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摘要：我国煤矿生产是提供煤炭的主要渠道，受到我国能源结构约束，我国未来能源发展仍然需要依赖煤矿生产。基于此，本文首先分析机械设计制造采用新技术和新工艺的重要性，其次分析了机械设备设计理念，最后研究了设计制造新技术及新工艺。通过新技术和新工艺的研究，优化机械设备设计和制造效率，提高机械设备操作体验，辅助煤矿生产，为煤矿生产创造更大的收益。
关键词：煤矿生产；机械设备；设计制造；新技术
煤矿生产有赖于机械设备的辅助，机械设备经常需要在恶劣环境中作业，因此对于设计和制造提出了更高要求。煤矿机械设备设计制造受到了行业的极大重视。目前机械设备使用过程中出现一定问题，造成用户使用感受受到影响。因此，通过研究设计制造新工艺和新技术，利用新工艺和新技术提高机械设备的质量，以满足不同环境、不同需要的使用要求，推动煤矿生产、安全有序的展开。
1煤矿机械设计制造引入新技术、新工艺的重要性
我国现有煤矿机械设备中，对设备技术性能的要求十分严格，让机械设备满足开采作业需要。但是现有设备仍然存在一定不足，导致使用设备时使用体验较差。如某些煤矿机械设备刷漆不均匀，标准件存在歪斜等情况，导致操作人员使用感受较差。设计制造机械设备要重视创新外观设备，从人性化角度进行考量[1]。机械设备操作要集中操作功能，保障设备操作人员的操作体验。设计制造机械设备通过优化外形和应用性能，让操作人员直观体验得到提高，提高设备操作性能的同时，提高操作人员作业的舒适性。通过新技术和新工艺的应用，让机械设备外观质量得以提升，优化操作人员使用体验，操作人员使用体验的提高，有助于提高煤矿生产效率，为煤矿生产提高经济收益，同时提高生产产量，进而影响我国经济发展，为经济发展提供充足的煤炭资源。
2煤矿机械设备设计理念
设计煤矿机械设备要引入人性化理念，设计和制造机械设备时，要从人本理念出发，将实用性放在首要位置上。设计阶段要重视考虑操作人员的心理需要，提高机械设备操作体验，应用设备过程中要对使用环境，尤其是井下的恶劣环境的考虑。设计机械设备时要重点考虑设备可靠性充分结合人、环境以及设备，保证设备设计合理性。设计制造机械设备过程中，关于操作界面的设计要重视操作人员视觉体验，从操作语言到流程设计都要满足生产操作的习惯，提高设备操作便捷性。设计制造机械设备要求设计人员全面收集设备使用环境、使用工序以及使用目的的信息，全面收集信息，才能融合机械设备操作终端，最大程度上为操作人员提供便利。设备功能要满足实际需要，功能按钮设计在操作人员的正前方，操作杆和按键要根据操作人员使用习惯进行设计[2]。如要重视机械设备毛边处理，让设备设计制造质量有所提高。设计制造机械设备要积极融入绿色理念，使用材料、设备寿命以及制造工艺等都需要考虑到环保性，控制机械设备生产和报废期间对于环境的影响。选择制造材料时，要注意选择可再生、可回收以及兼容性高的材料，设备结构设计要满足灵活性要求，设备出现故障时要考虑到更换零件的便捷性。
3煤矿机械设计制造新技术及新工艺
3.1改善齿轮表面粗糙度的工艺
滚齿加工要经过磨齿、剃齿等多个程序，制造齿轮要使用最宽泛方法。加工滚齿时如果齿面粗糙度过于大，会造成剃齿加工不便捷，让齿应力受到影响。若采用研齿和珩齿方法改善粗糙程度，会导致齿形变差。为了让剃齿精度得到保证，并延长剃刀寿命，滚齿要提供满足精度要求，同时达到一定粗糙度的齿轮。齿轮切削生产中，低速切削状态出现刃积屑瘤，造成齿面粗糙度受到影响。分析切削条件和粗糙度的关系，可以确认切削厚度和粗糙度存在直接关联。螺旋斜齿轮材质不同，要选择不同厚度以及滚刀齿槽数量，分析同齿面粗糙度关联，对齿面粗糙度方法进行改进。滚刀和螺旋角是同向，要使用顺滚方法，反向要使用逆滚方法，不超过最大切削厚度，适合使用正前角滚刀，增加滚刀齿槽，选择合适的切削液，控制积屑瘤的出现。为了避免齿轮硬度低，导致散热能力差且组织松软，可以使用降速、提高垂直走刀量等方法，消除齿面撕拉，降低齿面粗糙程度。
3.2焊缝跟踪技术
