淤煤装载机提装部的绿色设计与制造技术

摘 要：本文首先阐述了绿色制造技术与绿色设计的基础定义、内容及特征，指出了一种水仓轻型淤煤装载机提装部的结构与工作原理，分析了绿色设计与制造技术在提装部中的应用实例，绿色设计和制造的未来发展趋势。该提升装置的成功改善既可以提高淤煤装载机的工作效率，同时又满足操作安全简单，减少了设备事故的发生率，具有很强的实际经济效益。

关键词：提升装置；装载机；企业变革；绿色设计

0 引言

随着社会机械工程制造行业的飞速发展，产品报废后的处理问题变得越来越严峻。传统的机械电子产品寿命周期从设计、制造、销售、使用到报废是一个开环系统，而先进制造技术中的绿色设计充分考虑产品报废后的处理、回收和再利用，并将产品设计与社会生产系统融为一体，形成了一个闭环系统。如图1所示。我国工业技术在快速提高的同时，对煤矿的生产要求也在不断提高。先进制造技术中的绿色制造技术符合环境保护和可持续发展的战略，它是促进我国经济增长的重要技术之一。如果绿色制造技术中的节省资源制造技术、环保型制造技术和再制造技术被成功地应用到采煤机的各项装置，不仅提高了煤矿企业生产效率，而且也解决了资源紧张和环保问题。

1 绿色设计与制造

1.1 绿色设计

绿色设计是指在产品及其寿命周期全过程的设计中，充分考虑对资源和环境的影响，在保证产品的功能、质量、开发周期和成本同时，优化各种相关因素，使产品及其制造过程对环境的总体负影响减到最小，产品的各项指标符合绿色环保的要求。绿色设计主要包括：材料选择及管理、产品的回收性设计、产品的可拆卸性设计。

1.2 绿色制造

联合国环境保护署对绿色制造技术所下的定义为“将综合预防的环境战略，持续应用于生产过程和产品中，以便减少对人类和环境的风险”。

2 淤煤装载机结构与提装部工作原理

1液压马达 2刮板提装部 3电动机 4滚轮行走机构 5制动机构 6操作控制台 7螺旋给料机构

1液压马达 2输送槽 3链轮 4螺母 5滚轮

1）水仓轻型淤煤装载机的构造比较复杂，主要由动力装置、行走装置、工作装置与电器装置等组成，如图2所示。其中刮板提装部2主要由刮板输送机、刮板链、链轮等组成，它是决定着整个装载系统工作效率的重要因素。提装部结构图如图3所示，刮板提装部输送槽图如图4所示。

2）提装部工作原理：整个装载机系统由电动机驱动，通过单泵双马达系统分别带动向行走机构和运输机构的运动。其中一个马达通过一个二级减速机构驱动轨轮。行走过程中，实现前进、停止、后退运动，该机构依靠液压控制系统实现马达的正反转，带动行走箱的前进与后退。另一个马达带动刮板螺旋滚筒主动链轮，主动链轮带动刮板运输链在刮板槽中运动，实现淤煤的运输。螺旋滚筒给料部是淤煤装载机清理淤煤的关键工作部件。工作时，螺旋滚筒给料部是通过刮板运输链带动从动链轮，螺旋滚筒的两边叶片分别为左、右旋向，把淤煤往中间推积，通过刮板运输链运输到矿车。支撑装置主要用于支撑运输架，即刮板运输装置。

3 绿色设计与制造在提升装置中的应用实例

3.1 模块化设计

在煤矿实际生产中，不仅每座矿山开采的规模各不相同，而且运输距离和开采面的倾斜角度也都不相等，所以开采时对刮板运输机的长度及结构要求不同，也就是对制造商提出了制造不同类型的刮板输送机要求。然而每座矿山的开采时间毕竟有限，当煤资源枯竭时刮板输送机也失去了本身使用价值，通常处理方式是闲置或拆卸改装成其他零件。这不仅仅造成了经济上的损失，而且是对制造资源的严重浪费。若生产商在制造刮板输送机时，能够将刮板输送机某些相同的链轮、输送槽做成一个个模块，投入使用时想要得到不同长度的输送机，通过加减模块的个数就可以实现了。这样不仅实现了材料的最大使用价值，保证了可回收性，同时也节省了资源和降低了生产成本。

3.2 涂层技术的应用

刮板输送组件是输送部的组成之一，而刮板链则是其重要的运动受力部件，通常刮板链断链由三个原因引起：（1）疲劳破坏；（2）制造质量不合格；（3）腐蚀、磨损与冲击载荷。在刮板输送机上的螺栓，轴承，输送槽等部分同时也存在着微动疲劳引起的表层裂纹萌生和扩展，并且早期阶段裂纹生长速率较高，这些缺陷导致了金属构件的提前失效，很大程度上降低了构件寿命，所以设计人员在设计制造中必须着重考虑构件几何形状与其应力的对应关系。对此在制造加工构件时我们可以考虑采用机械零件DLC涂层技术，DLC涂层（diamond-like carbon）是指类金刚石涂层，是一种含有金刚石结构和石墨结构的亚稳非晶态物质，具有和金刚石非常类似的性能，不仅硬度强、导热率高、耐磨性能好，而且成本低廉方便于大面积合成。在制造刮板输送机的各部件工艺流程中，工作人员将工作温度控制在353K-423K，采用含氢DLC涂层技术处理工件，膜层一般在4um左右，与基体结合力很强。通过这种工艺制造出来的产品在具有优异耐各种酸、碱腐蚀性能的同时，而且具备摩擦系数小、抗粘附性强和耐磨性优良物理机械性能。

