空间约束下的巷道修复机工作装置优化设计方法研究
发布时间：2022-09-17 14:42
巷道修复机是专门用于井下煤矿开采以及巷道修复的设备,因其结构紧凑、工作效率高、适应性强以及安全性高等特点,在煤矿开采行业得到了广泛的应用。受井下空间环境的限制,要求在有限巷道高度下,反铲工作臂满足一定的卸料高度,而常规的工程机械工作臂不能满足要求。针对该类问题,本文首先对两节臂和三节臂对受限空间的适应性进行了研究,并对其进行机构优化并对比分析,从而选择更合适的设计方案,得出三节臂更适合井下特殊环境的结论。在保证其结构强度与刚度的前提下,通过尺寸优化和拓扑优化相结合的方法,尽可能的减少其质量。主要研究内容和结论如下:（1）导出了两节臂和三节臂目标函数及约束条件表达式。采用D-H齐次变换矩阵法分别建立了两节臂反铲工作装置和三节臂反铲工作装置的运动学模型,并对其进行了运动学分析,从而得出各铰点之间的位姿关系,推导了边界约束的表达式;同时也对两节臂反铲工作装置和三节臂反铲工作装置的最大整机理论挖掘力进行了推导,导出了非线性、多变量的目标函数表达式。（2）反铲工作装置结构适应性研究。建立了两节臂和三节臂结构与巷道高度卸料高度的几何关系;然后建立了反铲工作装置基于挖掘力的优化目标函数以及约束条件表...
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
符号和缩写词表
1 绪论
1.1 选题背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 巷道修复机研究现状
1.2.2 工作装置研究现状
1.2.3 结构优化研究现状
1.3 本文研究内容及章节安排
2 三节臂反铲工作装置机构优化问题建模
2.1 机构优化理论概述
2.2 优化目标及约束条件的确定
2.2.1 优化目标的确定
2.2.2 约束条件的确定
2.3 优化算法的选择
2.4 三节臂边界约束建模
2.4.1 D-H齐次变换矩阵简介
2.4.2 三节臂反铲工作装置运动学建模
2.4.3 三节臂边界约束方程建模
2.5 三节臂整机最大挖掘力的分析计算
2.5.1 工作油缸的理论挖掘力分析计算
2.5.2 整机理论挖掘力分析计算
2.6 三节臂优化问题数学建模
2.6.1 目标函数的确定
2.6.2 约束条件的确定
2.7 本章小结
3 两节臂反铲工作装置机构优化问题建模
3.1 两节臂反铲工作装置运动学建模
3.2 两节臂边界约束方程建模
3.3 两节臂整机最大挖掘力分析计算
3.4 两节臂机构优化数学建模
3.5 本章小结
4 优化结果及影响因素分析
4.1 优化前后的结果对比分析
4.1.1 三节臂优化前后的结果对比分析
4.1.2 两节臂优化前后的结果对比分析
4.1.3 设计方案的选择
4.2 三节臂空间约束的影响分析
4.2.1 巷道高度的约束对优化结果的影响
4.2.2 最大卸料高度的约束对优化结果的影响
4.2.3 最大挖掘深度的约束对优化结果的影响
4.2.4 最大挖掘半径的约束对优化结果的影响
4.2.5 综合影响分析
4.3 三节臂设计变量对挖掘力和工作范围的影响分析
4.3.1 AG的长度对挖掘力以及工作装置工作性能的影响
4.3.2 BI的长度对挖掘力以及工作装置工作性能的影响
4.3.3 CP的长度对挖掘力以及工作装置工作性能的影响
4.3.4 NK的长度对铲斗油缸挖掘力以及工作装置工作性能的影响
4.4 本章小结
5 三节臂反铲工作装置结构优化
5.1 结构优化理论概述
5.2 挖掘过程受力分析
5.3 尺寸优化
5.3.1 尺寸优化数学建模
5.3.2 尺寸优化分析计算
5.3.3 尺寸优化结果验证
5.4 拓扑优化
5.4.1 拓扑优化方法选择
5.4.2 拓扑优化数学建模
5.4.3 拓扑优化分析计算
5.4.4 拓扑优化结果强度校核
5.5 本章小结
6 总结与展望
6.1 主要研究结论
6.2 文章不足与展望
参考文献
致谢
作者简历
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Matlab的挖掘机工作装置优化设计[J]. 何君. 现代机械. 2019(06)
