摘要：针对钻爆法和机械法在岩石破碎工程中的弊端,基于泡沫的高黏性和可压缩性,提出了高压泡沫涨裂破岩技术。首先设计高压泡沫涨裂破岩装置,理论分析高压泡沫瞬间释放冲击岩石涨裂孔过程,搭建高压泡沫涨裂力测试装置并开展涨裂力影响试验,建立高压泡沫涨裂破岩试验系统,探讨不同空气体积分数时的泡沫涨裂特性,揭示高压泡沫涨裂破岩机理。研究表明:高压泡沫释放时,能够在涨裂孔内产生比泡沫初始压力更高的涨裂力,但涨裂力随泡沫空气体积分数增加而先增大后减小,高压泡沫涨裂破岩经历了裂纹初生、裂纹扩展、涨裂抛掷、涨裂结束4个阶段,破岩重量随泡沫空气体积分数的增加而先增大后减小,当空气体积分数为60%时,由高压泡沫冲击涨裂孔产生的压应力波在岩石上表面反射形成的拉应力造成岩石破坏形式为涨裂坑,空气体积分数为70%~90%时,泡沫涨裂形式为大块岩石分离,这主要是由孔底直角处应力集中效应造成。

摘要：针对目前采煤机滚筒在开采赋存条件复杂煤层时损耗较高、适应性较差等问题,研究相对系统完善的滚筒设计方法,以期提高设计效率、缩短生产周期,提高经济效益。首先,针对煤炭开采中因煤岩硬度、矸径比、工作面倾角等复杂工况导致滚筒适应性差、机械化综采效率低的问题,进行截齿排列方式、煤岩硬度、截割方向等方面的适应性设计理论研究,建立不同倾角煤岩堆积面积模型和截割方向的煤岩破碎力学模型,揭示装煤量随倾角和矸径比等煤岩特性的关系;其次,针对滚筒叶片原型标准化难、互换性差等问题,建立相对完整的叶片结构设计模型;最后,基于煤岩压酥效应和装载量沿轴线逐渐增大的工程实际,对传统采煤机滚筒进行结构优化,设计阶梯形和锥形滚筒,建立截割数值模型和装载理论模型,采用试验验证所提特种采煤机滚筒的优势,为新型采煤机滚筒的设计研究提供理论及试验依据。研究结果表明:选用20°螺旋升角的叶片式滚筒性能最佳,畸变式截齿排列布置的滚筒性能优于其他3种截齿排列布置的滚筒性能;在含夹矸煤层工况下,棋盘式截齿排列布置滚筒性能最优;在含倾角煤层工况下,畸变式与棋盘式滚筒的性能优于顺序式滚筒的性能;阶梯滚筒截割性能比普通滚筒的更好,锥形滚筒的装煤能力比普通滚筒的装煤能力更强。

摘要：实现采煤机智能化调高,关键是解决煤岩界面识别问题、截割路径优化问题及采煤机调高控制问题。即使煤岩界面被精确识别,受到实际工作中顶底板的平整性和液压支架的推移滑溜等要求的限制,采煤机滚筒无法完全跟随煤岩界面曲线,因此需要基于煤岩界面识别结果,对起伏变化的煤岩界面曲线进行截割路径优化,得到采煤机调高控制的目标轨迹。滚筒截割路径优化是基于煤岩界面估计曲线,在采煤工艺、煤质要求和设备的适应能力等限制条件的约束下,得到使回采最大化的平滑轨迹。针对上述采煤机截割路径约束优化问题,提出一种基于B样条曲线拟合和蜉蝣算法的采煤机截割路径约束优化方法。为了提高截割路径优化效果和降低计算复杂度,以B样条曲线节点系数作为设计变量,构建一种新型截割路径优化目标函数;考虑采煤机截割工艺、煤质要求等限制,使用多段赋值罚函数法处理约束,根据约束的不满足程度动态改变罚函数系数值,避免优化陷入局部最值和约束不能起到实际作用;为了进一步提高优化效果和收敛速度,使用修正蜉蝣算法寻找最优截割路径。最后,考虑实际煤岩界面中褶皱、陷落柱、断层等典型地质构造,进行仿真研究,结果表明,所提方法能在满足实际约束下快速得到平滑的截割优化路径,实时性好、适用性高。

