Rapid Modeling of an Excavator Working Device Based on the Secondary Development of Pro/E

In order to shorten the design cycle of the excavator working device, we have proposed a rapid modeling method for the excavator working device which uses parameters. Based on the Pro/toolkit, which is secondary development tool of Pro/E4.0,and combined with Vs C＋＋2005 programming software. It developed a flexible set of MFC visualization-friendly interfaces. Users can enter data in the visual interface according to their needs and it will generate a new part model quickly. So it improves the design quality, shortens the design cycle, and makes the cost lower significantly.

综掘工作面风流调控装置与射流风幕综合调控粉尘场优化分析

为解决目前综掘工作面传统混合式通风下粉尘聚集污染严重的问题,提出了利用出风口风流调控装置与抽风口射流风幕综合调控优化粉尘场的思路。以陕北某矿综掘工作面为研究对象,建立了风流-粉尘气固耦合场有限元模型,分析了调控装置口径、调控装置右偏角、风幕出口宽度、风幕出口速度及风幕出口张角等参数对粉尘场的影响;设计了正交试验以确定最佳综合调控方案,设计搭建了实验平台进行综合调控方案准确性和降尘效果验证。结果表明:在该综掘工作面通风系统布局下,当调控装置口径1.2 m,调控装置右偏角9°,风幕出口宽度0.14 m,风幕出口速度7 m/s,风幕出口张角60°时,司机位置粉尘质量浓度和行人呼吸带高度平均粉尘质量浓度分别降低91.7%和74.9%,测试误差均在10%以下,有效改善了通风环境。

实测数据驱动的挖掘机工作装置疲劳寿命预测

以某型挖掘机为研究对象,建立其工作装置刚柔耦合动力学模型,基于实测油缸位移数据驱动该模型,得到其主要性能参数和典型工况危险部位应力.根据强度理论、动力学仿真结果和工程经验,分析挖掘机动臂和斗杆的易开裂部位,得到典型焊缝高危点,并通过实测应力应变数据进行验证.以刚柔耦合动力学仿真所得的铰点载荷作为输入,利用nCode疲劳分析软件仿真预测挖掘机动臂和斗杆的疲劳寿命.结果表明,实测数据驱动的刚柔耦合动力学仿真可以准确获取挖掘机实际挖掘过程的动力学特性,基于该仿真模型提取铰点载荷并用于预测疲劳寿命的方法切实可行.

基于临时支护新装置的工序优化与支护性能分析

针对掘进工作面存在的掘支平行作业难、用时比重失调问题,为实现平行作业、快速支护,设计了新的临时支护装置,具有尺寸可调、快速响应、及时支护的特点。采用理论分析加数值模拟的方法进行研究;介绍了装置的结构设计;以新巨龙煤矿综掘施工技术为例进行工艺优化,从理论上提出一种分区平行作业的施工技术;通过顶板两端简支岩梁力学模型,展开装置临时支护作用机理分析;并对装置的支护性能进行结构静力学分析。结果表明:在巷道顶板松动范围0~3.30 m时,装置支护所需承受的载荷为158.40 kN;仿真得到最大等效应力为57.37 MPa,在装置顶梁下端与耳座位置交接处,最大位移量出现在中间梁上端中部,为0.30 mm,装置的结构设计能满足支护要求。此研究可为实现快速掘进的平行作业,高效支护和安全生产,提供有益参考。

煤矿快速掘进工作面产尘特点及综合防尘技术研究

针对煤矿快掘工作面掘进速度快、设备集中、产尘量大等特点,以曹家滩煤矿122107辅运巷快速掘进工作面为研究对象,详细分析了快速掘进工作面的产尘规律,开展“喷雾抑尘+机载通风控除尘”综合防尘技术及其工艺参数研究,结合快速掘进工作面产尘特性及掘锚一体机外形特点,设计了4种贴近截割滚筒的喷雾装置和1种机载控除尘装置,并进行了现场工业性试验。结果表明:应用快掘工作面综合防降尘技术,降尘效率在90.69%以上,能极大地改善快掘工作面粉尘污染情况。