[2]基于ADAMS的液压挖掘机工作装置优化分析[J]. 聂阳文,胡星,闫磊. 计算机仿真. 2019(11)
[3]液压挖掘机斗杆结构的拓扑优化设计[J]. 李建军,隋哲. 成组技术与生产现代化. 2019(03)
[4]基于拓扑优化的扭力梁式轿车后桥结构轻量化设计[J]. 汪彬,陈光权,施卓奇,董卫平,Gaurav Kesireddy,张洪延. 汽车工程学报. 2019(02)
[5]我国煤矿巷道修复设备的应用现状及发展趋势[J]. 李旭涛. 煤炭工程. 2019(02)
[6]基于拓扑和尺寸优化的汽车C型梁轻量化设计[J]. 黄登峰,闫晓磊,钟勇. 福建工程学院学报. 2018(06)
[7]基于有限元法的车架轻量化技术研究[J]. 史文. 内燃机与配件. 2018(23)
[8]基于ANSYS的液压挖掘机推土装置轻量化设计[J]. 庄攀. 机械工程师. 2018(11)
[9]WPZ-55/900巷道修复机在煤矿井下应用实践[J]. 张建设. 能源技术与管理. 2018(05)
[10]多功能巷道修复机工作平台设计研究[J]. 郝少楠,阳廷军,杨林. 煤炭技术. 2018(08)
博士论文
[1]车身结构轻量化与抗撞性多目标协同优化设计方法研究[D]. 熊锋.吉林大学 2018
[2]反铲液压挖掘机挖掘性能实验及理论研究[D]. 任志贵.重庆大学 2014
[3]大型液压挖掘机工作装置的联合仿真及静动态特性研究[D]. 王永进.太原理工大学 2014
[4]液压挖掘机工作装置设计关键技术研究[D]. 杜文靖.吉林大学 2007
硕士论文
[1]新型CEG复合薄壳结构的受力性能及形态优化研究[D]. 刘琦.河南大学 2019
[2]大型液压挖掘机工作装置结构性能分析与轻量化研究[D]. 赵旭.中国矿业大学 2019
[3]基于拓扑优化和尺寸优化的客车骨架轻量化设计[D]. 王文甲.华侨大学 2018
[4]门座起重机变幅机构优化设计及其系统实现[D]. 刘钦澎.大连理工大学 2018
[5]桥式起重机金属结构拓扑优化研究[D]. 张林.大连理工大学 2018
[6]基于极限挖掘力的组合挖掘性能分析[D]. 梁明锋.重庆大学 2018
[7]基于进化算法的结构拓扑优化研究及应用[D]. 帅佳锋.华中科技大学 2018
[8]筒锥型旋风分离器结构尺寸优化设计研究[D]. 袁怡.中国石油大学（北京） 2017
[9]基于极限挖掘力的反铲液压挖掘机动臂结构优化设计[D]. 王园.重庆大学 2016
[10]基于作业效率的反铲液压挖掘机工作装置机构优化设计[D]. 张涛.重庆大学 2016
本文编号：3679426
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
符号和缩写词表
1 绪论
1.1 选题背景及意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 巷道修复机研究现状
1.2.2 工作装置研究现状
1.2.3 结构优化研究现状
1.3 本文研究内容及章节安排
2 三节臂反铲工作装置机构优化问题建模
2.1 机构优化理论概述
2.2 优化目标及约束条件的确定
2.2.1 优化目标的确定
2.2.2 约束条件的确定
2.3 优化算法的选择
2.4 三节臂边界约束建模
2.4.1 D-H齐次变换矩阵简介
2.4.2 三节臂反铲工作装置运动学建模
2.4.3 三节臂边界约束方程建模
2.5 三节臂整机最大挖掘力的分析计算
2.5.1 工作油缸的理论挖掘力分析计算
2.5.2 整机理论挖掘力分析计算
2.6 三节臂优化问题数学建模
2.6.1 目标函数的确定
2.6.2 约束条件的确定
2.7 本章小结
3 两节臂反铲工作装置机构优化问题建模
3.1 两节臂反铲工作装置运动学建模
3.2 两节臂边界约束方程建模
3.3 两节臂整机最大挖掘力分析计算
3.4 两节臂机构优化数学建模
3.5 本章小结
4 优化结果及影响因素分析
4.1 优化前后的结果对比分析
4.1.1 三节臂优化前后的结果对比分析
4.1.2 两节臂优化前后的结果对比分析
4.1.3 设计方案的选择
