礦山機械設計論文精選(九篇)
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第1篇：礦山機械設計論文范文
礦山機械中的一些大型設備大部分是結構件。據不完全統計，裝載機、牙輪鉆機、挖掘機等設備，其結構件占60%以上。對這些以結構件為主的設備，采用傳統的設計方法，其結果是很不理想的。慶幸的是，我們這行業的研究設計人員開始關注這個問題，做了一些有益的工作。如對一些機構進行了優化設計，用有限原方法進行結構的靜動強度分析等等。但到目前為止，仍沒見到有關礦山機械結構優化的文獻。
一、礦山機械結構優化的可行性和必要性
1.盡管有這樣那樣的困難，對礦山機械進行結構優化設計還是有可能的。結構優化設計應用有三個前提條件：一是電子計算機的發展和普及，二是有限元理論和方法的發展；三是高效的結構優化方法。從目前情況著，電子計算機特別是微型電子計算機在科研、設計部門已日益普及，作為結構優化基礎之一的有限元理論和方法是比較成熟的，而且有了不少通用的有限元分析程序；結構優化設計理論，經過二十多年的發展也日臻成熟，無論是優化準則法、數學規劃法還是兩者的統一方法，其解題效率都比較高。結構優化技術目前已廣泛地應用于航空部門、土建部門等。在礦山機械領域由于廣大科技工作者的努力，在有限元分析方面已取得了較大的進展。對牙輪鉆機、裝載機、挖掘機等主要礦山機械的有限元分析已全面展開。這就為結構優化提供了直接的便利條件。給礦山機械的優化提供了可靠的保證。
2.礦機中的一些主要設備如牙輪鉆機、裝載機、挖掘機等都具有一個比較明顯的特點，那就是：十分笨重，運輸不便。對這些設備采用傳統方法進行設計時，則往往難以找到一個理想的方案。其應力分布和結構往往是不太合理。而采用結構優化設計方法，可以在對原始設計方案進行有限元分析的基礎上，采用自動尋優方法，就可以找到一個較理想的方案。使結構的應力分布更加均勻，結構更加合理。而且，從現在的文獻來看，設備的自重可以減輕25%左右，其經濟效益是十分顯著的。因此，有必要對礦機結構進行優化設計。
二、 礦山機械設計中結構優化設計技術
1. 最大可靠性結構優化設計。"可靠性"的概念對我們并不陌生，但將可靠性概率引入超靜定結構的設計中，卻鮮為人知。而在工程設計中卻經常希望在給定材料體積下盡可能合理地分布結構材料，使結構的可靠性盡可能地大，或是研究一個用料省、可靠性大的折衷方案。因此在礦山機械結構件設計中，引入可靠性概率（結構在規定的條件下，在規定的時間內完成預定功能的概率）這一衡量結構可靠性的指標，采用一次二階矩概率設計理論，以傳統的安全系數為目標進行優化，就可以提高結構的安全度，而且使結構更為合理。文獻"1"以結構桿件截面積為設計變量進行了可靠性最大的結構優化設計表明這個方法是可行的。
2. 結構模糊優化設計。從目前的有限元程序，對于所給定的計算模型，其結果是比較精確的。但是對實際結構而言，這個結果是不大可信的。這是與模型、載荷，約束的簡化等多方面因素有關。本來，這些因素在實際工作或結構中是不大容易確定的，也就是說具有一定的"模糊性"。另外，對于有限元分析的計算工況的確定也是比較困難的。目前，我們在有限元分析中，一般是選擇典型工況進行，至于這典型工況的"典型性"則是由分析者自己確定。此外，在結構優化設計中，還有許多東西是模糊的，目標函數、約束條件、約束條件的右端項等等均具有一定的模糊性。最后，為了真正地得到滿足所有可能約束的結構最佳組成，我們要對最后的尺寸和形狀作出決策。因為，對每種不同的工況，計算得到的"最優值"是各不相同的，那么，在綜合所有計算工況時，究竟如何確定其最終尺寸呢？顯然，按滿應力法則不大可行，因為滿應力法是要求每一單元至少在一種工況下達到滿應力狀態，這樣綜合的結構就不可能是最輕結構。因此，最后尺寸和形狀的決定也要借助模糊理論來解決。從模糊到精確，再從精確到模糊，這是符合歷史發展規律。
3.研制、推廣、應用CAD軟件。根據現代結構設計的需要，借助計算機輔助設計，不但能對結構的初始方案和改進方案快速地進行結構分析和強度校核。而且還能開展以最輕重量的單目標優化設計和以機器工作性能、節省鋼材和結構強度三大要素為出發點的多目標優化設計。因此加速研制一些多功能的計算機輔助設計軟件，對于提高礦山機械設計的質量，是很有必要的。目前，在農機領域已經有了用于微型機的大型多功能的MAS程序系統，不過，在優化設計等方面，還有待進一步完善。應用CAD軟件，可以在以下幾個方面起到明顯作用：一是提供合理的設計方案、節省鋼材和成本。二是提高產品設計水平。三是可找出結構損壞的原因和有害振動的根源。四是可以對機器系統進行多目標的優化設計。在研制CAD系統時，應該注意的是：一是發掘較為普及的微型機的潛力。二是結構設計和分析的完備性（結構靜動分析、結構靜動優化計算機繪圖等）。三是適用于多種結構型式，即適用于多單元的結構（如桿、梁、板、殼等）。
