采煤機模型（搖臂部分）的結(jié)構(gòu)設(shè)計及用于煤巖界面識別的測試系統(tǒng)設(shè)計【含3張CAD圖紙】,含3張CAD圖紙,采煤,模型,搖臂,部分,結(jié)構(gòu)設(shè)計,用于,界面,識別,測試,系統(tǒng),設(shè)計,CAD,圖紙 現(xiàn)代科技學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目： 采煤機模型(搖臂部分)的結(jié)構(gòu)設(shè)計及用于煤巖界面識別的測試系統(tǒng)設(shè)計 學(xué) 生 姓 名： 指導(dǎo)教師姓名： 專 業(yè)： 年 4 月 5 日 1.課題名稱： 采煤機模型(搖臂部分)的結(jié)構(gòu)設(shè)計及用于煤巖界面識別的測試系統(tǒng)設(shè)計 2.課題研究背景： 采煤機的自動化主要包括兩部分：牽引速度和滾筒切割高度的自動控制。目前國內(nèi)外絕大多數(shù)采煤機牽引速度都實現(xiàn)了手動和自動控制，而采煤機滾筒高度的控制，除國外極少數(shù)的采煤機采用存儲切割模式進行高度控制外，大部分是靠人工操作，即操作工人靠視力觀察及截割噪音來判斷采煤機滾筒是在割煤還是割巖，以便調(diào)節(jié)滾筒的垂直位置。然而由于采煤機在工作過程中產(chǎn)生大量煤塵，使工作面能見度很低，而且機器本身噪音很大，操作工人實際上難以準(zhǔn)確及時判斷采煤機的截割狀態(tài)。如果是在薄煤層工作面，工人行走不便，使操作人員難以及時調(diào)節(jié)滾筒的高度。因此采煤機在工作過程中經(jīng)常會截割到頂?shù)装鍘r石。采煤機連續(xù)截割巖石會加劇滾筒截齒磨損及其它零部件的損壞；對于高瓦斯礦極易引起瓦斯爆炸，形成惡性事故；截割的巖石混入原煤中造成原煤質(zhì)量下降；另外，滾筒位置調(diào)節(jié)不當(dāng)還可能造成頂?shù)酌菏Ａ暨^厚，降低回采率。解決這一問題的途徑是實現(xiàn)采煤機滾筒的自動調(diào)高。實現(xiàn)采煤機滾筒自動調(diào)高不僅是實現(xiàn)采煤工作面生產(chǎn)過程自動化的重要環(huán)節(jié),而且對延長機器壽命、提高設(shè)備可靠性、保障工人安全、提高煤炭質(zhì)量具有重要意義,對采煤機械的智能化控制及煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有很大的促進作用。 采煤機滾筒自動調(diào)高系統(tǒng)的功能就是按照頂板和底板的變化或按照人們設(shè)定的規(guī)律自動調(diào)節(jié)滾筒的工作高度，避免采煤機截割頂?shù)装鍘r石并保持工作面頂?shù)装宓钠秸?。根?jù)采煤機調(diào)高系統(tǒng)所要求的功能，調(diào)高系統(tǒng)首先要能正確地識別采煤機的截割狀態(tài)，然后根據(jù)識別的結(jié)果能準(zhǔn)確及時地調(diào)整采煤機的滾筒高度。 煤巖界面識別的主要方法 煤巖界面識別主要分為兩種: 煤厚測量型和煤巖界面測量型。 1放射性探測技術(shù) 1.γ背散射法：將人工放射源和放射性探測器放在頂煤下方。人工放射源放出的γ射線同頂煤發(fā)生作用后被反射回空氣中并被探測器探測到。這種反射γ射線的強度與頂煤后有關(guān)。 缺點：背散γ射線穿透能力有限，所能測得的頂煤厚度不大于250mm;難于保證與頂煤良好接觸；煤中夾雜物影響探測精度。 2.天然γ射線法：在頂板巖中通常含有鉀，釷，鈾三大系放射性元素的含量也不同，因此放射出的γ射線能量和強度都不同。 優(yōu)點：無放射源因而便于管理;探測范圍增大，最大頂煤厚度可測到50mm；傳感器為非接觸式不易損壞。 缺點：不能適用于頂板不含放射性元素或放射性元素較低的工作面，以及煤層中夾雜太多的情況。 2.振動測試技術(shù) 1.拾振點位于采煤機部件上：檢測采煤機截齒，搖臂，調(diào)高油缸壓力，轉(zhuǎn)軸及機身的振動信號，經(jīng)信號分析處理來判斷采煤機是否切割刀頂板。 缺點：工作中截齒經(jīng)常切入巖石，因此對于某些采煤工藝要求預(yù)留頂煤或高瓦斯工作面，推廣受到了限制。另外截齒的損耗也較大些。 2.