4.2 三节臂空间约束的影响分析
4.2.1 巷道高度的约束对优化结果的影响
4.2.2 最大卸料高度的约束对优化结果的影响
4.2.3 最大挖掘深度的约束对优化结果的影响
4.2.4 最大挖掘半径的约束对优化结果的影响
4.2.5 综合影响分析
4.3 三节臂设计变量对挖掘力和工作范围的影响分析
4.3.1 AG的长度对挖掘力以及工作装置工作性能的影响
4.3.2 BI的长度对挖掘力以及工作装置工作性能的影响
4.3.3 CP的长度对挖掘力以及工作装置工作性能的影响
4.3.4 NK的长度对铲斗油缸挖掘力以及工作装置工作性能的影响
4.4 本章小结
5 三节臂反铲工作装置结构优化
5.1 结构优化理论概述
5.2 挖掘过程受力分析
5.3 尺寸优化
5.3.1 尺寸优化数学建模
5.3.2 尺寸优化分析计算
5.3.3 尺寸优化结果验证
5.4 拓扑优化
5.4.1 拓扑优化方法选择
5.4.2 拓扑优化数学建模
5.4.3 拓扑优化分析计算
5.4.4 拓扑优化结果强度校核
5.5 本章小结
6 总结与展望
6.1 主要研究结论
6.2 文章不足与展望
参考文献
致谢
作者简历
学位论文数据集
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Matlab的挖掘机工作装置优化设计[J]. 何君. 现代机械. 2019(06)
[2]基于ADAMS的液压挖掘机工作装置优化分析[J]. 聂阳文,胡星,闫磊. 计算机仿真. 2019(11)
[3]液压挖掘机斗杆结构的拓扑优化设计[J]. 李建军,隋哲. 成组技术与生产现代化. 2019(03)
[4]基于拓扑优化的扭力梁式轿车后桥结构轻量化设计[J]. 汪彬,陈光权,施卓奇,董卫平,Gaurav Kesireddy,张洪延. 汽车工程学报. 2019(02)
[5]我国煤矿巷道修复设备的应用现状及发展趋势[J]. 李旭涛. 煤炭工程. 2019(02)
[6]基于拓扑和尺寸优化的汽车C型梁轻量化设计[J]. 黄登峰,闫晓磊,钟勇. 福建工程学院学报. 2018(06)
[7]基于有限元法的车架轻量化技术研究[J]. 史文. 内燃机与配件. 2018(23)
[8]基于ANSYS的液压挖掘机推土装置轻量化设计[J]. 庄攀. 机械工程师. 2018(11)
[9]WPZ-55/900巷道修复机在煤矿井下应用实践[J]. 张建设. 能源技术与管理. 2018(05)
[10]多功能巷道修复机工作平台设计研究[J]. 郝少楠,阳廷军,杨林. 煤炭技术. 2018(08)
博士论文
[1]车身结构轻量化与抗撞性多目标协同优化设计方法研究[D]. 熊锋.吉林大学 2018
[2]反铲液压挖掘机挖掘性能实验及理论研究[D]. 任志贵.重庆大学 2014
[3]大型液压挖掘机工作装置的联合仿真及静动态特性研究[D]. 王永进.太原理工大学 2014
[4]液压挖掘机工作装置设计关键技术研究[D]. 杜文靖.吉林大学 2007
硕士论文
[1]新型CEG复合薄壳结构的受力性能及形态优化研究[D]. 刘琦.河南大学 2019
[2]大型液压挖掘机工作装置结构性能分析与轻量化研究[D]. 赵旭.中国矿业大学 2019
[3]基于拓扑优化和尺寸优化的客车骨架轻量化设计[D]. 王文甲.华侨大学 2018
[4]门座起重机变幅机构优化设计及其系统实现[D]. 刘钦澎.大连理工大学 2018
[5]桥式起重机金属结构拓扑优化研究[D]. 张林.大连理工大学 2018
[6]基于极限挖掘力的组合挖掘性能分析[D]. 梁明锋.重庆大学 2018
[7]基于进化算法的结构拓扑优化研究及应用[D]. 帅佳锋.华中科技大学 2018
[8]筒锥型旋风分离器结构尺寸优化设计研究[D]. 袁怡.中国石油大学（北京） 2017
[9]基于极限挖掘力的反铲液压挖掘机动臂结构优化设计[D]. 王园.重庆大学 2016
[10]基于作业效率的反铲液压挖掘机工作装置机构优化设计[D]. 张涛.重庆大学 2016
本文编号：3679426
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