综掘工作面半封闭式区域联合控尘技术研究

为有效提高综掘工作面降尘效率,克服单一降尘方式的局限性,建立了综掘工作面仿真模型,结合现场实测结果验证了模拟结果的可靠性,对综掘巷道风流场和粉尘扩散运移规律进行了研究,得到了高浓度粉尘积聚特征及分布范围。研究结果表明:综掘工作面迎头处为主要产尘源,粉尘在向巷道出口扩散过程中浓度逐渐降低;尘粒运移迹线与风速矢量基本一致;受掘进机影响,粉尘流在机身上方形成涡流,大量堆积于司机位置;在掘进机后方形成较大范围的回流沉降区域,易引发二次扬尘,污染巷道回风区域。基于此,提出了区域划分原则,确定迎头、掘进机头、司机位置、皮带上方粉尘回流区及距迎头15 m以外范围为重点除尘区,开发了单区域针对性除尘和多区域联合除尘相结合的半封闭式区域联合控尘技术,设计了由环状喷雾、气幕隔尘装置、除尘风机、散射型雾幕及全断面喷雾构成的综合控尘成套设备。玉华煤矿柴家沟井42221工作面现场应用结果表明,巷道平均降尘率达88%,司机位置全尘、呼尘降尘率均达到86%。

多褶皱页岩环境下新型隧道防塌方开挖装置及施工技术研究

本文提出了一种多褶皱页岩环境下新型隧道防塌方开挖装置及其相应的施工技术。首先,分析了多褶皱页岩环境下隧道塌方风险的特点和原因;然后,介绍了新型开挖装置的结构、工作原理、施工技术和措施;最后,以塞尔维亚E763高速公路项目为例,验证了新型开挖装置及施工技术在实际工程中的应用效果。

多点标识下的挖掘机工作装置姿态测量

针对传统视觉测量挖掘机工作装置姿态中人工靶标易被泥土污染遮挡和受背景环境影响导致姿态测量失败的问题,提出基于多点标识的挖掘机工作装置姿态测量方法,利用一台RGB摄像机和YOLOv3深度学习算法实现对无任何传感器挖掘机工作装置的姿态测量。设置区别于背景环境、易于识别和定位的关键点标识,捕获大量工作装置图像并标注建立数据集,以此数据集训练获得视觉模型实现关键点标识的检测;根据关键点间的约束关系和相机成像原理还原关键点标识的三维信息,并计算相应杆件的姿态角。研究结果表明:提出的姿态测量系统能够解决姿态测量中存在的问题,且对挖掘机工作装置姿态测量瞬时偏差在±2°范围内,平均测量偏差在±1°范围内,满足视觉伺服中姿态角的反馈;同时,测量系统对每帧图像平均处理时间为108.26ms,满足实时测量条件。

挖掘机工作装置建模及有限元分析

挖掘机工作装置作为挖掘机的关键组成部分,也是在作业中外载荷作用的初始位置,也是承载和传导外载荷的关键机构。以挖掘机工作装置为研究对象,基于SolidWorks三维建模软件建立了挖掘机工作装置的三维模型。结合其实际使用及应用场景,分析了工作装置随姿态变化过程中承受最大负载的工况,即承受外载荷最大的工作姿态,利用有限元分析软件对该工况下工作装置动臂和斗杆进行了静力学分析。研究结果对挖掘机工作装置结构优化和性能改善提供了参考依据。

智能掘进巷道除尘系统研究

为更好地满足智能掘进巷道粉尘治理需要,在分析现有湿式除尘方式的基础上,提出将泡沫除尘系统应用于巷道粉尘治理中。从满足智能掘进巷道降尘需要出发,对传统的泡沫除尘装置进行了改进,同时通过增加远程控制单元、压风及压水电磁阀等,提高了泡沫除尘系统的智能化程度。在山西省A煤矿10201运输巷现场的应用表明,该泡沫除尘系统能够改善迎头环境质量、提高可见度,全尘除尘效率超过83.0%。