三、發展方向
1.大力推廣應用結構優化設計的發展方向。航空、國防、造船等行業分別召開了結構優化設計的學術交流會。土建部門還舉辦了結構優化設計的專門講習班。機械工程學會召開的強度學術會議上也交流了結構優化方面的論文。這說明在這些行業和部門，結構優化設計已經受到重視。因此，礦山機械設計部門的工作者（包括設計師、研究生和教師）應該注意推廣和應用結構優化設計技術。可以舉辦結構優化枝術講習班，召開礦山機械結構優化設計學術交流會。學習工程設計人員應該掌握結構優化設計的基本知識，學會使用一些結構優化設計軟件。對具體的結構采用優化設計，以提高整個礦山機械的設計水平。
2.礦機結構從靜力優化向動力優化過渡。首先，我們要大力開展礦機結構的靜力優化設計，推廣應用和完善現有的結構優化程序，研制和發展一些通用性較強而且又適合礦機特點的軟件包。其次，我們應該在結構靜力優化的基礎上，對礦機結構進行動力優化設入計。因為在靜力優化時沒有考慮結構的動力特性。如固有頻率、動態響應等。而這些動力特性對于大部分礦山機械來說是比較重要的。如固有頻率對司機乘坐的舒適性以及共振破壞等都是很重要的。而結構的動力優化設計就是在靜力優化的基礎上引進頻率約束，動強度約束，動剛度約束等。在理論上，進行動力優化是沒有困難的，靜力優化的結果可以作為動力優化的初始值。
我們建議，在近幾年內，應該集中精力著手研究一些具有專業特色的典型的程序包。如底盤、車架、機架等結構件的優一化程序。按照結構的通用性、統一性和組合性原則建立程序包，對結構件進行選型優化設計。當然，如果在程序包中加上對整機參數的優化、液壓系統優化設計、傳動系統優化設計等等，可以使礦山機械的設計更趨自動化。
參考文獻：
[1]程耿東。可靠性最大的結溝優化設計.計算結構力學及其應用.2010，No4
第2篇：礦山機械設計論文范文
關鍵詞：計算機輔助工程；機械設計；應用
中圖分類號：F224-39 文獻標識碼：A
1 計算機技術的發展
1.1 可視化技術
包括數據庫可視化、監測信息可視化、可視化輔助設計等方面?？梢暬夹g對提高有限元法應用的可靠性和精確度方面，起著非常重要的作用。
1.2 虛擬現實技術
它是一種可以創建和模擬體驗現實世界的計算機技術,它將真實世界的各種媒體信息有機地融進虛擬世界,構造了用戶能與之進行各個層次交互處理的虛擬信息空間。
1.3 多媒體仿真技術
它是在科學計算機可視化和可視仿真技術基礎上發展起來的，它用不同媒體形態描述不同性質的模型信息，將系統行為和形態、數學模型和物理模型以及它們的時空表現模式，有機統一地建模和求解。這種特點更適合于科學研究和工程設計的需要，因而受到工程界的普遍重視。
2 計算機輔助設計的發展及重要性
機械設計是機械工程的重要組成部分，是機器生產的前提，同時也是決定機械性能的最主要因素，一部機器的質量及工作性能的好壞很大程度上取決于設計質量，狹義的機械設計僅指技術性的設計過程，廣義的機械設計是指設計者根據使用要求和現有的條件，對機械的工作原理、結構、剛度和強度、各個零部件的材料和形狀尺寸、以及方法、力和能量的傳遞方式等進行分析、構思和計算，并將其形成具體的描述以作為機械制造依據的工作過程。這不僅是一個創造性的工作，同時也是建立在豐富的成功經驗基礎上的工作，只有將兩者結合起來，才能設計出高質量的機器。
機械設計的所有步驟幾乎都需要計算機的幫助。圖形的編輯、修改，大量數據的計算和比較，對零部件動力、強度等方面的精確測試，都需要相應的計算機軟件的支持。除了這些繁瑣的工作可由計算機替代外，設計者還可以利用計算機進行虛擬樣機的構建，也就是根據圖紙，在計算機上制造一個模擬樣機，對它的工作性能、受力情況、熱度等各方面進行驗證，根據出現的狀況修改原設計，從而達到完善的程度。隨著計算機技術的發展，計算機正在越來越廣泛地應用于機械設計的各個方面以及各種各樣的機械設計中，它在提高機械設計的質量和轉化為實際制造的效率方面，發揮著重要作用。計算機輔助設計便是伴隨著計算機技術的發展而出現，并廣泛應用于多種學科的一種方法。計算機輔助設計又被稱作“CAD”，是由計算機幫助設計人員完成機械設計中的計算、制圖、模擬等工作，并在不斷修改和反復驗證的基礎上，輸出滿意的設計結果和最后的產品圖紙的一門技術。
