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[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] 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] 张伟
机械工程 电子科技大学 2017(学位年度)
摘要:作为露天矿产主要的采装设备之一,大型矿用挖掘机因其斗容量大、开采效率高等特点得到了广泛的应用。然而,恶劣的工作环境和复杂的受载情况等因素严重制约着挖掘机可靠性和安全性的提升。提升减速器作为大型矿用挖掘机提升机构的重要组成部分,其是挖掘动力的传输者和挖掘过程中载荷的主要承受者,它的可靠性及耐久性直接影响到工作过程中挖掘机的性能和安全性。因此,对大型矿用挖掘机提升减速器的可靠性研究具有非常重要的意义。工程中不确定性普遍存在于提升减速器全寿命周期中的不同阶段,贯穿于其设计、制造、使用等过程;此外提升减速器关键零部件往往拥有多种可能的失效模式,而当前针对其可靠性建模的研究中并未考虑这些失效模式间的相关性,这将导致后续可靠性分析、优化结果偏离实际,甚至得到错误的结论。因此,有必要对大型矿用挖掘机提升减速器开展不确定性量化和失效相关在内的可靠性优化设计工作,这也是保证其安全、可靠和有效运行的基础。
  本文以WK-55型大型矿用挖掘机提升减速器为研究对象,对其关键零部件进行了可靠性优化设计,本文的主要研究内容如下:
  (1)针对提升减速器中存在的诸多不确定性因素,从设计、制造、使用三环节对提升减速器中轴、齿轮以及箱体进行不确定性分析,并选用合适的方法量化各种不确定性因素。
  (2)针对现有的提升减速器轴、齿轮可靠性研究工作中未考虑失效相关性问题,采用二元Copula函数描述失效相关性,进而建立轴失效相关时的联合寿命分布模型。不仅如此,建立了相互啮合的齿轮在考虑子系统失效相关下的联合寿命分布模型,紧接着建立了其考虑不确定性和失效相关下的可靠性优化设计模型,得到了相应设计参数的最优取值,最后与原始方案进行了比较分析。
  (3)为改善箱体的静力学和动力学性能,避免求解复杂的动力学平衡方程,建立了箱体的参数化模型,在参数化模型的基础上对箱体进行了相应的仿真分析。通过分析仿真试验数据得到箱体的固有频率、体积、形变、应力与设计变量间的径向基代理模型,进一步建立了箱体的可靠性优化设计模型并求解得到了最优解,最后通过仿真分析验证了本方法的可行性。
[硕士论文] 陈凯旋
机械工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:针对井下液压钻机角度调节不便的问题,调研了锚杆钻机、架柱式液压钻机、全液压坑道钻机、履带式液压钻机的功能和结构,重点分析了以上四种钻机的角度调节装置。选定座架式液压坑道钻机为研究对象,针对其结构特点开展了分度机构的探讨和设计,经过对比几种传统标准件的分度功能,选定行星轮式旋转装置作为分度机构,该分度机构由行星轮系与转向台装配而成。
  以ZDY2300S型坑道液压钻机为参考,建立了分度机构的数学模型,计算出了行星轮式旋转装置的受力载荷,按照齿根弯曲疲劳强度设计准则,设计出了太阳轮、行星轮和内齿轮的尺寸。之后,设计了与行星轮系结构相匹配的转向器,转向器主要包括连接板和转向台两个部分,连接板是ZDY2300S型钻机给进装置与行星轮旋转装置的连接部件,转向台是连接板的重力承载件和功能实现载体。在分度机构设计完成之后,设计了与之相配套的剪叉式液压升降平台和固定部件。以2000kg最小载重,计算出了升降平台液压缸的各项尺寸,完成了液压缸的结构设计。参考座架式钻机现有的固定方式,设计了相应的固定部件,包括横柱、分度圆轨和抱箍等连接件。
  对所设计分度机构、剪叉式升降平台和固定部件进行了结构的线性静力学分析,对行星轮系和机架装配体进行了模态分析,对太阳轮和行星轮的啮合进行了瞬态动力学分析。通过有限元分析得出了相应结构的整体位移、等效应力等云图,根据分析结果判定结构的强度、刚度和稳定性满足设计要求。最后采用ANSYSworkbench响应面优化模块对转向器和液压升降平台进行了尺寸优化设计,并对转向台进行了结构的拓扑优化,实现了轻量化设计。
