采煤机机器人振动截割臂的设计与研究.pdf

纛u 焱N I V E R S 。T 理Y O FS C 工I E N C E 大T E C H N O 擎L O G Y 分类号T D8 22 单位代码1 0 3 6 1 论文题目采煤机机器人振动截割臂的设计与研究 作者姓名 专业名称 严晨 机械工程 导师姓名 王应至教援 完成时间 2 0 21 年6 月 万方数据 中图分类号 旦墨2 2 学科分类号丝Q 三 Q 论文编号 密级公珏 安徽理工大学 硕士学位论文 采煤机机器人振动截割臂的设计与研究 作者姓名芒最 专业名称扭越工程 研究方向智能扭越皇扭墨厶 导师姓名王盛至数控 导师单位塞徽理王态堂 答辩委员会主席瑟勇态直工 论文答辩日期2 0 2 1 年0 6 月0 5 日 安徽理工大学研究生院 2 0 2 1 年0 6 月2 0 日 万方数据 AD i s s e r t a t i o ni nM e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g D e s i g na n dR e s e a r c h o nV i b r a t i o n C u t t i n gA r m o fS h e a r e rR o b o t C a n d i d a t e Y a nC h e n S u p e r v i s o r W a n gC h e n g i u n S c h o o lo fM e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g A n H u i U n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y N o ．16 8 ，T a i f e n gS t r e e t ，H u a i n a n ，2 3 2 0 01 ，P ．R ．C H I N A 万方数据 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方以外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得蔓 邀堡王太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示 谢意。 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塞筮理王太堂有保留、使用学位论 文的规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位 属于塞徵壅王态堂。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交 论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权安徽 理工大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论 文。 保密的学位论文在解密后适用本授权书 学位论文作者签名严晨 签字日期别年“月毋日 导师签名签字日期力冼叫年。石月力毋日 万方数据 摘要 摘要 煤矿井下环境恶劣，劳动繁重且对工人健康危害极大，将采煤机机器人引入 井下煤矿开采工作，可有效减少井下作业人员数量，起到无人则安的作用；且能 大幅提高生产效率，实现精准开采、绿色开采以及降低煤炭开采成本。煤炭能源 开采最主要设备为采煤机机器人，针对薄煤层煤炭开采工作，应用T R I Z 理论设 计出一种以双排五星液压马达为主要驱动装置、电磁铁为辅助驱动装置的单级减 速器轻量化振动冲击截割臂。该设计将往复振动冲击技术应用于截割煤岩方面， 既丰富了采煤机机器人机型，同时为煤矿机械的轻量化设计、提高截割臂煤岩破 碎的装煤率、优化螺旋滚筒截割性能以及得到优选方案下块煤率的实验设计提供 参考，主要工作如下 应用T R I Z 理论分析了截割臂驱动装置的选择与布置，并进行减速器的设计和 悬臂梁结构截割臂的设计，对截割臂减速器的传动齿轮进行参数设计，对轴承、 电磁铁等关键部件进行选型，并给出截割臂减速器各关键部件结构简图和主要技 术参数。 运用A N S Y S W o r k b e n c h 有限元软件对两种悬臂机壳进行强度对比分析，找 到所选工字型悬臂机壳共振频率相应发生破坏的位置和破坏程度；对单级减速器 两对啮合齿轮副和行星减速器分别进行瞬态分析，验证了齿轮副在极限转速啮合 传动下的应力与应变满足强度和刚度要求。 应用离散单元法对螺旋滚筒轴向振动频率厂进行单因素数值模拟试验分析， 确定该因素在正交试验中的水平范围对“滚筒转速、轴向振动频率以及工作振 幅”三种因素进行数值模拟正交试验，分析得到提高装煤率的优选方案和提高螺 旋滚筒工作寿命的优选方案，并得到优选方案的装煤率为5 4 ．5 6 ％，优选方案的截 割阻力均值为2 4 0 3 1 ．0 2N ，载荷波动系数为0 ．6 8 2 8 。 设计并搭建采煤机机器人振动冲击截割臂样机实验平台，并对振动切削仿真 试验两个优选方案的块煤率进行实验分析，得到优选截割性能下的块煤率普遍高 于优选装煤率下的块煤率的结论。 图[ 6 0 】表[ 2 2 ] 参【8 4 】 关键词采煤机机器人；振动冲击；轻量化设计；动态特性；离散单元法 分类号T D 8 2 2 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 I I 万方数据 A b s 打a c t A b s t r a c t T h eu n d e r g r o u n de n v i r o n m e n to ft h ec o a lm i n ei sh a r s h ，t h el a b o ri sh e a v ya n di t i se x t r e m e l yh a r m f u lt ot h eh e a l t ho fw o r k e r s ．T h ei n t r o d u c t i o no fs h e a r e rr o b o t si n t o u n d e r g r o u n dc o a lm i n i n gw o r kc a ne f f e c t i v e l yr e d u c et h en u m b e ro fu n d e r g r o u n d w o r k e r sa n dp l a yar o l ei ne n s u r i n gt h a tn oo n ei ss a f e ；a n dc a l lg r e a t l yi m p r o v e p r o d u c t i o ne f f i c i e n c y ．R e a l i z ep r e c i s em i n i n g ，g r e e nm i n i n ga n dr e d u c ec o a lm i n i n g c o s t s ．T h em a i ne q u i p m e n tf o rc o a le n e r g ym i n i n gi st h ec o a ls h e a r e rr o b o t ．A i m i n ga t t h em i n i n go ft h i nc o a ls e a m s ，t h eT R I Z t h e o r yi su s e dt od e s i g nas i n g l e s t a g er e d u c e r w i t had o u b l e - r o wf i v e s t a r h y d r a u l i cm o t o ra s t h em a i nd r i v i n gd e v i c ea n da n e l e c t r o m a g n e ta st h ea u x i l i a r yd r i v i n gd e v i c e ．V i b r a t i o ni m p a c tc u t t i n ga r r r l ．