20世紀60年代初，麻省理工學院的一名研究生發表了題為《人機對話圖形通信系統》的論文，首次提出了交互技術及計算機和圖形符號的存儲采用分層的思想，為CAD技術的確立提供了理論支撐。隨著這一理論的不斷完善，眾多行業的領軍人物開始認識到計算機輔助技術的重大作用，并投入重金研發。美國的IBM公司開發了以大型機為基礎的CAD系統，該系統具有繪圖、數控編制等功能，之后有關計算機輔助設計的研制與開發接踵而至，通用汽車公司研制出了用于汽車設計的DAC-1系統，洛克希飛機公司研發的CADAM系統，適用于不同階段的飛機設計。這時的計算機輔助設計系統都是在大型機或超級小型機的基礎上開發的，購買這套系統通常需要上百萬美元，因而這一系統只在經濟實力比較雄厚、規模較大的航空、汽車、輪船、石油等行業應用。
在20世紀70年代初出現了柔性制造系統FMS“，柔性”意為在使用計算機制造產品的過程中，制造系統會根據所編程序中指令的變換而改變加工過程，這種適應性以及加工的靈活性被稱為“柔性”。我國對FMS的定義為：柔性制造系統是由數控加工設備、物料儲運裝置和計算機控制系統等組成的自動化制造系統，包括多個柔性制造單元，能根據制造任務或生產環境的變化迅速調整，適用于多品種、中小批量的生產。隨著計算機技術、通訊技術等的發展，CAD技術也日益走向完善，比如80年代出現的由超大規模集成電路制成的微處理器和存儲器件，使得CAD技術在中小企業逐漸普及，從飛機、汽車到服裝、建筑、出版等行業都開始采用CAD技術。如今，計算機輔助設計技術已在機械制造業得到廣泛應用，而且現在的CAD應用系統可以將機械設計中的繪圖、分析、數據處理、仿真、加工修改等一系列環節集于一身，大大縮短了設計時間，提高了設計效率和質量，降低了生產成本與制造周期。CAD的常用軟件有很多，但由Parametric Technology公司推出的Pro/Engineer產品，在目前三維造型軟件領域中占有重要地位，引領著CAD技術的新潮流。
3 逆向工程中CAD的應用
逆向工程是一種消化、吸收先進設計的重要手段。技術的自主研發固然重要，但研發成本卻是相當高昂的，而且研發過程還受到科技人員的素質、國家財政的投入、現有條件等各方面因素的影響，因而一項新技術的產生通常需要幾年甚至十幾年的時間，這對于技術條件及設備相對落后的發展中國家而言是不可想象的。因而，充分利用他國的科技成果，在消化、吸收的基礎上再進行創新不失為一種加快科技發展的重要手段。日本在二戰結束后的重新崛起，很大程度上是因為他大規模引進美國、英國等歐洲發達國家的先進技術，并做了很好地消化吸收，從而轉化為本國生產力的一部分。逆向工程就是在只有產品或實物模型的條件下，在了解產品原設計的基礎上，逆向重構產品零部件的CAD模型，已達到設計創新的目的。以前的“逆向工程”技術的研究和應用都集中在實物方面，即在拆解原有產品的過程中，重建產品實物模型，以實現新產品的制造。隨著現在機械制造技術的發展，可以通過坐標測量設備、通用的CAD軟件等方法，把實物樣件轉化為CAD模型，綜合利用CAM（計算機輔助制造）、CIMS（計算機集成制造系統）等技術對其進行處理和再設計。Pro/Engineer軟件中SCAN-TOOLS是一個專用的逆向設計模塊，可以通過數據點構造網格曲線，并對點云進行擬合，以得到光滑、連續的曲面，再對曲面進行交互修改，從而得到與實物一致的CAD模型。SCAN-TOOLS與Pro/SURFACE配合使用，可以在曲面生成后，通過切割、裁剪、延伸等工作，將曲面轉換為實體，再利用Pro/Engineer軟件基于特征的參數化設計功能，完成模型的二次設計，實現CAD模型的重建。
結語
計算機輔助設計技術在確保機械設計的精度、處理機械設計中的大量數據、繪制復雜圖形等方面發揮著重要作用，但這些計算機輔助設計的技術大都產自歐美等發達國家，我國自主研發的較少，加之對引進他國的技術沒有完全消化，致使我國的機械制造業水平同國外相比，還存在較大差距，僅以目前的礦山機械設備為例，我國的輸送機特性研究只有理論，還沒有成熟的安全設計方法。因而，應加強計算機輔助設計的自主研發能力，為我國的機械設計提供必要的技術支撐，從而提高我國的機械裝備水平。
參考文獻
