刘建广开题报告

刘建广开题 河北大学 毕业设计开题报告 课题名称 平煤器的结构设计与运动分析 学 号 120200423 姓 名 张万祥 学科专业 机械设计制造及其自动化 指导教师 潘越(副教授) 填表日期 2016年4月5日 1 姓 名 张万祥 入学时间 2012年9月 导师姓名和职称 潘越(副教授) 课题名称 平煤器的结构设计与运动分析 课题来源 与企业联合研究 课题类型 1.? 基础研究 2. 应用基础研究 3. 应用研究 (选一项打?) 报告时间 2016年4月5日 报告地点 2教215 预计完成时间:2016年6月 开题报告评议组成员名单 姓 名 职 称 姓 名 职 称 在铁路系统要求范围内，有效利用运载能力，增加运量提高效益是煤 炭企业在煤炭对外运输上需要面对的重要问题。目前，煤炭装车系统普遍 存在装车质量差、效率低，自动化程度低、工人劳动强度大、平煤装置易 变性失效等诸多问题。因此需要加以改进。 针对国内煤矿装车系统存在的装车质量差和装载效率低等主要问题， 分析了平煤过程的力学模型，研究平煤工艺，采用有限元处理方法建立新 的模型，运用三维造型软件对平煤装置机械结构进行了优化，给人以摘 直观的视觉效果，然后利用Adams软件对其仿真，清晰地了解各个零部件 的先后运行状况，在工程实施前以便进行必要的改进，最后是装车系统外 部设备总体布置，添加传感器、摄像头和相应的控制器，据车皮运行位置 运用PLC控制器实现平煤装置的自动起落和火车的牵引、放料斗起降、放 料皮带运等动作，并添加了防冻自动喷洒装置等动作， 要 改造后的自动平煤装置降低了工人的劳动强度和劳动成本，提高了装车的 精度。 关键词:装车系统;平煤装置;自动控制;平煤效率 2 一、立项依据(包括科学意义和应用前景，国内外研究概况，主要参考文献等) 1.科学意义和应用前景 在铁路系统要求范围内，有效利用运载能力，增加运量提高效益是煤炭企业在煤炭对外运输上需要面对的重要问题。目前，煤炭装车系统普遍存在装车质量差、效率低，自动化程度低、工人劳动强度大、平煤装置易变性失效等诸多问题。因此需要加以改进。快速装车系统是我国在二十世纪九十年代中期从国外引进的一种新型列车装载系统。它是以自动控制的方式快速并连续地将煤炭按设定的重量装载到以一定速度行进的列车中的一种高效定量装车系统。 装车工艺一般要求称重系统的静称重精度为?0.1%，给每节车皮的装车精度为0.3%，每节车皮装车误差不超过200kg。同时要求列车的牵引速度为1km/h左右。 在铁路系统要求范围内，有效利用运载能力，可增加运量提高效益，保证煤炭在车皮中均匀平整，不仅能提高运载能力，也是保证煤炭运输安全的需要，因此，煤炭装车完毕，需要通过平煤装置对其进行平整。 目前，国内煤矿装车系统存在的主要问题是: 1)装车质量差，即使经过平煤装置平整后，仍存在车皮部分位置缺煤亏煤，车皮尾部又堆煤严重。 2)煤炭散落量大，由于装煤不均匀，平整过程中，大量煤炭被推落到车皮外，造成损失。 3)人工劳动强度大，为使装煤平整，需要人工将尾部堆煤填补到缺煤亏煤的部位，工人在运行的车皮上攀爬工作，安全性差，工作量大，工作艰苦。 4)装载效率低，如果装煤偏重严重时，整列火车要倒行，利用平煤装置再次平整，增加了装煤时间和能量消耗。 5)自动化程度低，装车质量和装车速度完全依赖机车驾驶状态和装车员的工作经验等人为因素，由于需要人工判定车速并通过按键控制放煤的时机以及溜槽的高度，装车质量和装车速度很难达到理想状态。 6)平煤装置变形失效严重，用于目前对平煤受力分析缺乏研究，平煤装置的设计缺乏依据，而且，平煤的工艺不合理，平煤装置受力变形严重，甚至无法 3 正常工作。 因此，对现有的装车系统进行改造，对平煤装置进行重新设计，改善装车工艺，提高装车自动化水平，对提高装煤质量和效率，降低工人劳动强度具有重要意义。 2.国内外研究概况 目前，我国煤矿用于煤炭列车装载后平整车箱上部煤堆的设备多为龙门式装置。火车运煤装车作业的方式如下为，卷扬机牵引火车，料斗下煤装车，操作员手工控制:火车牵引速度、下煤速度、下煤量、堆煤高度。 