T h i s d e s i g na p p l i e sr e c i p r o c a t i n gv i b r a t i o na n di m p a c tt e c h n o l o g yt oc u t t i n gc o a la n dr o c k ， w h i c hn o to n l ye n r i c h e st h er o b o tm o d e l so fc o a lm i n i n gm a c h i n e s ，b u ta l s op r o v i d e sa l i g h t w e i g h td e s i g nf o rc o a lm i n i n gm a c h i n e r y ，i n c r e a s e st h ec o a ll o a d i n gr a t eo ft h e c u t t i n ga l T nc o a l r o c kc r u s h i n g ，a n do p t i m i z e st h es p i r a ld r u mc u t t i n gT h ec u t t i n g p e r f o r m a n c ea n dt h ee x p e r i m e n t a ld e s i g no ft h el u m pc o a lr a t eu n d e rt h eo p t i m a l s c h e m ep r o v i d ear e f e r e n c e ．T h em a i n w o r ki sa sf o l l o w s U s i n gT R I Zt h e o r yt oa n a l y z et h es e l e c t i o na n dl a y o u to ft h ec u t t i n ga F i nd r i v e d e v i c e ，a n dc a r r yo u tt h ed e s i g no ft h er e d u c e ra n dt h ed e s i g no ft h ec a n t i l e v e rb e a m s t r u c t u r ec u t t i n ga r m ，t h ep a r a m e t e rd e s i g no ft h et r a n s m i s s i o ng e a ro ft h ec u t t i n ga t T n r e d u c e r , t h eb e a r i n g ，e l e c t r o m a g n e t i cT h ek e yc o m p o n e n t ss u c ha si r o na r es e l e c t e d ， a n dt h es t r u c t u r ed i a g r a ma n dm a i nt e c h n i c a lp a r a m e t e r so fe a c hk e yc o m p o n e n to ft h e c u t t i n ga r mr e d u c e ra r eg i v e n ． U s i n gA N S Y SW o r k b e n c hf i n i t e e l e m e n ta n a l y s i ss o f t w a r et o c o m p a r et h e s t r e n g t ho ft h et w oc a n t i l e v e rc a s i n g st o f i n dt h el o c a t i o na n dd e g r e eo fd a m a g e c o r r e s p o n d i n gt ot h er e s o n a n c ef r e q u e n c yo ft h es e l e c t e dI - s h a p e dc a n t i l e v e rc a s i n g ； f o rt h es i n g l e s t a g er e d u c e rt w op a i r so fm e s h i n gg e a rp a k sT h et r a n s i e n ta n a l y s i so f t h ep l a n e t a r yr e d u c e ra n dt h ep l a n e t a r yr e d u c e rr e s p e c t i v e l yv e r i f yt h a tt h es t r e s sa n d s t r a i no ft h e g e a rp a i r u n d e rt h el i m i ts p e e dm e s h i n gt r a n s m i s s i o nm e e tt h e r e q u i r e m e n t so fs t r e n g t ha n dr i g i d i t y ． T h ed i s c r e t ee l e m e n tm e t h o di su s e dt o a n a l y z et h es i n g l e f a c t o rn u m e r i c a l 1 1 1 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 s i m u l a t i o nt e s to ft h ea x i a lv i b r a t i o nf r e q u e n c yfo ft h es p i r a ld r u mt od e t e r m i n et h e h o r i z o n t a lr a n g eo ft h i sf a c t o ri nt h eo r t h o g o n a le x p e r i m e n t ；t h et h r e ef a c t o r so f ”d r u m s p e e d ，a x i a lv i b r a t i o nf r e q u e n c ya n dw o r k i n ga m p l i t u d e ”N u m e r i c a ls i m u l a t i o n o r t h o g o n a lt e s ti sc a r r i e do u tt oa n a l y z ea n do b t a i nt h eo p t i m a lp l a nf o ri n c r e a s i n gt h e c o a ll o a d i n gr a t ea n dt h eo p t i m a lp l a nf o ri n c r e a s i n gt h ew o r k i n gl i f eo ft h es p i r a ld r u m ， a n dt h ec o a ll o a d i n gr a t eo ft h ep r e f e r r e dp l a ni s 5 4 ．5 6 ％，a n dt h ea v e r a g ec u t t i n g r e s i s t a n c eo ft h ep r e f e r r e dp l a ni s2 4 0 31 ．0 2N ，t h ec o e f f i c i e n to fl o a df l u c t u a t i o ni s 0 ，6 8 2 8 ． D e s i g na n db u i l dac o a ls h e a r e rr o b o tv i b r a t i o n i m p a c tc u t t i n ga r mp r o t o t y p e e x p e r i m e n t a lp l a t f o r m ，a n dc o n d u c l a l le x p e r i m e n t a la n a l y s i so nt h el u m pc o a lr a t eo f t h et w o0 0 t i m a ls c h e m e so ft h ev i b r a t i o nc u t t i n gs i m u l a t i o nt e s t ．