架管机器人管道提升机构和钻孔装置设计

根据煤矿井下实际工况要求,对巷道架管机器人的管道提升机构和钻孔装置工作原理进行分析,提出了一种自动化程度更高的管道提升机构和钻孔装置,解决了传统架管方式严重依赖人力的难题。对管道提升机构和钻孔装置进行结构设计,并利用SolidWorks和ANSYS软件对结构进行三维建模与仿真分析,证明了该结构的安全性与稳定性。     

海底采矿机器人行走结构设计及稳定性分析

设计了一种可代替人类深海作业的采矿机器人的行走机构,利用adams软件分析机器人结构和性能,研究了其海底行走的稳定性。     

基于ANSYS的氧化铝溶出管道系统热启动过程的应力分析

运用管道应力分析与计算方法, 建立溶出管道应力的数学模型, 并利用商业有限元分析软件ANSYS进行了应力分析。仿真结果表明, 溶出管道热启动过程中管系的热膨胀将使管系的位移和约束机构的受力与力矩显著增加, 而合理地设计管道弯折点和支架的位置, 对减少管系对支架等约束机构的推力十分重要, 在降低施工成本的同时也有助于增加管系的柔性和热启动过程的安全性。该模型符合实际情况并对大型工业氧化铝管道溶出系统的设计和评价具有指导作用。     

可变径流体驱动管道机器人设计及运动分析

针对现有的管道机器人不能适应管径变化、受能源限制、通过性差等问题,设计了可变径流体驱动式管道机器人,对管道内的通过性能进行了实验及分析。首先对机器人主要机械系统进行分析并提出方案;然后对机器人的弯道通过性进行理论分析,研究其几何尺寸约束;最后在Solid Works中建立三维模型并导入到ADAMS中,分别对单节单元体和双节单元体的运动性能进行仿真分析。实验结果表明,机器人可以流畅通过直管道及弯曲管道,仅在起步及弯曲管道通过阶段出现轻微的线速度和角速度波动。     

煤矿巷道修复作业机器人作业机构设计与性能分析

针对现有煤矿巷道修复机器人作业机构不够灵活、作业效率低等诸多不足,提出了一种四自由度三节臂的煤矿巷道修复作业机器人作业机构,基于D-H参数法建立了该作业机构的运动学模型,分析了该作业机构的正逆运动学,得到了关节转角与末端位移随时间的变化关系,利用虚拟样机技术和蒙特卡洛法仿真分析了所设计作业机构的作业空间和极限作业尺寸,...     

深海海底采矿扬矿管系统的三维动态分析

对于过去文章中提出的从５０００ｍ和６０００ｍ深的海底开采锰结核的２种扬矿管模型,分别完成了时域内垂直状态下轴向强迫振动和三维托曳特性的非线必珐分析．所用的海底采矿分析方法以集中质量法和增量迭代法为基础。用纽马克方法进行时间积分。水中的泵及缓冲器看作刚体。基于模拟分析、对扬矿管设计的两个问题进行了讨论：管的结构强度和采矿作业的总体集中控制。     

深海海底采矿扬矿管系统的三维动态分析

对于过去文章中提出的从5000m和6000m深的海底开采锰结核的2种扬矿管模型，分别完成了时域内垂直状态下轴向强迫振动和三维拖曳特性的非线性动态分析。所用的海底采矿分析方法以集中质量法和增量迭代法为基础。用纽马克（Newmark）方法进行时间积分。水中的泵及缓冲器看作刚体。基于模拟分析，对扬矿管设计的两个问题进行了讨论：管的结构强度和采矿作业的总体集中控制。     

管道机器人的机构设计与通过性分析

分析了弹簧腿管道机器人的力学特性和适应范围,以及丝杠螺母管道机器人的力学特性和通过性。通过比较这两种机器人的优缺点,综合其特点提出了弹簧丝杠管道机器人的机构设计方法,并分析了该机器人的通过性。分析得知,该机器人在越过障碍时,可以始终与管道内壁紧密接触,不仅可以使正压力始终保持在合适的范围内,而且增大了越障的成功率。     

