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机械类专业课程教学改革与实践

林区教学 2024年第6期 77-80页

作者：李烈杨道龙崔玉明江苏师范大学机电工程学院江苏徐州221116

针对机械类专业课程的教学现状,提出教学改革与实践的思路和方法。建立教材动态评价制度,改善教材陈旧落后、迭代缓慢的问题;优化教学内容、改进教学方法,增强机械类专业课程学习的趣味性;通过专家进课堂、校企联动等举措拉进高校与企... 详细信息

针对机械类专业课程的教学现状,提出教学改革与实践的思路和方法。建立教材动态评价制度,改善教材陈旧落后、迭代缓慢的问题;优化教学内容、改进教学方法,增强机械类专业课程学习的趣味性;通过专家进课堂、校企联动等举措拉进高校与企业间的距离;多渠道加强实验平台建设,提升学生实践能力;提出“123”思政策略,激发机械类专业学生的专业自信度和荣誉感;全面提高学生的学习兴趣和创新能力,培养符合社会需求的机械类专业人才。

关键词：机械类专业教学改革实践教学

大孔径不锈钢薄壁焊管金刚石涂层拉拔模具制备及应用

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河北省科学院学报 2024年第3期41卷 59-63页

作者：崔玉明李国华姜龙董旺河北普莱斯曼金刚石科技有限公司河北石家庄050081 河北省激光研究所有限公司河北石家庄050081 河北省化学气相沉积金刚石重点实验室河北石家庄050081

研究了利用直流电弧等离子体喷射法,在硬质合金拉拔模具表面沉积CVD金刚石涂层。采用孔径测量仪、接触式粗糙度仪和Raman光谱仪对金刚石涂层厚度、表面粗糙度和质量进行了测试分析。结果表明:金刚石涂层厚度d为24.5μm,沉积速率v为2.45... 详细信息

研究了利用直流电弧等离子体喷射法,在硬质合金拉拔模具表面沉积CVD金刚石涂层。采用孔径测量仪、接触式粗糙度仪和Raman光谱仪对金刚石涂层厚度、表面粗糙度和质量进行了测试分析。结果表明:金刚石涂层厚度d为24.5μm,沉积速率v为2.45μm/h,抛光后定径区表面平均粗糙度Ra为46 nm,拉拔模具入口区、压缩区和定径区在1 332 cm~(-1)附近都有明显的金刚石涂层特征峰。将制备的金刚石涂层拉拔模具应用于不锈钢焊管生产线中,经与硬质合金拉拔模具对比,使用寿命提高200倍,并在环保、降低劳动强度和管材一致性上都有了明显的优势。

关键词：不锈钢焊管直流电弧等离子喷射法金刚石涂层拉拔模具

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煤矿悬臂式掘进机多信息监测系统设计与研究

煤炭学报 2023年第6期48卷 2564-2578页

作者：刘送永刘强崔玉明孟德远谢奇志中国矿业大学机电工程学院江苏徐州221116 徐州工程学院物理与新能源学院江苏徐州221018 江苏师范大学机电工程学院江苏徐州221116 徐州工程学院机电工程学院江苏徐州221018

针对目前悬臂式掘进机作业数据可视化差、可靠性低的问题,提出了一种基于多传感分布的多信息监测系统,设计了系统整体框架,实现了监测程序的可靠运行。首先,分析了悬臂式掘进机远程监测的工作特性,采用降噪去雾算法对现场图片进行增亮... 详细信息

针对目前悬臂式掘进机作业数据可视化差、可靠性低的问题,提出了一种基于多传感分布的多信息监测系统,设计了系统整体框架,实现了监测程序的可靠运行。首先,分析了悬臂式掘进机远程监测的工作特性,采用降噪去雾算法对现场图片进行增亮与清晰化处理,提升图像质量,达到远程实时视频监测水平,结合瓦斯与温湿度传感器实现了掘进环境监测;其次,以掘进机截割头位置作为其作业空间边界,建立掘进机截割头位姿与运行轨迹方程,采用油缸位移信号与倾角信号冗余算法,实时监测掘进机截割空间位置,实现截割头空间位置在线监测;然后,基于朗伯-比尔定律,采用透射法,设计了油液污染度实测系统,结合温度、液位与流量传感器,实现了掘进机油液状态的在线监测;进而,基于指数退化方法建立截割部轴承的剩余使用寿命预测模型,嵌入到监测系统中,实时显示掘进机各关键部件的性能曲线,实现了关键部件的寿命监测;最后,利用多传感分布方法采集信号,采用多信息融合方法,通过TCP协议,结合PLC网口通讯,远程采集温度、压力、振动等信号,进行实时可视化及故障趋势分析,形成掘进机工作环境状况、截割状态、油液状态、寿命预测等方面的多信息监测系统,为实现掘进机的智能化提供了理论和技术支撑。

