新工科背景下科研成果融入课程教学探究

随着科技的发展高校学科领域的知识更新速度快,高校课程教学的内容通常滞后于当前科技的发展,培养出的学生毕业后常常面临“学不够用”的困境。文章论述分析了将科研成果引入课程教学的必要性及实践过程中存在的问题,并提出了科研成果融入课程教学的具体措施,旨在丰富新工科背景下课程教学的内涵,促进学生培养质量上升到新的高度。

四履带式巡检机器人行走机构的分析及仿真

针对巡检机器人工作环境较为复杂,对一种四履带双摇臂式巡检机器人行走机构进行研究。从运动学角度,通过建立机器人在攀爬台阶以及跨越沟壑两种越障过程中的参数坐标系,分析其质心变化,来描述机器人行走机构的越障能力。通过Solidworks进行三维建模;并通过Matlab建立三维随机路面模型;然后导入Adams中,完成机器人行走机构攀爬台阶及跨越沟壑的仿真实验。对仿真结果进行分析,机器人行走机构能够攀爬200mm高的台阶以及跨越500mm宽的沟壑,并能够得到机器人翻越台阶及跨越沟壑时驱动轮的速度及加速度。通过虚拟仿真和样机调试,可以得到机器人在障碍物路面具有较好的适应性和越障能力,为危险特殊路况环境中的巡检工作带来很大的实际应用价值和推广空间。

基于FBEC-YOLOv5s的采掘工作面多目标检测研究

针对采掘工作面目标尺度跨度大、多目标间相互遮挡严重及恶劣环境导致的检测精度降低等问题,提出了一种基于FBEC-YOLOv5s的采掘工作面多目标检测算法。首先,在主干网络引入FasterNet网络,以凭借其残差连接与批标准化模块,增强模型的特征提取和语义信息捕捉能力;其次,在YOLOv5s模型颈部融合BiFPN网络,以通过其双向跨尺度连接和快速归一化融合操作,实现多尺度特征的快速捕捉与融合;最后,采用ECIoU损失函数代替CIoU损失函数,以提升检测框定位精度和模型收敛速度。实验结果表明:(1)在满足煤矿井下实时检测要求的同时,FBEC-YOLOv5s模型的准确率较YOLOv5s模型的准确率提升了3.6%。(2)与YOLOv5s模型相比,FBEC-YOLOv5s模型的平均检测精度均值上升了2.8%,平均检测精度均值为92.4%,能够满足实时检测要求。(3)FBEC-YOLOv5s模型的综合检测性能好,能够在恶劣环境、多目标间相互遮挡严重及目标尺度跨度大导致检测精度降低的情况下表现出良好的实时检测能力且具有较好的鲁棒性。

双创背景下矿山机械课程改革与实践

矿山机械是煤炭高校机械工程和采矿工程专业的核心课程,在整个高层次矿山机械人才相关课程体系中具有举足轻重的地位。为了培养适应新时代国家建设需要的“双创”型人才,针对目前矿山机械课程存在的问题,从优化教学内容、革新教学方式、完善考评机制、培养师资团队等方面入手,对矿山机械课程进行改革与实践,积极构建全方位的、适应“双创”人才培养的矿山机械课程体系,为培养富有创新精神和创业能力的煤炭行业高层次人才,实现“大众创业,万众创新”的宏伟目标奠定坚实的基础。

重力热管对煤堆内部温度场的影响研究

针对煤堆放过程中易发生氧化放热反应,导致煤堆自燃,浪费资源、污染环境等问题,在煤堆内部插入重力热管,利用热管相变的高效导热性,及时将热量传到空气中,防止煤堆自燃。基于理论分析与Fluent软件数值模拟,研究了重力热管对煤堆内部温度场的影响,结果表明:重力热管距离热源越近,降温效果越好;重力热管插入煤堆的倾斜角度为60°时,降温效果较好;热管外侧降温效果低于热管内侧降温区域。

高楼逃生装置的减速原理分析

高楼逃生装置的设计原则是利用最短的时间,使更多的人安全地离开事发现场。此类设计所要解决的关键性难题是如何将逃生者的势能与动能平稳快速地降下来。采用负反馈闭环系统原理实现纯机械化设计,利用逃生人员自重实现自减速功能。对该装置进行减速原理进行分析,以便理解其整体结构设计与工作机理。通过Solidworks Simulation软件对减速结构重要零件进行有限元分析,找出该减速装置最容易失效的部位,有利于产品的设计与生产。