综采工作面自动巡检机器人系统设计

为解决综采工作面巡视作业空间狭小、设备间配合动作复杂、作业环境恶劣导致的人工巡检困难,巡检人员安全无法保障的问题,设计了一种占用空间小,适应三大设备相互动作,可以实现自动化巡检,集视频监控、数据融合、数据上传、温度异常报警等功能为一体的综采工作面巡检机器人系统。自动巡检机器人系统包括自动巡检系统、机器人本体、电气控制系统、通信网络系统和集控室集控系统。其自动巡检系统采用吊缆机构与悬轨支撑机构相结合的方式实现了综采工作面液压支架拉架动作后机器人巡检路径轨道的自适应;机器人本体上装载的可见光相机和红外热成像仪采集的工作面作业数据可通过通信网络系统实现与控制主机间的双向信息交互,采集的作业数据通过集控室集控系统实现可见光和红外数据的实时融合,为进一步通过智能分析算法实现更高级识别奠定基础;集控室系统可以对采集数据进行可视化处理,对巡检机器人工作状态进行实时智能控制,并在综采设备工作异常时报警。自动巡检机器人在中煤张家口煤矿机械有限责任公司综采工作面实验室进行了试验性研究,研究结果表明:在综采工作面的狭小设备空间中,液压支架经常性会进行拉架操作,现有的固定轨道的巡检机器人无法进行巡检,自适应轨道系统可以吸收拉架产生的设备位置变化,保证巡检轨道的畅通,实现了巡检机器人的无障碍通过;机器人本体采用高精度可见光传感器和热成像传感器,可以获取高精度的可视化图像信息,相较于现有人工目测或手持仪表测量,数据真实可靠,并可实时反馈现场环境状况。集控室系统可视化处理后的数据能直观反映出设备运作时的工作状况,提高了巡检人员对工作设备操控的准确度,其报警功能可以在工作异常时及时告知巡检人员作业异常原因及异常区域,提高巡检作业的安全可靠性。此综采工作面自动巡检机器人站地空间小,可代替人工实现对综采工作面的巡检作业,巡检作业安全可靠。     

深海底钻机自动接杆卸杆储管机构

本文介绍了一种深海底使用的钻杆钻具储管机构的工作原理和结构特点。按照深海底钻孔工艺,设计了自动接杆、卸杆、存储机构。这一种机构采用两个单排转笼式储管架,分别存放钻杆和钻具管组件。每一个储管架各配备一双机械手,用于夹持钻杆和钻具在孔口位和储管架管口位之间的移送和卡紧定位。该机构可靠性高,取心率高,结构简单,方便操作。     

基于ANSYS的煤矿立井抢险排水管道安全性评价分析

以810 m煤矿立式抢险排水管道为例,研究排水管路正常运行时所受载荷,利用CAD模型建立了抢险排水管道结构的三维模型,运用ANSYS有限元分析软件对其进行静力学分析,模拟排水管道在给定静载荷作用下在竖直方向上的应力和应变分布状况,并对其安全性进行评价。研究得出排水系统最上端管道的横断面为危险截面,管道结构的最大应力为138.88 MPa,小于其应力极限,验证了管道结构的强度及稳定性,为煤矿立井抢险排水系统的可靠运行提供了依据,并结合安全性和经济性的原则,对下端管道的选材提出建议。     

基于ANSYS的6R机械臂静力学分析

随着我国智慧矿山建设的大力推广,机器人技术正在逐步应用于矿山领域。针对6R机械臂的作业安全性与可靠性问题,对其采用静力学分析的方法验证其结构设计的工作可靠性。通过使用CAD软件SolidWorks完成机械臂三维模型的建模并导入ANSYS workbench中,根据实际受力状况对其进行静力学分析,获得其在作业时各个组成部件上的应力变化规律和关键部件的变形情况。仿真结果表明,机械臂的结构设计可靠,为后续的结构优化、运动控制等奠定了基础。     

可变径煤矿管道检测机器人的设计

在煤矿生产中使用大量的管道,其质量关系到整个煤矿的安全和高效生产。为提高管道寿命,预防管道老化、腐蚀及断裂等问题,并实现高效准确地故障诊断,笔者设计了一种可变径管道检测机器人,并建立了机器人三维模型,利用ADAMS对其进行运动仿真,从而验证了机器人在直径为220~300mm的管道中自由行走和检测的可行性。     

