未來礦山機械技術發展趨勢預測

     礦山機械的技術水平與裝備能力，是衡量一個國家工業實力的重要標志。本文簡要介紹了礦山機械的分類和在國民經濟建設中作用，提出面向經濟建設的市場驅動、計算機技術和信息技術等多學科綜合集成的支持以及人類與自然的和諧發展是礦山機械制造業發展的動力。  

　　礦山機械主要面向能源、交通和原材料基礎工業部門服務，主要任務是為煤炭、鋼鐵、有色金屬、化工、建材和核工業等部門的礦山開采和原材料的深加工，以及為鐵路、公路、水電等大型工程的施工提供高效的技術裝備。礦山機械是機械工業中一個品種繁多、設備結構復雜、需求量大、使用面廣的機械行業。礦山機械按其用途大致可分為采掘設備、提升設備、窄軌運輸設備、破碎粉磨設備、礦用篩分設備、洗選設備和焙燒設備等7大類，30小類，700多個品種和數千種規格。

　　 礦山機械在經濟建設、科技進步和社會發展中占有十分重要的地位和作用，屬于國民經濟的支柱行業。礦山機械制造業是國家建立獨立工業體系的基礎，也是衡量一個國家工業實力的重要標志。根據國家重點支持能源、交通和原材料等基礎工業發展的產業政策，礦山機械作為這些基礎工業的支柱應優先得到國家的重點支持，以得到進一步發展和提高，為煤炭、金屬和非金屬礦山的開發提供更多的具有優質、高效設備，滿足國民經濟發展對能源和原材料的需要。

　　市場競爭驅動

　　我國礦山機械的整體水平與國際水平相比尚有差距。產品設計是制造業的靈魂，產品的結構、功能、質量、成本、交貨時間及可制造性、可維修性、報廢后處理以及人、機和環境關系等，原則上都是在產品設計階段決定的。產品的創新設計能力已成為決定企業在全球化競爭中地位的首要因素。因此必須借助多學科技術的融合，提高設計效率和設計質量，提升企業自主創新能力和市場競爭力。 

　　  隨著社會進步和國民經濟的發展，人類對資源和能源的需求量越來越大，而我國是一個資源相對貧乏的國家。隨著資源的開發，開采深度逐漸增加，由陸地向海洋延伸，資源開采條件日益惡化，安全開采的形勢日趨嚴重。運用采礦學、自動化技術、通訊技術、計算機科學與技術等，進行自動化無人工作面開采的基礎理論研究和開發新技術、新裝備，使礦山機械將向著機器人化和智能化方向發展。

    面向自然環境和諧發展的需要 

　　面向自然環境實現和諧發展，要求礦山機械“生態化”，借助各種技術對制造模式、制造資源、制造工藝制造組織進行不斷創新，使產品在整個生命周期內不產生環境污染或環境污染最小化，資源利用率高，能源消耗低，最終實現企業經濟效益與社會效益的協調化。

     礦山機械產品開發數字化

     目前礦山機械產品的開發呈現數字化、并行化、集成化和知識化的趨勢。其中數字已成為實現快速創新開發的核心技術。 產品開發數字化主要內容包括：1）設計過程仿真，包括外形仿真、裝配仿真、運動學仿真、動力學仿真和多學科集成仿真等；2）加工過程仿真，包括切削過程仿真、焊接過程仿真、沖壓過程仿真和鑄造過程仿真等；3）生產過程仿真，通過建立制造系統的靜態模型和動態模型，精確預測技術可行性、加工成本、工藝質量和生產周期。

     企業協作數字化

　　 以因特網為代表的網絡技術，使設計制造各個環節的信息與知識在數字化描述的基礎上得到流通與集成，從而使異地的、不同企業的資源可以共享，使企業組織的組元化、分布化和扁平化成為可能，為用戶介入生產、供應鏈與制造企業共同保證產品供貨期和質量提供了條件。大型礦山機械設備具有技術含量高、投資額大、批量少、工作環境惡劣及研制試驗周期長等特點，其開發適合采用全球分布式網絡化協作模式，能夠快速響應市場需求，實現資源的優質配置，通過虛擬價值鏈，快速滿足顧客價值的根本需求。未來礦山機械制造系統不再是單個企業與長期合作的有限供應商的穩態組合，而是無國界的、多企業的、短期的最優的動態系統。

　　 機械結構健康自檢測及健康自診斷

　　 傳統的機械結構沒有生命、沒有智能，不能感知外界作用和內部損傷，不能做出適當響應保護自己使結構處于最佳狀態，因此外部載荷及環境的變化，以及自然及人為因素的影響，將會使結構性能下降乃至破壞，使人民生命財產受到嚴重威脅。隨著信息工作與材料科學技術的發展，科學家和工程師們提出了力圖從根本上解決工程結構在全生命周期內的安全，全面提高結構性能的新思路，引入智能結構和系統的概念。智能結構以生物界的方式感知結構的狀態和外部環境，并及時做出判斷、響應和自適應。