关键词：悬臂式掘进机多信息监测环境监测截割状态监测油液监测寿命预测

基于级联优化和强度特征的地下退化环境机器人自主精准定位

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仪器仪表学报 2023年第12期44卷 208-216页

作者：崔玉明刘送永吕振礼李洪盛王崧全江苏师范大学机电工程学院徐州221116 中国矿业大学机电工程学院徐州221116 徐州工程学院机电工程学院徐州221018

随着国家深地能源战略和地下基础工程的部署展开,自主移动机器人在地下矿山、工程隧道和地下管道等领域的需求快速增长。地下自主作业机器人所处环境复杂,普遍面临卫星定位信号拒止和场景退化特征,导致机器人位姿状态估计误差漂移严重... 详细信息

随着国家深地能源战略和地下基础工程的部署展开,自主移动机器人在地下矿山、工程隧道和地下管道等领域的需求快速增长。地下自主作业机器人所处环境复杂,普遍面临卫星定位信号拒止和场景退化特征,导致机器人位姿状态估计误差漂移严重、环境地图构建扭曲变形。针对地下退化环境机器人状态估计不完备的问题,提出一种精准、鲁棒的激光雷达-惯性同时定位与建图(SLAM)框架和方法,组合惯性里程计和激光雷达-惯性里程计级联优化过程,并在激光雷达点云特征匹配中引入强度特征降低点云几何特征稀疏引起的匹配误差,并通过退化检测引入正确的约束方向,保证位姿估计信息的鲁棒性和准确性。公开数据集和现场巷道实验结果表明,所提方法在精度、鲁棒性方面均有出色表现,在地下巷道退化环境的定位精度可达0.03 m,可为地下退化环境机器人提供可靠的状态估计和环境描述。

关键词：自主定位激光雷达-惯性里程计强度特征级联优化

基于煤岩界面识别的采煤机智能调高控制方法研究

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煤炭科学技术 2022年

作者：刘送永程诚吴洪状崔玉明孟德远司垒江苏师范大学机电工程学院中国矿业大学机电工程学院

煤岩界面识别及采煤机自动调高作为采煤机智能化的关键技术，是实现采煤工作面的智能化、无人化的重点和难点。实际工作中，多采用人工观测或结合多种方法进行煤岩界面的识别，采煤机通过记忆截割方式和PID控制等控制方法进行调高控制... 详细信息

煤岩界面识别及采煤机自动调高作为采煤机智能化的关键技术，是实现采煤工作面的智能化、无人化的重点和难点。实际工作中，多采用人工观测或结合多种方法进行煤岩界面的识别，采煤机通过记忆截割方式和PID控制等控制方法进行调高控制，无法适应煤层的复杂变化，且控制算法精度有限。针对采煤机的智能化调高作业问题，本文利用低频超宽带电磁波雷达，采用基于斜投影算子的类最大似然信号定位方法进行煤岩界面识别，得到煤岩界面轨迹；考虑具体工况要求，以最大回采率为优化目标，基于有约束优化算法，进行截割轨迹优化；基于采煤机运动学和状态空间模型，采用基于新型神经网络观测器的间接自适应规定性能控制方法，实现采煤机自动调高控制。最后，通过试验验证所提方法的有效性和优越性，为采煤机智能化提供技术支撑，试验结果表明，摇臂转角轨迹跟踪误差百分比约不超过8.2%，截割轨迹最大高度误差约不超过0.01 m。

关键词：采煤机煤岩界面识别轨迹优化智能控制

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硬岩隧道掘进多臂协同钻孔技术研究

煤炭科学技术 2023年第9期51卷 261-273页

作者：崔孟豪姬会福惠延波张中伟崔玉明宋丹河南工业大学机电工程学院河南郑州450001 江苏师范大学机电工程学院江苏徐州221116 中铁工程装备集团有限公司专用设备研究院河南郑州450001

