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[博士论文] 苏畅
矿山机电工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:在隧道、地铁、边坡和井巷工程等地上、地下支护工程中,喷射混凝土支护(有两种方式:“干喷”和“湿喷”)是一种常用的支护方法。喷嘴结构参数对混凝土射流性能影响的研究非常匮乏。本文侧重研究喷嘴不同结构参数对喷射混凝土施工不均匀、粉尘量大的影响机制,采用理论分析、数值模拟、实验室研究和现场试验相结合的综合研究方法,对湿喷机喷嘴内混凝土运动特征与质量控制规律进行系统研究,具体研究内容如下:
  通过对湿喷机工作原理、总体结构、关键参数和混凝土流动特性分析研究,结合气力输送的相关理论知识,实现对喷嘴中的混凝土流动过程的相关受力及运动分析,建立混凝土料流在喷嘴中的运动微分方程,研究混凝土料流在喷嘴中的运动规律;分析混凝土料流在喷嘴中的各种压力损失,推导出喷嘴中混凝土料流与空气的最优压气比。为湿喷机喷嘴设计、喷嘴内流场数值计算理论模型的建立提供依据。
  结合混凝土流动特性和喷嘴结构参数,建立湿喷机喷嘴内部流场数值计算理论模型。对喷嘴内部流场进行动力学分析,建立喷嘴内部流场的数学模型和数值模型。借助三维建模软件SolidWorks建立喷嘴内流场混合流体几何模型,并利用ANSYS ICEM实现网格划分,使用FLUENT软件对喷嘴内流场进行仿真计算,最后将仿真计算结果导入Tecplot进行后处理。为保证数值计算精度与计算资源的合理平衡对所划网格进行网格无关解分析,通过仿真计算分析得到喷嘴内流场各位置速度的分布规律、湍动能的分布规律及喷嘴出口截面上混凝土相体积分数的分布规律与喷嘴喷射性能的关系。
  提出喷嘴混合芯旋转进气偏角设计方法,以加强空气-混凝土料群在混合芯中的能量交换,就湿喷机喷嘴关键参数对混合流场中空气-混凝土混合性能影响进行研究。在确保喷嘴前部聚敛段收缩角度不变的情况下,分析混合芯空气入射角度对喷嘴的混合性能影响。旋转偏角设计有利于提高喷射混凝土混合均匀度,降低喷嘴产尘量。在确保混合芯空气入射角度不变的情况下,对喷嘴聚敛段收缩角进行分析,当聚敛段收缩角小于3°时,收缩角对混凝土料群喷射影响不大;随着收缩角度增大,料流喷射速度减小,喷嘴磨损加剧;当聚敛段收缩角大于6°时,混凝土出口喷射速度很小,喷嘴容易被堵塞。聚敛段收缩角为6°时,喷嘴喷射质量较好。
  通过设计喷射混凝土打击力分布测试系统,对制作的喷嘴结构进行现场试验研究。使用LabVIEW软件采集、存储、处理数据。测试结果与数值模拟结果具有良好的对应关系,验证了数值模拟结论的有效性和可靠性。对打击力测试试验作业地点的粉尘浓度进行实时监测,各结构喷嘴在作业中产生的粉尘量均小于煤矿井下总粉尘和吸入性粉尘标准,收缩角θ=4°,混合芯α=10°、β=30°结构喷嘴总粉尘浓度与呼吸性粉尘浓度均最小,旋转偏角对喷嘴单位喷射流量内产生的粉尘量的减少起积极作用;随着喷嘴聚敛段收缩角度增大,喷射作业现场粉尘浓度小幅增加。本研究内容有助于丰富混凝土喷射理论,为湿喷机喷嘴设计提供依据,有利于提高喷射混凝土施工质量。
[硕士论文] 朱金峰
仪器仪表工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:滚筒式采煤机是当前煤矿井下应用的主要采煤装备,其自动调高技术是实现采煤自动化的关键性技术。目前对于自动调高技术研究多集中于理论分析与仿真模拟,相关的试验研究较为缺乏,为了更好地研究自动调高技术,课题组研究设计了采煤机调高实验装置,本文针对该实验装置,提出了基于LabVIEW的由数据采集系统与控制系统组成的整体设计方案。
  论文分析了采煤机调高实验装置的整体结构及其液压系统原理和电气系统原理;对实验装置的压力传感器、位移传感器、倾角传感器、声音与振动传感器及其信号调理仪、数据采集卡以及控制系统中的电液比例方向阀和变频器等分别进行了选型设计;应用LabVIEW开发了采煤机调高实验装置测控系统,包括多通道数据采集模块、数据保存模块、报警模块、数据处理模块、恒定信号输出控制模块和MATLAB程序控制模块,并设计了相应的登录界面,以便在实际应用中进行操作;对设计的测控系统进行了模拟实验性能分析,介绍了模拟实验方法和硬件组成,对实验数据进行了相关的实验分析。
  该测控系统为开放架构,可以根据实验需要进行功能扩展。该测控系统的开发,为采煤机自动调高实验装置后续进行模拟截割和自动调高实验研究提供了有效的研究平台,也为类似测控系统的研究提供了借鉴。
[硕士论文] 屈莹莹
