采煤机上工业设计的作用

作者：刘兴华 单位：沈阳职业技术学院

采煤机的工业设计思路

在对采煤机进行工业设计之前，必须要将它与别的工程机械的设计思路进行一定的区分，通常都是利用一种叫做“七何分析法”的工业设计方法，在此基础上，可以结合采煤机自身的一些特征，再适当地借鉴头脑风暴法，整理出采煤机的工业设计思路。第一，需要思考采煤机它的制造为什么是这样，而不是别的形状或是别的颜色，还有能不能采取其他的方法达到相同的功能以及采煤机是因为什么原因导致事故发生；第二，可以反问自己，采煤机它到底有什么功能，而这些功能对人们又有什么样的价值，从而吸引人们来购买，还有它又是如何工作的，具体又有哪些工作呢？第三，可以探究采煤机的购买使用者的经济水平是怎么样的?这些消费者的具体情况又如何？还有哪些潜在的消费者被忽略了？而做出这种决策的又是谁？第四，必须集中考虑采煤机的有效使用期、维护期以及停机保护期；第五，分析考虑工作环境和地点，介于我国多采用井下采煤，因此，更多的是将设计思路着眼于才没地点的倾斜角度和煤层的硬度；第六，研究怎样达到目的，即如何搭配采煤机的外观与色彩才能吸引人们购买，怎样才能提高采煤机的便利性以及工作效率？最后，探究采煤机与工作人员的关系，人体在矿井中的舒适环境是怎么样的，光线亮度是多少，湿度是多大？环境空间是多大，可承受的噪音范围是多少等等。

煤矿中采煤机的几种工业设计

（1）色彩设计在工业设计中，采煤机的色彩设计一般也是有讲究的。因为采煤机的颜色会对人的心理活动产生一些影响，如果设计不得当，很可能对操作者的情绪带来负面影响，根据研究表明，色彩对眼睛产生的光刺激会进一步影响人的情绪和心理，因此，对操作人员的工作环境进行设计也是非常有必要的。通常情况下，采煤人员都是在环境恶劣的矿井中作业的，里面光线很昏暗，空气也不清新，单调的灰黑色彩不仅影响工作者的心情，长时间的作业还会使他们的视觉不灵敏以及注意力不集中，更严重的是他们会有疲劳和恶心的心理状态。所以，如果将采煤机某些部位的颜色设计成像红色这样比较醒目的颜色，就会冲击人们的视觉，一定程度上减少乏味感。一直以来，虽然人们都是在极差的环境中作业的，但现实情况是研究者并没有重视采煤机的外观色彩，只是一味地强调机械的功能、强度以及安全可靠性，殊不知这样的失误导致了多少无辜伤亡，例如：有关调查显示，由于采煤机的色彩设计不合理，有许多采煤作业者在工作过程中出现视觉疲劳，最后操作失误，引发矿井安全事故。另外，采煤机的色彩设计不当对产品的出口也造成了一定的影响，这种色彩设计的确实使得买着抓住把柄进行砍价，这是得不偿失的，因此，采煤机的色彩设计还是不能轻视的。

（2）造型设计采煤机的造型设计一般都是将其功能与形式进行结合来考虑的，由于多年的发展和人们的设计习惯，采煤机的大致构造基本已经被它的功能和常用形式所固定，不过设计理念还是有一些进步的，主要体现在机械的操作部件没有原来那么沉重冗杂，能够将实用与美观、艺术与技术相结合。其中双滚筒采煤机（如图1所示）的造型设计就很有代表性。由图1可看出，双滚筒采煤机左右两边的体量给人一种强烈的均衡感，这在一定程度上与它要实现的功能是有着紧密的联系的。对称一般给人带来一种静态美，显得很有条理性以及突出了庄重之感，对称的机械构造看上去让人感觉很稳重。除此之外，这种对称对于采煤机的一些重要部件的配置也产生了一定的启发作用，例如：设计师可以抓住人们喜欢把视线投放到对称线上的特点，尽量将像采煤机的控制面板、重要的按钮或者操作手柄安装在对称线的周围，这样一来就大大符合人们的心理习惯，操作也会更轻松简单。从采煤机的整个造型来看，它以直线为主，曲线为辅，既不失大方得体，又不显得呆板木讷。

（3）结合人机工程学设计由满足要求的模态参数可继续开展以下工作：①物理参数修改：结合实验模态结果对由FEM得到的质量阵、刚度阵求修改质量阵和修改刚度阵，得到修改后的质量阵、刚度阵；②物理参数识别：直接求解广义逆特征值问题，求得K、C；③载荷识别：根据实验模态参数和响应要求，估算系统的实际振动环境。在上述3项工作的基础上，通过FEM计算系统响应，或者在修改截齿模型后实测系统响应，检验是否满足响应准则。模态分析为截齿的性能评估和结构设计提供了一个强有力的工具。其可靠的分析结果可以作为产品性能评估的有效标准，围绕其结果开展的各种动态设计方法更使模态分析成为结构设计的重要基础。有限元法模态分析和实验模态分析是结构动态设计的基本方法。应用这些方法，可以大大提高截齿的动态性能，缩短设计周期。如不满足，需通过响应灵敏度分析，修改截齿结构和再分析，估算模态参数和响应，直到满足要求为止。结合人机工程学对采煤机进行设计是非常重要的，必须考虑采煤机各部件位置的合理性，分析工作人员的习惯与操作程序的联系以及研究操作距离的适当性等。首先，要根据实际情况合理地设置操作装置和显示装置的高度，例如：如果是矮机身工作面，为了方便工作人员对机械的操作，可以选择通过分离式设计得到的卧式采煤机。其次，对于那些在操作中起着重要作用的按钮要尽量做到突出显眼，以便于简单识别，减少操作失误，具体可以采用发光的材料制作这些按钮。除此之外，在喷水灭尘的过程中要注重装置的效果，不能弄巧成拙，使矿井湿度变得更加糟糕；还有要加强对设备对有害气体的检测以及降低采煤机的零件振动频率。一流的采煤机工业设计都是会考虑机械操作者的情绪状态和心理特征的，因为操作者只有出于一个相对安全舒适的采煤环境下，才能提高工作效率，实现最大经济效益。

（4）工业设计在采煤机上的发展前景虽然我国的工业设计在采煤机械上的应用还没有发展壮大，但在这个日新月异的时代，事物的蓬勃发展都是必然趋势。工业设计作为一门重要的技术，在采煤机上的应用也逐渐迈向了一个新的高度，现今有一些大型企业也渐渐成立了专门的工业设计部门，而且还赋予他们一定的工作职能和提升其在企业中的地位，这种改革使得采煤机机械产品具有统一的风格，还便于整合管理，同时也将公司的形象打出去了。相信在未来的工业设计中，设计师将长期处于企业产品设计的引导地位，通过协调好企业与用户的关系和需求，达到双赢的效果，创造更多的经济价值。