I ti so b t a i n e dt h a tt h e l u m pc o a lr a t eu n d e rt h eo p t i m a lc u t t i n gp e r f o r m a n c ei sg e n e r a l l yh i g h e rt h a nt h e o p t i m a lo n e ．T h ec o n c l u s i o no fl u m pc o a lr a t eu n d e rc o a ll o a d i n gr a t e ． F i g u r e 【6 0 ] t a b l e [ 2 2 】r e f e r e n c e 【8 4 】 K e y W o r d s s h e a r e rr o b o t ；v i b r a t i o n i m p a c t ；l i g h t w e i g h td e s i g n ；d y n a m i c c h a r a c t e r i s t i c s ；d i s c r e t ee l e m e n tm e t h o d C h i n e s eb o o k sc a t a l o g T D 8 2 2 万方数据 目录 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．I A b s t r a c t ．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．⋯．．．．．．⋯．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．⋯⋯⋯⋯⋯．．I I I 目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯V C o n t e n t s ⋯．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯⋯．．．．．．．．．．．．．⋯．．．⋯．．．．．．．⋯⋯．．．．．．⋯．．⋯．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．⋯．．，．⋯I X 1 绪{ 念⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．1课题来源⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．2 课题研究背景及意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 1 ．2 ．1 课题研究背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2 ．2 课题研究意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 _ 3 采矿机器人研究应用现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一4 1 ．3 ．1 采矿机器人应用现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 1 ．3 ．2 煤矿机器人应用现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 1 ．3 ．3 采煤机机器人研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 ．4 破岩采煤技术⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一9 1 ．4 ．1 破岩采煤技术研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 1 ．4 ．2 薄煤层振动截割臂技术研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 0 1 ．5 振动冲击技术研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11 1 ．5 ．1 振动冲击理论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 1 ．5 ．2 振动冲击技术研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．13 1 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．15 2 采煤机机器人振动冲击截割臂结构设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯17 2 ．1 煤岩截割理论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯17 2 ．1 ．1 煤岩物理和力学综合性能分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 7 2 ．1 ．2 螺旋滚筒主要设计参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 8 2 ．2 基于T R I Z 理论的振动冲击截割臂结构设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 0 2 ．2 ．1 振动冲击截割臂结构设计初始问题分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 1 2 ．2 ．2T R I Z 工具分析解决问题⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 2 2 ．2 - 3最终设计方案整理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 6 2 ．3 传动部件参数设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 7 2 ．3 ．1减速器参数设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 7 V 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 2 ．3 ．2 减速器关键部件选型与整体结构布置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 8 2 ．3 ．3 振动冲击截割臂技术参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 2 2 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 3振动冲击截割臂关键部件有限元分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 3 ．1 截割臂悬臂机壳有限元分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 3 3 ．1 ．1 悬臂机壳前处理设置⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 4 3 ．1 ．2 悬臂机壳仿真设置与结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 6 3 ．2 截割臂机壳动态特性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 7 3 ．2 ．1 模态分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 7 3 - 2 ．2谐响应分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 8 3 - 3 减速器齿轮传动瞬态分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 0 3 ．