摘要：煤矿综掘工作面受限于狭小空间、工艺繁杂、环境恶劣等特殊条件,导致用工多、安全性差、效率低等问题,亟需研发更加安全高效的智能化掘进技术与装备。巷道掘进机作为综掘工作面的核心设备,对其智能化进行研究具有重要的社会价值和经济意义。为实现巷道掘进机的智能化作业,首先需要解决的关键问题是为掘进机机体定位,精确、鲁棒的机体位姿检测方法是保障巷道智能掘进有效性的首要条件。因此,针对巷道掘进机机体定位问题,提出了一种基于时间序列图像学习的机体绝对六自由度位姿实时检测方法。首先,通过在掘进机机体安装一台单目相机,并在掘进机后方设置人工特征对象,设计适用于巷道狭长、非结构化环境的视觉定位方案。然后,提出用于时间序列图像融合的深度学习模型,其中,使用一种训练好的多尺度变分自编码器辅助的卷积神经网络(MSVAE-CNN)的编码器模型提取时间序列图像中每个样本的多尺度潜在空间特征,以保证图像特征提取的鲁棒性;基于双向长短期记忆(LSTM)网络构建时间序列图像特征融合模型,并同时估计所有时间步图像样本对应的机体位姿参数,当推理某个时间步图像对应的位姿参数时,其他时间步的信息都可作为先验知识,通过学习图像样本之间的特征相关性,提高位姿估计的精度和可靠性;另外,使用多头自注意力机制进一步提高特征融合性能,使用张量训练分解压缩模型,实现在轻微损失位姿估计精度的前提下大幅降低模型参数数量。最后,基于一辆履带小车进行试验研究,使用NOKOV红外动捕系统获取小车机体实际位姿。试验结果显示,所提方法对中心偏距和方向角的估计平均绝对误差分别约为25 mm和0.36°,完全能够满足巷道掘进机的定位需求,并且定位精度明显优于MSVAE-CNN模型,验证了所提出的基于序列图像学习的机体定位方法的有效性与高性能。

摘要：为适应我国高等教育内涵式发展的需要,并结合我校矿山特色背景,从《机械设计基础》课程教学体系、实践环节、考核制度三个方面进行了全方位、多层次的探索与实践,优化教学内容,改革教学方式,树立以学生为中心的思想,着力培养学生解决问题能力、自主学习能力、开拓创新能力。以紧密联系理论课程教学为原则,变革课程设计及相关实验教学模式,采用多元化混合式考核方式,全面地提高学生的综合素质。

摘要：为提高硬岩破碎能力,提出了一种高压泡沫涨裂装置。该装置利用高速活塞冲压泡沫,在岩石钻孔内施加载荷,实现岩石涨裂破碎。基于流体力学和能量守恒理论,建立高压泡沫涨裂装置动力学模型,分析装置动力参数与结构参数的关系,探究涨裂装置结构参数对涨裂压力的影响,揭示活塞冲压过程能量演化规律;构建高压泡沫涨裂试验系统,验证系统可行性和理论分析的合理性。结果表明:涨裂活塞经过200mm行程后,装置最大涨裂压力可达80MPa;活塞杆直径、泄油口面积对涨裂压力的影响显著;缓冲活塞直径对装置涨裂压力的影响微弱,对缓冲速度影响较为显著,当缓冲活塞直径从70 mm增到90 mm,缓冲后速度从4.8 m/s下降到1.5 m/s,缓冲效果提升3.2倍;试验实现了岩样的有效破碎,涨裂压力试验值的变化趋势与理论计算结果的吻合度较好。上述研究为硬岩破碎装置性能的改善提供了理论基础,同时为其他高压介质涨裂装置的研究提供了理论借鉴。

摘要：为实现大质量、多规格定制式木门的快速搬运与平稳堆垛,设计了一种适用于板材快速翻转搬运等多工况条件下的堆垛机器人末端执行器。详细介绍了该末端执行器各部分的组成,建立末端执行器三维模型;对末端执行器的真空吸附部分、定位部分及上下夹紧部分进行了力学分析计算,得到上下夹紧装置中夹爪的力学特性模型及最优模型;对末端执行器气动系统进行设计,推导得到末端执行器在常见工况下的动力学模型;利用ADAMS对末端执行器在重载搬运情况下的两种典型搬运工况进行仿真分析,得到末端执行器在重载条件下各关键部件的夹持力变化,为执行器动态特性的进一步研究奠定基础。

摘要：为解决薄煤层采煤机装煤效果差的问题,对鼓形滚筒进行优化设计,提出将累积装煤率作为评价采煤机装煤能力的指标,采用离散元法对传统滚筒与鼓形滚筒进行装煤效果的仿真研究,分析了传统滚筒与鼓形滚筒的装煤效率,最后对2种滚筒装煤效率和块煤率进行试验研究。试验结果表明:随着鼓形滚筒筒毂锥顶半角β的增大,其装煤效率呈现出先增大后减小的趋势,且当筒毂锥顶半角β=10°时,鼓形滚筒的装煤效率最高;与普通形滚筒相比,所优化设计的鼓形滚筒的截割比能耗更小、块煤率更大、装煤效率更高。研究结果可为薄煤层采煤机滚筒的选择和设计提供参考依据。

摘要：为克服目前井下煤矸分离机筛分效率低、出料难等问题,提出一种用于煤矸分离机的弹性筛面变直线振动筛。基于拉格朗日法建立了振动筛的五自由度振动模型,获得筛面上任一点的运动学方程,基于此,进行了激振力位置和方向角对筛面运动行为和抛射物料强度影响的研究,并确定激振力作用位置和方向角最佳区域分别为-0.11<x_f<-0.04 m,30°<θ<50°。根据理论和试验测得的筛面上任一点的运动轨迹证明了所建动力学模型的正确性,并且振动筛试验样机能够实现煤矸混合料的高效分离,说明激振力位置和方向角区域的合理性。研究结果为弹性筛面变直线振动筛的设计研究提供了理论依据,提高了井下煤矸分离机的筛分效率。

摘要：介绍新型的薄煤层采煤机械ML180Y全液压螺旋钻采煤机及该机的液压系统工作原理。