3.3 减量化设计

链环是刮板输送机上使用最多的部件之一，在占据钢铁资源的同时，也消耗了刮板输送机的大部分驱动功率，从某种程度上说刮板输送机的驱动效率是由刮板链决定的。如果刮板链的节数过多过长，会造成刮板链在松弛情况下运行，从而容易导致链轮拨链器处塞链、卡链和跳链，最终使刮板链受到严重的磨损。因此在满足输送机使用要求的前提下，可以考虑利用优化设计的方法，对刮板链的数目进行“减量化”设计，实现装备的轻型化，如此既节约了钢铁资源和电力资源，同时也保护了环境。

3.4 改变连接方式

在回收刮板机的装置时，经常会遇到焊接等很难进行拆卸的连接方式，由此给重新利用带来了许多不便。如果将焊接点和拆卸点尽可能减少，在各个模块之间多采用螺栓连接和绑扎连接，最终可以达到减少拆卸的量、节约人力、物力降低回收成本的目的。

3.5 设置清扫装置

煤矿工人在井下作业时，常常会看到以下故障：刮板机运输煤块时，刮板的链间常夹杂着煤块前进，当链子进入链轮时， 煤块却卡在链轮齿槽内导致跳槽或错链事故。对此设计产品时可以考虑在卸料机头部的链子两侧加设旧胶带作为绿色清扫器，清扫的刮刀具根据清扫的难易程度采用不同的材料制作，并适当延伸卸料口，让清扫下的煤顺利进入卸料溜槽中。经过这样的绿色改造，在降低事故率、保证工作人员人身安全的同时，也直接提高了工作效率。如图5所示。

3.6 新型制造方式

刮板输送机的工作环境一般都比较恶劣，不仅巷道内飘满了大量粉尘，机械振动噪音大，工作面狭小弯曲不平，而且装载机经常高负荷工作，因此刮板输送机的实际寿命年限比理论值大大缩减。如果制造产品时加入绿色元素，采用钢塑复合的先进制造技术来生产，可以大大提高产品的性能。钢塑复合方法以普通碳素钢管作为基体，内衬化学稳定性优良的热塑性塑料管，经冷拉复合或滚塑成型，这样生产出来的产品既有钢管的优良机械性能，又有塑料管的化学稳定性。实际生产时可采用超高分子量聚乙烯作为衬里，超高分子量聚乙烯（UHMW-PE）平均分子量约35万～800万，它几乎集中了各种塑料的优点：耐磨性是钢管、不锈钢管的5倍，是普通聚乙烯管的3倍；具有普通聚乙烯和其他工程塑料无可比拟的自性和噪声衰减性；同时具有抗冲击、耐低温和耐高温蠕变、热稳定性好、耐化学腐蚀等性能。此材料可用于温度较高的场合，非常适用于制造轴承、轴套、齿轮等精密度要求高的机械零件。经过这种先进制造技术生产出来的刮板输送机不仅具有优良的物理性能（耐磨性好、摩擦系数小、抗压性强），而且具有极好的耐腐蚀性能（耐腐蚀、安全无毒环保）。从而也间接降低了功率消耗和对牵引、传动系统的要求。本绿色产品已经由山东科技大学开始研制，可用于煤矿、化学矿山、金属矿山及电厂等物料运输。

4 结语

1）当今我国自然资源日益减少，供应压力正在逐步增大。国内将长期坚持可持续发展战略，可以预测未来产品的设计与制造趋势必将是绿色设计与制造。

2）在煤矿能源企业快步向高效型和环保型发展的同时，未来的淤煤装载机生产也将形成一个完整的绿色设计和绿色生产制造体系，其中包括绿色淤煤装载机产品可拆卸回收利用技术、绿色淤煤装载机产品设计的支持软件和技术（如CAD/CAM、CIMS、FMC）、绿色淤煤装载机产品综合评价体系。

3）设计人员在设计产品时，需要以新的设计理念和思维方式，结合绿色设计理念，并在设计过程中注重科技创新，在制造过程中发挥先进制造技术的优势，才能制造出受国内外欢迎的安全节能、高效美观的绿色产品。

参考文献：

[1] 毛平淮，王成军.煤矿水仓YMZZJ型淤煤装载机[J].矿山机械，2005，33（3）：34-35.

[2] 张世昌.先进制造技术.天津大学出版社，2004.

[3] 王婉中.锚链刮板输送机在选煤厂中的应用.机械管理开发，2001年（增刊）.

[4] 毛平淮.淤煤装载机行走装置的设计.煤矿机械，2005，11.