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[硕士论文] 王喆
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着现代矿井的建设进程不断加快,一次提升量和提升速度不断增大,立井提升导向装置是影响提升容器稳定性的重要因素,其中刚性罐道和滚轮罐耳作为导向装置的主要组成构件,对其存在的关键问题进行研究是推进矿井安全高效提升的基础。为得到罐道和罐耳的力学性质,需要对其进行详尽的静力学和动力学分析并验证。
  本文主要对罐道结构刚度和滚轮罐耳的整体刚度及动态响应特性进行研究,主要从以下四个方面进行:
  1.以刚性罐道、罐道梁结构三种计算模型为研究内容,通过对其进行理论计算和ANSYS有限元仿真,得到移动载荷作用下简支梁模型、三跨连续梁模型以及空间网格结构模型挠度特性对比。并且对罐道、罐道梁空间结构进行了模态分析。
  2.建立L35滚轮罐耳三维模型,首先通过计算得到聚氨酯胶轮的刚度特性和九片碟簧对合组合方式的刚度曲线,并将罐耳的摆臂简化为连杆机构,得到水平力和压缩缓冲装置的轴向力的换算关系,推导出滚轮罐耳承受最大水平下的理论行程;然后应用ANSYS Workbench对滚轮罐耳进行仿真,得到其静态等效刚度随水平力变化的规律;最后通过滚轮罐耳静刚度实验台对仿真结果进行验证。
  3.针对滚轮罐耳进行动力学特性分析,使用ANSYS Workbench对滚轮罐耳进行模态分析,得到其各阶固有频率与振形。使用ANSYS与ADAMS联合仿真建立滚轮罐耳的刚柔耦合动力学模型,将罐道缺陷分为三类,将提升速度分为四个阶段,以水平位移量为激励信号,以滚轮罐耳摆臂前轴轴心标记点为动力输出点得到不同工况下滚轮罐耳对罐道缺陷的时域动态响应特性。
  4.通过ADAMS振动分析模块对滚轮罐耳虚拟样机模型进行振动分析,得到频域特性,并将不同刚度和阻尼特性下频率响应曲线进行对比,得到缓冲装置对滚轮罐耳整体振动特性的影响。
  通过对立井提升导向装置的建模和分析,得到了罐道结构和滚轮罐耳的静、动力学特性,分析了不同提升速度下,罐耳对罐缺陷的动态响应特性,可为设计计算高速重载罐道和罐耳提供一定的依据。
[硕士论文] 秦亚洲
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:在我国,煤矿井下开采约占煤矿开采比例97%,作为井下提升设备的液压绞车因安全性好、功率高,提升载荷大的特点在煤矿领域应用十分广泛。但由于绞车工作环境恶劣,导致其传统结构难以达到作业要求,另外,传统绞车控制系统大多为手动开环控制,导致其调速精度低,平稳性差及驱动与制动系统协调性不高,严重影响了绞车作业安全。为了使绞车结构更好符合作业要求并改善其控制性能,设计了绞车结构和绞车电液控制系统。使所设计的绞车结构合理,提高了绞车的控制性能。本论文主要研究工作及结论如下:
  (1)依据原始参数,设计了液压绞车整体结构并对电动机,液压马达及密封圈进行了选型分析,计算出钢丝绳缠绕层数及理论最大提升高度,依据公式对钢丝绳、大小齿轮,轴承及滚筒完成了强度校核。
  (2)利用ANSYS-Workbench软件,完成了液压绞车关键构件的静力学分析。结果表明:通过对滚筒仿真分析,使得改进后的滚筒应力分布合理,筒壁厚度由原始95mm优化至67mm,滚筒总重量减少27.6%;通过对小齿轮轴仿真分析,在其轴径变化处将圆角尺寸由R5增大至R10,使得改进后的寿命由15年提高至17年;对箱体和滚轮作静力学分析使其达到了绞车作业要求。
  (3)设计了新型液压绞车电液控制系统。与传统液压绞车控制系统相比,该系统采用电液比例换向阀,电液比例溢流阀及普通液压控制阀相结合的设计方式,在简化系统的基础上,实现了对绞车更为复杂的控制。
  (4)利用AMESim软件,搭建了液压绞车电液控制系统模型并对其性能进行了仿真分析。结果表明:该电液控制系统提高了绞车自动化水平,实现了速度闭环反馈调节;在辅助制动系统的参与下,降低了绞车在启动阶段的速度波动幅度,速度调整时间由传统4s减小至3s左右,改善了系统的速度跟踪性能;驱动与制动系统具有较好的协调配合性,使绞车在作业过程中运转平稳,增强了绞车的作业稳定性和可靠性。
[硕士论文] 宋佳伟
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:滚轮罐耳作为立井提升系统的导向装置,是立井提升系统的重要部件,其力学性能对立井提升系统有重要影响,为了满足立井提升系统安全、高效的需要,进行滚轮罐耳的刚度性能的研究十分必要;刚度曲线是滚轮罐耳的主要性能参数,为了能够科学地评价滚轮罐耳质量,本文建立了滚轮罐耳刚度实验台,进行了实验台结构及控制系统设计,主要包括以下三个方面:
  (1)通过Hertz弹性接触理论模型的对比建立,说明实验台搭建的理论基础,并应用了有限元分析软件(Ansys Workbench)对实验台运动的关键零部件进行了理论计算与有限元的仿真分析;