[硕士论文] 张迪
机械工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:设计了一种利用内曲线液压马达作为执行部件的手持式全液压钻机,在钻机外壳所形成的内腔之中还设计了一款符合钻机工作需求且尺寸大小相当的溢流节流阀装置,为保证钻机内部结构设计合理且紧凑,钻机内部所有液压元件均是通过零部件自身的契合相连接。同时为了使手持式全液压钻机达到一定的工作转速,利用行星齿轮传动的原理设计了增速器装置。
  基于内曲线液压马达的工作原理,并考虑到马达运转时对定子内曲面的磨损情况,内曲线液压马达采用由导向滚轮传递切向力的结构形式。对内曲线液压马达的基本参数进行设计计算,并对马达旋转、扭矩的均匀性合理分析。采用幅角修正等加速曲线对其幅角进行分配,建立导轨曲线的运动方程,并绘制导轨的曲线图以及内曲线液压马达的运动特性图。
  考虑到手持式全液压钻机的整体尺寸不宜过大,在普通节流阀的基础之上,设计一款溢流节流阀装置,对进入钻机内部的液压油的压力合理分配,且该装置对整个液压系统起到一定的过载保护作用。为实现手持式全液压钻机的正反转功能,设计了能够使内曲线液压马达进、出油口交换的调节手臂装置。在手持式全液压钻机的机体上部外壳上设置与溢流节流阀连接的调速旋钮,通过改变液压油进入溢流节流阀的通流面积,实现钻机的速度调节。
  由于内曲线液压马达只适用于低速大扭矩的工作环境,采用行星齿轮传动的的方式,通过验证行星齿轮传动四个基本条件,并进行了合理的配齿计算,设计了手持式全液压钻机的增速器装置。
  利用节点法的集中思想,建立一个手持式全液压钻机的节流调速回路,利用Simulink的仿真分析功能,建立了溢流节流阀和内曲线液压马达的仿真模型,并对内曲线液压马达运转的稳定性进行仿真分析,找出提高内曲线液压马达运转稳定性的方法,从而使得手持式全液压钻机平稳的运转。
[硕士论文] 李嘉维
机械工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:煤层液压钻自动纠偏装置作为现代化的机械装置,基于纠偏原理,结合了石油、天然气行业中垂直井纠偏装置的特点,利用液压装置提供纠偏力,并且在圆周上四个方向分别布置一个微型液压缸,保证纠偏后钻杆柱的对中性,并且采用蓝牙传输数据的方式进行纠偏控制,能够快速、高效地实现纠偏作业,这极大地方便了煤炭井下工作人员的操作。
  本文针对不同直径井眼,制定了不同的纠偏方案。对于小井眼直径可采用扶正器组合的方法控制井眼轨迹;对于较大井眼可设置纠偏装置对其进行轨迹纠偏。对于纠偏装置,根据材料力学中的挠度计算方法建立方程,通过计算该方程的解来确定纠偏装置的合理安置点,并算出纠偏力的大小。然后根据纠偏力的大小进行纠偏装置中液压装置的设计。但整个纠偏装置能否很好适应井下工作还需进行仿真分析。
  本文利用ANSYS进行装置的仿真研究,建立模型后利用Fluent和Static Structural进行耦合。首先针对不同的流体材料进行仿真分析,在结果中,查看其三维状态下的压力、速度、流线的分布情况和二维状态下其压力、速度、流线的分布情况。对于上返泥浆液的仿真则做了多组对比。结果发现,不论下入的钻井液还是上返的泥浆液,其都在纠偏装置所在位置发生速度变化,速度数值上有显著提高。
  本文根据流体仿真的结果,转换数据到静力场中进行耦合分析,将流体仿真中产生的压力数据加载至钻杆柱和纠偏装置上,观察其结果,钻杆内部的钻井液压力对钻杆柱和纠偏装置的影响并不大,属于其材料可承受范围之内,相同的,泥浆液对纠偏装置也是有作用力的,但是这个作用力产生的形变和应力是比较小的,对其不会有太大影响。但是,泥浆液对钻杆的影响是非常明显的,形变影响较小,但应力过大,因此要改选相同公称直径、壁厚较厚的钻杆。这说明本文中纠偏装置的设计符合井下作业要求,可以面对井下泥浆液和钻井液的冲击。
[硕士论文] 黄鹏