为实现硬岩隧道掘进机械化施工,提高三臂凿岩台车应用于硬岩隧道掘进时的施工效率,对三臂凿岩台车钻孔定位精度、多臂协同钻孔路径优化进行了研究分析。首先,基于D-H法建立三臂凿岩台车运动学模型,通过蒙特卡洛法得到三臂凿岩台车的有... 详细信息

为实现硬岩隧道掘进机械化施工,提高三臂凿岩台车应用于硬岩隧道掘进时的施工效率,对三臂凿岩台车钻孔定位精度、多臂协同钻孔路径优化进行了研究分析。首先,基于D-H法建立三臂凿岩台车运动学模型,通过蒙特卡洛法得到三臂凿岩台车的有效工作空间,采用RBF神经网络算法实现钻臂钻孔的精确定位;其次,以钻臂末端移动距离最短和钻臂运动过程中各关节变量之和最小作为优化目标,提出一种改进遗传算法对三臂凿岩台车进行孔序优化,并与蚁群优化算法和自适应遗传算法两种现有孔序规划算法进行对比;最后,以两种不同方案钻孔顺序和所划分工作空间对多钻臂协同钻孔碰撞干涉进行仿真数值模拟分析。数值模拟结果表明:(1)3个钻臂的钻孔定位误差最大为2.94 mm,误差控制在3%以内;(2)与两种现有孔序规划算法相比,以钻臂末端移动距离最短作为优化目标时,3个钻臂末端行驶的总距离分别缩短了5.39 m和10.84 m,以关节变量之和最小作为优化目标时,3个钻臂的各关节变量之和分别减少了2.76 rad、5.34 rad;(3)以最短距离所得钻孔顺序进行钻孔作业时,中间钻臂与左右钻臂之间最短距离分别为984.6、580.8 mm,各钻臂之间不会发生碰撞干涉,以关节变量最小孔序方案钻孔作业时,综合钻臂结构尺寸及安全性,中间钻臂与左钻臂之间最短距离为193.5 mm,可能发生碰撞。综上,RBF神经网络算法可以实现钻孔精确定位,依据距离最短为优化目标所得孔序方案施工时可以提高三臂凿岩台车掘进效率,为硬岩隧道掘进施工提供了理论支撑。

关键词：硬岩隧道掘进三臂凿岩台车协同钻孔孔序优化钻孔定位改进遗传算法

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矿山煤岩破碎方法研究进展及展望

煤炭学报 2023年第2期48卷 1047-1069页

作者：刘送永李洪盛江红祥张强崔玉明刘晓辉中国矿业大学机电工程学院江苏徐州221116 中国矿业大学江苏省矿山智能采掘装备协同创新中心(省部共建) 江苏徐州221008 山东科技大学机械电子工程学院山东青岛266590 江苏师范大学机电工程学院江苏徐州221116 长安大学工程机械学院陕西西安710061

针对采掘装备在煤巷、岩巷工作中截割机构磨损严重、作业效率低等问题,开展了矿山煤岩破碎方法的分析、总结和探索研究。根据煤岩普氏系数将煤岩类型分为煤、半煤岩、硬岩及高硬岩,并针对目前采掘装备在煤巷和半煤岩巷中存在的问题,阐... 详细信息

针对采掘装备在煤巷、岩巷工作中截割机构磨损严重、作业效率低等问题,开展了矿山煤岩破碎方法的分析、总结和探索研究。根据煤岩普氏系数将煤岩类型分为煤、半煤岩、硬岩及高硬岩,并针对目前采掘装备在煤巷和半煤岩巷中存在的问题,阐述目前铣削破岩、冲击破岩、滚压破岩及滚拉破岩等机械破岩技术与纯水射流、脉冲射流、空化射流及磨料射流等水射流破岩技术的工作原理及前沿研究现状。首先,针对煤炭开采中因夹矸、硬包裹体煤层硬度大导致采煤机截割机构磨损严重、机械化开采效率低的问题,进行了截齿破碎煤岩机理及性能、截齿磨损机理、滚筒结构创新设计等方面的阐述,指出目前煤层及夹矸煤层应突破煤岩破碎与高效截割机构设计等新技术,以解决煤层安全高效开采的难题;针对半煤岩巷进行了截齿与煤岩互作用力学模型、截齿自旋转减磨截割机理、截割机构截齿布置理论及最优化设计方法等方面的概述,结合半煤岩巷作业效率低、机械刀具磨损严重等问题,从理论、数值模拟和实验等方面分析了各种水射流冲击破岩方法工作原理及研究现状,并指出为提高复杂多变地质条件下半煤岩巷掘进装备的掘进效率,应根据截割工况设计截割机构刀具排列方式,并采用自适应技术规划掘进工作参数、掘进工艺,提高掘进装备系统可靠性、智能化及综掘工艺水平以实现半煤岩巷快速掘进;针对硬岩巷从理论、实验和数值模拟方面进行了滚刀/圆盘刀破岩机理、破岩性能、刀盘设计准则等方面的综述,进行了水射流辅助截齿/钻孔/滚刀/圆盘刀破岩及涨裂辅助破岩技术的总结,提出了液力或者机械涨裂辅助破岩是目前应对硬岩有效的方法,充分利用岩石抗压不抗拉特点实现硬岩的高效经济破碎,结合智能化算法实现钻孔与涨裂的协同作业,实现硬岩巷道的高效掘进。最后,分析了现有破岩技术的优势、劣势及其局限性,并指出了我国矿山硬岩截割技术的未来发展趋势,煤矿机械、非煤矿业机械、盾构机械破岩技术相互融合,机械与非机械多场耦合破岩技术及矿山装备智能化是实现矿山复杂地质条件下煤岩高效破碎的发展方向。