  (2)采用计算机辅助测控技术CAT(Computer Aided Test),对整个液压系统进行了设计和元件选型,利用PLC(Programmable Logic Controller)进行编程,实现PLC对液压系统的实际控制;
  (3)对实验台硬件,包括传感器、数据采集卡等,进行选型设计,通过NI OPCServer和DataSocket实现了LabVIEW与PLC的通讯,采用串口通讯,设置端口、压力和位移的上下限、数据采集卡号、数据发送口和接收口等,并利用文件存储模块,实现数据采集后的数据保存及后处理功能。
[硕士论文] 林玲
机械工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:煤炭行业作为我国的传统行业,经过这么多年的发展,对于煤矿生产运输过程的安全问题从未忽略。这么多年来,对于煤炭行业生产的安全方面的研究也一直都在持续进行着。从动力学的研究角度出发,研究人员及学者一直都在不断地研究提升系统的设计安全性、控制系统的安全性、制动系统的安全性以及操作和使用维护的安全性等,这些研究为提高生产效率与降低事故的发生率提供了有效的参考。
  在本文的研究中,第一章为绪论部分,主要是矿井用多绳摩擦式提升系统和制动系统的国内外研究现状以及本文研究的目的和意义。第二章是基于Udwadia-Kalaba理论的动力学建模的详细介绍。
  第三章和第四章主要基于Udwadia-Kalaba理论对塔式摩擦提升系统和落地式摩擦提升系统分别建立七自由度、五自由度模型,动力学分析过程中,考虑提升系统和制动系统在工作过程中的阻尼,得到最终的动力学方程,然后根据动力学方程,找出影响钢丝绳防滑安全的影响因素,主要包括钢丝绳的选型、提升钢丝绳及尾绳的数量、各段钢丝绳在运动过程中受力形变量以及在实际工作中的矿井阻力等。在以上得到的基于Udwadia-Kalaba理论的提升系统的动力学方程基础上,对实际算例利用Matlab进行仿真分析,得到提升系统在工作过程中,摩擦轮两端钢丝绳的张力及张力比,最后结合《煤矿安全规程》的要求及实际情况,验证其正确性。
  在第五章对制动系统安全制动的制动安全研究中,首先考虑制动系统的阻尼,然后基于Udwadia-Kalaba理论的制动系统的动力学方程,再找出制动系统与提升系统之间的相关联部分(卷筒)的运动学关系,最后得到影响制动系统制动安全的几个相关因素,即提升速度大小、制动器对制动盘的正压力大小以及摩擦因素大小,再利用控制变量法,分别针对提升系统不同的提升速度、卷筒受到的不同的正压力以及接触面间不同的摩擦因素,利用Matlab软件进行仿真分析,得到不同提升速度、不同的正压力以及不同的摩擦因素时的制动减速度随时间变化的图像,最后结合《煤矿安全规程》的要求及实际工矿,验证仿真分析的合理性。
[硕士论文] 赵夏云
机械电子工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:中国作为矿业大国,对于矿井机车无人驾驶系统的研究与应用,能够提高中国采矿效率,减少矿难事故的发生,保障矿工人员的安全,具有很大的经济效益和社会效益。然而,对于矿井机车无人驾驶系统的研究都是处于功能性的实现,很少有对其系统的稳定性、故障诊断方法等做出研究。本文主要创建了一种自适应模糊故障Petri网模型,对模型引入改进的粒子群算法进行参数优化设计,并将此模型应用于矿井机车无人驾驶系统中,实现对故障的自适应推理与诊断。
  本文的主要工作包括:
  1、对Petri网技术的改进研究,以基本Petri网作为理论基础,运用模糊化的语义表达定义模糊规则表达式,提出自适应模糊故障Petri网模型,并将模型中故障传播并发过程用矩阵的形式表达,用于推导出故障传播过程推理过程的置信度计算算法以及用于故障诊断反向推理的诊断推理算法。
  2、对Petri网模型的自适应参数优化调整,采用合适的算法对参数优化设计,分析算法与模型结合时的参数初始值设定规则,故障模型的实际化应用的转变,提出优化训练调整参数步骤、故障知识库的更新添加,实现诊断方法的自学习能力。
  3、对矿井机车无人驾驶系统进行故障分析,运用系统分层分析的方法对系统的故障进行逻辑分类,在分析其结构原理的基础上,将其与Petri网模型相结合,提出各部分系统的模糊规则表达式并创建模糊故障Petri网模型。
  4、将故障推理、诊断分析方法运用到矿井机车无人驾驶系统,对其进行分析判断,提出各个系统中常见的故障传播途径并诊断出发生某一故障最大可能导致的原因。
[硕士论文] 薛健健
