的因素。但不同的零件结构在机械加工过程中受这些因素影响出现的变形程度也会不一样。例如空腔类的零件, 因为零件内部都是空腔结构, 在除去空腔内部大余量的时候, 不可避免地会使零件向内收缩导致变形。对这类零件的结构进行一定的改动, 可以使零件抗变形能力大大提高。我们可以将零件设计成盒形件, 用闭口取代开口端的构造;也可以在零件比较薄弱的区域内增加适当的加强筋, 使零件结构总体强度加大。总之, 在零件设计的时候要使之结构稳定, 这种优化零件结构的设计可以有效地降低零件加工的变形率, 从而很大程度地提高零件的加工量。

4 结语

机械零件的设计是机械零件制造的首要工作, 只有先对零件的结构做出了合理的设计, 之后的一切加工工作才能顺利进行。在加工技术条件不变的情况下, 改进机械零件的工艺设计, 不但可以提高零件的加工精度, 减少废品发生, 还能有效地减少零件加工所需的人力物力, 提高经济效益。随着世界上各种机械加工工艺的进步, 我国的机械加工技术也不断提高。但为了进一步提高我国的机械加工技术水平, 增强工业竞争力, 我们不但要继续发展综合集成的现代制造技术, 还要融合更先进的信息技术和管理理念, 研究机械制造技术体系的最优模式, 研发更为快速的制造计划, 发挥创新精神, 设计出最合理的零件结构, 提高机械加工的效率, 获得质量和精度均领先世界标准的零件。

参考文献

[1]罗太景, 丁雷.新型机械加工机床工具箱的设计[J].煤矿机械, 2011 (5) :114-116.

[2]杜月丽, 罗世英.浅析机械加工中切削用量的合理选择[J].才智, 2009 (29) :279.

[3]姜明, 田雨, 张惠中.基于中密度纤维板表面机械加工手法的设计表现[J].广西轻工业, 2011 (5) :104-147.

[4]李涛.机械加工中切削用量的合理选择浅析[J].农机使用与维修, 2010 (3) :35-36.

钻探机械可靠性设计的合理性研究 篇6

1 可靠性基本概念

按照国家有关标准, 可靠性 (Reliability) 的定义为:产品在规定的条件下和在规定的时间内完成规定功能的能力。

规定的时间指的是度量产品使用过程的尺度, 工作小时数、应力循环次数、工作转数、行驶里程等都可以当作规定的时间来看待。由于各种各样的磨损、老化、疲劳等现象的存在, 产品很难永久保持其技术状态不变, 因而, 规定的时间就成为了确定产品可靠性的先决条件。

所谓规定的功能, 是指国家标准和有关技术文件中所规定的产品的各种功能、技术性能指标和要求。需要通过试验证明产品达到规定的各项指标和要求, 则可以称该产品完成规定的功能。如果产品不能完成规定的功能, 则称产品发生故障 (Fault) 或失效 (Failure) 。描述产品功能的数量指标是故障诊断的基本依据, 如果没有明确的数量界限, 就难以正确判断是否发生故障, 因而会引发争议。

定义中的能力指的是产品完成规定功能的可能性。由于产品故障是一种随机现象, 因而, 这种可能性具有统计学的意义, 常用不发生故障的概率来表示。

可靠性是一个与时间有关的概念, 而不仅仅指一个事件发生的概率。这在产品质量管理与质量控制方面以及可靠性设计与分析中都需要明确。

可靠性研究的是失效的概率问题。失效有多种不同的原因, 也相应有各种不同的结果。关于何种类型的事件被归类为失效的问题也有不同的观点。因此, 可靠性的方法及模型必须与具体的失效机理与模式相对应。

可靠性与质量常常是有密切联系的。因此, 要涉及基于时间的质量观念。检验人员的观念和时间无关, 产品要么通过规定的相关测试, 要么通不过测试。与之不同的是, 可靠性则通常涉及时间域内的失效。这一差别凸现出了传统的质量控制与可靠性工程之间的不同。

