未来矿山机械技术发展趋势预测
发布时间：
2014-01-13
未来矿山机械技术发展趋势预测
矿山机械的技术水平与装备能力，是衡量一个国家工业实力的重要标志。本文简要介绍了矿山机械的分类和在国民经济建设中作用，提出面向经济建设的市场驱动、计算机技术和信息技术等多学科综合集成的支持以及人类与自然的和谐发展是矿山机械制造业发展的动力。
矿山机械主要面向能源、交通和原材料基础工业部门服务，主要任务是为煤炭、钢铁、有色金属、化工、建材和核工业等部门的矿山开采和原材料的深加工，以及为铁路、公路、水电等大型工程的施工提供高效的技术装备。矿山机械是机械工业中一个品种繁多、设备结构复杂、需求量大、使用面广的机械行业。矿山机械按其用途大致可分为采掘设备、提升设备、窄轨运输设备、破碎粉磨设备、矿用筛分设备、洗选设备和焙烧设备等7大类，30小类，700多个品种和数千种规格。
矿山机械在经济建设、科技进步和社会发展中占有十分重要的地位和作用，属于国民经济的支柱行业。矿山机械制造业是国家建立独立工业体系的基础，也是衡量一个国家工业实力的重要标志。根据国家重点支持能源、交通和原材料等基础工业发展的产业政策，矿山机械作为这些基础工业的支柱应优先得到国家的重点支持，以得到进一步发展和提高，为煤炭、金属和非金属矿山的开发提供更多的具有优质、高效设备，满足国民经济发展对能源和原材料的需要。
市场竞争驱动
我国矿山机械的整体水平与国际水平相比尚有差距。产品设计是制造业的灵魂，产品的结构、功能、质量、成本、交货时间及可制造性、可维修性、报废后处理以及人、机和环境关系等，原则上都是在产品设计阶段决定的。产品的创新设计能力已成为决定企业在全球化竞争中地位的首要因素。因此必须借助多学科技术的融合，提高设计效率和设计质量，提升企业自主创新能力和市场竞争力。
随着社会进步和国民经济的发展，人类对资源和能源的需求量越来越大，而我国是一个资源相对贫乏的国家。随着资源的开发，开采深度逐渐增加，由陆地向海洋延伸，资源开采条件日益恶化，安全开采的形势日趋严重。运用采矿学、自动化技术、通讯技术、计算机科学与技术等，进行自动化无人工作面开采的基础理论研究和开发新技术、新装备，使矿山机械将向着机器人化和智能化方向发展。
面向自然环境和谐发展的需要
面向自然环境实现和谐发展，要求矿山机械“生态化”，借助各种技术对制造模式、制造资源、制造工艺制造组织进行不断创新，使产品在整个生命周期内不产生环境污染或环境污染最小化，资源利用率高，能源消耗低，最终实现企业经济效益与社会效益的协调化。
矿山机械产品开发数字化
目前矿山机械产品的开发呈现数字化、并行化、集成化和知识化的趋势。其中数字已成为实现快速创新开发的核心技术。 产品开发数字化主要内容包括：1）设计过程仿真，包括外形仿真、装配仿真、运动学仿真、动力学仿真和多学科集成仿真等；2）加工过程仿真，包括切削过程仿真、焊接过程仿真、冲压过程仿真和铸造过程仿真等；3）生产过程仿真，通过建立制造系统的静态模型和动态模型，精确预测技术可行性、加工成本、工艺质量和生产周期。
企业协作数字化
以因特网为代表的网络技术，使设计制造各个环节的信息与知识在数字化描述的基础上得到流通与集成，从而使异地的、不同企业的资源可以共享，使企业组织的组元化、分布化和扁平化成为可能，为用户介入生产、供应链与制造企业共同保证产品供货期和质量提供了条件。大型矿山机械设备具有技术含量高、投资额大、批量少、工作环境恶劣及研制试验周期长等特点，其开发适合采用全球分布式网络化协作模式，能够快速响应市场需求，实现资源的优质配置，通过虚拟价值链，快速满足顾客价值的根本需求。未来矿山机械制造系统不再是单个企业与长期合作的有限供应商的稳态组合，而是无国界的、多企业的、短期的最优的动态系统。
机械结构健康自检测及健康自诊断
传统的机械结构没有生命、没有智能，不能感知外界作用和内部损伤，不能做出适当响应保护自己使结构处于最佳状态，因此外部载荷及环境的变化，以及自然及人为因素的影响，将会使结构性能下降乃至破坏，使人民生命财产受到严重威胁。随着信息工作与材料科学技术的发展，科学家和工程师们提出了力图从根本上解决工程结构在全生命周期内的安全，全面提高结构性能的新思路，引入智能结构和系统的概念。智能结构以生物界的方式感知结构的状态和外部环境，并及时做出判断、响应和自适应。