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:目前,煤炭仍是我国的主要能源,对煤炭开采技术的研究尤为重要,在煤炭开采过程中,采煤机是主要的工具之一,随着开采技术越来越现代化,采煤机也朝着高产、高效以及大功率的方向在不断发展,这就对采煤机组成部件的可靠性要求更高,尤其是行走机构。行走机构的关键零件在遇到冲击、长时间在载荷较大的工况下工作等情况下容易毁坏,一旦毁坏将严重影响整个采煤机的开采进度,严重影响企业效率。为了增加采煤机行走机构的使用时间,本论文对采煤机行走机构关键零件进行强度分析和疲劳分析,并提出相应的改进意见。
  本论文主要介绍了滚筒采煤机的工作原理及对行走机构进行了介绍,并提出了采煤机行走机构关键零部件经常出现的一些问题。
  运用SolidWorks三维建模软件,按照零件的工程图纸,对采煤机行走机构关键零件建立简化的实体模型。并对齿轨轮受力分析,计算采煤机在不同工况下工作时,其前、后导向滑靴受到的力的大小,为后面采煤机行走机构关键零件的分析奠定基础。
  利用有限元法对齿轨轮的弯曲和齿轨轮与销轨的接触分别在最大载荷下做强度分析,在额定功率下做疲劳分析,并对齿轨轮进行改进;其次,对销轨进行强度分析和疲劳分析;最后,对不同工况下的前后导向滑靴进行强度和疲劳分析,根据分析结果进行改进。
  通过本论文的研究,进一步明确了导致采煤机行走机构关键零件损坏的因素,为其今后的设计和优化提供了依据。
[硕士论文] 曹晓
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着我国煤矿开采技术的快速发展,煤矿开采日益趋于深层化,煤矿开采的安全问题显得尤为重要。据统计,煤矿事故多发于掘进工作面内,由于瓦斯堆积而导致的瓦斯爆炸事故。局部通风机通风方式作为掘进工作面内主要的通风方式,也是降低瓦斯浓度,防止瓦斯堆积的主要方法。只有保证局部通风机满足不同工况需求,才能够避免因瓦斯堆积而引发的瓦斯爆炸事故。因此对局部通风机进行定期的现场测试尤为重要。
  由于目前井下局部通风机现场测试受测试环境因素影响,使得现场测试要求简便化,因此需设计出一种适用于井下局部通风机现场测试的测量装置,并利用实验室局部通风机对该测量装置进行试验,验证测量装置测量是否满足测量精度。随着掘进工作的不断前移,工况点发生改变,利用三个多月的时间,对淮南矿业集团潘北矿,进行了三次不同掘进长度即不同工况点时局部通风机的现场测试,记录试验数据,对测试数据进行分析处理。
  通过对矿下局部通风机现场测试数据的处理并与该通风系统设计要求进行对比分析,发现该掘进工作面局部通风机存在“大马拉小车”的现象。这种现象是由于掘进工作面局部通风机功率选择过大,而造成能源的过度浪费。避免这一现象发生,就需要对现场局部通风机进行现场的性能测试,为现场局部通风机的功率选择提供相应理论依据。
[硕士论文] 孙可可
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:针对煤矿井下存在瓦斯、煤尘等爆炸性危险气体的问题,在分析了煤电钻、风煤钻、齿轮液压马达的结构和功能后,提出并设计了一种新型的手持式矿用钻机。该钻机以静力平衡液压马达为动力源,可对煤矿井巷中爆破孔、锚杆孔、注水孔等进行掘进。
  基于静力平衡式液压马达进行结构创新,设计出双排偏心曲轴、双排七星轮结构,并以此为基础对钻机进行结构设计。为简化液压系统结构,降低液压系统重量,设计一款集调速、换向、溢流等功能的组合阀,该组合阀可实现钻机速度、正反转以及过载保护的控制。
  基于活塞位移、速度、加速度运动规律,计算流量脉动率,分析流量脉动特性,针对摩擦损失计算钻机整体机械效率。并对双排偏心曲轴进行受力分析,校核所受应力是否满足要求。
  在SolidWorks中建立双排偏心曲轴三维模型,利用分析软件Workbench验证双排偏心曲轴强度。基于Workbench分析模块进行网格划分、约束添加等,完成模态分析,根据求解结果,对比激振频率,确保钻机不会发生共振。
  对液压钻机中流体流动过程进行数值模拟,通过流体软件Ansys CFX中流体域的建立、网格划分、边界条件的设定进行流固耦合分析,对比不同流速求解过程中残差收敛曲线图,分析流场收敛稳定性,对转动部分变形量、应力进行比对分析,为进一步的试验提供了指导。
[硕士论文] 罗汉
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:采煤机的工作环境复杂且不稳定,当采煤机过岩石断层时,持续截割岩石,致使作用在滚筒上的载荷急剧增大,截割部行星减速器的输出转矩等于滚筒阻力矩。长期在此工况下工作,可能会造成行星减速器各部件的损坏。行星减速器作为截割部传动系统的重要组成部分,一旦出现故障将会严重影响采煤机的正常工作。为检验行星减速器关键部件在此种工况下是否满足工作要求,针对MG300/755-WD采煤机截割部行星减速器开展以下工作。