机械工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:尽管不可再生能源终将被新能源所取代,但是煤炭资源在现在的能源消耗中所占比重依然很大,提高煤炭资源的开采效率也显得尤为重要。采煤效率的提高,关键是提高采煤工作面的机械化、自动化水平。目前,国内采煤工作面常用设备中液压支架和刮板输送机均已实现自动化,而采煤机的自动化水平相较国外有待进一步提高。采煤机滚筒自动调高技术是制约采煤机自动化水平的关键技术之一,采煤机滚筒自动调高技术的研究手段包括理论研究、仿真研究和实验研究。从实验研究的角度出发,作者所在的课题组设计了采煤机调高实验装置。
  在采煤机调高实验装置机械和液压结构部分设计完成的基础上,论文完成了其电气部分的设计,即设计了采煤机调高实验装置的监控系统。首先对采煤机调高实验装置监控系统进行了总体设计,监控系统为三层式控制结构,具体为设备层、控制层和控制管理层;接着对设备层的数据采集系统作了选型设计,包括振动传感器、压力传感器、电流传感器等传感器和信号调理器以及数据采集卡选型;然后进行了采煤机调高实验装置的电机控制线路设计,对线路中的配电电器作了选型和集成设计了电控柜;其次设计了控制层的下位机PLC控制系统,明确了PLC控制要求,对PLC主机单元和扩展单元进行了选型设计,设计了PLC控制程序,包括电机启停控制程序、模拟量采集程序、开环控制程序和闭环PID控制程序;然后设计了控制管理层的上位机组态监控软件,给出了组态监控软件的设计要求,阐述了设计步骤,完成了监控画面设计并且建立了标准数据库;最后设计了实验对采煤机调高实验装置监控系统进行了验证,在实验过程中详细说明了上位机PC与下位机PLC以及上位机组态监控软件与下位机PLC之间的通讯方法。
[硕士论文] 梁涛
机械工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:现阶段,我国矿山井下清理钻场中矸石的主要方式是依靠人力完成的。由于钻场空间十分狭小,一般工程机械无法进入进行作业。这种人力清理方式十分耗时耗力,还直接制约了井下作业的自动化。由于研制适合在钻场作业的小型装载机刚刚起步,因此对此装置的液压系统的研究具有十分重要的意义。
  本文参照某地下装载机参数,依据钻场的实际工况,设计出煤矿井下钻场小型装载机的液压系统。根据小型装载机在钻场工作的工况,对液压油缸、行走马达、电机等元件进行了参数计算,以此为依据对液压系统的相关元件进行了元件选型。对小型装载机液压系统进行了泵站设计,设计了泵站的各个集成阀块和油箱,将各部件装配为液压泵站。根据地下小型装载机液压系统的控制要求,设计了此装置的PLC控制系统,并对控制系统的硬件进行了选型,输入输出口进行分配,对PLC进行了硬件选型和控制程序的编写。在AMEsim软件中建立了和地下小型装载机相匹配的仿真模型,通过之前的计算得到的数据,设置仿真参数,对设计的液压系统进行了仿真,分析了各个子系统的流量特性、压力特性、油缸活塞杆的位移特性,仿真结果表明所设计的液压系统符合设计要求,同时也为改善设计提供了必要的指导。
[硕士论文] 杨娇艳
机械工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:随着煤矿采掘速度的提高,煤巷快速、安全的支护成为进一步推动煤炭采掘机械化的重要环节。由于传统的U形棚支护成本高、工人作业强度大、可靠性差,已经不能满足煤炭生产机械化进程和高效高产的实际需求,锚杆支护以其操作方便、劳动强度低、支护可靠性高、支护成本低等优势,已经成为现阶段煤巷支护的主流。目前,综掘工作面锚杆钻机一般与掘进机配合作业,一般是机载锚杆钻机加载于掘进机之上两者相互配合协同作业,但是机载锚杆钻机的加载易遮挡掘进机司机的视线,存在一定安全隐患;另外,机载锚杆钻机的加载增加了掘进机的重量,增大了掘进机卧底可能性。基于以上情况,本文提出的巷道支锚作业平台,可以有效解决上述问题。
  首先对巷道支锚作业平台的作业原理进行阐述,校核了若干承重部件的结构强度,主要分析了作业平台、主梁、作业平台支撑摇臂等在承受负载情况下的强度。
  根据巷道支锚作业平台总体参数及各零部件动作顺序,设计改进了作业平台支腿、平台主板、平台链接机构、液压抽屉、液压支腿,分析研究了机载锚杆钻机的结构,了解钻机各部分功能,并对锚杆钻机、液压马达进行选型设计。