3 ．1第一对齿轮副瞬态分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 0 3 ．3 ．2 第二对齿轮副瞬态分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 2 3 ．3 ．3 行星减速器瞬态分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．4 4 3 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 6 4基于离散单元法的薄煤层振动切削仿真分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 7 4 ．1 煤岩颗粒模型选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 7 4 ．2 单因素试验与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 8 4 ．2 ．1 单因素试验设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 8 4 ．2 ．2 仿真试验关键步骤⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 8 4 ．2 ．3 单因素试验结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 3 4 ．3 正交试验与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯～5 4 4 ．3 ．1 正交试验设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 4 4 ．3 ．2 正交试验结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．5 5 4 ．4 优选水平方案验证分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 4 ．4 ．1优选装煤率数值模拟分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 1 4 ．4 ．2 优选截割性能数值模拟分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 2 4 ．5 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 3 5 振动冲击切削煤岩实验验证⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 4 5 ．1 实验样机设计与制作⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 5 5 ．1 ．1 实验样机设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 5 5 ．1 ．2 实验样机制作⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 5 万方数据 目录 5 ．2 煤壁试样制备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 6 5 ．2 ．1 煤壁材料准备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 6 5 ．2 ．2 煤壁试样制备⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 7 5 ．3煤岩切削实验与结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 7 5 ．3 ．1 煤岩切削实验⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 7 5 ．3 ．2 实验结果分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．6 8 5 ．4 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．6 9 6 总结与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一7 1 6 ．1研究总绦⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 6 ，2 创新点⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 1 6 ．3 工作展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．7 2 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 3 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7 9 作者简介及读研期间主要科研成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．8 l V I I 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 V I I I 万方数据 C o n t e n t s C o n t e n t s A b s t r a c t ．．⋯．．．⋯．．．．．．⋯．⋯．．．．．．．．，．．．．．．．．．⋯．．．．．．．⋯．．．．．．⋯．．．．．．．⋯⋯．．．．⋯⋯．．．⋯．．．⋯．．．．．．．．⋯．．．．．．⋯⋯⋯．I A b s t r a c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I I I C o n t e n t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．V C o n t e m s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．I X 1I n t r o d u c t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．1 S o u r c eo f t h es u b j e c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．1 1 ．2T h eb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c eo f t h er e s e a r c h ⋯⋯．．．⋯⋯．．．⋯．．．．．⋯⋯．- ．．．⋯⋯1 1 ．2 ．1 S u b j e c tr e s e a r c hb a c k g r o u n d ．．⋯．．．．．．⋯⋯．．．⋯⋯．．．．⋯⋯⋯．．．．．．．⋯⋯．⋯．⋯1 1 ．2 ．2 S i g n j f i c a n c eo f p r o j e c tr e s e a r c h ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．3C u r r e n ts t a t u so f r e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no f m i n i n gr o b o t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯4 1 ．3 ．1 A p p l i c a t i o ns t a t u so fm i n i n gr o b o t s ．⋯⋯⋯．．．．．⋯．⋯．⋯⋯．．．⋯．⋯⋯⋯⋯4 1 ．3 ．