  通过对滚筒作受力分析推出行星架的输出转矩,滚筒上的阻力分为截割阻力、推进阻力和侧向力。截割阻力对滚筒轴线产生的阻力矩即为行星架的输出转矩。滚筒工作过程中截齿的位置角和参与工作的数量均会改变,故行星架受到变载荷的作用。
  取截割部电动机保护电流——1.2倍的额定电流对应的载荷作为作用在行星减速器上的最大载荷,对其进行应力分析;取额定电流对应的载荷作为疲劳分析时的载荷。通过受力分析计算出作用在行星架、行星轮、太阳轮、内齿圈上的载荷。对行星轮、太阳轮、内齿圈做齿根应力分析和接触应力分析,强度均满足要求。对行星轮、太阳轮、内齿圈组成的行星机构做接触应力疲劳分析,结果满足要求。对行星架、行星轮、太阳轮做模态分析,其一阶固有频率均远远高于工作频率,能够避免共振的干扰。行星架的应力分析结果显示其强度满足工作要求,对其做疲劳分析,结果表明行星架的工作寿命低于设计寿命。
  进行了行星架侧板厚度变化对应力的影响分析,为提高行星架的疲劳寿命提供可行改进方法。保持行星架的左侧板不变,增加右侧板的厚度(1mm-12mm),增加间隔为1mm,重新建立12次模型,分别对其进行应力分析,找出最大应力值最小的一组,其增加的厚度为7mm。保持行星架右侧板的厚度不变,增加左侧板的厚度(1mm-12mm),增加间隔为1mm,重新建立12次模型,对其进行应力分析,找出最大应力值最小的一组,其增加的厚度为6mm。同时增加左右侧板的厚度6mm、7mm,进行应力分析,与以上两组对比,结果表明左侧板增加6mm时,效果最好。故改进方案为左侧板增加6mm,通过疲劳分析、模态分析验证其可行性,其固有频率和寿均满足要求。
[硕士论文] 张士奇
机械工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:井下排水系统是煤矿生产的重要环节,其工作效率和可靠性对煤矿的安全生产有着重要意义。但随着矿井开采深度增加,井下水文地质条件越来越难以掌握,保证排水系统安全可靠、高效率的工作变的尤其重要。因此,研究煤矿深井排水系统的可靠性对于提高煤炭企业的安全生产有着重要的意义。
  本文以正通煤业高家堡-860井下中央泵房为背景,应用计算机、网络通信、PLC、检测与自动化等技术开发了一套节能、高效的自动排水系统,并对系统进行了优化。系统由PLC、传感器、就地操作箱、上位机和控制网络等部分组成。选用西门子S7-300系列PLC作为控制核心,负责采集各传感器的参数,接收上位机和就地操作箱的命令,对各控制元件发出启停命令等。就地操作箱配有操作按钮和触摸屏,用于设置工作方式和显示水泵运行信息。控制网络选用工业以太网结构,实现PLC与上位机的连接。
  论文探讨了在紧急停泵的情况下,电动闸阀在关闭过程中停止水泵电机,出水管道内的流体对泵体的影响,优化传统策略中关于关阀停泵控制策略,结合煤矿井下排水系统的实际情况以及在阀门研究中常用到的计算流体动力学分析方法,利用计算流体动力学分析软件——FLUENT16.0,对排水管路中电动闸阀关闭过程进行动态仿真分析。其中在对电动闸阀动态性能的数值模拟研究中使用到了动网格技术,得到了在电动闸阀关闭过程中,不同停泵时刻下出水管路中流体的压力和速度变化,并以此分析对泵体性能的影响。
  控制系统上位机采用西门子组态软件进行设计,实现了在地面上控制井下水泵的启停并且能够监视其运行状态。上位机系统具有报警记录、数据归档等功能,提供了一个直观、可视化的操作平台。
  最后根据水泵电机轴承温度的数据档案,对水泵电机轴承温度进行预测,其中对比了三种模型算法,并利用Python对模型进行实现和训练,通过对比结果及误差分析最终选择了基于GBDT的水泵电机轴承温度预测模型。
[硕士论文] 石希瑜
核能与核技术工程 成都理工大学 2018(学位年度)
摘要:钍是是一种潜在的核能原料,地壳中钍的含量远远大于铀,开发利用钍资源具有重要的战略意义。放射性选矿机在筛选放射性矿石领域有着广泛的应用,本文依据钍矿石的放射性这一特点,研制了钍矿石选矿机放射性在线检测系统,实现了实时检测和快速选矿。论文针对钍矿石块矿的拣选需求,设计了选矿机放射性测量的硬件电路和测量装置。
  论文取得的主要成果有以下几个方面:
  (1)研制了适合钍矿石选矿机在线检测系统需求的硬件电路,包括低压电源、主放大器和单道脉冲幅度分析器,设计了在线放射性测量的探测装置。
  (2)基于EP2C8T144I8N FPGA,开发了十路脉冲计数器和数据处理、传输模块。设计了基于Python语言的用户软件,初步实现了在线测量。
  (3)利用内蒙包头白云鄂博矿区的钍矿石样品进行模拟测量试验,对本底屏蔽、矿石位置、相邻矿石、环境本底等影响进行了较详细的实验。结果表明:蔽装置能大大降低天然放射性本底,矿石间距在15cm左右时,矿石间的相互影响可忽略不计。
  (4)基本上完成了钍矿石选矿机在线检测系统样机的制作,实测其检出限为0.87cps。
[博士论文] 张玉龙