机械工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:科学技术在不断发展,其应用领域也在不断的扩大,在煤矿行业上的应用体现在矿井的立井提升系统中。罐道、罐道梁、滚轮罐耳和提升容器作为立井提升系统的重要组成部分,其安全性能和使用寿命也在不断提高。立井提升的作用是人员安全的升降、煤炭的运输和机器设备的检修,当提升系统中任何一个设备在正常运行中发生故障,这将直接影响煤矿的生产和经济效益,重则可能造成人员伤亡。目前立井提升系统朝着安全、高效的方向发展,随着提升速度的提高和一次提升量增加,对滚轮罐耳的力学性能要求也越来越高。滚轮罐耳作为立井提升系统的导向装置,其力学性能对立井提升系统有重要影响,当其产生故障时会影响到罐道和罐笼的振动行为,也会诱发整个系统产生故障,尤其在高速运行下更为显著,最终将破坏矿井的安全运行。因此,为了满足立井提升系统安全、高效的需要,进行滚轮罐耳的刚度性能的研究十分必要。
  本文针对滚轮罐耳,分别采用结构性能分析、刚度性能分析、仿真模拟和实验测试四种方法,在不同负载下的刚度性能进行了分析研究。主要研究工作如下:
  (1)阐述了立井提升系统、滚轮罐耳的结构特点、不同滚轮罐耳的性能分析和滚轮罐耳的发展方向。
  (2)根据滚轮在外载作用下的变形情况,利用Hertz理论推导了滚轮与罐道之间力学性能。在外载的作用下,作用力通过支架传递到缓冲器上,根据碟形弹簧的特点得到缓冲器的变形情况。
  (3)基于ADAMS运动仿真,对滚轮罐耳模型进行仿真分析,探讨了滚轮罐耳在承受径向载荷时,滚轮和缓冲器的位移变化分析,滚轮罐耳的刚度随外载的变化规律。
  (4)搭建了滚轮罐耳静态刚度测试试验台,介绍实验台的组成部分,以及各组成部分结构设计。
  (5)进行了滚轮罐耳的径向静刚度测试,得到刚度特征曲线。同时测试结果和仿真结果进行了对比分析,在趋势上得到较好的一致性,通过多次实验对比,验证了测试方法良好的重复性。深入了解滚轮罐耳的刚度性能,获得了滚轮罐耳的刚度参数。
[硕士论文] 丁雪松
机械工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:提升设备的性能影响着煤矿生产的效率和可靠性,立井提升设备又肩负着煤矿提升、生产运送、工人运输等任务。随着煤矿技术发展,矿井采掘深度不断加深,增加了对提升设备安全性的考验。因此,设备的安全稳定运行至关重要。
  如果采用传统的检测方法,不但会影响生产过程,而且检测不准确、速度慢。针对这种情况,本文提出的检测方法是对罐笼的运行状态参数的采集,再分析振动信号的特征,以此来甄别故障种类。分别在提升容器满载、轻载、高速、常速的状态下,采集罐笼的振动加速度数据,再分析不同速度和不同载荷与振动加速度输出的关系。本文的研究工作包括:
  建立罐笼—罐道竖直方向动力学模型,以罐道各种故障状态为激励源,探究了在各种工作状态下罐笼振动加速度输出和罐道故障种类的联系。
  利用Simulink对罐道的各种缺陷:异常凸起、台阶凸起、弯曲激励、倾斜激励、表面不平顺等进行仿真,模拟的结果表明:随着罐笼载荷的增加,罐笼的输出加速度振幅随之减小;而随着提升速度的增加,输出加速度振幅随之增大。
  建立罐笼模型并进行模态分析,确定了罐笼在不同扰动频率下的最大振动响应位置,为传感器的布置位置和数据采集奠定了基础。
  拟定了实验方案,对新庄孜矿的某台罐笼,分别进行了常速重载、常速轻载和快速轻载三种工况的数据采集。对采集的数据进行小波降噪,分解降噪后的信号,根据故障的实际频带,重构有用信号,进行故障诊断,分析了振动加速度和上述工况的联系。实验为今后罐道的检修和设计安装提供了指导,同时也表明仿真模型适用于实际情况。
[硕士论文] 江厚祥
机械工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:深井提升钢丝绳的疲劳和安全性问题直接关系着提升系统的可靠性,现在许多矿井的开采深度已经达到千米级别,但是钢丝绳的实际使用时间在许多矿井反馈显示都远小于《规程》要求的时间,经常出现提前破坏不得不更换钢丝绳的情形,这也给矿井生产带来困扰,所以研究深井提升钢丝绳的疲劳和安全性问题,可以为解决深井提升钢丝绳的使用时间短的问题提供建议和指导。
  本文以多绳摩擦提升系统为研究对象,首先计算了立井提升系统中提升钢丝绳的几个关键点的应力计算方法,然后分别对两个提升高度具有典型意义的矿井的应力作了数值计算。同时为了得到较为准确的钢丝绳的交变应力结果,对矿井的不同工况条件下的交变应力作了分析计算,得到在匀速工况下的到的交变应力的幅值范围是大于实际工况的应力幅值范围,所以它的结果可以代替实际工况来作应力分析。
  在应力分析的基础上,对提升钢丝绳作应力疲劳分析,疲劳分析的过程分为危险点的确定和交变应力的幅值对疲劳寿命的影响。分析的结果显示,在深井提升系统中,钢丝绳的疲劳寿命较短,基本在半年到一年左右,而浅井的钢丝绳能满足设计要求的使用寿命;同时交变应力的幅值大小也会影响钢丝绳的疲劳寿命,当应力幅值越大,钢丝绳疲劳寿命降低的越快;为让深井提升钢丝绳的使用时间更长,采取降低提升容器载重的办法,实现了对深井提升钢丝绳的使用时间的延长。
  提升钢丝绳的安全性问题一直是钢丝绳的设计选型的关注问题,我国传统的钢丝绳的选型上的安全系数的计算方法被普遍认为偏大,因此对国内和欧盟的钢丝绳的选型设计的方法作了分析,得出《规程》中的安全系数存在很大的余量区间,国外在钢丝绳的选型上主要是考虑钢丝绳的性能和使用的工况来选择,而不是采用传统的安全系数方法来选型。所以借鉴国外的经验提出新安全系数取值计算方法。
