礦山機械設(shè)計論文精選(九篇)

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第1篇：礦山機械設(shè)計論文范文

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)；礦山機械設(shè)計；初步

礦山機械中的一些大型設(shè)備大部分是結(jié)構(gòu)件。據(jù)不完全統(tǒng)計，裝載機、牙輪鉆機、挖掘機等設(shè)備，其結(jié)構(gòu)件占60%以上。對這些以結(jié)構(gòu)件為主的設(shè)備，采用傳統(tǒng)的設(shè)計方法，其結(jié)果是很不理想的。慶幸的是，我們這行業(yè)的研究設(shè)計人員開始關(guān)注這個問題，做了一些有益的工作。如對一些機構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計，用有限原方法進行結(jié)構(gòu)的靜動強度分析等等。但到目前為止，仍沒見到有關(guān)礦山機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化的文獻。

一、礦山機械結(jié)構(gòu)優(yōu)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(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計還是有可能的。結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用有三個前提條件：一是電子計算機的發(fā)展和普及，二是有限元理論和方法的發(fā)展；三是高效的結(jié)構(gòu)優(yōu)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(shè)計部門已日益普及，作為結(jié)構(gòu)優(yōu)化基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計理論，經(jīng)過二十多年的發(fā)展也日臻成熟，無論是優(yōu)化準則法、數(shù)學(xué)規(guī)劃法還是兩者的統(tǒng)一方法，其解題效率都比較高。結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術(shù)目前已廣泛地應(yīng)用于航空部門、土建部門等。在礦山機械領(lǐng)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(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了直接的便利條件。給礦山機械的優(yōu)化提供了可靠的保證。

2.礦機中的一些主要設(shè)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(shè)備采用傳統(tǒng)方法進行設(shè)計時，則往往難以找到一個理想的方案。其應(yīng)力分布和結(jié)構(gòu)往往是不太合理。而采用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法，可以在對原始設(shè)計方案進行有限元分析的基礎(chǔ)上，采用自動尋優(yōu)方法，就可以找到一個較理想的方案。使結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布更加均勻，結(jié)構(gòu)更加合理。而且，從現(xiàn)在的文獻來看，設(shè)備的自重可以減輕25%左右，其經(jīng)濟效益是十分顯著的。因此，有必要對礦機結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計。

二、 礦山機械設(shè)計中結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)

1. 最大可靠性結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)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(jié)構(gòu)的設(shè)計中，卻鮮為人知。而在工程設(shè)計中卻經(jīng)常希望在給定材料體積下盡可能合理地分布結(jié)構(gòu)材料，使結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)件設(shè)計中，引入可靠性概率（結(jié)構(gòu)在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時間內(nèi)完成預(yù)定功能的概率）這一衡量結(jié)構(gòu)可靠性的指標，采用一次二階矩概率設(shè)計理論，以傳統(tǒng)的安全系數(shù)為目標進行優(yōu)化，就可以提高結(jié)構(gòu)的安全度，而且使結(jié)構(gòu)更為合理。文獻"1"以結(jié)構(gòu)桿件截面積為設(shè)計變量進行了可靠性最大的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計表明這個方法是可行的。

2. 結(jié)構(gòu)模糊優(yōu)化設(shè)計。從目前的有限元程序，對于所給定的計算模型，其結(jié)果是比較精確的。但是對實際結(jié)構(gòu)而言，這個結(jié)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(guān)。本來，這些因素在實際工作或結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計中，還有許多東西是模糊的，目標函數(shù)、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(jié)構(gòu)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(yōu)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(yīng)力法則不大可行，因為滿應(yīng)力法是要求每一單元至少在一種工況下達到滿應(yīng)力狀態(tài)，這樣綜合的結(jié)構(gòu)就不可能是最輕結(jié)構(gòu)。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(fā)展規(guī)律。