装煤结束时，车厢中的煤堆成若干个小丘形状，通过简易平煤器，进行一次平煤操作。 这种平煤装置存在如下一些弊端:?需设专人操作，使用管理不便。?平头式平煤铲平煤工作阻力较大，各承载部件受载较重，至使故障率增高，使用寿命低。?平煤铲的升降操作与列车装载运行的协调性差，易发生操作失灵而刮碰车箱现象。?平煤后，由于设备的原因，车厢前后会预留各500mm的未平煤区，依然高出车厢。?平煤过程中经常出现煤洒落车厢外。?平煤器平整后，车厢四周出现亏空;需要两名员工上至车厢顶部，进行人工平整，以达到铁路部门的要求。 近几年，一种新型的快速定量装车系统得到应用，其工作方式是， 首先在称重仓中按车皮标重装载，通过控制闸门和卸料溜槽，向匀速运行的的车厢快速装料， 实现一次连续动态运动中的快速准确装车。快速定量装车系统主要主要结构和由大型钢结构(包括塔架本体、缓冲仓、称重仓、排气装置、系统密封装置和集中控制室)、装车机械设备(校正装置、平板无尘液压闸门、除尘装置和自动润滑系统)、称重系统(称重仪表、高精度传感器、称重连接组件和称重标定组件)、液压系统、电控系统和软件系统组成。如图1为快速定量装车系统的结构图。 4 图1 快速定量装车系统的结构图 快速定量装车系统的装煤速度和自动化程度都有较大提高。但仍存在一些弊端，主要是:?体积庞大，安装使用受场地条件限制。?运行机构较复杂、故障率高。?定量控制。 若装煤过量不好处理，装煤欠量还有增设补煤装置，使用管理不便。?制造安装成本较高，相当于新建一个装煤站。?还要有平煤装置，平煤过程中的问题同样无法避免。 现有的平煤装置设备和技术难以解决目前国内煤矿煤炭装车系统存在的主要问题，有必要进行新型自动平煤装置的研制与开发。 3.主要参考文献 [1]苏永红.异型面平煤装置的特性分析与结构优化[D].山西太原.太原理工大 学，2011 [2]刘冲，齐玫，臧梦，席启明.煤矿列车装车过程自动化[J].煤矿自动化,1999, 6:27-29 [3]陈寇忠，雷汝梅，胡志强.基于S7_300PLC的煤炭装车自动控制系统[J].煤炭 技术,2012，31(5):28-30 [4]孙丙科，刘睿 ，牛小兵，贵明鑫.基于PLC 的铁路装车自动化控制系统设计 [J].工矿自动化,2011，2:23-25 [5]刘学东.选煤厂自动装车系统控制过程分析[J].选煤技术,2008，12(6):55-58 5 [6]亢俊明，周谷鸣.自动化装车系统在姚桥煤矿的应用[J].工矿自动化,160-162 [7]郭继继，景红涛，刘松岭.全自动机械防碰撞平煤器的改进设计[J].中州煤 炭,2011,11:23-24 [8]苏艳芳.快速定量装车系统在太原选煤厂的应用[J].山西焦煤科技,2009,6: 29-31 [9]黄广军，刘昌清，彭胤宗.重点土压力计算中综合内摩擦角取值探讨[J].西南 交通大学学报,1996,31(1):86-92 [10]张年学,盛祝平，李晓，李守定，郝建明.岩石泊松比与内摩擦角的关系研究 [J].岩石力学与工程学报,2011,30(1):2599-2609 [11]赵新平.选煤厂装车自动平煤装置的研究与应用[J].煤矿机械，2011(6) [12]侯波波，杨珍珍，王圣林.装车站平煤装置的改进及有限元分析[J].煤矿机 械，2012(5) [13]张泽江.新型称重系统在快速装车系统中的应用[J].煤炭技术，2009(4) [14]冯桂东，王洪彦，郑少辉.煤炭装车自动化技术研究与开发[J].煤炭科技， 006,4:3-5 [15]赵厚峰.浅谈龙东煤矿装车系统技术改造及应用[J].煤质技术，2010,3: 61-63 [16]尹红.浅议我国煤炭装车方式[J].煤矿机械，2009,8:37-39 [17]王健.铁路快速定量装车站控制系统的开发[J].工矿自动化，2012,9:12-15 [18]李永刚.挡土墙被动土压力研究[J].岩土力学，2003,24(2):273-376 [19]孙益振,邵龙潭.