[硕士论文] 张长建
机械工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:带式输送机已经成为综合了机械、电气、液压和控制等多学科为一体的散装物料的现代化大型连续运输设备之一,由于其不断的向着大功率、高速度、长距离以及大运量等方向发展,使得带式输送机的动态特性对其运行性能的好坏变得日益突出。其中由于带式输送机的拉紧装置是其重要组成部分,所以它性能的好坏对带式输送机的动态特性有着重要的影响,关系到带式输送机安全运行、可靠性以及使用寿命等。因此,对于研究带式输送机(尤其是大型带式输送机)的拉紧装置具有重要意义。
  本文通过对国内外常用的带式输送机液压拉紧装置进行分析,在其基础上进行改进,并且介绍了它的工作原理。通过对改进后的液压拉紧装置的物理模型进行详细的分析,对其各个模块中的元件都建立数学模型而最终联立得到该液压拉紧装置的数学模型。在电气控制中选择PID控制方式,并且通过在标准粒子群算法(PSO)的基础上进行混沌处理,得出了一种改进粒子群算法,对该算法进行仿真测试,仿真结果表明改进后的粒子群算法的优化效果要优于标准粒子群算法。然后通过改进后的粒子群算法对PID控制器中的三个参数Kp、Ki、Kd进行参数优化,并在Matlab/Simulink模块中对优化后的PID和液压拉紧装置的数学模型进行联合仿真,并与未优化的PID和液压拉紧装置的数学模型联合仿真的结果进行对比,结果表明前者的单位阶跃响应达到平稳的时间要少与后者。
  通过在MATLAB/Simulink模块中进行联合仿真后,仿真结果表明经过改进粒子群算法优化后的PID控制下的液压拉紧装置的动态性能更佳,使得该液压拉紧装置在PID控制下对带式输送机的运行具有良好的响应速度,可以对拉紧力的控制更加精准,使其能在较短的时间内完成紧带与松带,也可以使输送带在运行时受到较小的冲击从而避免引起较大的振动,使其达到较好的控制效果。
[硕士论文] 张帅鹏
机械工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:随着煤矿提升速度不断提高,立井提升安全越来越受到重视。由于矿井提升过卷事故常造成严重后果,威胁提升安全,《煤矿安全规程》规定在过卷高度或过放距离内应设有性能可靠的缓冲装置,以防止发生严重安全事故。
  钢带式过卷缓冲装置由于其结构简单、缓冲稳定性好、可重复使用等优点被广泛应用于煤矿提升系统。目前对各种过卷缓冲装置本身缓冲特性的研究较多,但对钢带式过卷缓冲装置特性及其与提升系统之间选型匹配方面的研究还不够。因此,论文以钢带式过卷缓冲装置特性及其与提升系统的匹配关系为主要内容进行研究,以便为不同的提升系统工况选择匹配的钢带式过卷缓冲装置提供参考。
  通过查阅大量相关文献,针对塔式立井多绳摩擦提升系统,指出其提升过程中存在的过卷问题,分析过卷原因,并对过卷分类,对过卷缓冲装置国内外研究现状进行分析,确定本文研究的过卷缓冲装置对象为钢带式过卷缓冲装置。
  通过对多自由度提升系统动力学模型进行简化,建立简易力学模型。对提升系统正常提升中重载提升和重载下放两种不同工况进行力学特性分析。在过卷情况下,分三种不同阶段:安全制动阶段、过放缓冲制动阶段和过卷过放缓冲阶段,对两种不同工况下这三种阶段分别进行力学特性分析。
  基于Comsol Multiphysics软件对钢带式过卷缓冲装置进行仿真建模,对钢带应变特性进行分析,分析钢带的厚度、宽度以及压辊直径对钢带强度的影响;对动辊的压力特性进行分析,分析动辊压力与动辊压缩量以及机械结构间的关系;对钢带的制动特性进行分析研究,分析制动力与动辊压缩量、动辊压力以及机械结构间的关系特性。
  分别从钢带过卷缓冲器的长度、钢带过卷缓冲器的缓冲制动力和过卷、过放侧缓冲制动力的匹配三个方面对钢带式过卷缓冲装置与提升系统的匹配关系进行分析研究。对过卷时不同工况下提升容器的过卷过放缓冲减速度进行分析并通过淮南矿区某矿副井提升机系统参数进行实例分析验证。
  本文研究结果为煤矿提升系统钢带式缓冲器装置的选型及其与提升系统的匹配研究提供一定的参考,具有很强的现实意义和实际应用价值。
[硕士论文] 娄志刚
建筑与土木工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:煤炭作为一种重要的资源,对国民经济起着至关重要的作用,主井和副井是煤炭采集中的重要的两个结构,主井主要负担矿井的运煤、进风、矿井的安全出口,副井是一个用来升降工作人员、设备、材料和提升矸石的井筒,还可兼做入风井和安全出口。
  施工组织设计是一个企业实现自己利益最大化的重要手段,通过编制施工组织设计,针对施工现场各种条件和工程所存在的问题制定相应的对策,这样做能够保证工程质量,同时保证在计划工期内完成工程,使工程在一个可控的范围内完工。本文主要介绍副井井塔的施工组织设计。