3.研制、推廣、應(yīng)用CAD軟件。根據(jù)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)設(shè)計的需要，借助計算機輔助設(shè)計，不但能對結(jié)構(gòu)的初始方案和改進方案快速地進行結(jié)構(gòu)分析和強度校核。而且還能開展以最輕重量的單目標優(yōu)化設(shè)計和以機器工作性能、節(jié)省鋼材和結(jié)構(gòu)強度三大要素為出發(fā)點的多目標優(yōu)化設(shè)計。因此加速研制一些多功能的計算機輔助設(shè)計軟件，對于提高礦山機械設(shè)計的質(zhì)量，是很有必要的。目前，在農(nóng)機領(lǐng)域已經(jīng)有了用于微型機的大型多功能的MAS程序系統(tǒng)，不過，在優(yōu)化設(shè)計等方面，還有待進一步完善。應(yīng)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(shè)計方案、節(jié)省鋼材和成本。二是提高產(chǎn)品設(shè)計水平。三是可找出結(jié)構(gòu)損壞的原因和有害振動的根源。四是可以對機器系統(tǒng)進行多目標的優(yōu)化設(shè)計。在研制CAD系統(tǒng)時，應(yīng)該注意的是：一是發(fā)掘較為普及的微型機的潛力。二是結(jié)構(gòu)設(shè)計和分析的完備性（結(jié)構(gòu)靜動分析、結(jié)構(gòu)靜動優(yōu)化計算機繪圖等）。三是適用于多種結(jié)構(gòu)型式，即適用于多單元的結(jié)構(gòu)（如桿、梁、板、殼等）。

三、發(fā)展方向

1.大力推廣應(yīng)用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的發(fā)展方向。航空、國防、造船等行業(yè)分別召開了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的學(xué)術(shù)交流會。土建部門還舉辦了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的專門講習(xí)班。機械工程學(xué)會召開的強度學(xué)術(shù)會議上也交流了結(jié)構(gòu)優(yōu)化方面的論文。這說明在這些行業(yè)和部門，結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計已經(jīng)受到重視。因此，礦山機械設(shè)計部門的工作者（包括設(shè)計師、研究生和教師）應(yīng)該注意推廣和應(yīng)用結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)?？梢耘e辦結(jié)構(gòu)優(yōu)化枝術(shù)講習(xí)班，召開礦山機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計學(xué)術(shù)交流會。學(xué)習(xí)工程設(shè)計人員應(yīng)該掌握結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的基本知識，學(xué)會使用一些結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計軟件。對具體的結(jié)構(gòu)采用優(yōu)化設(shè)計，以提高整個礦山機械的設(shè)計水平。

2.礦機結(jié)構(gòu)從靜力優(yōu)化向動力優(yōu)化過渡。首先，我們要大力開展礦機結(jié)構(gòu)的靜力優(yōu)化設(shè)計，推廣應(yīng)用和完善現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)優(yōu)化程序，研制和發(fā)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(yīng)該在結(jié)構(gòu)靜力優(yōu)化的基礎(chǔ)上，對礦機結(jié)構(gòu)進行動力優(yōu)化設(shè)入計。因為在靜力優(yōu)化時沒有考慮結(jié)構(gòu)的動力特性。如固有頻率、動態(tài)響應(yīng)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(jié)構(gòu)的動力優(yōu)化設(shè)計就是在靜力優(yōu)化的基礎(chǔ)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(yōu)化是沒有困難的，靜力優(yōu)化的結(jié)果可以作為動力優(yōu)化的初始值。

我們建議，在近幾年內(nèi)，應(yīng)該集中精力著手研究一些具有專業(yè)特色的典型的程序包。如底盤、車架、機架等結(jié)構(gòu)件的優(yōu)一化程序。按照結(jié)構(gòu)的通用性、統(tǒng)一性和組合性原則建立程序包，對結(jié)構(gòu)件進行選型優(yōu)化設(shè)計。當然，如果在程序包中加上對整機參數(shù)的優(yōu)化、液壓系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計、傳動系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計等等，可以使礦山機械的設(shè)計更趨自動化。

參考文獻：

[1]程耿東。可靠性最大的結(jié)溝優(yōu)化設(shè)計.計算結(jié)構(gòu)力學(xué)及其應(yīng)用.2010，No4

第2篇：礦山機械設(shè)計論文范文

關(guān)鍵詞：計算機輔助工程；機械設(shè)計；應(yīng)用

中圖分類號：F224-39 文獻標識碼：A

1 計算機技術(shù)的發(fā)展

1.1 可視化技術(shù)