  分析了锚杆钻机的作业原理,建立了锚杆钻机纵向运动模型以及纵向振动运动学方程,计算了钻柱纵向振动固有频率,利用ANSYS软件对钻柱的纵向振动特性进行分析,为钻柱稳定性研究提供参考。
  研究了钻柱扭转振动形式,建立钻柱扭转振动的物理简化模型,建立钻柱扭转振动的数学模型,并且计算钻柱的临界转速和扭转振动的固有频率。利用有限元软件分析了钻柱的扭转振动特性,分析了钻柱横截面积、钻柱长度对其扭转特性影响,为钻柱的扭转振动特性研究提供参考。
[硕士论文] 刘丹丹
机械工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:在煤矿企业开采煤矿的过程中,由于矿井内突水、透水易发生矿井水灾,无法保证井下正常的生产和安全,井下排水系统担负着煤矿井下安全生产的重任,一直是生产当中的重中之重,矿井潜水泵由于其灵活性可在地面进行正常工作,解决煤矿企业矿下施工排水的难题,能有效满足正常工矿开采、矿井下突水以及透水时能及时排水的需求。矿用潜水泵运行环境恶劣、运转情况复杂,所以对于其安全性和可靠性要求极为重要。
  相比电动潜水泵,风动潜水泵由于采用压缩空气作为动力源,安全性好,使用成本低,便于携带并且应用灵活,因此在煤矿井下中小规模排水作业时应用较广。但是由于风动潜水泵在井下非连续工作过程中易出现轻载或空载,其极限转速可高达12000r/min~16000 r/min,此时水泵转速过快,极易造成“飞车”现象,造成涡轮叶片和泵体侧壁破碎,存在极大的安全隐患。为了防止“飞车”现象的发生,实现安全可靠、连续无人值守的自动化排水作业,急需一种自动限速风动潜水泵控制系统。
  论文研究的重点是:针对风动潜水泵轻载或空载运行时的出现的“飞车”现象,设计轻载或空载时自动限速“防飞车”风动潜水泵控制系统,提出相关的基本原理和设计相关的实验验证方法,并对气动控制系统进行仿真分析,根据气动控制系统结构图,在仿真软件AMESim中搭建气动控制系统的仿真模型,验证自动限速系统对风动潜水泵的正常工作无影响,通过设计实验和工业实验,实现风动潜水泵的自动限速,提高了矿井潜水泵监控的自动化。具体内容如下:
  首先,论文从自动限速控制系统的总体设计入手,对气动控制系统、液位控制系统的结构设计进行了介绍;其次,对防爆箱体框架的进行了设计制造,对电-气系统元器件进行选择,根据自动限速风动潜水泵控制系统设计了模拟实验,并验证了功能;再次,对自动限速风动潜水泵控制进行工业实验,对自动限速技术进行调试和研究,最后,基于AMESim仿真软件,验证自动限速系统对风动潜水泵的正常工作无影响。
[硕士论文] 程江峰
机械工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:粉尘是煤矿井下主要自然灾害之一,其不仅影响矿井下的工作环境,且在一定条件下会发生爆炸,严重威胁矿井生产安全和工作人员身心健康。随着矿井机械化水平的不断提高,井下粉尘量也越来越大,一套合理、有效的除尘装置变得极为迫切。本文以超音速气雾化喷头为研究对象,利用工作面管网中的压风和压水,通过喷头形成气雾捕捉粉尘,可以有效的降低煤矿井下粉尘颗粒浓度,净化空气质量,杜绝了粉尘爆炸事故的发生。其主要研究内容如下:
  1.以二维平面为计算域,不考虑气流压缩性和喷管结构的影响,在不同超音速横风下对液柱一次雾化、液滴二次雾化和激波雾化机理进行数值模拟分析。
  2.根据对雾化机理和拟一维喷管流动解析解,设计拉瓦尔喷管结构曲线以及三种不同液膜环缝的形状、位置的内喷管,建立超音速气雾化喷头三维模型。
  3.考虑气流的压缩性,对超音速气雾化喷头内喷管气流加速特性研究,通过数值计算软件Fluent对超音速气雾化喷头二维模型气-液两相雾化和三维模型工作环境下气雾化流场的模拟验证。
  根据液柱一次雾化模拟结果,得到液柱横风下雾化粒度状态和穿透深度动态图,并拟合得到横风速度与液柱直径对穿透深度的经验公式;根据液滴横风下的二次雾过程的可视化模拟结果,解释了液滴从表层液的蠕动、变形到完全破碎为二次液滴的物理原因;尝试激波脉冲作用下对液滴的的雾化模拟;对所设计内喷管模拟得到气流加速特征曲线,并通过气-液两相紧耦合VOF+Level Set模型模拟,得到内喷管压力、速度、湍流强度等分布云图;对超音速气雾化喷头三维模型除尘工况模拟,得到气雾卷吸污风的三维流场。