随着以可靠性为核心的维修技术的发展和机械自动化程度的提高, 我们对机械设备的可靠性提出了更高的要求, 一旦机械设备某部件发生故障, 将影响整个机械设备的正常运行, 所以必须要求在故障发生之前就能够有效地预测出其发生或发展的趋势。目前, 用于现场监测设备运行状态的物理量有压力、温度、噪声、震动量和磨损量等容易测得数据的量, 这些物理量随着运行状态的变化, 有随着时间延长而增大的趋势。灰色系统理论是一种研究某些既含有已知信息又含有未知或未确知信息的系统理论和方法。灰色理论建模是通过数据处理的方法来寻求数据间联系的规律, 而不是寻找数据的概率分布和统计规律, 因而这恰好弥补了概率统计方法的不足。灰色理论的实质是对原始随机数列采用生成信息的处理方法来弱化其随机性, 使原始数据序列转化为易于建模的新序列。并通过信息处理对含有不可知信息的系统 (设备) 进行诊断、预测、决策的过程。很好地满足设备运行状态预测模型要求。

2 机械可靠性的设计方法

机械可靠性包括结构可靠性和机构可靠性。结构可靠性主要研究结构的强度以及由于载荷的影响使之疲劳、磨损、断裂等引起的失效;机构可靠性则主要研究的是机构在动作过程由于运动学问题而引起的故障。

机械可靠性设计包括定性可靠性设计和定量可靠性设计。定性可靠性设计是在进行故障模式影响及危害性分析的基础上, 有针对性地应用成功的设计经验使所设计的产品达到可靠的目的;定量可靠性设计是充分掌握所设计零件的强度分布和应力分布以及各种设计参数的随机性基础上, 通过建立隐式极限状态函数或显式极限状态函数的关系, 设计出满足规定可靠性要求的产品。

机械可靠性的设计方法是目前开展机械可靠性设计的一种最直接而且最有效的方法, 无论结构可靠性设计还是机构可靠性设计都是大量采用的常用方法。机械可靠性设计根据产品的不同和构成的差异, 可采用的可靠性设计方法有以下10种:

(1) 预防故障设计:机械产品一般属于串联系统, 要提高整机可靠性, 首先应从零部件的严格选择和控制做起。

(2) 简化设计:机械设计在满足预定功能的情况下, 应力求简单、零部件的数量应尽可能减少, 越简单越可靠是可靠性设计的一个基本原则, 是减少故障、提高可靠性的最有效的方法。

(3) 余度设计:是对完成规定功能设置重复的结构、备件等, 以备局部发生失效时, 整机或系统仍不致于发生丧失规定功能的设计。这种设计方法提高了机械系统的任务可靠度, 但基本可靠性却相应降低了, 因此考虑采用余度设计时务必要慎重。

(4) 耐环境设计:是在设计时就考虑产品在整个寿命周期内可能遇到的各种环境影响, 例如装配、运输时的冲击, 振动影响, 贮存时的温度、湿度、霉菌等影响, 使用时的气候、沙尘振动等影响。

(5) 人机工程设计:它是为减少使用中人的差错, 发挥人和机器各自的特点以提高机械产品的可靠性的设计。人为差错除了人自身的原因之外, 操纵台、控制和操纵环境等也与人的误操作有密切的关系。

(6) 健壮性设计:最有代表性的方法是日本田口玄一博士创立的田口方法, 即所谓的一个产品的设计应由系统设计、参数设计和容差设计的3次设计来完成, 这是一种在设计过程中充分考虑影响其可靠性的内外干扰而进行的一种优化设计。