包括數(shù)據(jù)庫可視化、監(jiān)測信息可視化、可視化輔助設(shè)計等方面?？梢暬夹g(shù)對提高有限元法應(yīng)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(xiàn)實技術(shù)

它是一種可以創(chuàng)建和模擬體驗現(xiàn)實世界的計算機技術(shù),它將真實世界的各種媒體信息有機地融進虛擬世界,構(gòu)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(shù)

它是在科學(xué)計算機可視化和可視仿真技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它用不同媒體形態(tài)描述不同性質(zhì)的模型信息，將系統(tǒng)行為和形態(tài)、數(shù)學(xué)模型和物理模型以及它們的時空表現(xiàn)模式，有機統(tǒng)一地建模和求解。這種特點更適合于科學(xué)研究和工程設(shè)計的需要，因而受到工程界的普遍重視。

2 計算機輔助設(shè)計的發(fā)展及重要性

機械設(shè)計是機械工程的重要組成部分，是機器生產(chǎn)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(zhì)量及工作性能的好壞很大程度上取決于設(shè)計質(zhì)量，狹義的機械設(shè)計僅指技術(shù)性的設(shè)計過程，廣義的機械設(shè)計是指設(shè)計者根據(jù)使用要求和現(xiàn)有的條件，對機械的工作原理、結(jié)構(gòu)、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(gòu)思和計算，并將其形成具體的描述以作為機械制造依據(jù)的工作過程。這不僅是一個創(chuàng)造性的工作，同時也是建立在豐富的成功經(jīng)驗基礎(chǔ)上的工作，只有將兩者結(jié)合起來，才能設(shè)計出高質(zhì)量的機器。

機械設(shè)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(shù)據(jù)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(yīng)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(shè)計者還可以利用計算機進行虛擬樣機的構(gòu)建，也就是根據(jù)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(jù)出現(xiàn)的狀況修改原設(shè)計，從而達到完善的程度。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機正在越來越廣泛地應(yīng)用于機械設(shè)計的各個方面以及各種各樣的機械設(shè)計中，它在提高機械設(shè)計的質(zhì)量和轉(zhuǎn)化為實際制造的效率方面，發(fā)揮著重要作用。計算機輔助設(shè)計便是伴隨著計算機技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)，并廣泛應(yīng)用于多種學(xué)科的一種方法。計算機輔助設(shè)計又被稱作“CAD”，是由計算機幫助設(shè)計人員完成機械設(shè)計中的計算、制圖、模擬等工作，并在不斷修改和反復(fù)驗證的基礎(chǔ)上，輸出滿意的設(shè)計結(jié)果和最后的產(chǎn)品圖紙的一門技術(shù)。

20世紀60年代初，麻省理工學(xué)院的一名研究生發(fā)表了題為《人機對話圖形通信系統(tǒng)》的論文，首次提出了交互技術(shù)及計算機和圖形符號的存儲采用分層的思想，為CAD技術(shù)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(yè)的領(lǐng)軍人物開始認識到計算機輔助技術(shù)的重大作用，并投入重金研發(fā)。美國的IBM公司開發(fā)了以大型機為基礎(chǔ)的CAD系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有繪圖、數(shù)控編制等功能，之后有關(guān)計算機輔助設(shè)計的研制與開發(fā)接踵而至，通用汽車公司研制出了用于汽車設(shè)計的DAC-1系統(tǒng)，洛克希飛機公司研發(fā)的CADAM系統(tǒng)，適用于不同階段的飛機設(shè)計。這時的計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)都是在大型機或超級小型機的基礎(chǔ)上開發(fā)的，購買這套系統(tǒng)通常需要上百萬美元，因而這一系統(tǒng)只在經(jīng)濟實力比較雄厚、規(guī)模較大的航空、汽車、輪船、石油等行業(yè)應(yīng)用。

