绿色设计煤矿机械论文提纲

论文题目：采煤机机器人振动截割臂的设计与研究

摘要：煤矿井下环境恶劣,劳动繁重且对工人健康危害极大,将采煤机机器人引入井下煤矿开采工作,可有效减少井下作业人员数量,起到无人则安的作用;且能大幅提高生产效率,实现精准开采、绿色开采以及降低煤炭开采成本。煤炭能源开采最主要设备为采煤机机器人,针对薄煤层煤炭开采工作,应用TRIZ理论设计出一种以双排五星液压马达为主要驱动装置、电磁铁为辅助驱动装置的单级减速器轻量化振动冲击截割臂。该设计将往复振动冲击技术应用于截割煤岩方面,既丰富了采煤机机器人机型,同时为煤矿机械的轻量化设计、提高截割臂煤岩破碎的装煤率、优化螺旋滚筒截割性能以及得到优选方案下块煤率的实验设计提供参考,主要工作如下:应用TRIZ理论分析了截割臂驱动装置的选择与布置,并进行减速器的设计和悬臂梁结构截割臂的设计,对截割臂减速器的传动齿轮进行参数设计,对轴承、电磁铁等关键部件进行选型,并给出截割臂减速器各关键部件结构简图和主要技术参数。运用ANSYS Workbench有限元软件对两种悬臂机壳进行强度对比分析,找到所选工字型悬臂机壳共振频率相应发生破坏的位置和破坏程度;对单级减速器两对啮合齿轮副和行星减速器分别进行瞬态分析,验证了齿轮副在极限转速啮合传动下的应力与应变满足强度和刚度要求。应用离散单元法对螺旋滚筒轴向振动频率f进行单因素数值模拟试验分析,确定该因素在正交试验中的水平范围;对“滚筒转速、轴向振动频率以及工作振幅”三种因素进行数值模拟正交试验,分析得到提高装煤率的优选方案和提高螺旋滚筒工作寿命的优选方案,并得到优选方案的装煤率为54.56%,优选方案的截割阻力均值为24031.02 N,载荷波动系数为0.6828。设计并搭建采煤机机器人振动冲击截割臂样机实验平台,并对振动切削仿真试验两个优选方案的块煤率进行实验分析,得到优选截割性能下的块煤率普遍高于优选装煤率下的块煤率的结论。图[60]表[22]参[84]

关键词：采煤机机器人;振动冲击;轻量化设计;动态特性;离散单元法

学科专业：机械工程

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题研究背景及意义

1.2.1 课题研究背景

1.2.2 课题研究意义

1.3 采矿机器人研究应用现状

1.3.1 采矿机器人应用现状

1.3.2 煤矿机器人应用现状

1.3.3 采煤机机器人研究现状

1.4 破岩采煤技术

1.4.1 破岩采煤技术研究现状

1.4.2 薄煤层振动截割臂技术研究现状

1.5 振动冲击技术研究现状

1.5.1 振动冲击理论

1.5.2 振动冲击技术研究现状

1.6 本章小结

2 采煤机机器人振动冲击截割臂结构设计

2.1 煤岩截割理论

2.1.1 煤岩物理和力学综合性能分析

2.1.2 螺旋滚筒主要设计参数

2.2 基于TRIZ理论的振动冲击截割臂结构设计

2.2.1 振动冲击截割臂结构设计初始问题分析

2.2.2 TRIZ工具分析解决问题

2.2.3 最终设计方案整理

2.3 传动部件参数设计

2.3.1 减速器参数设计

2.3.2 减速器关键部件选型与整体结构布置

2.3.3 振动冲击截割臂技术参数

2.4 本章小结

3 振动冲击截割臂关键部件有限元分析

3.1 截割臂悬臂机壳有限元分析

3.1.1 悬臂机壳前处理设置

3.1.2 悬臂机壳仿真设置与结果分析

3.2 截割臂机壳动态特性分析

3.2.1 模态分析

3.2.2 谐响应分析

3.3 减速器齿轮传动瞬态分析

3.3.1 第一对齿轮副瞬态分析

3.3.2 第二对齿轮副瞬态分析

3.3.3 行星减速器瞬态分析

3.4 本章小结

4 基于离散单元法的薄煤层振动切削仿真分析

4.1 煤岩颗粒模型选择

4.2 单因素试验与分析

4.2.1 单因素试验设计

4.2.2 仿真试验关键步骤

4.2.3 单因素试验结果分析

4.3 正交试验与分析

4.3.1 正交试验设计

4.3.2 正交试验结果分析

4.4 优选水平方案验证分析

4.4.1 优选装煤率数值模拟分析

4.4.2 优选截割性能数值模拟分析

4.5 本章小结

5 振动冲击切削煤岩实验验证

5.1 实验样机设计与制作

5.1.1 实验样机设计

5.1.2 实验样机制作

5.2 煤壁试样制备

5.2.1 煤壁材料准备

5.2.2 煤壁试样制备

5.3 煤岩切削实验与结果分析

5.3.1 煤岩切削实验

5.3.2 实验结果分析

5.4 本章小结

6 总结与展望

6.1 研究总结

6.2 创新点

6.3 工作展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果