(7) 概率设计:是以应力一强度干涉理论为基础的, 应力一强度干涉理论将应力和强度作为服从一定分布的随机变量处理。

(8) 权衡设计:是指在可靠性、维修性、安全性、功能重量、体积、成本等之间进行综合权衡, 以求得最佳的结果。

(9) 模拟方法设计:技术的发展, 模拟方法日趋完善, 它不但可用于机械零件的可靠性定量设计, 也可用于系统级的可靠性定量设计。

(10) 降额设计:使零部件的使用应力低于其额定应力的一种设计方法。工程实践表明, 大部分机械零件在低于额定承载应力条件下工作时, 其故障率较低, 可靠性较高。当机械零部件的载荷应力和承受这些应力的具体零部件的强度在某一范围内呈不确定分布时, 可以采用提高平均强度、降低平均应力、减少应力变化和减少强度变化等方法来提高可靠性。

除此之外, 机械可靠性设计的方法绝不能离开传统的机械设计和其他的一些优化设计方法, 如机械计算机辅助设计、有限元分析等。

3 研究钻探机械可靠性设计合理性的意义

机械产品在使用过程中能够可靠运行, 在封存、运输期间能够保持良好的技术状态, 这是现代产品应该具有的基本属性。然而需要在较高可靠性的条件下, 机械设备才有可能发挥出其具有的最大效能, 因此可靠性对于各类产品均具有十分重要的意义, 它关系着现代工程机械的使用效率和安全性。

可靠性是衡量机械质量好坏的一项重要指标。机械可靠性分析的一个重要任务是确保所设计的机械零件能够在规定的工作时间内, 在规定的条件下完成规定的功能。目前可靠性分析方法已广泛应用于机械设计的各个领域, 成为工程设计中行之有效的分析方法和选用依据。因而开展机械可靠性设计的合理性研究具有很大的实际应用价值, 其中涉及到机械安全的问题。机械安全指的是机器在规定的预定使用条件下执行其功能和对其进行运输、安装、调试、维修、拆卸和处理时对人不产生损伤或伤害健康的能力。在产品的设计阶段就要考虑其安全和可靠性问题, 达到产品的本质安全、可靠, 将安全隐患遏制在萌芽状态, 从根本上实现产品的安全可靠。

从实际需求的角度, 非独立失效系统的可靠性问题、存在载荷分担关系的工程结构的可靠性问题、涉及疲劳、腐蚀等与时间相关的失效机理的可靠性问题、涉及失效的渐变性与多状态的可靠性问题、工程大系统在复杂载荷环境下的可靠性与风险评估问题等都还有待发展与完善。要想较为精确地预测结构的可靠性, 必须使用系统工程学理论把结构物作为一个系统来看待, 使用系统分析的方法进行可靠性分析。

参考文献

[1]舒兴平, 沈蒲生.平面钢框架极限承载力的试验研究[J].湖南大学学报, 1994 (1)

[2]王延荣, 田爱梅.结构振动可靠性设计方法研究[J].航空动力学报, 2003, 18 (2)

煤矿机械绿色设计与加工途径 篇7

1 煤矿机械绿色设计

煤矿机械绿色设计极大地提高了资源的利用率。把对环境带来的影响降低到最低程度, 充分体现了可持续发展的理念, 不难看出煤矿机械绿色设计是建设绿色煤矿的理论前提。

1.1 煤矿机械材料的选择

(1) 研究绿色设计中的选材准则。绿色设计的核心理念就是节约资源, 保护社会环境, 因此在材料选择上, 主要是选用环保、可再生、回收价值等材料。 (2) 建立材料的环境负担数据库和专家系统。整理分析现有材料, 建立材料的环境负担数据库和专家系统, 为材料的环境协调性评价提供信息支持。 (3) 研究材料生命周期评价的方法。研究材料生命周期评价指的是:从原材料到产品材料、产品材料到成品、成品到废品这三个过程中的资源、环保、成本问题考虑, 研究出材料的绿色性评价方法。