机械设计及理论 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:针对矿井水中悬浮物含量高、粒度细、比重轻、沉降速度慢等特性,本文采用管道混合器与磁力旋流澄清器组合处理矿井水,研发了一种磁力旋流澄清器,在离心力场、重力场和磁场强化分离的基础上,获得了快速生长的高强度磁絮体,加速了沉降分离,提高矿井水处理效率,可以实现矿井水井下直接处理,可创造良好的经济和环境效益。本文采用理论分析、数值模拟和试验测试三措并举,深入研究了磁力旋流澄清器内磁絮体的生长、受力及运动行为,探讨了多物理场耦合下分离性能影响规律,获得了优化参数,揭示了磁力旋流澄清器的沉降分离机理,对丰富旋转流分离理论及工程设计具有重要的指导意义。
  首先,通过理论分析建立磁力旋流澄清器内流体运动方程,考虑磁种和磁场对絮凝效果的影响,对磁絮体在复合力场下进行了受力分析,得出磁絮体的粒度、速度分布规律;在传统絮凝动力学方程的基础上,建立了磁力旋流澄清器内磁絮体的絮凝动力学数学模型;并结合斜板沉降机理,得到了锥盘处颗粒空间规律性分布,完善了磁絮体的絮凝生长和沉降分离理论。
  其次,根据建立的流场数学模型,对其内部流场进行数值模拟,全面分析了锥盘参数、进口速度和结构参数对流场中速度、湍动能和湍动能耗散率的影响规律,探讨了剪切力、离心力和流体曳力对絮凝沉降影响,得到了适当增大进口速度、增加深度和筒体高度、减少锥盘间距均可以提高磁絮体的沉降分离性能,但当参数过大或过小时会降低矿井水处理效果。最终得到优化参数为:进口速度2.31m/s、锥盘间距20mm、插入深度400mm、筒体高度600mm。
  再次,通过建立磁力旋流澄清器内磁场数学模型,得到磁感应强度分布规律,结合流场数学模型,通过Comsol Multiphysics软件中的流场模块、磁场模块和流体粒子追踪模块,对颗粒在流场、磁场和重力场等复合力场下的运动轨迹进行多物理场耦合分析,得到了流场内颗粒的分布规律、受力大小和颗粒数量,并探讨了锥盘、磁场以及磁场感应强度大小对颗粒分离效率的影响。结果表明:设置锥盘和磁场时,可以使粒度大于60μm的颗粒完全沉降,减小溢流的颗粒数量,提高分离性能;随着磁场强度增大,颗粒受到沿器壁向外和向下的磁力增大,当磁化强度达到200000A/m时,粒度大于30μm的颗粒完全沉降,使磁力旋流澄清器分离性能进一步提高。
  然后,搭建了磁絮凝矿井水处理试验台并进行系统试验,分析了不同工况下磁力旋流澄清器内不同位置磁絮体粒度分形维数、剪切破碎性能和沉降性能,探讨了锥盘材料对锥盘处絮凝分离的影响,研究了底流排出流量大小对溢流和底流磁絮体沉降性能影响规律,得出在使用硅钢片锥盘时,进口速度为2.31m/s、磁场大小为0.6A、底流流量为300mL/min时,磁絮体沉降分离性能最佳。
  最后,通过试验研究了磁力旋流澄清器处理量、磁场强度、进口速度等操作参数以及插入深度、锥盘间距和筒体高度等结构参数对絮凝沉降的影响,并对其内3个截面、5个取样点的ss去除率、浊度去除率和8种不同粒径的颗粒数变化规律进行研究,优化了磁力旋流澄清器内最佳结构参数和操作参数,当处理量为0.6m3/h时,ss去除率为96.33%,浊度去除率为87.11%,颗粒数为9908个/mL。
  在理论及试验研究的基础上,设计开发了15m3/h矿井水处理系统,对某矿矿井水进行了中试试验研究,出水ss小于50mg/L,ss去除率达到90%,底流浓度为80000mg/L。工业运行结果表明磁力旋流澄清器可以处理矿井水并实现煤泥的回收,为矿井水高效处理系统的设计及模拟放大提供了理论基础。
[硕士论文] 孔令赞
机械制造及其自动化 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:采煤机是煤炭开采的主要机械设备。其工作环境恶劣,如果运行过程出现故障就会导致整个采煤工作的中断,并且维修环境恶劣。所以需要采煤机能够持续稳定的工作。而采煤机截割部行星齿轮减速器作为采煤机重要的传动系统,其稳定性与可靠性影响着采煤机的整体效率。
  行星齿轮减速器依靠多个行星轮的功率分流作用实现承受较大的载荷的功能。但是由于安装、制造误差与冲击振动等原因,使得行星齿轮系统的均载性降低。容易导致应力集中、加快磨损、使用寿命降低等问题。本文基于齿轮轴心位置偏差对系统均载特性的影响进行分析。
  首先,从静力学角度理论分析了行星齿轮减速器的结构与工作原理,计算系统的传动比、系统特征频率、齿间啮合力,并根据赫兹理论与胡克定律分析了齿轮在额定工况下的轮齿应力分析与轮齿的形变计算。
  其次,研究了在行星型齿轮传动系统中制造与安装误差、构件的浮动对系统均载特性的影响。对系统各个误差静力学均载特性进行分析,尤其考虑齿轮轴心偏差对系统均载性的影响。并重点研究行星轮、太阳轮轴心位置偏差对均载特性的影响。