基于局部与整体变形测量的粉土泊松比试验研究[J].岩土 工程学报，2006,28(8):1033-1038 [20]Da-ming, ZHEN Ji-quan, HU Ying-de, et al. 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Stress path testing of an anisotropic sandstone[J].Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering，2007，133(1):116–119. 二、研究内容及预期成果(说明课题的具体研究内容和重点解决的关键问题，预期成果和提供的形式) 1.研究内容 课题主要研究技术内容为洗煤厂火车装车系统的自动平煤器的结构设计与运 动分析研发。 ? 利用自动控制技术设计平煤器的装车平煤工作原理 ? 运用三维软件建立平煤器实体模型 ? 采用有限元及力学方法进行关键结构的力学分析 ? 运用Adams进行运动仿真分析 ? 平煤器的材料选型 2.需要解决的关键问题是: 1)平煤器的工作原理; 2)平煤器的力学模型; 3)平煤器的机械结构优化设计; 4)平煤器的材料选型 3.课题的预期成果为:提高装车系统煤炭装车的效率和质量。 1)提高自动化程度，火车装车作业一次完成，无需倒车; 2)减少人工平煤劳动量; 3)缩短装煤时间; 4)减少煤炭洒落; 5)优化平煤装置机械结构，延长其使用寿命; 7 最后提供的形式为在发表1~2篇核心论文的基础上提供研发装车系统的定量装煤辅助系统和自动平煤装置总成一套，一套完整的设计安装图纸，作为整套设备的技术参考，此外，试验检测报告和维护使用说明书为设备使用过程中提供指导。 三、拟采取的研究方法和技术路线(包括理论分析、计算、实验方法和步骤及其可行性分析、创新处;毕业设计论文工作的总体安排和进度) 1.研究方法 目前已对国内煤矿矿井装车系统的现状和存在的主要问题进行了调研分析，课题攻关的技术方案已经完善和细化: 1)建立平煤过程的力学模型，根据无粘性土三轴实验研究和泊松比与剪切角的关系,经过对平煤装置的力学分析提出了推积理论和推落理论，平煤过程中平煤装置所受到的阻力为: F,f(,,,,G,,,S)，g(,,dV) 式中:τ--剪切应力; σ--正应力; G --煤的重力; θ--剪切角度; S--剪切面积; ρ--煤的密度; dV--煤的体积 上式说明平煤装置所受到的阻力与煤炭的剪切应力、挤压正应力、煤炭的重力和剪切角度、剪切面积以及煤炭堆积对平煤装置的静压力有关。 应用推积理论和推落理论，经科学的装煤工艺改进和合理的安装平煤装置，可降低平煤阻力12倍以上。 2)按照平煤阻力可优化平煤装置机械结构的外形结构尺寸，应用三维造型软件进行外形设计，使之在满足强度要求的情况下，质量轻、成本低、安装方便。 2.创新处 8 1)平煤装置的力学模型 通过对平煤装置的力学分析提出了推积理论和推落理论，推导平煤过程中平煤装置所受到的阻力计算公式，是理论上的创新; 2)平煤装置机械结构优化 优化平煤装置机械结构的外形结构尺寸，应用三维造型软件进行外形设计，使之在满足强度要求的情况下，质量轻、成本低、安装方便，是结构设计上的创新; 3.毕业论文工作的总体安排和进度 1.了解任务熟悉资料查阅文献 2. 对平煤装置进行力学分析，推导平煤阻力计算公式，完善推积理论和推落理论; 3 2015年7月-2015年12月,系统集成、调试; 2016年1月-2016年5月，整理资料，编写和修改毕业论文; 2016年5月-6月，准备答辩。 9 六、导师对硕士生选题报告的评语(硕士生对国内外文献、动态、水平是否了解清楚，所选课题是否适当，预期目标能否达到，理论和实际应用的价值如何、路线和措施是否具体可行等): 导师签字: 年 月 日 七、评议组意见: 组长(签字): 年 月 日 八、所在学院审查意见 学院(公章) 院长(签字): 年 月 日 10