1.2 煤矿机械产品的可拆卸性设计

煤矿机械产品的可拆卸设计指的是利用合理的方法把产品上的某些可二次利用的部分拆卸下来, 但是却不会因为拆卸给零件带来磨损, 可拆卸设计是煤矿机械产品可回收设计的基础。煤矿机械产品的可拆卸设计理念在产品的早期设计阶段, 就考虑到了产品的可拆卸设计。可拆卸性设计的内容包括三个方面:拆卸产品设计、拆卸工艺手法、拆卸系统设计。煤矿机械产品的可拆卸性设计理念是尽量降低拆卸难度, 事先做好产品结构设计, 尽量避免零部件的复杂性。

1.3 煤矿机械产品的可回收性设计

利用绿色设计方案可以很好地实现产品的回收再利用。煤矿机械产品的可回收性指的是围绕着产品的回收工艺、回收材料及其标志、回收的经济性角度来进行的, 分析产品零件和材料的回收价值, 运用一定的回收工艺方法, 把材料及零部件进行合理的回收, 使资源得到充分的利用, 并减少了零部件对自然环境带来的负面影响。煤矿机械产品的可回收设计已成为绿色设计的关键环节, 对企业以及社会都有积极的作用。

1.4 煤矿机械产品使用的安全保护设计

煤矿机械加工一般是在井下进行, 因此在生产的过程中不可避免地会存在一些危险因素。根据最近几年的矿井事故报告, 不难看出井下事故通常是由于施工设备发生故障而引起的。煤矿机械绿色设计在进行产品设计的早期, 就充分考虑到了安全保护措施, 从而大大地降低了井下施工的危险程度。

1.5 煤矿机械绿色设计方法

煤矿机械绿色设计与加工是从多个角度入手, 结合产品的生命周期特点, 运用现代工程设计方法, 使产品设计与加工同时进行, 缩短加工时间, 最大化地节约资源, 降低废弃产品对自然环境带来的污染, 从而实现可持续发展。

2 绿色机械加工的程序与途径

2.1 绿色机械加工的基本程序

绿色机械加工的主要内容:一是为了便于加工企业选择出最优的机械加工方案;二是为了给加工企业提供便利的管理监控手段以及合理的评审方法。其基本的加工程序一般是:方案评审、选择最佳方案、落实方案、绿色机械加工。

2.2 煤矿机械绿色设计与加工方法

(1) 网络化绿色机械加工。加工企业的网络化是绿色机械加工中的关键环节, 企业将内部的局域网分散在企业的各个重要中心, 这样就能对整个加工中心实现监控, 从而实现对产品加工全程监控。网络化绿色机械加工给企业生产管理带来了巨大的便利, 是实现机械绿色设计与加工的关键因素。 (2) 信息化绿色机械加工。要想实现绿色机械加工, 信息化是企业生产的重要因素。信息化绿色机械加工是利用多种高科技技术, 例如有限元法技术, 把生产过程中的相关资料进行整理, 建立机械加工数据库。通过建模、仿真、虚拟手段来确定加工参数, 选出最优加工方案。同时进行设计与生产, 这样就能大大缩减加工时间, 提高企业的经济效益。 (3) 柔性化绿色机械加工。相比较过去的生产方式, 现代生产并不追求大批量单一的产品, 开始追求小批量、品种齐全、质量较高的生产方式。生产方式上的改变就意味着生产企业必须具备市场反应能力, 根据不同的市场需求来完成产品的生产加工。绿色机械加工的柔性分为四个方面的内容:机器柔性、扩展柔性、运行柔性、工艺柔性。柔性化绿色机械加工可以快速地完成新产品的开发, 用最短的时间和最少的成本去适应市场变化。

3 总结

结合煤矿机械整个生命周期内的行为特点, 利用绿色设计理念对煤矿机械进行设计, 能最大化地节约资源, 减少煤矿机械在生产加工过程中对环境造成的影响。这种设计理念体现出了可持续发展的思想, 相信在不久的将来必定成为煤矿加工产业的重点研究对象, 为建设现代绿色煤矿生产提供思路。

参考文献

[1]郑继水.煤矿机械绿色设计与加工的途径[J].山东煤炭科技, 2011 (02) :274+276.