钢护筒一体化装置在桥梁植入桩施工中的应用

研究了旋挖机钢护筒埋设钻孔装置在桥梁植入桩施工中的应用。装置主要由安置于钻杆之上的转换设备和钢护筒组成,通过旋挖机驱动装置的正反向转动实现钢护筒的埋设和拔出。在安徽合枞高速桩基工程中,该设备成功解决了旋挖钻植入桩施工中护筒埋设深度不足、塌孔等问题,提高了施工效率和质量,降低了施工成本。研究结果表明,旋挖机钢护筒埋设钻孔一体化装置适应性强,可在不同地质条件下使用。

中药材振动筛分挖掘机的研制与试验

针对西北旱区传统中药材机械化收获存在的明茎率低,损伤率、含杂率高等问题,基于西北旱区中药材种植模式要求,通过理论分析和离散元仿真,设计了中药材振动筛分挖掘机。确定了其关键结构一级振动分离装置和二级振动分离装置的核心作业参数。结合数据分析软件Design-Expert以中药材药土运输率、接触力为指标,仿真模拟优化得到了一级振动筛分装置振动分离筛筛孔边长为50 mm、曲柄转速为74 rad/s、振动分离筛倾角为8°,以明茎率为指标,借助单因素试验明确了二级振动筛分装置的分离机理,优化确定了最佳筛孔边长为100 mm。田间试验表明,加设二级振动筛分装置的中药材筛分装置作业后,其核心评价指标挖掘深度、明茎率、损伤率、含杂率、挖净率分别为409 mm、97.19%、4.69%、4.89%、97.68%,表明设计的中药材筛分装置符合国家马铃薯种植机以及覆膜种植机的要求。

掘进巷道顶板破碎机理及控制技术

前和煤矿3110回风顺槽掘进期间,受地质构造以及邻近采空区影响,巷道掘进至475 m处时,顶板及采空区侧巷帮破碎严重,采用传统注浆加固的效果相对较差,导致巷道成型效果差、掘进效率低、永久支护失效率高等。因此,文章在分析巷道围岩的破碎机理后,根据支护现状,对巷道破碎区采用双向增压加固装置进行了围岩支护。通过现场实际应用效果来看,支护优化后巷道围岩破碎现象得到了明显控制,顶板下沉量控制在0.17 m以下,巷道掘进速度提高至6.5 m/d,取得了显著应用成效。

挖掘机动臂势能分级回收系统仿真研究

挖掘机作为使用广泛的工程机械,存在动臂势能浪费大的问题,本文提出一种新型势能回收与再利用系统,该结构主要利用低压、中压、高压蓄能器进行重力势能回收与再利用。首先,分析其工作原理,建立挖掘机动臂液压缸和低压、中压、高压蓄能器能量数学模型,并在MATLAB/SIMULINK中建立动臂重力势能回收与再利用系统模型。结果表明:该能量回收系统经过一个工作循环后,新系统能量回收率达42.85%以上,其中高压蓄能器能量回收率可达到61.81%,能够缓解挖掘机动臂工作过程中重力势能浪费的问题。

掘锚一体机尾部侧帮锚钻装置的设计研究

掘锚一体机是快速掘进系统的重要组成装备,但现有常见普通机型的锚钻装置存在支护范围小等缺点。为解决此问题,阐述了尾部侧帮锚钻装置总体设计思路,介绍了锚钻装置的工作过程,结合支护范围进一步介绍了钻机提升机构的组成,同时校核了整机通过性。最后对锚钻装置调试情况进行说明,结合文家坡煤矿井下工业性试验,验证了方案设计的可行性。