拾振點位于頂板上：拾振的加速度計安裝在頂板表面，采煤機割煤時產(chǎn)生的振動波通過巖石傳播被加速度計檢測到，通過對振動信號的處理就可判斷滾筒截齒是否切割到巖石。 優(yōu)點：可使儀器遠離采煤機，減少采煤機噪聲的影響。研究表明在滾筒附近的頂板上安置拾振器，其信號檢測效果明顯比采煤機身上所測得的效果好。 3.電磁測試技術(shù) 1.雷達探測方法：當(dāng)一束電磁波透過頂煤向上發(fā)射時，由于煤和頂板材料不同 ，在煤巖界面上電磁波會被反射。反射波的速度，相應(yīng)滯后或從發(fā)射波到反射波被接受的時間間隙除與發(fā)射波頻率，煤和頂板材料等可測知的因素有關(guān)外，還與電磁波在頂煤中穿越路程即頂煤厚度有關(guān)。通過對接收到的反射波進行信號處理可確定頂煤厚。 優(yōu)點：無需預(yù)先求取煤巖物理特性，十余、適用范圍更廣。 缺點：探測范圍太小，當(dāng)頂煤厚度增加時，信號衰減嚴(yán)重。 2.電子自旋共振方法：發(fā)射天線發(fā)射一恒定功率連續(xù)調(diào)頻電磁波，當(dāng)頻率f=2uH時發(fā)生共振。頂煤越厚，電磁波穿越路徑越長，吸收越多，功率下降幅值越大。根據(jù)共振頻率處的功率下降幅值就可測定頂煤厚度。 4.光學(xué)探測技術(shù) 1.激光粉塵探測技術(shù)：用收集裝置將切割滾筒附近的破碎物料的粉塵顆粒吸到專用的防火花隔爆室內(nèi)，用激光照射查明粉塵成分。通過粉塵中煤與巖石成分含量之比來推斷是否切割到頂巖。 缺點：不能推斷頂煤厚度，僅能識別截齒是否切入頂巖。 2.高壓水射流---光測法：用兩相距50mm的高壓噴嘴繞其對稱旋轉(zhuǎn)并噴射高壓水，在頂煤上會打出一個D50mm的孔，而在頂板上只會打出一圓形狹縫，孔的底平面就是頂煤厚。 5.熱敏探測技術(shù) 用高靈敏度的紅外測溫儀定向測量切割截齒附近煤巖體的溫度，由于煤巖物理特性不同，切割時產(chǎn)生的溫度不同，據(jù)此來判斷滾筒是否切割到煤巖界面。 優(yōu)點：紅外輻射對粉塵的穿透力強，高靈敏的紅外測溫儀可測出正負1℃的溫度變化，應(yīng)用前景。 目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 近年來國內(nèi)外在此領(lǐng)域研究所采取的手段主要是: 基于煤巖自然伽瑪射線輻射特性的 NGR( Natural Gamma Radiate ion)傳感器法。此法對于高瓦斯礦特別適合, 但是該方法對采煤工藝有一定要求,即必須是留一定厚度的頂煤, 這樣降低了采出率;另外要求頂?shù)装鍑鷰r必須有放射性元素。例如對于頁巖( Shale)頂板有較好的適應(yīng)性, 而對于砂巖( Sandstone)頂板則適應(yīng)性極差。這種方法在英國有50 %的礦井可以使用, 在美國有 90 %的礦井可以使用, 而在我國僅有20 %左右的礦井可以應(yīng)用。因而這種方法的推廣使用受到了限制; 基于采煤機切割力響應(yīng)的煤巖界面識別傳感器法。此法是用傳感器拾取搖臂振動信號、滾筒軸扭矩信號及調(diào)高油缸壓力信號進行識別。由于在采煤過程中滾筒在做旋轉(zhuǎn)運動。因而信號的傳輸受到很大的影響, 到目前為止尚未見到成熟的方法及產(chǎn)品問世; 煤層界面紅外線探測裝置。它是用熱成像紅外攝像機探測開采煤層和臨近巖層的溫度變化。當(dāng)裝置的視頻探測裝置發(fā)現(xiàn)煤層或巖層的溫度出現(xiàn)變化后,即發(fā)出報警信號。目前國內(nèi)尚無涉足, 國外有致力于此方面的研究,但仍無成熟方法及產(chǎn)品問世. 3.課題研究意義： 煤巖界面識別 (CII)能使采煤機具有自動追蹤煤巖界面的能力 ,不僅有助于引導(dǎo)煤礦井下采煤自動化 ,提高生產(chǎn)效益 ;還能減少那些在選煤過程中必須除去的巖石和其它礦物含量。它既可用于人工操作的采煤機 ,也可用于計算機控制的采煤機?？煽康腃II系統(tǒng)在經(jīng)濟效益和安全作業(yè)兩方面都具有突出的優(yōu)點 ,它提高煤層的采出率 ;降低煤中的矸石、灰分和硫的含量 ;提高采煤作業(yè)效率 ;減輕設(shè)備磨損 ;減少設(shè)備維修量和停機時間 ;由于振動較小 ,降低了空氣中的巖塵含量 ,并可使作業(yè)人員遠離危險工作面。