合理设计煤矿机械 篇8

回采巷道的稳定性与护巷煤柱宽度有很大的关系, 合理煤柱宽度的确定是巷道支护设计的重要部分。特别是沿空掘巷情况下, 窄煤柱宽度是否合理直接决定了巷道围岩的应力环境和维护难度[1]。合理的煤柱宽度不仅可以减小巷道的变形, 降低维护工程量, 而且还可以减少煤炭资源损失。文章采用理论计算与UDEC数值模拟软件对五沟煤矿1023工作面沿空掘巷合理留设窄煤柱宽度进行研究, 使1023工作面实现了顺利回采。

1 地质概况

五沟矿1023工作面位于南二采区东翼, 与1021工作面相邻。1023工作面平均煤厚3.6 m, 煤厚变异系数55%, 煤层可采性指数1, 10煤层倾角2°~10°, 平均倾角6°。具体位置关系如图1所示。

2 窄煤柱变形影响因素

对于沿空掘巷窄煤柱而言, 在特定的窄煤柱尺寸和锚杆支护条件下, 窄煤柱变形主要与以下几个因素有关[2]: (1) 巷道上覆岩体大结构的运动和稳定性的影响; (2) 窄煤柱的支护强度; (3) 窄煤柱的破坏程度; (4) 煤柱与其上下交界面接触的情况。

3 窄煤柱合理宽度确定

3.1 理论计算

如果煤柱过窄, 则开巷后煤柱易于迅速变形破裂而使锚杆安设在破碎围岩中, 使锚固力减弱、锚杆的支护作用降低。通过极限平衡理论研究认为, 合理的最小煤柱宽度B为[3]:

式中, x1为因上区段工作面开采而在下区段沿空掘巷窄煤柱中产生的破碎区, m;x2为窄煤柱一帮锚杆有效长度, 取2.2 m;x3为考虑煤层厚度而增加的煤柱稳定性系数, 按0.2 (x1+x2) 计算;m为上下区段平巷高度, 取3 m;A为侧压系数;μ为泊松比, 取0.3;φ0为煤层界面的内摩擦角, 取27°;C0为煤层界面粘聚力, 取2.3 MPa;k为应力集中系数, 取1.8;γ为岩层平均容重, 取24 k N/m3;H为巷道埋深, 取360 m;Px为对煤帮的支护阻力, 因上区段采空区侧采用锚杆支护, 取0.1 MPa。

经计算B=4.8 m。

3.2 数值模拟分析

采用UDEC4.00数值模拟软件, 结合五沟煤矿的地质条件, 模拟分析1021工作面开采引起的侧向支承压力分布规律, 以及不同煤柱宽度沿空掘巷围岩变形规律。模型采用Mohr-Coulumb材料本构关系, 各岩层物理力学参数如表1所示。考虑边界效应, 模型尺寸为305 m×90 m, 其中煤层厚度3.6 m, 1021工作面长175 m, 沿空掘巷断面为4.6 m×3 m, 沿顶板掘进, 底板留有0.6 m煤层。模型底边界及左右两边界固支, 根据工作面埋深及模型中煤层上覆岩层厚约60 m, 在上边界施加7.2 MPa均匀载荷[4]。数值计算模型如图2所示。

模拟开挖顺序是:先平行开挖1021工作面风巷和机巷, 然后开挖1021工作面, 最后开挖1023风巷, 即沿空掘巷, 如图1所示。

3.2.1 1021工作面回采后侧向支承压力分布

为了量化地看出工作面开挖后应力分布状况, 建模时在直接顶上部、老顶中部和煤层中部各设置一条监测线, 对其垂直应力进行了分析, 如图3所示, 直接顶上部距煤层顶板7 m, 老顶中部距煤层顶板10 m。