矿用支架搬运车叉装机构强度分析

支架搬运车是一种用于煤矿井下单元支架快速搬家的辅助作业装备,直接与支架接触的叉装机构作为搬运车上主要受力的关键结构,其强度、刚度影响搬运车的使用寿命。基于有限元分析理论,对叉装机构各个关键部件进行受力分析,建立有限元模型,得出了门架C槽、上下滑移机构、左右滑移机构、货叉等关键部件的应力场分布及危险位置,与实际应力破坏相符。结果表明,叉装机构的设计满足实际工况的强度使用要求。     

不同管道特性对PCCP动力响应的影响分析

以南水北调中线工程中河南省南阳段的PCCP为研究对象,建立了有限元动力分析模型,对其动力特性与地震动力响应进行了分析研究。分析了不同管道特性对PCCP动力响应的影响:不同的埋设深度、不同的管壁厚度等。结果表明,当埋深大于某一限值以后,结构的动应力与管道埋深关系不大;管道的最大轴向应力会随着管道壁厚的增加而减小,而最大弯曲应力变化很小。     

小口径深井落井救援机器人设计

针对小口径落井救援技术和设备落后的现状,研究了一种适用于小口径落井救援作业的救援机器人设计方案。该方案对救援机构进行了详细地描述,考虑到机器人井下作业环境空间的局限性,对井下作业救援机构进行了模块化设计,减小了机构的体积,同时对音频、视频、照明和通风等辅助救援系统进行了阐述。利用该落井救援机器人对落井人员进行救助,无需救助人员深入井下,仅在井上操作即可在较短时间内将落井人员救出井外,大大降低了传统救援方法因救助不及时而造成对被救人员的伤害,可节约大量人力、物力,并且缩短了救援时间,是一种针对小口径落井救援较为理想的救援装置。     

三山岛新立矿区采场结构参数优化研究

新立矿区是我国第一个进行海底开采的硬岩矿山.针对其海底复杂特殊开采技术条件,本文采用工程类比法、理论计算和正交试验,通过ANSYS数值模拟手段,研究了不同的采场结构参数对采矿作业安全、资源回收等的影响,对点柱结构参数进行优化,从而为采矿方案设计提供了理论依据.     

海底采矿集矿机智能控制系统的研究

海底采矿集矿机需在5000~6000 m的海底沿预设的路线进行采矿作业。由于海底地质环境、海流、输送管道和电缆等诸多因素的影响,其行走路径的控制至关重要。当其方向发生偏移时,采用常规的方向控制,即使修正方向后,也会产生平移误差。把单纯的方向控制变成了具有人工智能的行走路径控制。控制结构上采用方向、速度、行走路径的三环串级控制,从根本上解决了平移误差问题。     

陆域吹填段地面沉降及管道应力响应特征研究

沿海地区陆域吹填段易发生不均匀沉降,软土地基上敷设管道易发生应力集中进而引发事故。基于有限元法建立天津南港工业园区三维沉降模型,使用固体力学方程以及摩尔—库仑准则表征管土相互作用机制,对地面沉降情况以及新管道敷设和投产时管道的应力响应特征进行研究。研究结果表明,人工填海区域的不均匀沉降程度与填土物性以及海相沉积层表面不平整的天然泥面具有显著的相关性。新管道投产后,已建管道顶部及底部应力下降了约2 MPa,但相邻侧等效应力增长了约4.5 MPa,并行敷设管道的相邻一侧管壁所受的应力较大。研究结果有助于认清研究区域沉降趋势,为软土地基管道应力监测方案制定提供了科学依据。     

水力吸尘管性能优化实验研究

应用水射流原理设计了水力吸尘管,建立了实验系统,进行了不同吸尘管结构、喷嘴型式及水压对水力吸尘管性能影响的正交试验,同时对实验结果进行了分析,确定其最优结构。实验结果表明在实验室条件下,水力吸尘管有效地满足了机采作业面对处理粉尘量和降尘效率的要求。