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開題報告
題目名稱
掘進機截齒三向力測試實驗臺設(shè)計
題目來源
A
題目類型
2
導師姓名
學生姓名
班級學號
專 業(yè)
機械設(shè)計制造及其自動化
一、課題背景和意義
掘進機分為兩種：開膛式掘進機和護盾式掘進機。主要由行走機構(gòu)、工作機構(gòu)、裝運機構(gòu)和轉(zhuǎn)載機構(gòu)組成。隨著行走機構(gòu)向前推進，工作機構(gòu)中的切割頭不斷破碎巖石，并將碎石運走。截齒是一種加工的道具，主要用于煤礦開采和巷道、隧道、地面開溝等工程的掘進。是掘進機上易破損的主要部件，需要測量截齒在工作時所承受的力。
本課題是掘進機截齒三向力測試實驗臺用來測試截齒在工作過程中所承受的力，對于改進截齒的形狀和材質(zhì)以及剛度、強度的要求以及收集整理數(shù)據(jù)都有一定的作用。
二、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
近年來，隨著我國煤炭行業(yè)的快速發(fā)展，與之唇齒相依的煤機行業(yè)也日益受到重視。在煤炭行業(yè)綱領(lǐng)性文件《關(guān)于促進煤炭工業(yè)健康發(fā)展的若干意見》中，在全國煤炭工業(yè)科學技術(shù)大會上以及國家發(fā)改委出臺的煤炭行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整政策中，都涉及到發(fā)展大型煤炭井下綜合采煤設(shè)備等內(nèi)容。
掘進和回采是煤礦生產(chǎn)的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)，國家的方針是：采掘并重，掘進先行。煤礦巷道的快速掘進是煤礦保證礦井高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)措施。采掘技術(shù)及其裝備水平直接關(guān)系到煤礦生產(chǎn)的能力和安全。高效機械化掘進與支護技術(shù)是保證礦井實現(xiàn)高產(chǎn)高效的必要條件，也是巷道掘進技術(shù)的發(fā)展方向。隨著綜采技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)已出現(xiàn)了年產(chǎn)幾百萬噸級、甚至千萬噸級超級工作面，使年消耗回采巷道數(shù)量大幅度增加，從而使巷道掘進成為了煤礦高效集約化生產(chǎn)的共性及關(guān)鍵性技術(shù)。
我國煤巷高效掘進方式中最主要的方式是懸臂式掘進機與單體錨桿鉆機配套作業(yè)線，也稱為煤巷綜合機械化掘進，在我國國有重點煤礦得到了廣泛應(yīng)用，主要掘進機械為懸臂式掘進機。
我國煤巷懸臂式掘進機的研制和應(yīng)用始于20 世紀60 年代，以30～50kW 的小功率掘進機為主，研究開發(fā)和生產(chǎn)使用都處于試驗階段。80 年代初期，我國淮南煤機廠（現(xiàn)重組為凱盛重工）引進了奧地利奧鋼聯(lián)公司AM50 型掘進機、佳木斯煤機廠（現(xiàn)隸屬于國際煤機）引進了日本三井三池制作所S-100 型掘進機，通過對國外先進技術(shù)的引進、消化、吸收，推動了我國綜掘機械化的發(fā)展。但當時引進的掘進機技術(shù)屬于70 年代的水平，設(shè)備功率小、機重輕、破巖能力低及可靠性差，僅適合在條件較好的煤巷中使用，加之國產(chǎn)機制造缺陷，在使用中暴露了很多問題。國內(nèi)進一步加強對引進機型的消化吸收工作，積極研制開發(fā)了適合我國地質(zhì)條件和生產(chǎn)工藝的綜合機械化掘進裝備。