图2中, 横轴上的坐标原点即“0”点为1021机巷实体煤一侧边缘, 即原点左侧是巷道、采空区;原点右侧是实体煤。由图2可以看出: (1) 三条曲线大体趋势相同, 在靠近采空区侧一定范围内应力较低, 随着往实体煤深部移动, 垂直应力逐渐增加, 在9 m处达到原岩应力, 即0~9 m范围为应力降低区, 适合布置沿空掘巷。 (2) 侧向煤体内的峰值位于煤壁内, 在21 m处达到峰值13.7 MPa。应力集中系数为1.6。

根据上述分析, 提出煤柱留设宽度分别为3 m、4 m、5 m、6 m、7 m、8 m等6个方案, 以及相应的巷道断面和锚杆支护整套方案。为分析窄煤柱宽度对沿空掘巷围岩稳定的影响, 对煤柱垂直应力进行分析比较, 掘进期间不同煤柱宽度对应的煤柱垂直应力分布如图4所示。

由图3可知, 沿空掘巷不同煤柱宽度掘进期间窄煤柱内应力分布有如下规律:煤柱水平中心线垂直应力大小随煤柱宽度的不同而变化, 煤柱宽度由3 m增大到8 m时, 峰值逐渐增高, 煤柱宽3 m时峰值最小, 4 m和5 m时, 峰值相差不大, 6 m、7 m急剧增加, 8 m时峰值最大;应力峰值位置不在煤柱中心, 而是偏向沿空掘巷巷道一侧, 这是由于上区段工作面回采后, 造成边缘煤体由弹性体向塑性体转化, 直至煤体一定范围内塑性破坏, 承载能力降低, 而沿空巷道开挖造成的煤柱边缘破坏范围较小, 煤柱中间弹性区靠近巷道侧, 从而导致应力峰值偏向巷道。

3.2.2 沿空掘巷围岩表面位移规律

不同宽度煤柱掘巷稳定后的巷道围岩表面位移量如图5所示。

由图4可知: (1) 当窄煤柱宽度不同时, 沿空掘巷顶板下沉量均大于窄煤柱帮的移近量、实体煤帮移近量和底鼓量, 说明掘进期间巷道的变形以顶板下沉为主, 应对顶板进行加强支护; (2) 在巷道的两帮移近量中, 实体煤帮和窄煤柱帮的移近量虽有所不同, 但差值不大。实体煤帮的变换趋势是随着窄煤柱宽度的增加, 移近量稍有下降, 窄煤柱帮的移近量则随着煤柱宽度的增加而增加, 煤柱宽8 m时最大; (3) 掘进期间巷道的顶底板移近量以顶板下沉量为主, 底鼓量不明显; (4) 当窄煤柱宽为5 m时, 顶板下沉量、窄煤柱帮移近量和实体煤帮移近量均存在拐点, 沿空掘巷围岩表面位移整体较小。因此, 根据模拟结果, 并为尽量减小煤炭资源的损失量, 将1023工作面沿空掘巷煤柱宽度取5 m较为合适。

4 结论

根据理论计算, 1023工作面合理留设的窄煤柱宽度为4.8 m, 数值模拟分析为5 m。结合窄煤柱宽度设计原则, 综合分析得出:1023工作面风巷窄煤柱宽度在4.8~5 m之间是合适的, 为便于施工, 1023工作面窄煤柱宽度取5 m。两帮及顶板位移量均达到回采使用要求, 已实现顺利回采。

参考文献

[1]齐中立, 柏建彪, 赵军, 等.沿空掘巷窄煤柱合理宽度研究与应用[J].能源技术与管理, 2009 (2) :10-12.

[2]段文超, 王友壮, 胡旭芳, 等.综放沿空掘巷窄煤柱合理宽度设计[J].山西焦煤科技, 2010 (7) :22-25.

[3]钱鸣高, 石平五.矿山压力与岩层控制[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2003.