基于多维非稳态导热乘积法的粮粒热物性测定

采用恒温箱结合黄铜短圆柱试样盒形成恒温边界,保证在被测试样中形成多维度热流。运用非稳态导热乘积法结合参数估计法对粮食颗粒导热系数、比热容等进行反演计算。同时考虑在恒温箱上开孔影响恒温箱效果,以及增加试验操作难度,系统采用ZigBee无线数据采集模块实现信号采集与传输。通过对玉米颗粒及稻谷的热物性参数灵敏度分析,发现比热容灵敏度系数较低,针对此,测算系统首先估算出热导率和热扩散率,再对比热容估计结果进行修正。建立试验测试装置,对包括皖稻121在内的4种粮食进行热物性测算,结果与相关文献吻合,同时利用皖稻121的热物性测算结果,理论计算和数值仿真监测点温升随时间变化情况,结果表明,理论计算温升变化趋势与实测温升较为一致,进一步验证了参数估计值的准确性与可靠性。

基于Maxwell环境温度对永磁电机起动性能影响研究

为研究矿井下环境温度对永磁电机的起动性能影响。以一台75 kW、10极、60槽的永磁电机为研究对象,建立环境温度与永磁电机的起动转矩、启动电流以及效率等起动过程的数学模型,再采用有限元方法对其进行仿真研究,设置环境温度0℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、70℃对永磁电机的磁感应强度大小分析,着重分析环境温度对永磁电机起动转矩过程和三相电流以及起动过程效率。随着温度升高,起动转矩、起动电流以及效率变化不大,但处于上升趋势。实验表明,环境温度对永磁电机的起动过程影响较小。

基于激光点热源非稳态传热模型测固体材料热物性参数

提出一种基于激光点热源非稳态传热模型测各向同性固体材料热物性参数的新方法.引入镜像热源理论修正绝热边界对测点温升的影响,建立数学模型,利用数值解法结合计算机编程计算材料导热系数和热扩散率,并研制了热物性测试系统.利用真空泵获得试样容器内的低真空环境,由激光发生器发射激光束加热试样一角,温度传感器测量试样上表面温度,通过无线信号发射单元监测温度变化情况.对硼硅玻璃(Pyrex7740)、大理石、硅藻土耐火砖、硅砖和锆质砖进行热物性综合测试.结果表明:前4种导热系数相对较低的试样的测试值与参考值的相对偏差最大不超过2.76%,测试精度较高.导热系数相对较大的锆质砖的测试值与参考值的相对偏差达到了6.38%,测试精度较低.测试系统不确定度分析也表明,被测试样导热系数越大,测试值与真值间的可信度越低,本装置更适用于导热系数小于3.0 W/(m·K)的固体材料.

煤矿区复垦土壤传热传质性能实验系统研制及应用

自主设计一套复垦土壤传热传质性能实验系统,对煤矸石充填复垦土壤进行实验,结果表明:底部加热温度50℃,热源对土壤中的温度场、湿度场、CO_2浓度场影响不大,在加热温度为60℃、70℃时,矸石和土壤中的温度场变化明显,距离热源0.2 m处的测点出现湿度峰值,且在与充填物交界处,土壤含水率受底部水分迁移作用影响显著。本系统能够真实模拟重构土壤和填充层内部气、热、水运移规律,可对其影响因素进行系统研究。

含内热源非饱和松散煤体热质耦合仿真计算与试验

为研究含内热源非饱和松散煤体内的传热传质的基本规律,考虑了水分的蒸发和在热动力驱动下因速度和温度的变化引起的自然对流与热弥散效应,采用流体分析软件对建立的含内热源松散煤体热质耦合物理模型进行仿真计算,并对试验结果和仿真结果进行分析。结果表明:在含内热源的松散煤体内部,以热源为中心温度纵向呈椭圆形分布规律,即纵向温度变化比其在横向的变化要快,此现象随着内热源控制温度的不断增大而变得越来越显著,且所得的试验结果和Fluent模拟结果基本吻合。试验与模拟表明在平均粒径小于6 mm的含内热源的松散煤体中存在明显的自然对流和热弥散效应,松散煤体内部水分的蒸发和迁移对温度的分布有很大的影响。