矿山机械的结构健康直接影响矿山安全生产和矿工生命安全，矿山机械结构自检测及自诊断系统采用集成传感器、控制器及执行器为一体的智能结构，赋予结构健康自诊断、环境自适应，以及损伤自修复等某些智能功能与生命特征，达到增强结构安全，减轻质量，降低能耗，提高性能的目的，是未来重大矿山机械产品在线监测的方向。
矿山机械绿色设计
矿山机械实现可持续发展战略的具体措施为：（1）采用长寿命、低能耗及减轻重量的设计原则。延长产品寿命，可减少机械的生产量和降低其报废量；降低产品能耗，可减少对环境的污染；而轻量化和高效率可减少材料和资源的消耗。（2）尽量采用低环境负荷材料，尽可能不使用氟利昂（空调）、含氯橡胶、树脂及石棉等有害材料。使废弃零、部件处理的污染最小化及综合成本最优化，矿山机械产品在设计初始阶段就要考虑报废件处理简单、费用低和污染小，零、部件要解体方便、破碎容易，能焚烧处理或可作为燃料回收等问题；（3）采用能再生利用的材料和资源，特别是结构件的设计应尽可能采用比较容易装配和分解的大模块化结构和无毒材料，提高机械材料的再生率；（4）降低整机的振动与噪声，减轻对周围环境的污染。
固体废弃物处理装备
钢渣的破碎和粉磨需要带有液压保护的颚式破碎机和辊磨机，钢渣破碎后可以实现钢渣中金属全部回收；使用钢渣代替石灰石焙烧水泥熟料，实现钢渣的资源化利用等。金刚渣的破碎和粉磨装备的发展有着较好的发展前景，将直接推动矿渣资源的回收再利用。
废钢处理装备。废钢铁为钢铁生产中能替代铁矿石的原料，最大限度地开发应用废钢铁资源是钢铁工业实现节能减排、清洁生产、循环经济、缓解铁矿石资源危机的重要途径。我国目前废钢循环利用率为19.9%，远低于世界平均水平的48.3%。国外废钢处理产业发展的趋势是以废钢破碎分选处理为龙头，利用环保、机电一体化等高新技术，研究并开发新型废钢铁综合处理技术，形成新的环保高科技产业及新的经济增长点。通常，废钢处理需要破碎钢片入炉，再改善回收钢品质。废钢破碎机主要有两种，即碎屑机和破碎机。破碎机有锤击式、轧辊式和刀刃式几种。废钢处理是目前国家重点解决和大力支持的节能减排项目，因此，废钢破碎机具有较好的应用发展前景。
宜人化
矿山机械在产品设计中贯彻“以人为本”的原则，考虑人、机和环境的协调，采取必要的技术措施进行安全性设计，改善作业环境，降低振动与噪声，提高操纵者舒适性。
安全性
矿山机械的安全性是矿山安全生产与工作人员生命安全的保证。矿山机械的安全特性应从两方面进行描述，一是矿山机械的安全功能，另一是相应安全功能的可靠性。
舒适性
运用人机工程学设计原理，改善操作者的工作环境，注重驾驶员与操作界面的协调，缓解疲劳，提高作业效率。采用省力便捷的电子化控制技术，只需通过很少量的手臂的动作就可以精确地操纵负载，用手指尖就可以操作所有重要的操作部件，减轻了操作者的负担。驾驶室采用隔热、隔音全封闭结构，座椅采用可调节的油气悬架系统，操作界面引入电子监控仪表盘，声光信号报警等人性化的设计理念，为操纵人员创造安全舒适的作业环境。
外观造型
注重矿山机械外观美学和机体本身的流线型设计，达到机械与环境的和谐，给人以视觉上的美感。矿山机械的造型不是单纯的能上能外观形式，而是功能、材料、结构、人机关系以及生产工艺等因素的综合表现。在进行造型设计时，一方面需要运用艺术手段和美学法则，使得采用了现代技术的产品具有符合人们审美要求的造型美感；另一方面为了有效的发挥产品的功能，产品的结构和形态又必须更加合理化。
21世纪的中国已经成为矿山机械制造大国而让世人瞩目，然而我们并不是矿山机械制造强国，我国制造的有自主知识产权的矿山机械高端产品至今并不多。通过自主创新，发展数字化、智能化、生态化与宜人化矿山机械，实现重大装备，高端成套，为我国的经济建设和社会发展做出更大贡献。
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