在20世紀70年代初出現(xiàn)了柔性制造系統(tǒng)FMS“，柔性”意為在使用計算機制造產(chǎn)品的過程中，制造系統(tǒng)會根據(jù)所編程序中指令的變換而改變加工過程，這種適應(yīng)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(tǒng)是由數(shù)控加工設(shè)備、物料儲運裝置和計算機控制系統(tǒng)等組成的自動化制造系統(tǒng)，包括多個柔性制造單元，能根據(jù)制造任務(wù)或生產(chǎn)環(huán)境的變化迅速調(diào)整，適用于多品種、中小批量的生產(chǎn)。隨著計算機技術(shù)、通訊技術(shù)等的發(fā)展，CAD技術(shù)也日益走向完善，比如80年代出現(xiàn)的由超大規(guī)模集成電路制成的微處理器和存儲器件，使得CAD技術(shù)在中小企業(yè)逐漸普及，從飛機、汽車到服裝、建筑、出版等行業(yè)都開始采用CAD技術(shù)。如今，計算機輔助設(shè)計技術(shù)已在機械制造業(yè)得到廣泛應(yīng)用，而且現(xiàn)在的CAD應(yīng)用系統(tǒng)可以將機械設(shè)計中的繪圖、分析、數(shù)據(jù)處理、仿真、加工修改等一系列環(huán)節(jié)集于一身，大大縮短了設(shè)計時間，提高了設(shè)計效率和質(zhì)量，降低了生產(chǎn)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(chǎn)品，在目前三維造型軟件領(lǐng)域中占有重要地位，引領(lǐng)著CAD技術(shù)的新潮流。

3　逆向工程中CAD的應(yīng)用

逆向工程是一種消化、吸收先進設(shè)計的重要手段。技術(shù)的自主研發(fā)固然重要，但研發(fā)成本卻是相當高昂的，而且研發(fā)過程還受到科技人員的素質(zhì)、國家財政的投入、現(xiàn)有條件等各方面因素的影響，因而一項新技術(shù)的產(chǎn)生通常需要幾年甚至十幾年的時間，這對于技術(shù)條件及設(shè)備相對落后的發(fā)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(chǔ)上再進行創(chuàng)新不失為一種加快科技發(fā)展的重要手段。日本在二戰(zhàn)結(jié)束后的重新崛起，很大程度上是因為他大規(guī)模引進美國、英國等歐洲發(fā)達國家的先進技術(shù)，并做了很好地消化吸收，從而轉(zhuǎn)化為本國生產(chǎn)力的一部分。逆向工程就是在只有產(chǎn)品或?qū)嵨锬Ｐ偷臈l件下，在了解產(chǎn)品原設(shè)計的基礎(chǔ)上，逆向重構(gòu)產(chǎn)品零部件的CAD模型，已達到設(shè)計創(chuàng)新的目的。以前的“逆向工程”技術(shù)的研究和應(yīng)用都集中在實物方面，即在拆解原有產(chǎn)品的過程中，重建產(chǎn)品實物模型，以實現(xiàn)新產(chǎn)品的制造。隨著現(xiàn)在機械制造技術(shù)的發(fā)展，可以通過坐標測量設(shè)備、通用的CAD軟件等方法，把實物樣件轉(zhuǎn)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(tǒng)）等技術(shù)對其進行處理和再設(shè)計。Pro/Engineer軟件中SCAN-TOOLS是一個專用的逆向設(shè)計模塊，可以通過數(shù)據(jù)點構(gòu)造網(wǎng)格曲線，并對點云進行擬合，以得到光滑、連續(xù)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(zhuǎn)換為實體，再利用Pro/Engineer軟件基于特征的參數(shù)化設(shè)計功能，完成模型的二次設(shè)計，實現(xiàn)CAD模型的重建。

結(jié)語

計算機輔助設(shè)計技術(shù)在確保機械設(shè)計的精度、處理機械設(shè)計中的大量數(shù)據(jù)、繪制復(fù)雜圖形等方面發(fā)揮著重要作用，但這些計算機輔助設(shè)計的技術(shù)大都產(chǎn)自歐美等發(fā)達國家，我國自主研發(fā)的較少，加之對引進他國的技術(shù)沒有完全消化，致使我國的機械制造業(yè)水平同國外相比，還存在較大差距，僅以目前的礦山機械設(shè)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(shè)計方法。因而，應(yīng)加強計算機輔助設(shè)計的自主研發(fā)能力，為我國的機械設(shè)計提供必要的技術(shù)支撐，從而提高我國的機械裝備水平。

參考文獻