為了實現(xiàn)煤礦井下復(fù)雜生產(chǎn)環(huán)境下的人員、物資、設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施等的實時有效的監(jiān)控和管理，綜合利用傳感器技術(shù)、射頻技術(shù)、智能嵌入技術(shù)等，結(jié)合工業(yè)以太網(wǎng)、無線傳感器網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和移動通信網(wǎng)，把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)拓展到煤礦井下。并在此基礎(chǔ)上設(shè)計基于IE瀏覽的煤礦綜合自動化軟件平臺，從而解決煤礦安全生產(chǎn)綜采工作面的協(xié)同管理問題、井下重大災(zāi)害預(yù)警問題、礦井災(zāi)害有效救援等亟待解決的問題。采掘工作面是煤礦事故多發(fā)地點。減少煤礦采掘工作面作業(yè)人員既是煤礦安全生產(chǎn)的需要，又是減輕作業(yè)人員勞動強度和改善作業(yè)環(huán)境的需要。煤巖界面識別是實現(xiàn)無人采煤的關(guān)鍵技術(shù)之一。提出了基于可見光圖像和紅外圖像識別的煤巖界面識別方法：提取色彩、灰度、紋理、形狀等圖像特征，進行煤巖界面識別。并提出了基于圖像識別的多參數(shù)信息融合煤巖界面識別方法提出了基于可見光圖像和紅外圖像識別的煤巖界面識別方法：提取色彩、灰度、紋理、形狀等圖像特征，進行煤巖界面識別。 通過對任務(wù)書的分析，培養(yǎng)了自己進行綜合分析和提高解決實際問題的能力，從而達到鞏固、擴大、深化所學(xué)知識的目的。對與有關(guān)的資料的查看培養(yǎng)了自己調(diào)查研究，熟悉有關(guān)技術(shù)政策，運用國家標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、手冊、圖冊等工具書，進行設(shè)計計算、數(shù)據(jù)處理、編寫技術(shù)文件的獨立工作能力。模型比例的設(shè)計使自己建立正確的設(shè)計思想；初步掌握解決本專業(yè)工程技術(shù)問題的方法和手段；從而使自己受到一次工程師的基本訓(xùn)練。 4.文獻查閱概況 （1）國內(nèi)外煤巖界面識別技術(shù)研究動態(tài)綜述，任芳（太原理工大學(xué)） 摘要：煤巖界面識別 (CII)能使采煤機具有自動追蹤煤巖界面的能力 ,不僅有助于引導(dǎo)煤礦井下采煤自動化 ,提高生產(chǎn)效益 ;還能減少那些在選煤過程中必須除去的巖石和其它礦物含量。它既可用于人工操作的采煤機 ,也可用于計算機控制的采煤機?？煽康腃II系統(tǒng)在經(jīng)濟效益和安全作業(yè)兩方面都具有突出的優(yōu)點 ,它提高煤層的采出率 ;降低煤中的矸石、灰分和硫的含量 ;提高采煤作業(yè)效率 ;減輕設(shè)備磨損 ;減少設(shè)備維修量和停機時間 ;由于振動較小 ,降低了空氣中的巖塵含量 ,并可使作業(yè)人員遠離危險工作面 （2）基于切割力響應(yīng)的煤巖界面識別技術(shù)研究，廉自生（太原理工大學(xué)機械工程學(xué)院） 摘要：簡述了采煤機切割狀態(tài)識別及滾筒自動調(diào)高的意義；分析了煤巖界面識別的技術(shù)關(guān)鍵；指出了煤巖界面識別的信號選擇途徑、特征提取及分類器設(shè)計的方法。 （3）煤巖界面識別物理模擬測試系統(tǒng)研究，任芳（太原理工大學(xué)） 摘要：采煤機滾筒在截割煤巖的過程中,隨著截割介質(zhì)的變化,滾筒的截割狀態(tài)也發(fā)生變化,監(jiān)測這些參數(shù)變化,可實現(xiàn)截割過程煤巖界面識別。建立了采煤機煤巖界面識別物理模擬系統(tǒng),包括介質(zhì)模擬和采煤機牽引-截割機構(gòu)的模擬,研制了試驗控制系統(tǒng)。 （4）煤巖界面識別的關(guān)鍵狀態(tài)參數(shù)，任芳（太原理工大學(xué)） 摘要：闡述了通過截割狀態(tài)監(jiān)測進行煤巖界面識別的原理。理論分析表明,拾取振動、電流、扭矩、壓力及扭振等截割狀態(tài)信號,經(jīng)過特征提取與信息融合可進行煤巖界面辨識。 （5）扭振測量在煤巖界面識別中的應(yīng)用研究，任芳（太原理工大學(xué)機械工程學(xué)院 ） 摘要：為了更有效地進行煤巖界面識別,利用扭振信號來進行煤巖界面識別研究。首先從理論上分析了扭振信號與滾筒截割力的關(guān)系;應(yīng)用小波包和模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行信息特征提取和數(shù)據(jù)融合,論證了扭振信號的有效性與可靠性,并與直線振動信號進行了對比。識別結(jié)果表明,扭振信號數(shù)據(jù)比較穩(wěn)定,識別正確率達到92%;而直線振動信號的正確識別率為63%,理論分析與試驗驗證是一致的。通過滾筒軸扭振信號來監(jiān)測采煤機運行狀態(tài)是一有效手段。 （6）基于多傳感器信息融合的煤巖界面識別，陳惠英（太原理工大學(xué)電器與動力工程學(xué)院） 摘要：煤巖界面識別是實現(xiàn)采煤機滾筒自動調(diào)高的關(guān)鍵之一,本文討論基于多傳感器信息融合的煤巖界面識別方法。 （7）基于支持向量機的煤巖界面識別方法，劉強（山西煤炭科學(xué)研究總院太原分院） 摘要：在煤巖識別的研究中采用了基于結(jié)構(gòu)風(fēng)險最小化的支持向量機,介紹了支持向量機的煤巖界面識別原理,提出一種基于支持向量機的煤巖界面識別方法。 (8) 煤巖界面的模糊識別，寇子明（山西礦業(yè)學(xué)院） 摘要：提出模糊識別煤巖界面的方法，并研究基于切割負載力的煤巖界面在線辨識。 (9) 煤巖界面識別傳感技術(shù)，秦劍秋（中國礦業(yè)大學(xué)北京研究生部） 摘要：60年代中期以來,各工業(yè)發(fā)達國家競相研究開發(fā)能辨識煤層—巖石分界面的煤巖界面識別傳感器。從煤礦井下工作條件及工作對象來看,對煤巖界面識別傳感器有以下要求: 1.分辨率:在典型地質(zhì)條件及正常工作噪聲和振動的環(huán)境下,能精確地分辨50～250mm厚的余煤,并要求重復(fù)性好。 2.輸出:要有一定輸出幅值以實現(xiàn)數(shù)顯或與采煤機控制系統(tǒng)聯(lián)接。 3.可靠性:能適應(yīng)井下惡劣的工作環(huán)境。 4.可行性:成本低、結(jié)構(gòu)簡單,可在采煤機上安裝。 (10)采煤機自動調(diào)高控制系統(tǒng)研究，張俊梅（中國礦業(yè)大學(xué)機電工程系） 摘要：在分析比較國內(nèi)外多種煤巖界面識別傳感器的基礎(chǔ)上 ,研究了以自然γ射線煤巖界面識別傳感器為煤巖界面識別元件的采煤機自動調(diào)高控制系統(tǒng) .確定了整個系統(tǒng)的調(diào)高方案、控制任務(wù) ,完成了控制系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計、調(diào)試工作 ,并采用計算機作為輔助手段對所設(shè)計的控制系統(tǒng)的數(shù)字控制器進行仿真分析 ,數(shù)據(jù)表明經(jīng)過三個采樣周期后系統(tǒng)趨于穩(wěn)定 ,驗證了整個控制系統(tǒng)的合理性 .對煤礦井下測報實例進行煤厚測報的結(jié)果是 ,最大煤厚誤差為 43mm,表明此系統(tǒng)可靠、實用 (11) 自組織競爭神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在采煤機煤巖界面模式識別中的應(yīng)用，蘇秀平（中國礦業(yè)大學(xué)機電學(xué)院） 摘要：采煤機煤巖界面識別技術(shù)是實現(xiàn)采煤工作面自動化的關(guān)鍵技術(shù)之一。利用自組織競爭神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對采煤機煤巖界面模式識別進行仿真分析,結(jié)果表明,自組織競爭神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能對輸入向量模式進行正確分類,并能很好地解決采煤機煤巖界面模式識別問題,從而為采煤機煤巖模式識別器的改進提供了技術(shù)參考。 (12) 開灤礦區(qū)薄煤層開采設(shè)備選型配套分析，李建民（開灤（集團）有限責(zé)任公司） 摘要：介紹了我國薄煤層開采技術(shù)和裝備發(fā)展情況,結(jié)合開灤集團公司荊各莊礦在復(fù)采沉陷區(qū)域薄煤層開采設(shè)備的選型配套和選擇方法,提出了薄煤層工作面設(shè)備選型配套原則,應(yīng)本著向大功率、高強度、高能力、高可靠性、自動化方向發(fā)展,以適應(yīng)薄煤層安全高效要求。 (13) Studies of the relationship between coal petrology and grinding properties ,Alan S.Trimble and James Chowder (Center for Applied Energy Research, University of Kentucky, 2540 Research Park Drive, Lexington, KY 40511-8433, USA) Abstract: The cameral and microlithotype composition of selected coals has been investigated with respect to the grinding properties, specifically Hardgrave grind ability index (HGI), of the coals. The study expands upon previous investigations of HGI and coal petrology by adding the dimension of the amount and composition of the microlithotypes. Coal samples, both litho types and whole channels, were selected from restricted rank ranges based on vitrifies maximum reflectance: 0.75–0.80% Ram, 0.85–0.90% Ram and 0.95–1.00% Ram. In this manner, the influence of petro graphic composition can be isolated from the influence of rank. Previous investigations of high volatile bituminous coals demonstrated that, while rank is an important factor in coal grind ability, the amount of Latinate and Latinate-rich microlithotypes is a more influential factor. In this study, we provide further quantitative evidence for the influence of microlithotypes on HGI and, ultimately, on pulverize performance. (14). contact coal transformation under the influence of dolerite dike ,A.N.formin,A.S.Konyshev and O.G.Talibova(aInstitute of Petroleum Geology and Geophysics, Siberian Branch of the RAS, 3 pros’. Akkad. Koptyuga, Novosibirsk, 630090, Russia) Abstract: The influence of 6.75 m thick dolerite dike on the sheet coal of the Kieran deposit (northwestern Siberian Platform) was studied by organ geochemical methods. It is shown that initial bituminous coal was transformed into anthracite in the immediate vicinity of the