  粉煤灰作为一种工业废料应用在混凝土中,可以降低建筑物成本,玄武岩纤维作为一种新型纤维逐渐被应用在土木、消防、交通等领域。本文针对现场的混凝土力学性能进行了试验,研究了标养和标养后冻结条件下,不同玄武岩纤维掺量和不同粉煤灰掺量下玄武岩纤维粉煤灰混凝土的力学性能,其中,粉煤灰掺量为等量替代水泥掺量的0%、10%和15%,玄武岩纤维采用外掺的方式,分别为0kg/m3、2kg/m3、3kg/m3和4kg/m3,进行了标养后冻结-15℃条件下,玄武岩纤维粉煤灰混凝土的单轴抗压和劈裂抗拉强度试验,并研究了标养条件下,10%粉煤灰掺量下玄武岩纤维粉煤灰混凝土的抗折强度试验。单轴抗压和劈裂抗拉试验结果表明,标养后冻结-15℃条件下,当粉煤灰掺量一定时,玄武岩纤维粉煤灰混凝土的单轴抗压强度和劈裂抗拉强度均随玄武岩纤维掺量的增加呈现出先增大后减小的趋势,当粉煤灰掺量为10%、玄武岩纤维掺量为2kg/m3时,玄武岩纤维粉煤灰混凝土的单轴抗压强度最大,为44.8MPa,较普通混凝土提高了6.71%,当粉煤灰掺量为15%、玄武岩纤维掺量为3kg/m3时,玄武岩纤维粉煤灰混凝土的劈裂抗拉强度最大,较普通混凝土提高了17.1%。抗折强度试验结果表明,玄武岩纤维粉煤灰混凝土的抗折强度随玄武岩纤维掺量的增加,先增加后减少,其中,3kg/m3玄武岩纤维掺量时其抗折强度最优,为3.83MPa,较普通混凝土提高13.3%。
[硕士论文] 宋宏宽
机械工程 中北大学 2017(学位年度)
摘要:铰接式胶轮车是一种煤矿井下特种运输车辆,它可往井下直接运输机械化采煤设备、液压支架等,运输快,运输能力大,可大量节省辅助操作人员,提高运输效率。全液压转向系统,转向器与转向机构之间无机械连接,通过液压油管与转向油缸连接,普遍应用在农业机械、工程机械、叉车等行业。铰接式胶轮车当前使用的转向系统存在的突出问题是,在转向过程中系统存在压力振摆,严重影响了转向系统的性能。因此本文以铰接式胶轮车负载传感全液压转向系统为研究对象,针对铰接式胶轮车全液压转向系统的压力振摆问题,研究内容如下:
  从铰接方式入手,对铰接转向系统进行分析,研究转向油缸压力和转向油缸行程差的影响因素。为反映实际工况,选用AMESim对全液压转向系统中的两个重要元件—优先阀和转向器,进行建模,并分析其性能。选用ADAMS建立铰接式胶轮车虚拟样机模型。根据前面建立的转向系统AMESim液压模型和车体ADAMS虚拟样机模型,建立较为完整的铰接式胶轮车全液压转向系统机液联合仿真模型,经过对转向系统进行仿真分析,发现在转向过程中存在较为严重的压力振摆。针对此问题,以左右油缸最大行程差和最大油缸压力最小为优化目标,油缸铰接点位置为设计变量,对铰接转向系统进行优化设计,并根据所建立的铰接式胶轮车全液压转向系统机液联合仿真模型对优化结果进行仿真验证。仿真结果表明,优化后,转向系统最大压力减少了18.86%,振摆幅度减少了19.41%,优化效果明显。
[硕士论文] 薛宇飞
机械工程 太原理工大学 2017(学位年度)
摘要:结合机械传动系统中驱动机构及防跑绳装置的动作要求,完成了液压控制系统的方案设计。利用Automation Studio软件对液压控制系统进行了钢丝绳由于具有承载大、卷绕性好、运动平稳的特点,被广泛应用于多种行业。而提升钢丝绳作为矿井提升系统重要的组成构件,其可靠性直接影响到矿井提升系统的安全。为了防止由于提升钢丝绳使用过程中因失效、断裂等问题造成的各种安全事故的出现,对于钢丝绳张力、振动、弯曲疲劳、断丝等运行特性的研究非常必要。因此,设计一种提升钢丝绳模拟试验平台具有十分重要的意义。
  本研究在分析传统钢丝绳试验平台不足的基础上,提出了提升钢丝绳模拟试验平台的设计功能与要求,研究了提升钢丝绳模拟试验平台机械传动系统的总体方案与工作原理。借助Adams动力学仿真软件对提升钢丝绳在驱动机构不同运行工况下的动态特性进行了研究,结果表明提升钢丝绳在运行过程中其速度与加速度会有一定波动,但在合理运行范围内;同时,系统的运行速度及提升载荷重量越大,其运行的平稳性有所下降,运行时需根据实际情况选择合理参数。利用LMS Test.Lab软件对垂直导向架进行了模态试验,得到了其各阶振动频率,为避免其在平台运行过程中产生共振奠定了基础。仿真模型的建立,分别对两液压回路在不同系统压力及不同电液换向阀额定流量下运行的动态特性进行了仿真研究。通过仿真结果分析对比,综合考虑系统运行需求,确定液压控制系统的系统压力为13MPa,防跑绳控制回路电液换向阀额定流量为90L/min。针对驱动机构利用上、下两电机进行驱动的特点,提出了一种基于PLC的矢量变频调速控制的双电机同步方法。利用MatLab/SimuLink软件进行了控制系统的仿真分析,结果表明该双电机同步控制方法具有良好的同步传动效果,以及优良的调速性能与抗干扰能力。依据提升钢丝绳模拟试验平台所需进行的张力、振动、断丝探伤、弯曲疲劳等性能试验的设计要求,研究了其测试系统的总体方案;对钢丝绳振动性能进行了试验,在得到试验数据的同时,验证了试验平台的可行性。测试系统引入无线传输技术避免了现场布线的混乱;并对其PLC通信系统及上位机组态软件进行了设计,可实现提升钢丝绳模拟试验平台的远程控制及试验数据实时显示。