  然后,从动力学的角度出发,利用ADAMS建立行星齿轮传动系统的多体动力学模型,分析系统的动态均载特性。对行星齿轮系统的行星架进行柔性化分析,建立刚柔耦合系统。进行刚柔耦合系统与刚性系统的对比仿真分析,分析刚柔耦合系统对受力与均载性能的提高,并且分别研究太阳轮、行星轮轴心位置偏差对动态均载特性的影响。
  最后,在得到轴心位置偏差与均载性能的协调优化关系的范围之内。利用ANSYS Workbench对齿轮轴心位置发生偏移的齿轮系统进行有限元接触力学分析,得到齿轮的应力应变云图,保证在优化设计后的齿轮接触强度满足强度要求。并对系统进行简要的模态分析,保证行星齿轮系统不会因为优化构件而产生共振。
[硕士论文] 秦超
采矿工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:采煤机的镐型截齿作为截割煤壁,破落煤岩的主要机构原件。其性能好坏直接影响着截割效率、采煤机开机率并进一步影响着煤矿的生产成本和经济效益。由于实际工作中煤矿井下地质条件复杂,环境恶劣。截齿磨损、断裂、崩刃等失效形式时常发生。因此采煤机的截齿成为煤矿企业更换最为频繁的备件。本文以采煤机截齿的实际工作条件为基础,对截齿与煤岩的材料属性、截齿的疲劳寿命以及不同境况下的截齿受力进行较为详细的分析和研究其中包括:
  (1)以煤岩截割理论和有限元理论为基础对采煤机镐型截齿的受力和工作方式进行理论分析。以采煤机截齿型号U94为例,采用Hyperworks有限元软件建立镐型截齿有限元模型。并对实际采煤机镐型截齿在三种不同侧应力、三种不同安装角度的工作条件下进行有限元仿真模拟分析。
  (2)以Radioss疲劳理论为基础,对采煤机镐型截齿不同工作条件和截割参数下的疲劳破坏和疲劳寿命进行仿真分析,预测镐型截齿的剩余寿命。
  (3)依据预测出的截齿剩余寿命提出了剩余预警模型。一方面为采煤机的截齿在检修更换方面提供了确切的目的性,一定程度上节约了人力与时间成本,提高了检修水平和效率。另一方面以对截齿寿命预测为基础,尤其针对未有历史数据的新矿井或工作面,从预测角度确定了经济订货批量、次数、时间点。并对煤炭企业—华润大宁能源有限公司进行了应用,优化了检修作业流程,为企业节约了生产成本。
[硕士论文] 徐玉芸
机械工程 黑龙江科技大学 2018(学位年度)
摘要:为解决传统掘进机掘进硬岩巷道时截齿耗损率严重、设备故障率高、破岩速度慢和效率低等问题,提出的一种具有悬臂式掘进机特点的新型碟盘刀齿,研究径向切削与轴向振动复合破碎煤岩的基本力学原理和载荷特性,分析刀齿载荷与结构参数和运动参数之间的关系。利用数值模拟和试验的方法分析刀齿在不同运动形式下破碎煤岩的力学特性。
  采用理论分析的方法,分析在不同阶段下刀齿与煤岩相互作用的力学关系,将刀齿等效分解为齿尖与楔面两部分,通过分析两部分在不同运动方式下的作用特征,采用复合效应的叠加原理,对刀齿齿尖与楔面上的作用力进行矢量叠加,建立刀齿径向切削破碎煤岩的数学模型。根据刀齿的运动形式,以抗剪强度和抗拉强度为理论基础,构建了刀齿复合轴向向上破碎煤岩时,抗剪和抗拉强度破碎煤岩的数学模型。
  采用数值模拟的方法,研究刀齿在径向切削和径向切削与轴向振动复合破碎煤岩的载荷特性,对比分析刀齿径向切削和复合破碎煤岩时载荷特性。研究刀齿振动幅值、振动频率、径向速度、楔面角度和切削厚度等参数对刀齿载荷的影响规律。刀齿破碎煤岩时,拉应力集中在刀齿齿尖,而压应力集中在刀齿楔面处。对比分析了数值模拟载荷与刀齿理论模型载荷,二者具有一致性,验证了刀齿数学模型的准确性。
  通过试验的方法,分析了刀齿在不同楔面角度与位置角度下,刀齿径向切削破碎煤岩的载荷特性。获得了刀齿等效载荷与传感器测定载荷的关系。在实验室截割的条件下,刀齿载荷呈现出三个不同的阶段。比较分析不同楔面角度下刀齿试验与理论模型的载荷特性,刀齿理论载荷与试验载荷随楔面角度的变化规律相同,幅值接近。
  研究成果为提高碟盘刀齿的破碎效率和新型工作机构的设计提供理论与试验参考依据,为碟盘刀齿的设计和整个碟盘的受力分析奠定基础。
[硕士论文] 杨琨
机械工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:挖掘机是在公路建设、矿山开采、道路施工等很多工程施工建设中常见的工程机械,应用的广泛性和多功能性有目共睹。平时提到挖掘机作业形式首先想到的是挖掘,利用铲斗装置将所要挖掘的土堆山体等进行挖掘装载作业,所以铲斗装置也就不约而同地成为挖掘机的最常使用的工作装置。但是并非挖掘能满足所有工作形式,例如铲斗装置在击碎岩石、破碎、打孔的领域不能完成作业,此时使用到的工作装置为破碎锤。现在存在的破碎机很多是由挖掘机改装来的,由于破碎锤的工作性质,使得整个挖掘机的工作装置处在振动和巨大的冲击力的作用下,出现裂纹甚至断裂问题,疲劳破坏现象经常出现。