顾桥煤矿气力物料输送中转站硐室开挖技术研究

为解决顾桥煤矿1121(3)气力物料输送中转站硐室开挖施工效率低、出矸量大、人员劳动强度大和安全性差的技术难题,通过对硐室开挖施工工艺及方法的研究,决定采用爆破碎岩法和分层开挖法进行硐室开挖施工,并配合巷道修复机进行出矸作业。应用结果表明,该套技术与装备施工效率高、安全性好、人员劳动强度低、经济效益好。采用修复机出矸工效可达15 m^(3)/班,是人工出矸效率的13.6倍,可为类似矿山硐室开挖施工提供了技术与装备保障。

复合地层矩形顶管开挖盲区处理技术探索研究

为解决组合式旋转刀盘矩形顶管掘进机在复合地层中顶推施工的局限性,依据顶管掘进范围内岩体物理力学性质、横断面及纵轴向分布范围、埋深、地下水赋存情况及地面环境条件等的不同,提出从设备优化设计和盲区预处理两个方面来解决复合地层矩形顶管盲区处理问题。在设备优化设计方面,针对矩形顶管掘进机设计与制造环节,提出从优化刀盘布置和盲区位置增设辅助切削系统两种方法来增强其在复合地层中的适应性;在盲区预处理方面,针对预处理技术,提出3种水平处理方法及地面处理方法。为矩形顶管掘进机复合地层掘进施工提供了新的解决方案。

圆盘栅式马铃薯挖掘机的研制与试验

针对目前中国马铃薯收获机械普遍存在的薯土分离不完全、易于堵塞、振动大和功耗过大等问题,该文研制了一种与四轮拖拉机配套的圆盘栅式马铃薯挖掘机。为提高分离效率,该机采用栅条式挖掘装置和圆盘栅式分离装置,通过计算确定了挖掘装置和分离装置各关键参数。改进了圆盘切刀结构,方便其切土的同时漏掉侧边细小土壤。田间试验表明:圆盘栅式马铃薯挖掘机挖掘、输运流畅、分离效果显著,伤薯率为4.3%、损失率为3.3%、明薯率为97.5%,3项指标结果均达到了技术规范设计要求。此外与拨指轮式马铃薯挖掘机进行的田间试验对比中发现,该机在明薯率和损伤率2项参数对比中占优。因此,圆盘栅式马铃薯挖掘机的研制成功为西北旱作农业区垄作马铃薯的挖掘提供了一种防堵、薯块易捡拾、功耗小和适应性强的马铃薯挖掘机。

基于真实载荷的挖掘机工作装置瞬态动力学分析

用有限元法对挖掘机工作装置进行瞬态动力学分析,以6 t小型挖掘机工作装置为研究对象,针对斗杆液压缸驱动铲斗撞击地面工况,用压力传感器、位移传感器测试出撞击过程各液压缸工作腔压力和位移变化曲线,以所获各液压缸位移变化曲线和最大理论撞击力为驱动,用动力学仿真软件ADMAS对挖掘机撞击过程进行仿真,得出各铰销点在撞击过程中所承受载荷的变化曲线,采用测试所得各液压缸的驱动力验证仿真结果的准确程度。进一步将各铰销点受力的仿真结果作为工作装置的负载,对工作装置进行瞬态动力学分析,对比仿真计算与应力测试结果表明,对应测点的应力变化趋势基本一致,误差在10%以内,可为结构优化设计提供依据。

基于MATLAB和ANSYS的挖掘机工作装置结构静强度分析

液压挖掘机反铲工作装置结构的复杂性和边界条件的多变性给对工作装置强度分析带来了很大困难。在对挖掘机工作装置受力分析的基础上,编程自动求解挖掘范围内各铰点受力,利用坐标旋转变换,得到用于各构件有限元分析的边界载荷,最后在ANSYS中编写载荷步文件自动对构件进行多工况静强度分析。实现了各构件有限元网格模型的共享和边界条件的自动获得,为各构件的多工况有限元分析提供了新的方法;同时也大大降低了对工作装置进行静强度分析的工作量。