[硕士论文] 陈路路
控制科学与工程 太原理工大学 2017(学位年度)
摘要:输送机是现代采矿工业的重要运输工具。在煤炭运输中,煤矸石、金属材料等坚硬物质经常混合在煤炭中,可能会使得输送带产生纵向撕裂,这样的猝发事故通常会导致采矿设备和生产的停工,造成巨大的经济损失,因此我们需要实时、可靠的检测输送带纵向撕裂。近年来,由于机器视觉可以提高检测效率和精度,在输送带故障检测中,视觉检测成为一个重要的研究方向。本文基于机器视觉,综合红外成像技术和可见光成像技术的互补特性,提出了一种基于红外与可见光融合的输送带纵向撕裂一体化双目视觉检测方法,并依据输送带纵向撕裂视觉检测方法现有问题,提出本文检测方法的设计方案,主要包括三部分:输送带图像采集,输送带图像预处理,输送带图像纵向撕裂特征提取与识别。
  在输送带图像采集中,基于红外与可见光融合技术,论文提出一种新的一体化双目视觉传感装置采集红外与可见光融合图像,该传感装置通过棱镜分光的方法将从同一镜头入射的同轴光分为红外光和可见光,并分别进入两个感光芯片,可以同时捕获同一场景下的红外信息和可见光信息,在图像融合前无需配准处理。本文研究了该传感装置的成像原理,并在MATLAB上对其成像过程进行理论仿真研究,验证其可行性和有效性。由于论文只对提出的一体化双目视觉传感装置进行了理论仿真研究,因此在输送带图像采集实验部分,首先采用红外相机和可见光相机分别采集红外图像和可见光图像,然后再进行红外与可见光图像的配准融合,最终实现输送带红外与可见光融合图像的采集。在实验室搭建图像采集实验平台,实现输送带在撕裂状态、正常状态和划痕状态的融合图像的采集。
  输送带融合图像采集完成后,为使得检测效果更可靠,需对其进行预处理操作。论文分析了输送带纵向撕裂的特征,并据此对图像进行了一系列的预处理,包括去除图像噪声,增强图像对比度,突出检测中感兴趣的区域,提取出撕裂目标信息。预处理后的图像视觉效果较好,撕裂目标较为突出,为后续纵向撕裂特征提取与识别做了较好准备。
  在得到的预处理图像的基础上,本文采用投影法提取出图像的投影特征,并据此计算出图像的几何特征,即输送带纵向撕裂参数:撕裂长度、宽度和面积。根据各类型输送带图像投影特征的特点和纵向撕裂参数设定识别阈值并规定纵向撕裂的识别规则,最终将输送带图像归为:撕裂状态、正常状态、划痕状态,实现不同状态的输送带图像的识别检测。
  在MATLAB编程软件平台上对采集得到的输送带图像进行预处理和撕裂特征提取与识别处理。实验结果表明本文提出的输送带纵向撕裂一体化双目视觉检测方法能够识别撕裂与划痕,能够预测潜在的撕裂,检测精确度为96%以上,单帧图像检测时间小于21ms,是一种可靠的、实时的在线检测方法。
[硕士论文] 赵亮吉
机械工程 太原理工大学 2017(学位年度)
摘要:倾斜式带式运输机承载着矿物石料从井下到地面的安全运输使命,其安全稳定运行是保证煤炭高产的主要因素之一。在煤炭由带式输送机送到地面的过程中,由于硬物的摩擦以及碰撞等因素,会使输送机胶带表面出现磨损划伤,久而久之这些划痕逐渐扩散之后可能造成输送机胶带断裂的情况发生,给各矿带来极大的经济损失,为了保证煤矿安全生产,需要不定期替换输送机胶带。
  本研究在对比几种换带工艺与换带装置之后,对更换斜井带式输送机胶带的方法做了研究,针对现有换带工艺的不足之处,设计出更换斜井输送机胶带的履带牵引连续换带装置。结合斜井带式输送机工况确定了利用履带牵引连续换带装置的换带流程,对换带装置的整体方案、机械结构、液压系统、电气控制系统进行了设计;对机械结构的关键组成部分可调角度底盘、拉放带底盘做了细化设计;在分析换带原理之后对装置的液压系统进行设计,论述了系统各回路工作流程及功能,绘制出液压系统原理图,并利用 Automation Studio软件对液压系统建模仿真,分析液压系统各执行元件的动态特性,根据各回路系统仿真结果,验证了液压系统的可行性。对电控系统进行设计并分析了其工作原理,绘制出电气原理图与PLC控制图。为了验证设计的换带装置结构是否合理,本文利用LMS模态测试系统中的正弦扫频方法做模态实验研究,再通过ANSYSWorkbench软件对换带装置履带拉带机构进行模态仿真,两者对比确定了履带牵引连续换带装置的固有频率数据,通过对换带装置运行状态下振动实验采集的频率与固有频率比较,对装置结构做相应的局部改进,可以有效避免煤矿换带设备的共振问题,避免安全事故的发生,并且极大的延长了设备的使用寿命。利用Automation Studio对液压系统中的油缸夹紧回路、防跑带夹紧回路以及马达拉带回路进行了仿真研究,分析了防跑带夹紧回路在有无蓄能器时的油缸速度响应时间,以及液压马达在变负载、变泵排量下的系统压力与输入流量变化。研究表明有蓄能器的防跑带油缸响应时间小、速度快;液压马达输入压力随负载胶带重量的增大而增大;泵排量越大,马达输入流量越大,换带速度就越快。进行拉带实验来测试其在不同系统压力下产生的拉力范围、夹紧力范围,以此来确定设计的换带装置可以用于工业性作业。实验结果获得了不同工况下装置所能产生的拉力值范围以及夹紧力大小,确定了装置工况。随后在山西省某煤炭有限公司主斜井对履带牵引连续换带装置进行实地工业性试验,阐述了试验过程并对试验结果进行了分析,其拉胶带的力在动力实验测出的拉力范围内并且有很小波动,夹紧力保持不变。