高楼逃生装置的从动轴力学分析

从动轴是逃生装置的重要零件。通过有限元分析得出从动轴的受力变形,主要是在轴受力的情况下,对从动轴的受力和动态特性进行分析,达到从动轴轻量化设计的目的,实现了模型结构的优化设计,同时为同类零部件的生产加工提供理论依据。

液压迈步式临时支架刚柔耦合支护特性分析

为进一步提高综掘工作面临时支护效果,设计了一种刚柔耦合临时支架,分析了无支护巷道受力情况,构建了模拟动力扰动下临时支架系统的仿真模型,求解了系统运动学微分方程。结果表明:无支护情况下,巷道开挖后,底板最大位移约7.65 mm,顶板下沉约9.20 mm,且持续增大;有支护情况下,支架在扰动力作用下,无阻尼支架纵梁速度与加速度峰值分别为0.32 m/s、3.45 m/s^(2),有阻尼的纵梁速度与加速度峰值分别为0.038 m/s、0.25 m/s^(2)。无阻尼支架梁下质量速度与加速度峰值分别为0.75 m/s、18.0 m/s^(2),有阻尼的梁下速度与加速度峰值分别为0.38 m/s、6.5 m/s^(2),有弹簧阻尼的支架吸振效果、支护效果更好。

模糊耦合滑模的掘锚支机器人位置同步控制

针对掘锚支机器人四缸同步平台存在的非线性、耦合作用及滞后问题,提出一种基于模糊相邻交叉耦合改进型滑模的位置同步控制方法,利用系统辨识获得阀控缸传递函数,采用模糊控制实时在线计算耦合系数,通过最速跟踪微分器柔化调节过程。仿真实验表明,改进型滑模控制相对于传统滑模控制,能有效减弱抖振,提高系统稳定性,且模糊相邻交叉耦合滑模控制相对于相邻交叉耦合滑模控制,其最大同步误差和跟踪误差分别控制在0.34 mm、0.002 mm。

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。

复垦土壤传热性能理论分析和模拟研究

理论分析了充填介质和土壤内部的热量传递、水分蒸发、气体扩散的过程与机理。通过对煤矸石充填复垦土壤进行数值仿真模拟,结果表明:随着底部加热温度的升高,热源对土壤中的温度场、湿度场、CO_2浓度扩散影响增大,且在与充填物交界处,土壤含水率受底部水分迁移作用影响显著。

基于镜像热源原理测定固体材料热物性的方法及应用

基于平行热线法结合镜像热源原理,提出了一种新的固体材料热物性参数测算模型,在热线法测试原理的基础上,以试样绝热边界为界线,设与真实热源对称位置处存在虚拟镜像热源,以此消除绝热边界造成的热积聚效应影响,测试时可不需再限制实验时间和试样厚度.当相邻时刻材料的热物性参数计算结果大于判别准则时,引入镜像热源对计算温度进行修正.为防止修正过程所用热物性参数对实验初期计算值的依赖,模型对实测温度进行两次修正.以石棉板为研究对象,理论分析结合计算结果表明,两次修正结果不同,但差异不大,且第二次修正后各组热物性参数计算结果更稳定.对石棉板、大理石、硼硅玻璃、硅砖等4种材料的薄板和厚板进行了热物性测定,结果与文献值较吻合,最大误差均小于5%,验证了本测定方法适用于薄板和厚板试样,有效提升了热线法测定精度,扩大了应用范围.

复叠式制冷循环软件设计及应用

设计了一款由Matlab中GUI界面开发研制的制冷软件,包括参数输入,制冷环境、界面互换,焓值检测以及结果显示五个窗口界面。该制冷软件,基于蒸发式压缩制冷循环原理,对复叠式制冷系统进行分析,根据蒸发温度,冷凝温度,制冷量确定压缩机功率,得出系统COP。同时,根据环境计算所需制冷量,并应用于恒温恒湿试验箱。通过实际制冷循环对比,发现计算结果与实际值的误差小于5%,从而证明软件的准确性。