經(jīng)過近30 年的消化吸收和自主研發(fā)，目前，我國已形成年產(chǎn)1000 余臺的掘進機加工制造能力，研制生產(chǎn)了20 多種型號的掘進機，其截割功率從30kW 到200kW ，初步形成系列化產(chǎn)品，尤其是近年來，我國相繼開發(fā)了以EBJ-120TP 型掘進機為代表的替代機型，在整體技術(shù)性能方面達到了國際先進水平?；灸軌驖M足國內(nèi)半煤巖掘進機市場的需求，半煤巖掘進機以中型和重型機為主，能截割巖石硬度為f＝6～8，截割功率在120kW 以上，機重在35t 以上。煤礦現(xiàn)用主流半煤巖巷懸臂式掘進機以煤科總院太原研究院院生產(chǎn)的EBJ-120TP 型、EBZ160TY 型及佳木斯煤機廠生產(chǎn)的S150J 型三種機型為主，占半煤巖掘進機使用量的80％以上。
然而，國內(nèi)目前巖巷施工仍以鉆爆法為主，重型懸臂式掘進機用于大斷面巖巷的掘進在我國處于試驗階段，但國內(nèi)煤炭生產(chǎn)逐步朝向高產(chǎn)、高效、安全方向發(fā)展，煤礦技術(shù)設(shè)備正在向重型化、大型化、強力化、大功率和機電一體化發(fā)展，新集能源股份公司、新汶礦業(yè)集團、淮南礦業(yè)集團及平頂山煤業(yè)集團公司等企業(yè)先后引進了德國WAV300、奧地利AHM105、英國MK3 型重型懸臂式掘進機。全巖巷重型懸臂式掘進機代表了巖巷掘進技術(shù)今后的發(fā)展方向。
雖然三一重裝去年推出了國內(nèi)第一臺EBZ200H 型硬巖掘進機，但國產(chǎn)重型掘進機與國外先進設(shè)備的差距除總體性能參數(shù)偏低外，在基礎(chǔ)研究方面也比較薄弱，適合我國煤礦地質(zhì)條件的截割、裝運及行走部載荷譜沒有建立，沒有完整的設(shè)計理論依據(jù)，計算機動態(tài)仿真等方面還處于空白；在元部件可靠性、控制技術(shù)、在截割方式、除塵系統(tǒng)等核心技術(shù)方面有較大差距。
一、 三、課題主要內(nèi)容
用于刀形齒實驗的實驗臺。它是有龍門刨床改制成的，有兩個垂直刀架，截齒的水平進給、垂直進給動作以及工作臺的往返運動，分別由液壓缸驅(qū)動，而且速度可調(diào)。
實驗臺的測試系統(tǒng)屬于多向力動態(tài)測量，它由安裝在刀體上的雙八角環(huán)測力儀（該測力儀能將截割過程中載荷產(chǎn)生的應(yīng)變按切向、法向和側(cè)向分別轉(zhuǎn)換成電量）和測試放大器以及記錄分析儀器表組成。
整個測試系統(tǒng)用模擬量法收集數(shù)據(jù)，記錄采用紙筆記錄和磁帶記錄儀兩種方式。記錄在磁帶中的信號，可以通過重放，利用信號分析儀對波形進行統(tǒng)計分析和信號處理。
四、日程安排
第1~2周：收集相關(guān)資料，調(diào)研國內(nèi)外研究現(xiàn)狀；
第3~4周：論證設(shè)計方案，進行總體設(shè)計；
第5~14周：繪制總裝配圖、主要零件圖，翻譯相關(guān)英文資料；
第15~16周：撰寫畢業(yè)論文，準備畢業(yè)答辯。
五、參考文獻
[1] 《龍門刨床自動控制系統(tǒng)》 李恩林編著 科學出版社
[2] 《刨工必讀》 天津第一機械工業(yè)局主編 機械工業(yè)出版社
[3] 《刨工技術(shù)》 國防工業(yè)出版社
[4] 《刨插工基礎(chǔ)》 湖南人民出版社
[5] 《刨工應(yīng)知會》 江蘇科學基礎(chǔ)出版社
指導教師意見
指導教師(簽字): 年 月 日
學院意見
學院院長(簽字): 年 月 日
填表說明: 題目類型: 1、工程設(shè)計； 2、應(yīng)用研究； 3、理論研究； 4、其它；（選1、2、3、4）。
題目來源: A、自擬課題； B、民用科研課題；C、國防科研課題；（選A、B、C）。
開題報告內(nèi)容使用宋體小四字號。
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