  鉴于此,本文依据某挖掘机厂所生产的重型矿用破碎机的工作装置疲劳寿命短的问题,对该型号破碎机工作装置性能进行研究:
  (1)依据该型号破碎机钎杆的工作方向选择三种破碎机的工况姿态,借助有限元软件ANSYS分别对三种工况下的动臂和斗杆进行有限元静力学仿真分析,探究三种工况下动臂和斗杆的静态特性是否满足要求。在静力学分析中载荷的大小方向根据工程静力学理论平衡条件求得。
  (2)由于破碎锤工作时产生的冲击振动,整个工作装置一直处于高频振动的环境下,因此进行动态分析非常必要。借助模态分析探究固有频率下破碎机工作装置是否出现共振。借助谐响应分析分别取动臂和斗杆上选择多处位置得到三种工况下的对应的位移频率响应曲线,分析幅值特性为避免共振效应提供依据。
  (3)运用有限元方法得到在三种工况下的动臂和斗杆的寿命最短区域和最短疲劳寿命。以延长破碎机工作装置的疲劳寿命为目的,对结构进行改进优化,达到预期的效果。
[硕士论文] 董家荣
机械工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:对于以压入式工作的矿用对旋式主通风机,进气的均匀性和稳定性对叶轮叶片工作的安全性具有十分重要的影响。进气风道90°弯管内产生的不稳定气流流经叶轮时,容易引起叶片疲劳失效、裂纹甚至折断事故的发生,对煤矿的安全生产带来严重威胁。为此,本文针对FBCDZ-10-No36型矿用对旋式主通风机,通过在进气风道90°弯管内安装导流片并对导流片的布置方式进行优化,以改善进气风道以及叶轮入口气流的均匀性、稳定性,进而达到提高通风机运行安全性的目的,因而具有重要的理论意义和工程应用价值。主要研究工作和结论包括以下几个方面。
  对通风机第一级叶轮前的进气风道进行几何建模,采用大涡模拟(LES)方法对进气风道内安装导流片前后的流场进行数值模拟和对比分析。结果表明:在安装导流片前,风道内主流流动受到分离流动的影响,内外侧流场分布极不均匀,内侧流速高,外侧流速低,但内侧壁面又有明显的低速区,产生了局部涡流,风道内还产生复杂的二次流,其与主流的叠加加剧了风道内气流的紊乱,引起叶轮入口处的不稳定流动;在90°弯管内安装1片双圆弧型导流片后,风道内的主流均匀性到了明显改善,二次流强度明显降低,低速区也基本消失,叶轮入口截面气流的紊乱程度明显降低。
  为了获得90°弯管内导流片的合理、有效布置方式,以在叶轮入口获得更加均匀、稳定的进气条件,本文通过数值模拟分析了导流片的片数、排列方式、起止位置、圆心角、尾部长度及安装角度等参数对进气风道内流场的影响。研究结果表明:4片导流片沿径向按照s=1,2,4,7(等差间距)的位置排列,能更好地抑制流动分离,使弯管内的流场更加均匀;导流片在拐弯段靠近下游排列可使叶轮入口流速更加均匀,风道内各截面上产生的压力损失也较小;随着导流片圆心角的增大,叶轮入口气流速度趋于稳定,将第一片和第四片导流片延长150mm时,风道内流场具有更好的稳定性,并且消除了导流片延长带来的尾部低速效应;当内侧两片导流片安装角为5°,外侧两片为0°时,可以很好地改善内外侧气流的均匀性,使叶轮入口的气流更加稳定。
  本文的研究成果可为改善通风机叶轮进气条件,进而保证通风机安全可靠地运行提供理论依据和工程参考。
[硕士论文] 朱江峰
机械电子工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:随着采煤技术的发展,大型煤机设备应用越来越广泛,重型连续采煤机作为现代化采煤设备的典型代表,因采煤效率高、机动灵活、成本低、效益好等特点而广受青睐。重型连续采煤机采用电缆供电方式,但在实际应用中,由于电缆线传输功率大、外径粗、距离长,缺乏配套的电缆卷放装置,电缆线通常只能靠人工拖拽,导致连续采煤机前进和后退运行时极不方便,严重阻碍了采煤效率,并存在极大的安全隐患。因此,针对重型连续采煤机进行设计研究配套的电缆卷放装置,实现电缆的自动化卷放显得尤为必要。
  结合国内外卷缆技术和连续采煤机发展现状,论文在现有工况条件的基础上,采用功能分析原理提出一种基于PLC控制、以液压系统为动力的重型连续采煤机电缆卷放装置设计方案,论述了电缆卷放装置的研究理论及技术方法;其次,依据总体方案,对重型连续采煤机电缆卷放结构进行参数设计,完成电缆卷筒、排缆结构、整体支架等机械结构设计,运用Solidworks建模技术完成机械零部件及整机的三维建模;在此基础上,基于ANSYS Workbench对重型连续采煤机电缆卷放装置关键结构进行可靠性分析研究,完成电缆卷筒结构静力学分析、顺序排缆结构可靠性分析、整体支撑架体预应力下的模态分析及卷缆芯轴疲劳仿真分析,并为进一步提高关键部件的可靠性提出合理化意见;最后,采用系统参数设计理论和AMESim系统仿真技术,完成重型连续采煤机电缆收缆液压回路和电缆放缆液压回路的系统设计,建立基于AMESim的HCD系统回路仿真模型,分析各回路系统运动特性和流量特性,验证系统设计的合理性,并为现场应用提供参数依据。