中国矿业大学对焊缝自动跟踪进行了研究，焊缝自动跟踪通过使用传感器、调节器以及执行机构构成了反馈系统。跟踪传感器通过良好的传感功能，提高系统传递实时性。控制器作为低成本、强功能的硬件，可以对运行展开有效控制。执行机构可以灵活简便的实现跟踪技术。焊缝跟踪常利用伺服电动机，取代步进电动机，提高供电稳定性。焊缝执行决定着机械设备功能的发挥，执行机构稳定性影响着跟踪精度。车轮装置相对简单，移动装置的动作更加灵活，适合在平地使用。车轮结构包含三轮、四轮以及六轮三种结构。三轮机构最大优势在于易操作和易控制，四轮机构经常用于焊接领域。焊接技术的发展，让机械手机构被广泛使用。焊缝跟踪使用神经网络以及模糊控制具有一定优势，利用专家系统为决策单元，而神经网络用作补偿单元，此控制系统具有自学习、自适应以及自组织的优势，具有广阔的应用空间。
3.3特大箱形井架制造技术
箱形井架包括特大型钢结构，每节长度保持在8m附近。主井的井架可以达到70.6m高，总重可达730t，平台梁使用方箱结构。平台梁和主副腿之间使用一级焊缝，腿梁棱边以及侧面，单节在3mm之下，整组焊后小于5mm。为了验证坡口，施工前试验焊接方法和接头形式。依照接头和焊接确定焊接电流、电压以及速度等参数。为保证施工质量，对工装配置设计标准平台、简易平台、卡具、内外支撑件等工具，主角的焊接缝要使用P形接口，板边和坡口使用机械加工方式完成。对于焊接变形的控制，要依据分散、对称原则，按规定参数进行焊接。厂内分片组焊接和安装现场组都有序进行，保证生产井架的安全。
3.4液压支架顶梁技术
煤炭机械设备放顶煤液压支架属于箱形焊接构件，包含七十余个构件，主要构件包含高强度合金，钢板厚度约为10mm~25mm，焊缝高度约为12mm~18mm，由于交叉和双面角焊缝隙较多。支架顶梁要使用290kg的焊丝，经过多次焊接才能完成，使其焊接应力以及变形情况十分复杂。焊接变形加强控制要预防尺寸偏差，保证结构件质量。首先对下料尺寸加强控制，对零件提出公差要求，通过仿形、数控以及切割下料方式，保证尺寸精准一致。横向筋刀剪要和边结合，减少主筋间隔从而强化尺寸误差和焊接变形。要利用芯轴定位方法，待主筋气割完整下料后，使用定位钻模工装确定定位孔，保证孔位和基准面准确对应。其次使用合理顺序，在工装平台组对主筋、筋板和底板，以中心重合为原则组对。控制组补偿间隙以及收缩量，将组对间隙限制在0.1mm内。可使用刚性支撑，界面超过30mm×30mm的界面要利用刚性杆件实施支撑。最后对焊接顺序加以控制，根据分段、分层以及对称施焊原则，进行焊接。对焊接电流进行合理调节，使用氩气和二氧化碳3：1比例进行气保焊。
3.5其他技术
首先可以使用计算机集成技术，也就是CIM技术，设计机械设备要引入智能化理念，提高设计质量以及制造质量。煤矿机械设备制造系统包括人类专家和智能机器两部分，智能系统利用机械设备分析加工制造过程，对设计结果和制造决策提供依据[3]。智能制造可以实现人机一体化，不断自我学习和优化，让煤矿设备设计效率和制造质量得到提高。其次要积极使用并行工程法，设计制造机械设备最初阶段，要从全生命周期对成本和质量进行考虑，煤矿机械设备从设计初始阶段，就要注意TD工艺的处理，让零部件表层形成硬化表层，通过其良好抗磨性和抗腐蚀性，强化机械部件寿命。最后设计制造过程中，尝试引入仿真技术，利用计算机软件模拟设计结果和制造结果，及时有效的察觉设计问题，对问题进行处理，提高设计制造效率和实际效果。通过仿真技术的应用，节约大量成本，缩短设计制造总时长。
4结论
综上所述，本文认识到在煤矿机械设计制造中引入新技术、新工艺的重要性，基于设计理念，研究了设计制造新技术及新工艺。主要包括改善齿轮表面粗糙度的工艺、焊缝跟踪技术、特大箱形井架制造技术、液压支架顶梁技术、计算机集成技术、并行工程法以及仿真技术。通过新工艺、新技术的使用，让机械设备制造和设计得以优化，提高操作人员的使用感，辅助煤矿生产，提高生产效率，为我国发展提供充足的煤炭能源支持。
参考文献
[1]杨浩.煤矿工程机械中机电一体化的科学运用研究[J].西部探矿工程，2019，31（05）：154-155.
[2]张春昱，李红.煤矿自卸车制动器制动性能计算机仿真分析[J].煤矿机械，2019，40（04）：164-166.
[3]李为民.自供电传感器在煤矿机械智能控制系统中的设计应用[J].科技创新与应用，2019（10）：93-94.
作者:吴恒建 单位:中国煤炭科工集团太原研究院