[硕士论文] 李峰
控制科学与工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:矿井提升设备是连接着井下与地面重要设备,而随着开采年限的增加,井筒内的刚性罐道会因地层位移、罐笼内物体掉落等原因导致其发生不同程度的形变;井壁也会因长期的地压造成内壁出现裂痕,甚至破裂渗水;这些故障不仅影响了罐笼运行时的平稳性,还容易造成脱轨、卡罐,甚至井筒坍塌。
  目前国内大多数刚性罐道及井壁的监测技术仍停留在人工检测法,其工作环境不仅恶劣、危险,而且检测效率很低。为了更有效地对罐道及井壁进行监测,本文提出了基于STM32嵌入式技术的立井刚性罐道检测与井壁监视的系统设计。该系统是以STM32F103为MCU,以电涡流传感器与霍尔传感器作为数据采集模块的主要核心,以Max7456为OSD图像叠加电路的字符发生器,并结合按键、电源、UART串口通信、SD存储等外围电路,实现了对罐道形变量及井壁安全状况的实时监测。本文主要完成系统硬件和软件的设计工作。
  系统的工作过程如下:当传感器、摄像头等均固定在指定位置后,先将罐笼深度位置检测模块校零,然后随着罐笼的下降,罐道形变检测模块开始采集与罐道的间距值,测量后得到的电压信号经A/D转换后发送到MCU;霍尔传感器随着转轮上的磁块转动不断产生电压方波发送给MCU,MCU通过接收方波上升沿个数从而计算出罐笼深度位置;若MCU检测到所测的罐道形变量异常,将立刻产生中断并通过SPI串口与Max7456通信,再此刻的罐笼位置通过水印的方式覆盖在所摄的井壁视频中。
  该系统测量精度高、成本低、操作简便,能够定期地对罐道和井壁进行监测,国内尚未采用此套测量技术,具有一定的商业推广价值。
[硕士论文] 谢润恒
机械工程 广东工业大学 2017(学位年度)
摘要:钢丝绳是由优质碳素钢丝捻制成股,再由若干股围绕绳芯捻制成绳的空间螺旋结构挠性制品。由于材料的特殊性决定了它具有很好的导电性能。钢丝绳被广泛应用于众多工程领域,例如交通运输、建筑桥梁、航天航空、通信等众多领域,其力学性能至关重要,但是人们往往会忽略掉其电阻性。微电阻检测法是一种损伤检测方便,表征物理意义清晰的手段,其电阻大小能够反映钢丝绳的整体损伤状态,这种方法在产品检验,安全评估和实验研究中具有应用前景。因此,开展钢丝绳拉伸状态下微电阻特性分析与测试系统研究对钢丝绳的高效使用、安全评估和及时维护以及对其更深入的了解具有重要意义。
  本论文以钢丝绳为研究对象,采用电流倒向的四线制测量技术对钢丝绳进行微电阻测量,基于这一技术开发一套微电阻测试仪以及配套的自动检测上位机系统,在此基础上搭建钢丝绳微电阻自动检测平台,基于此平台开展钢丝绳在拉伸状态下微电阻特性分析实验,以微电阻为参量全程表征钢丝绳的拉伸状态,获得不同拉伸状态下钢丝绳微电阻变化规律,从而反映钢丝绳当前的拉伸状态。主要研究内容包括:
  首先,介绍了钢丝绳的结构和分类,分析了钢丝绳的电阻特性,对比分析了微电阻测量方法中二线制、三线制和四线制的特征,研究了电流倒向技术的四线制微电阻测量方法。
  其次,以6×19+FC标准试件为研究对象,开展钢丝绳拉伸状态下微电阻表征试验,研究钢丝绳载荷和微电阻值之间的关系。结果表明:钢丝绳在拉伸过程中经历弹性阶段、塑性阶段和断裂,在钢丝绳拉伸的全过程中,钢丝绳拉伸状态和微电阻的变化规律具有很好的相关性。同时也验证了微电阻表征钢丝绳拉伸状态的可行性。
  再次,以ATMEGA128单片机为硬件平台和以ICCAVR为软件平台开发微电阻测试仪;以LabWindows/CVI为软件平台开发钢丝绳自动检测系统。构建了以微电阻测试仪为下位机,自动检测系统为上位机的钢丝绳微电阻自动检测平台。实现微电阻测试仪的恒流源输出,电压采集与放大,钢丝绳微电阻的实时四线制测量,数据保存到数据库并且能够以坐标曲线的方式进行查看与分析,数据的上限与下限的监控,钢丝绳状态监控等功能。
  最后,基于钢丝绳微电阻自动检测平台开展钢丝绳拉伸状态下全程微电阻表征实验,研究了弹性阶段和塑性阶段下钢丝绳微电阻的变化规律。结果表明:在钢丝绳整个拉伸过程中,钢丝绳的微电阻值随着载荷的增大而增大;在弹性范围内研究发现,钢丝绳的微电阻值与载荷成线性关系,对应的微电阻值增量趋于稳定;在塑性范围内研究发现,钢丝绳的微电阻值随着载荷的增大而呈非线性加快增长,对应微电阻增量也呈现快速增长,钢丝绳处于屈服、强化和颈缩阶段的微电阻增长速度呈现依次递增的特点。钢丝绳微电阻自动检测平台能够有效地反映出钢丝绳处于正常、屈服、强化、颈缩和断裂状态。