  论文通过结构参数设计与可靠性分析、系统设计与特性仿真分析的方法设计研究了一种应用于12CM15重型连续采煤机的电缆卷放装置,实现了机械化、自动化电缆卷放及排列功能,提高卷缆质量和采煤效率,降低工人劳动强度,减少安全隐患。论文研究为重型连续采煤机电缆卷放装置实现自动化奠定了一定的理论基础,为现代化采煤技术研究提供一种新思路。
[硕士论文] 邱拥军
控制工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:煤炭是我国的主要能源之一,关系着国计民生。矿用空气压缩机的主要用途是产生压缩气体,将它做为动力来驱动生产过程中的一些风动机械和工具,它是煤矿安全生产中最主要的“四大件”之一(通风机、空压机、提升机、排水泵),它在煤矿生产中起着不可或缺的重要的作用。
  本论文介绍了原九龙矿空压机站存在着监测、控制装置老化、易出现故障,以及复杂的操作方式不利于生产作业,也威胁着操作工人的人身安全等问题。随着矿井的延深和各种复杂条件的变化,人工手动监测、控制空压机的运转台数和运转时间,已无法保障正常生产用风,严重影响着生产工序的正常进行,甚者还影响着矿井的安全生产。本文以该煤矿空压机站更换自动监控系统为项目的设计背景,阐述了自动监控系统的设计思路及其进行的现场实地应用。设计中结合了现场的实际工作环境,重点从系统设计方案的选择;系统硬件、软件的设计;组态软件的设计等方面进行了论证。明确了空压机自动监控系统采用分层式控制策略的优缺点;论述了PLC、组态软件、变频器、传感器等的设计与选型;阐述了PLC、组态软件、触摸屏之间是怎样实现简化系统操作,怎样兼顾自治与全面协调,怎样增加了整个监控系统操作灵活性和可靠性的。
  在上述技术设计的基础上,论文最后,论述了上位机如何通过工业以太网实现对空压机站实时检测与远程控制,并通过通信技术实现各组态软件的有效运行和各项参数的显示与存储。通过现场一年来的实施和应用,大大降低了人工成本,提升了监控的质量和效果,提高了工作效率,实现了安全生产。而且也预留了与矿井的其它控制系统的对接端口,为将来实现全矿井“大数据”统计分析、综合管理等奠定了技术基础。
[硕士论文] 师恩浩
机械工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:煤矿在开采过程中,不可避免会产生大量的涌水,井下水仓就是用来储存矿井涌水,由于矿井水非常丰富,需要经常对水仓进行清挖作业,目前仍采用传统的人工清挖方式,但是随着煤矿经济形势的好转和安全生产意识的提高,机械化清仓成为了趋势。本文根据实际生产需要,结合绿色设计理念和TRIZ理论,设计了一种可以连续、自动清理水仓煤泥的设备。该设备的主要部件包括履带行走装置、螺旋集料输送装置、泵送装置、电气控制系统以及液压系统等。
  (1)根据实际生产需要,提出了一种高效清挖系统,清淤机是系统中的关键设备,对清淤机履带行走装置和螺旋集料输送装置进行选型设计,包括确定行走底盘形式,进行四轮一带的选型,计算出清淤机的工作参数,得出清淤机总体布局。运用单质点法对清淤机的输送机理进行研究,得出了螺旋叶片倾角、螺旋轴转速和物料的输送速度之间的关系,对清淤机的优化设计和仿真分析提供理论参考。
  (2)通过现代设计方法对螺旋输送装置进行优化设计,本文以减少螺旋体质量和提高输送量为目标函数,以螺旋叶片直径、叶片螺距、螺旋轴直径和螺旋轴转速为设计变量,以刚度限制条件、转速限制条件、功率限制条件、抗扭强度限制条件和边界限制条件为约束条件。求解工具采用MATLAB软件中遗传算法工具箱,经过130代遗传变异得出优化结果;对优化后的螺旋轴进行力学分析,其应力达到了强度要求,变形也在合理范围内,验证结构设计和优化设计的合理性。
  (3)运用Fluent软件对螺旋输送装置内流场流动特性进行仿真分析,分别取三种螺旋叶片倾角0度、15度和30度,采用适体坐标系来划分网格,设置边界条件,采用k?ε模型,经过数值计算,得出螺旋输送装置内流场速度的分布。当螺旋叶片倾角30度时,螺旋输送装置的输送性能最好。
[硕士论文] 聂鹏辉
工业工程 山东科技大学 2018(学位年度)
摘要:煤矿主煤流系统设备构成复杂,故障发生频繁且类型多样,针对主煤流系统故障开展相关维护,能够有效降低系统故障导致的停机时间,对于提高系统整体运行效率具有重要的意义。
