矿用锚杆换装设备设计及其工作空间分析

为解决煤矿巷道的掘支失调问题,运用TRIZ理论改进现有的锚杆换装平台,以提升锚固效率。运用TRIZ理论构建锚杆换装平台的功能组件模型,并通过系统剪裁方法消除其有害功能,设计出双夹持手式锚杆换装设备。运用TRIZ理论对锚杆换装平台进行因果链分析,以得到造成该平台空间利用率低的主要原因,再根据技术矛盾与物场模型方法,对该平台子系统数量过多与钻臂自由度过度问题进行求解,设计出升降式锚杆换装机构与三自由钻机机械臂,并将二者组合为升降式锚杆换装设备。基于蒙特卡洛法算法并应用MATLAB机器人工具箱,分析上述三种设备的工作空间,结果表明三种设备均可满足断面宽×高为4m×6m的巷道支护作业,其中升降式锚杆换装设备的空间利用率最高且适应性最强。

抱夹式自动摘挂钩装置设计及其动态响应特性分析

为解决人工摘挂钩作业劳动强度大和效率低的问题,设计了抱夹式自动摘挂钩装置并分析其动态响应特性。先根据该装置结构组成构建其动力学模型,再应用数值仿真方法分析不同扰频下与接触参数动态变化下该装置的动态响应特性。研究结果表明当扰频达到280 rad/s时,该装置的振动频率与振动所产生的交变应力最大;以接触参数阶跃型变化来控制电机车运行时,该装置所受到的瞬态振动冲击最为强烈;以接触参数对数型、直线型、指数型变化来控制电机车运行时,瞬态振动仅在初始的1 s内出现且迅速衰减,而这3种方式下该装置的夹持连接稳定性逐渐递增。

基于响应面模型的锚支护机组立柱多参数优化

针对迈步式锚支护机组立柱在复杂结构参数优化中的低效性,提出了基于响应面模型多参数设计的方法。使用ANSYS和MATLAB进行联合仿真,以立柱的体积、最大总位移和一阶模态频率为输出量,对立柱模型的结构尺寸进行灵敏度分析,采用最优空间填充设计法抽取样本点进行数值模拟,建立响应面模型;利用多目标遗传算法对立柱轻量化目标函数进行求解计算,得到立柱结构的最优布局,仿真结果表明:优化后立柱的质量减轻了22.45%,前三阶固有频率有所提高,整体动态性能有所改善。