  本文通过钢丝绳拉伸状态下全程微电阻表征实验,得到钢丝绳在拉伸过程中的微电阻变化规律,开辟了钢丝绳拉伸表征的新方法,对今后钢丝绳无损检测和使用状态提供了依据和参考。
  
[硕士论文] 张莹
控制工程 北京交通大学 2017(学位年度)
摘要:在运行控制系统的研制过程当中,基于实验室仿真测试平台的全功能测试是检验系统功能完备性及正确性的重要环节,因此,研究环境仿真及故障注入技术研制实验室仿真测试平台具有应用价值。
  轨旁运行控制系统是运行控制系统的重要组成部分,是保障列车安全运行以及提高运输效率的关键设备。本文针对具有自动装卸及重车走正线且连续运行等特点的矿物运输系统,设计了矿物运输轨旁运行控制系统测试平台,搭建了该平台的测试环境,并对该平台进行了测试验证。论文的主要工作内容如下:
  (1)分析了矿物运输业务流程和轨旁运行控制系统工作原理,在此基础上,分析了测试平台的功能需求,完成了测试平台的总体设计,包括测试平台的总体结构设计以及测试平台与矿物运输轨旁运行控制系统间的接口设计。
  (2)研制了轨旁运行控制系统测试平台的关键硬件模块,包括数据驱动采集转接单元的硬件及功能软件。
  (3)完成了轨旁运行控制系统测试平台的主要功能软件总体设计,在此基础上,编制包括轨旁设备状态仿真、列车运行仿真和故障注入等三部分功能软件,其中,列车运行仿真包括自动行车和手动行车两种仿真模式。
  (4)搭建了轨旁运行控制系统测试平台的测试环境,并完成了平台的功能及其接口的测试验证,测试结果表明该测试平台达到了预期设计效果。
[硕士论文] 高晓强
机械工程 太原理工大学 2017(学位年度)
摘要:提升机是煤矿生产运输中的关键设备,提升机的良好运行对确保煤矿安全生产、生产效率以及可靠性等意义重大。在提升机制动过程中,如果盘式制动器产生的制动力不足,制动力矩小于3倍最大静力矩,就会引发严重的事故。一旦发生事故将造成无法估计的经济损失,甚至造成人员伤亡事故,对矿工家庭乃至国家和社会带来严重影响,后果不堪设想。矿井提升机恒减速制动是处理提升过程中紧急安全事故的最佳方式,而盘式制动器的制动正压力是决定制动减速度的关键因素之一,因此对盘式制动器在恒减速工况下的制动正压力分析及其检测方法的研究很有必要。
  本研究主要内容包括:⑴介绍研究盘式制动器动态特性的目的及意义,着重介绍了盘式制动器的构成、工作原理、发展情况以及关于盘式制动器国内外学者的研究现状,最后提出了论文的主要研究内容。⑵对刚柔耦合系统动力学理论基础进行了分析,其中对模态综合法、柔性体内应力求解方法以及截面内应力的有限元求解法几个方面的内容进行了重点介绍;简要的介绍了ANSYS Workbench软件平台,利用图表清晰地说明了软件平台进行数值模拟分析的流程。⑶根据提升机恒减速制动液压系统的工作原理,在SimulationX软件中对采用全数字PID控制的恒减速制动液压系统进行了仿真分析。研究结果得出恒减速制动过程中减速度的变化情况与制动正压力密切相关,而且获得了实际工作情况下油压力的变化情况,为分析提升机恒减速制动过程中正压力的分布情况奠定基础。⑷根据实际盘式制动器结构设计图,运用UG软件建立盘式制动器的三维模型,模型简化后导入有限元软件 Ansys中,对其进行了刚柔耦合瞬态动力学仿真分析,获得盘式制动器中柔性部件的动应力分布云图及应力曲线。最后对各柔性部件的受力进行分析比较,确定能够表征正压力的部件,为后续正压力检测方法的设计提供基础。⑸依据刚柔耦合瞬态动力学仿真分析得到的结果,设计了一种实时检测盘式制动器正压力的方法。阐述了应变式力传感器设计中存在的问题,通过有限元分析确定了布置应变片的位置和方位,设计了对应的桥路连接方式,最后对本检测方法优势进行了说明。
[硕士论文] 金少华
机械工程 河北工程大学 2017(学位年度)
摘要:煤矿井下运输机是整个煤炭生产系统的重要工程,是影响生产效率的重要因素之一。后路输煤皮带处于采煤面与主巷道之间,有着承前启后的作用,其所在巷道弯多,地质条件恶劣。在煤矿自动化系统建设中存在“重主运输系统,轻采掘运输系统;重大型带式输送机,轻小型带式输送机”的倾向。针对煤矿井下后路运输皮带的自动化水平低,设备相互独立,信息共享能力差,传统运行方式耗能高等问题,有必要设计基于动力线载波通讯的后路运输皮带低功耗运行控制系统。
  本研究将电力载波通信技术与单片机控制技术应用于后路皮带运输控制系统,以解决后路运输巷运输设备的控制问题;利用模糊免疫PID智能控制算法实现对皮带驱动电机的变频调速,以实现胶带运输机智能跟踪负载进行变频调的低功耗运输目的,并在MATLAB/Simulink中完成传统PID控制、模糊PID控制以及模糊免疫PID控制方法对所用电机进行变频调速的系统仿真对比,进而验证模糊免疫PID控制器的准确性、及时性、稳定性。该后路运输控制系统不仅因地适宜地满足了后路运输设备的自动化要求,而且实现了后路运输皮带的低功耗运行,稳定性高、适应性强、功耗低,对实现井下后路运输皮带的自动化以及智能化有重要意义。
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