　　礦山機械的結構健康直接影響礦山安全生產和礦工生命安全，礦山機械結構自檢測及自診斷系統采用集成傳感器、控制器及執行器為一體的智能結構，賦予結構健康自診斷、環境自適應，以及損傷自修復等某些智能功能與生命特征，達到增強結構安全，減輕質量，降低能耗，提高性能的目的，是未來重大礦山機械產品在線監測的方向。  

   礦山機械綠色設計

   礦山機械實現可持續發展戰略的具體措施為：（1）采用長壽命、低能耗及減輕重量的設計原則。延長產品壽命，可減少機械的生產量和降低其報廢量；降低產品能耗，可減少對環境的污染；而輕量化和高效率可減少材料和資源的消耗。（2）盡量采用低環境負荷材料，盡可能不使用氟利昂（空調）、含氯橡膠、樹脂及石棉等有害材料。使廢棄零、部件處理的污染最小化及綜合成本最優化，礦山機械產品在設計初始階段就要考慮報廢件處理簡單、費用低和污染小，零、部件要解體方便、破碎容易，能焚燒處理或可作為燃料回收等問題；（3）采用能再生利用的材料和資源，特別是結構件的設計應盡可能采用比較容易裝配和分解的大模塊化結構和無毒材料，提高機械材料的再生率；（4）降低整機的振動與噪聲，減輕對周圍環境的污染。

    固體廢棄物處理裝備

鋼渣的破碎和粉磨需要帶有液壓保護的顎式破碎機和輥磨機，鋼渣破碎后可以實現鋼渣中金屬全部回收；使用鋼渣代替石灰石焙燒水泥熟料，實現鋼渣的資源化利用等。金剛渣的破碎和粉磨裝備的發展有著較好的發展前景，將直接推動礦渣資源的回收再利用。

　　廢鋼處理裝備。廢鋼鐵為鋼鐵生產中能替代鐵礦石的原料，最大限度地開發應用廢鋼鐵資源是鋼鐵工業實現節能減排、清潔生產、循環經濟、緩解鐵礦石資源危機的重要途徑。我國目前廢鋼循環利用率為19.9%，遠低于世界平均水平的48.3%。國外廢鋼處理產業發展的趨勢是以廢鋼破碎分選處理為龍頭，利用環保、機電一體化等高新技術，研究并開發新型廢鋼鐵綜合處理技術，形成新的環保高科技產業及新的經濟增長點。通常，廢鋼處理需要破碎鋼片入爐，再改善回收鋼品質。廢鋼破碎機主要有兩種，即碎屑機和破碎機。破碎機有錘擊式、軋輥式和刀刃式幾種。廢鋼處理是目前國家重點解決和大力支持的節能減排項目，因此，廢鋼破碎機具有較好的應用發展前景。

　　宜人化

　　礦山機械在產品設計中貫徹“以人為本”的原則，考慮人、機和環境的協調，采取必要的技術措施進行安全性設計，改善作業環境，降低振動與噪聲，提高操縱者舒適性。

    安全性

　　礦山機械的安全性是礦山安全生產與工作人員生命安全的保證。礦山機械的安全特性應從兩方面進行描述，一是礦山機械的安全功能，另一是相應安全功能的可靠性。 

　　舒適性

　　 運用人機工程學設計原理，改善操作者的工作環境，注重駕駛員與操作界面的協調，緩解疲勞，提高作業效率。采用省力便捷的電子化控制技術，只需通過很少量的手臂的動作就可以精確地操縱負載，用手指尖就可以操作所有重要的操作部件，減輕了操作者的負擔。駕駛室采用隔熱、隔音全封閉結構，座椅采用可調節的油氣懸架系統，操作界面引入電子監控儀表盤，聲光信號報警等人性化的設計理念，為操縱人員創造安全舒適的作業環境。

　　外觀造型

　　注重礦山機械外觀美學和機體本身的流線型設計，達到機械與環境的和諧，給人以視覺上的美感。礦山機械的造型不是單純的能上能外觀形式，而是功能、材料、結構、人機關系以及生產工藝等因素的綜合表現。在進行造型設計時，一方面需要運用藝術手段和美學法則，使得采用了現代技術的產品具有符合人們審美要求的造型美感；另一方面為了有效的發揮產品的功能，產品的結構和形態又必須更加合理化。

　　21世紀的中國已經成為礦山機械制造大國而讓世人矚目，然而我們并不是礦山機械制造強國，我國制造的有自主知識產權的礦山機械高端產品至今并不多。通過自主創新，發展數字化、智能化、生態化與宜人化礦山機械，實現重大裝備，高端成套，為我國的經濟建設和社會發展做出更大貢獻。