采煤机拖缆装置的研究与改进设计

摘要

采煤机供电电缆和外接高压水管分别是采煤机电控系统和喷雾除尘系统不可缺少的部件，工作时电缆和水管随着采煤机的牵引而受到折弯、挤压;由于它们结构的特殊性以及对煤矿安全生产的重要性，工作时需对供电电缆和外接高压水管需要进行特别保护。目前，工作面广泛采用拖缆装置来保护、拖拽供电电缆和外接高压水管。但是，从目前的使用状况中发现，拖缆装置仍然存在保护失效、电缆夹板偏移、不同类型电缆夹板无法转接等问题，对煤矿安全、高效生产要求造成影响。因此为了满足煤矿生产机械化、自动化、高效化快速开采的要求，对现有拖缆装置进行研究和改进的意义重大。
　　通过查阅大量文献，首先对拖缆装置的国内外研究现状进行分析，详细对现有拖缆装置的结构、工作原理、安装和使用现状进行研究，并提出现有拖缆装置使用时的缺点。
　　对电缆夹板的类型及不同类型电缆夹板的结构进行研究;将布置在电缆槽内的电缆夹板划分成多个区域，分析影响不同区域工况的主导因素;对O型电缆夹板进行工况分析，并运用ANSYS Workbench对电缆夹板进行有限元分析;对电缆夹板的折弯角进行理论研究与计算，作为对拖缆装置改进的理论依据。
　　对采煤工作面的施工需求进行分析，提出新型拖缆装置设计方案;在伸缩臂的设计方面，运用MATLAB Simulink对伸缩臂的调节液压缸控制系统在不同输入信号下的响应进行了分析;在转动臂的设计方面，详细对转动臂的关键零部件进行有限元分析;在过载保护系统的设计方面，对安全销强度进行计算;在转接板的设计方面，对转接板的结构进行设计，并对转接板进行有限元分析。
　　运用D-H方法建立拖缆装置的的连杆坐标系及数学模型，确定连杆参数，求出摇臂的齐次变换矩阵，建立摇臂的运动学方程，运用MATLAB计算运动学方程各个参数;通过MATLAB Robotics建立拖缆装置仿真模型，求解摇臂在工作时的运动轨迹和相对于刮板输送机之间的位置关系，并求出拖缆装置的各个关节的变量与时间的关系。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 拖缆装置的发展概述

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 课题的提出与研究目的

1．4 论文主要内容安排

2 拖缆装置的结构分析

2．1 采煤工作的进行

2．2 采煤机电缆的类型

2．3 拖缆装置的组成及使用

2．3．1 拖缆装置的组成

2．3．2 拖缆装置的安装使用

2．3．3 拖缆装置现存缺点

2．4 本章小结

3 电缆夹板的研究与分析

3．1 模型的建立

3．2 电缆夹板的工况分析

3．3 电缆夹板静力分析

3．4 电缆夹板折弯角分析

3．5 本章小结

4 拖缆装置结构设计

4．1 施工需求分析

4．2 拖缆装置伸缩臂的设计与分析

4．2．1 伸缩臂结构设计

4．2．2 伸缩液压缸理论分析与仿真

4．2．3 伸缩臂关键零件有限元分析

4．3 拖缆装置转动臂的设计与分析

4．3．1 转动臂结构设计

4．3．2 转动臂关键零件有限元分析

4．4 拖缆装置过载保护系统的设计与分析

4．4．1 过载保护系统结构设计

4．4．2 安全销选型与强度校核

4．5 转接板的结构设计与分析

4．6 本章小结

5 拖缆装置运动学分析

5．1 拖缆装置运动学分析理论

5．1．1 刚体位姿的表示方法

5．1．2 坐标变换

5．2 D-H方法建立运动学方程

5．2．1 连杆参数和连杆坐标系

5．2．2 连杆变换和运动学方程

5．3 建立拖缆装置摇臂运动学方程

5．4 基于MATLAB Robotics的运动学建模仿真

5．5 本章小结

6 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 不足和展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果