[硕士论文] 孙光成
机械工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:由于矿用手持钻机用于煤矿井下及周围介质中有甲烷、煤尘等爆炸性混合气体的环境中,从安全角度考虑,煤电钻存在安全隐患;风煤钻钻孔能力小,且体积大,噪声大,工作产生灰尘大,工作环境恶劣,人工操作风煤钻较为困难。针对以上问题,本论文设计了一种新型手持式矿用钻机设备,该设备以静力平衡液压马达作为动力源,使用行星齿轮轮系增大转速,利用钻头的切割性能进行煤岩石的钻孔。
  本文对钻机进行主体结构设计及尺寸计算,并设计钻机的整体液压回路,合理布置马达和行星轮系的结构;对马达的主要零件参数进行设计计算,选择行星齿轮的配齿数以及变位系数,校核齿轮接触疲劳强度以及弯曲疲劳强度。
  对静力平衡液压马达的部分重要零件进行受力以及运动分析,并计算分析马达的流量特性,对曲轴的0初始角度时的受力进行分析,并校核此时曲轴的强度,由于曲轴最主要受到周期旋转的弯矩的作用,所以主要是疲劳强度的校核;对活塞的位移、速度、加速度进行分析,对钻机整体的机械效率进行了计算。
  建立钻机液压回路,利用液压回路的流量关系使用可压缩流体连续方程推导出流量数学关系,同时对钻机输出端使用扭矩平衡建立数学关系,使用拉氏变换求解液压回路传递函数以及钻机扭矩传递函数。借助Matlab中的Simulink模块建立仿真模型,研究静力平衡液压马达的扭矩特性。
  用三维建模软件SolidWorks建立钻机的三维模型,使用Ansys中的workbench模块对曲轴零件进行网格划分,并完成曲轴的模态分析,研究曲轴的低阶固有频率,以及振型。防止液压马达曲轴传动发生共振导致疲劳破坏。
[硕士论文] 吕云逸
机械工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:钻井泵是石油钻机的心脏,是石油开采重要的设备。钻井泵的工作状态甚至能直接影响整个钻探工程的进度。对于钻井泵的改进从来没有停止过,这些改进包括了整体结构的改进、性能参数的提高、设计思路的改进以及设计方法的改进。参数化系统设计则是属于后面一种:设计方法的改进。因为钻井泵的设计是一种繁复的工作,尤其是钻井泵发展了一百多年后,许多设计已经成熟,将这些已有的资源整合到一起,开发出一套能够快速的、个性化的设计方法是有必要的。
  首先,在对钻井泵的理论研究的基础上,参考国内外的先进设计方法,结合钻井泵生产厂家的设计制造经验,以三缸单作用钻井泵为研究对象,在此基础上设计钻井泵的管路系统以及关键零部件钻井泵泵阀,并使用VB编程软件、SolidWorks三维建模软件及其二次开发功能、数据库软件SQL Server这三款软件,编写了一套参数化设计系统。该系统能够实现泵阀和管路系统零部件的理论计算、理论校核、图纸绘制和数据保存和调用等功能,系统中的人机交互功能可以帮助用户轻松的完成一整套的设计。
  其次,使用Fluent软件对泵阀阀隙流场进行分析,研究流场的流动规律,从仿真结果中得到流体的速度云图以及流线分布图,找到最大流速位置,结合实际使用中泵阀失效情况,找出钻井液对泵阀及阀座的冲蚀对泵阀的影响,以此为根据为延长泵阀的使用寿命提供合理的参考建议。
  最后,将参数化系统中的得到的泵阀的三维模型导入有限元分析软件ANSYS中,使用ANSYS对泵阀进行刚度分析,验证其可靠性;根据仿真结果找出泵阀的最大应力位置,最大形变位置,分析危险点的产生原因,对泵阀结构设计的改进给出合理建议。
[硕士论文] 余南南
机械工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:锚杆钻机是井下支护设备的关键,其使用时间长、频率高。随着井下开采速度的提升,快速锚固成了必须解决的问题。为了提高钻孔效率节省钻孔时间,改进现有钻进技术和钻孔设备是最直接的办法。本文针对现有钻孔技术和设备进行了研究。
