作者：劉興華 單位：沈陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院

采煤機(jī)的工業(yè)設(shè)計(jì)思路

在對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行工業(yè)設(shè)計(jì)之前，必須要將它與別的工程機(jī)械的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行一定的區(qū)分，通常都是利用一種叫做“七何分析法”的工業(yè)設(shè)計(jì)方法，在此基礎(chǔ)上，可以結(jié)合采煤機(jī)自身的一些特征，再適當(dāng)?shù)亟梃b頭腦風(fēng)暴法，整理出采煤機(jī)的工業(yè)設(shè)計(jì)思路。第一，需要思考采煤機(jī)它的制造為什么是這樣，而不是別的形狀或是別的顏色，還有能不能采取其他的方法達(dá)到相同的功能以及采煤機(jī)是因?yàn)槭裁丛驅(qū)е率鹿拾l(fā)生；第二，可以反問(wèn)自己，采煤機(jī)它到底有什么功能，而這些功能對(duì)人們又有什么樣的價(jià)值，從而吸引人們來(lái)購(gòu)買(mǎi)，還有它又是如何工作的，具體又有哪些工作呢？第三，可以探究采煤機(jī)的購(gòu)買(mǎi)使用者的經(jīng)濟(jì)水平是怎么樣的?這些消費(fèi)者的具體情況又如何？還有哪些潛在的消費(fèi)者被忽略了？而做出這種決策的又是誰(shuí)？第四，必須集中考慮采煤機(jī)的有效使用期、維護(hù)期以及停機(jī)保護(hù)期；第五，分析考慮工作環(huán)境和地點(diǎn)，介于我國(guó)多采用井下采煤，因此，更多的是將設(shè)計(jì)思路著眼于才沒(méi)地點(diǎn)的傾斜角度和煤層的硬度；第六，研究怎樣達(dá)到目的，即如何搭配采煤機(jī)的外觀(guān)與色彩才能吸引人們購(gòu)買(mǎi)，怎樣才能提高采煤機(jī)的便利性以及工作效率？最后，探究采煤機(jī)與工作人員的關(guān)系，人體在礦井中的舒適環(huán)境是怎么樣的，光線(xiàn)亮度是多少，濕度是多大？環(huán)境空間是多大，可承受的噪音范圍是多少等等。

煤礦中采煤機(jī)的幾種工業(yè)設(shè)計(jì)

（1）色彩設(shè)計(jì)在工業(yè)設(shè)計(jì)中，采煤機(jī)的色彩設(shè)計(jì)一般也是有講究的。因?yàn)椴擅簷C(jī)的顏色會(huì)對(duì)人的心理活動(dòng)產(chǎn)生一些影響，如果設(shè)計(jì)不得當(dāng)，很可能對(duì)操作者的情緒帶來(lái)負(fù)面影響，根據(jù)研究表明，色彩對(duì)眼睛產(chǎn)生的光刺激會(huì)進(jìn)一步影響人的情緒和心理，因此，對(duì)操作人員的工作環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)也是非常有必要的。通常情況下，采煤人員都是在環(huán)境惡劣的礦井中作業(yè)的，里面光線(xiàn)很昏暗，空氣也不清新，單調(diào)的灰黑色彩不僅影響工作者的心情，長(zhǎng)時(shí)間的作業(yè)還會(huì)使他們的視覺(jué)不靈敏以及注意力不集中，更嚴(yán)重的是他們會(huì)有疲勞和惡心的心理狀態(tài)。所以，如果將采煤機(jī)某些部位的顏色設(shè)計(jì)成像紅色這樣比較醒目的顏色，就會(huì)沖擊人們的視覺(jué)，一定程度上減少乏味感。一直以來(lái)，雖然人們都是在極差的環(huán)境中作業(yè)的，但現(xiàn)實(shí)情況是研究者并沒(méi)有重視采煤機(jī)的外觀(guān)色彩，只是一味地強(qiáng)調(diào)機(jī)械的功能、強(qiáng)度以及安全可靠性，殊不知這樣的失誤導(dǎo)致了多少無(wú)辜傷亡，例如：有關(guān)調(diào)查顯示，由于采煤機(jī)的色彩設(shè)計(jì)不合理，有許多采煤作業(yè)者在工作過(guò)程中出現(xiàn)視覺(jué)疲勞，最后操作失誤，引發(fā)礦井安全事故。另外，采煤機(jī)的色彩設(shè)計(jì)不當(dāng)對(duì)產(chǎn)品的出口也造成了一定的影響，這種色彩設(shè)計(jì)的確實(shí)使得買(mǎi)著抓住把柄進(jìn)行砍價(jià)，這是得不償失的，因此，采煤機(jī)的色彩設(shè)計(jì)還是不能輕視的。