  本文针对煤矿主煤流系统中各类设备故障问题,首先对设备运行故障统计数据进行定量与定性分析,确定目前在ZT煤业存在的故障类型主要包括渐发性故障与突发性故障,针对ZT煤业目前存在的两类故障,结合现有的故障管理模式,研究建立了ZT煤业主煤流系统故障管理体系。该体系包括渐发性故障管理与突发性故障管理两部分。分别包括渐发性故障预测,渐发性故障预防和突发性故障响应机制,突发性故障维修过程标准化。其次,以ZT煤业主煤流系统关键故障维护过程为例,对故障管理体系的应用进行了研究。以渐发性故障中的过卷预警故障为例,基于灰色系统理论建立了故障发生预测模型,结合设备运行过程中所监控到的特征参数变化情况,带入相应模型,得出故障发生的预计时间;基于全员生产维护中的自主维护,定期维护,计划维护建立了故障预防性维护方法。以突发性故障中的皮带撕裂为例,通过5W1H提问方法与ECRS对维修过程进行了优化,通过客观评定法确定了各工序时间,通过熵值法确定了各工序的重要程度,制定了维修过程标准作业指导书以指导维修过程。最后,以设备误机时间和设备综合效率为评价指标,通过设备运行记录数据,分析了开展设备维护的有效性,结果表明:在维修标准化与故障预测指导下开展的设备维护活动,使主煤流系统的故障数量与误机时间分别降低20%、21.93%,设备综合效率提高7.71%。
[硕士论文] 刘柏宏
电气工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:现如今,煤炭的地位短期内还是无法撼动,其他的替代能源还不足以满足对能源的需求量,这样一来生产高品质的煤就成了可以去研究的方向。都知道在粗煤中含有很多所不需要的杂质,不光是不利于煤的利用,同时还会额外增加运输的成本。这样一来通过洗煤来提取精煤就变的十分重要了。洗煤有很多方法,其中跳汰选煤凭借结构简单、维修方便、经济实惠、有较精确的分选能力等优点而得以广泛运用。跳汰选煤就是通过运动的水流来带动原煤,使其根据不同的特性出现不同运动的轨迹,同种密度的物质聚集到一起,这样就能实现原煤的分层。想要得到较好的分选效果,就需要有一个合适的跳汰曲线。同时随着煤炭开采的机械化程度加深,得到的原煤品质也参差不齐,这样在分选中就需要有不同的跳汰曲线。所以原有的跳汰选煤就不易满足生产实际的需求,就需要进行技术升级与改造。需要能实现任意的跳汰曲线,以此来满足各种品质原料的精准分选。
  本文选用隔膜式跳汰机,通过步进电机带动隔膜上下运动,推动水流。想要得到不同的跳汰曲线就是要得到水流的不同运动方式,也就是需要生成不同的PWM波来控制步进电机转动。这里采用任意波形发生器来实现任意曲线的生成,任意波形发生器就是通过由虚拟仪器组成的上位机配合由单片机和运用直接数字频率合成(DDS)的FPGA技术组成的下位机,同时利用DDS中的累加器来实现对PWM波的占空比进行调节,以此来实现步进电机的任意轨迹的运动。同时为了输入波形的方便,用手写板配合上位机来实现手动绘制任意波形。最后借助高速摄像机来验证实验。
[硕士论文] 王增增
动力工程及工程热物理 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:在矿山及冶炼行业,浮选机占有非常重要的地位。随着浮选设备的日益大型化,对于设备的可靠性要求增加。在其正常工作过程中,由于浮选流场的非定常及复杂的湍流流动,导致浮选机叶轮承受紊乱的流体激励力,形成冲击振动,称为浮选机的流体诱发振动。浮选机的流体诱发振动问题是典型的流固耦合问题,流体因素和结构因素共同影响着浮选机的振动特性。本文通过计算流体力学(Computational Fluid Dynamics)和有限元(Finite Element Method)分析数值模拟的方法,对按比例缩小的浮选机流场进行研究,得到造成浮选机振动的流体因素和部分结构因素。
  为找出影响浮选机的振动特性流体因素,从流场特征和叶轮流体动力学参数入手,对直列叶轮纯液相浮选流场进行了195-315r/min转速范围内的数值模拟,得到纯液相工况直列叶轮承受流体激励力随转速的变化规律;其次对气体入口质量流量为0.1kg/s、转速范围195-315r/min转速范围内的充气直列叶轮和倾斜叶轮浮选流场进行数值模拟研究,得到充气流场中叶轮承受流体激励力随转速的变化规律;对直列、倾斜叶轮在转速300r/min、进气量为0.02-0.14kg/s工况进行了数值模拟,得出直列和倾斜排布叶片承受流体激励随进气量的变化特征。
  对流体激励力信号的处理方式采用均方根值化和快速傅里叶变换,得到流体激励力信号的强度特征和频域特征。叶片排布方式、充气量、叶轮转速均会对浮选机叶轮承受流体激励力产生影响。
  使用单向流固耦合方法对倾斜叶轮不同转速、进气量工况下的静力学分析,得到其对结构总变形及等效弹性应变的影响规律。
  通过本文研究发现,浮选机叶片承受的流体激励叶片通过现象是影响浮选机流体激励的主要因素,且存在叶片间的流体旋涡脱落现象,造成低频高幅的流体激励成分。倾斜叶轮对于浮选流场的搅混效果更好,且其承受流体激励水平更低。
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