dike. Chemical kinetic modeling of the dike-induced cracking of coal organic matter was performed, and the maximum pale temperatures were estimated. (15). Stability evaluation of extended cut mining in underground coal mines , Eric R. Bauer1, Gregory J. Chekan1 and Lisa J. Steiner1(1National Institute for Occupational Safety and Health, Pittsburgh Research Laboratory, Pittsburgh, PA 15236, USA) Abstract: The trend in underground room-and-pillar coalmining is to employ remote-control continuous mining machines to take extended cuts of 40 ft or more. Extended cutting can create additional worker safety hazards. To address these hazards, a combination of statistical analysis, underground investigations, and numerical modeling are being conducted. Statistical analysis of extended cut use, roof fall accidents and fatalities delineated the extent of the problem in U.S. coal mines. Underground studies addressed the roof stability consequences of employing extended cutting. The stress profiles, pillar stability, and safety factors of alternative mine layouts that eliminate unsafe continuous miner operator positioning during the remote-control mining of crosscuts were addressed using displacement-discontinuity modeling and programs such as LAMODEL (Laminated Model) and ARMPS (Analysis of Retreat Mining Pillar Stability 5.設(shè)計（論文）的主要內(nèi)容 1. 根據(jù)相似原理確定模型的各種技術(shù)參數(shù)。 2. 采煤機模型切割系統(tǒng)的設(shè)計。 3. 設(shè)別系統(tǒng)的設(shè)計。 6.設(shè)計（論文）提交形式 1） 畢業(yè)設(shè)計開題報告； 2） 采煤機模型搖臂總裝圖一張（0號）； 3） 部件圖一張（1號）； 4） 零件圖三張（2號一張，3號兩張）； 5） 測試系統(tǒng)圖一張（3號）； 6) 相關(guān)外文資料翻譯（至少5000字）； 7) 設(shè)計論文說明書1本（至少20000字）。 7. 進度安排 第4周至第6周：查找資料做選題報告。了解采煤機工作原理，學(xué)習(xí)相似原理，確定模型功率與原型功率的關(guān)系。英文翻譯。 第7周至第8周：模型功率確定---選擇電機---選擇變頻器---選擇聯(lián)軸器---確定輸入輸出軸并校核---鏈輪的設(shè)計與校核---軸承的選擇。參考機械零件。 第9周至第11周：確定檢測參量，選擇各種傳感器。測試系統(tǒng)的設(shè)計。提交說明書目錄。 第12周至第16周：編寫論文及繪圖。 8. 指導(dǎo)教師意見 簽名： 2011年 4月 日 11