（2）造型設(shè)計(jì)采煤機(jī)的造型設(shè)計(jì)一般都是將其功能與形式進(jìn)行結(jié)合來(lái)考慮的，由于多年的發(fā)展和人們的設(shè)計(jì)習(xí)慣，采煤機(jī)的大致構(gòu)造基本已經(jīng)被它的功能和常用形式所固定，不過(guò)設(shè)計(jì)理念還是有一些進(jìn)步的，主要體現(xiàn)在機(jī)械的操作部件沒(méi)有原來(lái)那么沉重冗雜，能夠?qū)?shí)用與美觀(guān)、藝術(shù)與技術(shù)相結(jié)合。其中雙滾筒采煤機(jī)（如圖1所示）的造型設(shè)計(jì)就很有代表性。由圖1可看出，雙滾筒采煤機(jī)左右兩邊的體量給人一種強(qiáng)烈的均衡感，這在一定程度上與它要實(shí)現(xiàn)的功能是有著緊密的聯(lián)系的。對(duì)稱(chēng)一般給人帶來(lái)一種靜態(tài)美，顯得很有條理性以及突出了莊重之感，對(duì)稱(chēng)的機(jī)械構(gòu)造看上去讓人感覺(jué)很穩(wěn)重。除此之外，這種對(duì)稱(chēng)對(duì)于采煤機(jī)的一些重要部件的配置也產(chǎn)生了一定的啟發(fā)作用，例如：設(shè)計(jì)師可以抓住人們喜歡把視線(xiàn)投放到對(duì)稱(chēng)線(xiàn)上的特點(diǎn)，盡量將像采煤機(jī)的控制面板、重要的按鈕或者操作手柄安裝在對(duì)稱(chēng)線(xiàn)的周?chē)@樣一來(lái)就大大符合人們的心理習(xí)慣，操作也會(huì)更輕松簡(jiǎn)單。從采煤機(jī)的整個(gè)造型來(lái)看，它以直線(xiàn)為主，曲線(xiàn)為輔，既不失大方得體，又不顯得呆板木訥。

（3）結(jié)合人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)由滿(mǎn)足要求的模態(tài)參數(shù)可繼續(xù)開(kāi)展以下工作：①物理參數(shù)修改：結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)結(jié)果對(duì)由FEM得到的質(zhì)量陣、剛度陣求修改質(zhì)量陣和修改剛度陣，得到修改后的質(zhì)量陣、剛度陣；②物理參數(shù)識(shí)別：直接求解廣義逆特征值問(wèn)題，求得K、C；③載荷識(shí)別：根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)參數(shù)和響應(yīng)要求，估算系統(tǒng)的實(shí)際振動(dòng)環(huán)境。在上述3項(xiàng)工作的基礎(chǔ)上，通過(guò)FEM計(jì)算系統(tǒng)響應(yīng)，或者在修改截齒模型后實(shí)測(cè)系統(tǒng)響應(yīng)，檢驗(yàn)是否滿(mǎn)足響應(yīng)準(zhǔn)則。模態(tài)分析為截齒的性能評(píng)估和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了一個(gè)強(qiáng)有力的工具。其可靠的分析結(jié)果可以作為產(chǎn)品性能評(píng)估的有效標(biāo)準(zhǔn)，圍繞其結(jié)果開(kāi)展的各種動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)方法更使模態(tài)分析成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)。有限元法模態(tài)分析和實(shí)驗(yàn)?zāi)B(tài)分析是結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)的基本方法。應(yīng)用這些方法，可以大大提高截齒的動(dòng)態(tài)性能，縮短設(shè)計(jì)周期。如不滿(mǎn)足，需通過(guò)響應(yīng)靈敏度分析，修改截齒結(jié)構(gòu)和再分析，估算模態(tài)參數(shù)和響應(yīng)，直到滿(mǎn)足要求為止。結(jié)合人機(jī)工程學(xué)對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)是非常重要的，必須考慮采煤機(jī)各部件位置的合理性，分析工作人員的習(xí)慣與操作程序的聯(lián)系以及研究操作距離的適當(dāng)性等。首先，要根據(jù)實(shí)際情況合理地設(shè)置操作裝置和顯示裝置的高度，例如：如果是矮機(jī)身工作面，為了方便工作人員對(duì)機(jī)械的操作，可以選擇通過(guò)分離式設(shè)計(jì)得到的臥式采煤機(jī)。其次，對(duì)于那些在操作中起著重要作用的按鈕要盡量做到突出顯眼，以便于簡(jiǎn)單識(shí)別，減少操作失誤，具體可以采用發(fā)光的材料制作這些按鈕。除此之外，在噴水滅塵的過(guò)程中要注重裝置的效果，不能弄巧成拙，使礦井濕度變得更加糟糕；還有要加強(qiáng)對(duì)設(shè)備對(duì)有害氣體的檢測(cè)以及降低采煤機(jī)的零件振動(dòng)頻率。一流的采煤機(jī)工業(yè)設(shè)計(jì)都是會(huì)考慮機(jī)械操作者的情緒狀態(tài)和心理特征的，因?yàn)椴僮髡咧挥谐鲇谝粋€(gè)相對(duì)安全舒適的采煤環(huán)境下，才能提高工作效率，實(shí)現(xiàn)最大經(jīng)濟(jì)效益。

（4）工業(yè)設(shè)計(jì)在采煤機(jī)上的發(fā)展前景雖然我國(guó)的工業(yè)設(shè)計(jì)在采煤機(jī)械上的應(yīng)用還沒(méi)有發(fā)展壯大，但在這個(gè)日新月異的時(shí)代，事物的蓬勃發(fā)展都是必然趨勢(shì)。工業(yè)設(shè)計(jì)作為一門(mén)重要的技術(shù)，在采煤機(jī)上的應(yīng)用也逐漸邁向了一個(gè)新的高度，現(xiàn)今有一些大型企業(yè)也漸漸成立了專(zhuān)門(mén)的工業(yè)設(shè)計(jì)部門(mén)，而且還賦予他們一定的工作職能和提升其在企業(yè)中的地位，這種改革使得采煤機(jī)機(jī)械產(chǎn)品具有統(tǒng)一的風(fēng)格，還便于整合管理，同時(shí)也將公司的形象打出去了。相信在未來(lái)的工業(yè)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師將長(zhǎng)期處于企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的引導(dǎo)地位，通過(guò)協(xié)調(diào)好企業(yè)與用戶(hù)的關(guān)系和需求，達(dá)到雙贏(yíng)的效果，創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。