2 A p p l i c a t i o ns t a t u so f c o a lm i n e r o b o t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯“5 1 ．3 ．3C u r r e n ts t a t u so f r e s e a r c ho ns h e a r e rr o b o t s ．．⋯⋯．．．．．⋯⋯．．．⋯⋯．．．．．．⋯．．．．．7 1 ．4 R o c k ．b r e a k i n gc o a lm i n i n gt e c h n o l o g y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 1 ．4 ．1C u r r e n tr e s e a r c hs t a t u so f r o c k ．b r e a k i n gc o a lm i n i n gt e c h n o l o g y ⋯⋯一9 1 ．4 ．2R e s e a r c hs t a t u so fv i b r a t i n gc u t t i n ga n nt e c h n o l o g yi nt h i nc o a l ⋯⋯．10 1 ．5R e s e a r c hs t a t u so f v i b r a t i o na n ds h o c kt e c h n o l o g y ．．⋯．．⋯．．．⋯⋯．．．．．⋯⋯．．．．⋯⋯11 1 ．5 ．1V i b r a t i o na n ds h o c kt h e o r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯11 1 ．5 ．2R e s e a r c hs t a t u so f v i b r a t i o na n ds h o c kt e c h n o l o g y ．．⋯⋯．．⋯．．⋯．．⋯⋯．．．1 3 1 ．6 S u m m a r y ⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．．．．．⋯．．．．．．⋯．．⋯．．⋯．．．．⋯⋯．⋯．．⋯．．．．．⋯．．．．．⋯．．．．．．．．⋯⋯．．．．⋯⋯15 2S t r u c t u r a ld e s i g no fs h e a r e rr o b o tv i b r a t i o na n di m p a c tc u t t i n g a r m ．⋯．．．．⋯⋯．．．．．⋯．．17 2 ．1 C o a la n dr o c kc u t t i n gt h e o r y ．．．⋯⋯．．．．⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯．．．．⋯．．⋯．．⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯．．⋯．．1 7 2 ．1 ．1 C o m p r e h e n s i v ep e r f o r m a n c ea n a l y s i so f c o a la n dr o c kp h y s i c sa n d m e c h 撕c s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯～1 7 2 ．1 ．2 M a i nd e s i g np a r a m e t e r so fs p i r a ld r u m ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯18 2 ．2S t r u c t u r a ld e s i g no fv i b r a t i o na n di m p a c tc u t t i n ga r mb a s e do nT R I Zt h e o r y 2 0 2 ．2 ．1 A n a l y s i so ft h ei n i t i a lp r o b l e m si nt h es t r u c t m a ld e s i g no f t h e v i b r a t i o n ．i m p a c tc u t t i n ga i T l l ⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯．．．．．⋯．．⋯．⋯．．．⋯．．．⋯⋯．．．．⋯⋯．⋯⋯⋯2 1 2 ．2 ．2T R I Zt o o lt oa n a l y z ea n ds o l v ep r o b l e m s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。2 2 2 ．2 ．3 F i n i s h i n gt h ef i n a ld e s i g np l a n ⋯⋯．．．⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯．．．．．⋯．⋯．．．．⋯⋯．．．．．⋯2 6 I X 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 2 ．3P a r a m e t e rd e s i g no f t r a n s m i s s i o nc o m p o n e n t s ⋯．⋯．⋯⋯．．．⋯．．．．．．．．．．．⋯．⋯．⋯．．．．．2 7 2 ．3 ．1R e d u c e rp a r a m e t e rd e s i g n ⋯⋯⋯．．．．．．．．⋯．．．．⋯⋯⋯．．．⋯⋯⋯．．．．．．．．．．．．⋯⋯．．．．2 7 2 ．3 ．2S e l e c t i o no fk e yc o m p o n e n t sa n do v e r a l ls t r u c t u r a la r r a n g e m e n to f r e d u c e r ⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．⋯⋯．，．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．2 8 2 ．3 ．3 T e c h n i c a lP a r a m e t e r so f V i b r a t i o nI m p a c tC u t t i n gA r m ．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．3 2 2 ．4 S u m m a r y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 3F i n i t ee l e m e n ta n a l y s i so ft h ek e yc o m p o n e n t so ft h ev i b r a t i o na n ds h o c kc u t t i n g a r m ．⋯．．．．⋯．．．．．．⋯．．⋯⋯．．．．．．．．⋯⋯⋯⋯⋯．．．．．．⋯⋯⋯⋯⋯．．．．．⋯⋯．．．．．⋯⋯⋯．．．．⋯．．．⋯⋯．．．．．．．．．．⋯．．．．．3 2 3 ．1F i n i t ee l e m e n ta n a l y s i so f t h ec a n t i l e v e rc a s i n go f t h ec u t t i n ga r i d ⋯⋯⋯⋯⋯3 3 3 ．1 ．1 P r e p r o c e s s i n gs e t t i n g so f t h e c a n t i l e v e rc h a s s i s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 4 3 ．1 ．2S i m u l a t i o ns e t t i n g sa n dr e s u l ta n a l y s i so f c a n t i l e v e rc h a s s i s ⋯⋯⋯⋯．．3 6 3 ．2 A n a l y s i so ft h ed y n a m i cc h a r a c