  通过阅读文献和资料,了解了目前常用的两种钻进技术:旋转冲击技术和扭转冲击技术。作者通过对比两种技术的优缺点,选择了最适合锚杆钻机的旋转冲击技术。对现有锚杆钻机的种类和结构进行了研究,在MQT系列锚杆钻机基础上,设计出来旋转冲击式锚杆钻机。旋冲式破岩切削面积和损伤面积都要大于常规破岩,根据此理论对锚杆钻头进行改进,设计出了旋转冲击式锚杆钻头。
  使用有限元分析软件ABAQUS对钻头破岩过程进行模拟,发现钻头破岩过程中密实核不断产生和破裂。对比冲击破岩技术和常规破岩技术破岩效果,发现冲击破岩切削深度更大。通过对比椭圆形和半圆形切削片入岩深度,发现椭圆形切削片更适合旋冲式钻进。对不同后角的切削片进行切削模拟,发现旋冲破岩时后角25°的切削片破岩效果最好。将锚杆钻头单切削片的设计改进成双切削片并进行对比,验证了双切削片的合理性。
  本文针对实际问题进行研究,对现有设备进行改进,设计出了旋冲式锚杆钻机和钻头,通过软件模拟分析其结构的合理性。为解决快速锚固问题提出了一种解决方案。
[硕士论文] 王辉
电气工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:我国精煤的获取途径主要是通过跳汰选煤技术来实现的,而跳汰机在跳汰选煤中一直扮演着一种极其重要的角色。但是由于在跳汰选煤的过程中会受到多种因素的影响,往往这些影响因素之间并非独立而是有一定的联系,不好控制,使得对原煤的分选效率也会大大下降。一般来说跳汰过程可分为两个步骤:第一步是对原料进行分层,第二步是精煤的分离。而充分的原料分层又是精煤分离的重要前提,因此跳汰选煤最主要的核心部分是通过跳汰室内运动的水流对原料按密度的不同进行分层,水流的运动轨迹直接影响原料的分层效果。我们所研究的跳汰曲线实际上就是研究水流的运动轨迹,因此通过适当的改变跳汰曲线的周期观察能否改变原料的分层效果,本系统设计的目的就是实现多种跳汰周期的试验装置。
  本系统采用LCD12864液晶屏作为显示和操作界面,配合专用的按键进行设置并可发送控制命令。选用可靠性高的PIC16F887作为控制芯片,输出PWM脉冲来对步进电机的转动轨迹进行控制最后带动隔膜运动从而实现多跳汰周期的跳汰模型设计。实验过程中利用高速摄像机以及相应的图像处理软件ProAnalyst来测得跳汰室内水流脉动的波形,得到相应的跳汰参数与理论值相比较看两者是否吻合,最后经过多次实验的验证完成了本控制系统的设计。
[硕士论文] 闫迎春
矿物加工工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:逆流永磁湿式磁选机是目前重介质选煤厂最主要的介质回收设备,因其结构简单、生产效率高、介质回收率高等显著优点,已经得到广泛的应用。然而,当前介质耗损仍然是重介质选煤厂最严重的问题之一,重介质选煤厂存在最主要的问题仍是磁性介质损耗,给生产和经济带来了很大负担。目前对于提高逆流永磁湿式磁选机分选效果的研究,主要为技术和管理两个方面,通常根据现场经验,调整生产工艺和加强生产管理,效果不明显且推广性不强;对于设备创新,理论不成熟,新型产品研发周期长,用于生产应用周期更长,且费用高。
  本文利用筛分、煤质分析、磁选及XRD等多项试验组成,针对动力煤和炼焦煤,从煤质特性、入料特性、入料矿物组成和介质特性四个方面试验研究了影响逆流永磁湿式磁选机分选效果的规律,同时从理论上分析了该类型磁选机的磁场特性对分选效果的影响,得到了以下6方面的结论:1)煤质特性对磁选机分选性能的影响规律;2)不同粒度分布的最佳入料固体浓度范围;3)入料粘度和入料浓度、入料粘度和入料中矿物组成之间的关系及入料粘度对磁选效果的影响;4)磁选机分选性能受入料磁性物含量的影响;5)入料矿物组成对磁选机分选性能的影响;6)介质特性对磁选效果的影响。以上对逆流永磁湿式磁选机分选效果的影响规律,对现生产运营的重介质选煤厂磁选设备降低介质消耗具有指导意义,对新型磁选设备研发有着很好的参考意义。
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