关键词：煤岩破碎半煤岩巷掘进硬岩巷掘进机械破岩水射流辅助破岩涨裂辅助破岩

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巷道掘进机多传感融合定位系统及试验研究

振动．测试与诊断 2023年第3期43卷 476-484,618页

作者：刘送永崔玉明孟德远顾聪聪李洪盛江红祥中国矿业大学机电工程学院徐州221116 江苏师范大学机电工程学院徐州221116 江苏省矿山智能采掘装备协同创新中心徐州221008

煤矿巷道掘进机的自主精确定位是煤矿掘进智能化发展的基础,而复杂的掘进工艺和恶劣的掘进环境使得掘进机定位存在自主性不足、精度低以及易受环境干扰等问题。为实现巷道掘进机自主精确定位,首先,基于扩展卡尔曼滤波构建了里程计辅助... 详细信息

煤矿巷道掘进机的自主精确定位是煤矿掘进智能化发展的基础,而复杂的掘进工艺和恶劣的掘进环境使得掘进机定位存在自主性不足、精度低以及易受环境干扰等问题。为实现巷道掘进机自主精确定位,首先,基于扩展卡尔曼滤波构建了里程计辅助惯性定位系统以约束惯性定位的误差发散;其次,结合掘进机施工工艺提出柔性零速校正方法,进一步提升掘进机惯性定位精度;然后,基于误差状态卡尔曼滤波和多状态约束模型实现了惯性、视觉和里程定位的高效融合;最后,搭建了掘进机在暗环境下自主定位的样机试验系统。实验结果表明:所提柔性零速校正方法可以提升掘进机定位精度约21.64%;所提掘进机多传感融合定位系统三轴定位误差分别可达到横向0.13 m以内、前向0.17 m以内、天向0.02 m以内,相比独立惯性和视觉系统的定位精度分别提升49.62%和57.71%。实验结果验证了所提方法与系统的可行性与有效性,满足煤矿规程中巷道掘进机定位需求。

关键词：自主定位惯性导航多状态约束视惯性融合

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旋转电弧加热在环状工件内壁沉积金刚石涂层

金刚石与磨料磨具工程 2022年第1期42卷 42-46页

作者：李国华崔玉明董旺姜龙河北普莱斯曼金刚石科技有限公司石家庄050081 河北省激光研究所石家庄050081

为实现在大口径环状工件内壁沉积金刚石涂层,研制一种能够产生旋转电弧的分体式等离子炬。利用活动阳极形成的伞状电弧帽,改变平行于轴且向下吹的工作气体旋转电离的方向,使其垂直吹向环状工件内壁。测试不同阳极直径下电弧的工作参数,... 详细信息

为实现在大口径环状工件内壁沉积金刚石涂层,研制一种能够产生旋转电弧的分体式等离子炬。利用活动阳极形成的伞状电弧帽,改变平行于轴且向下吹的工作气体旋转电离的方向,使其垂直吹向环状工件内壁。测试不同阳极直径下电弧的工作参数,并用相机拍摄相应的电弧形貌。进行金刚石涂层沉积试验,在内径为180 mm的硬质合金拉拔模具和内径为100 mm的石墨内表面沉积出高质量的金刚石涂层。利用拉曼光谱仪和扫描电镜对涂层的成分、表面形貌等进行测试分析。已沉积金刚石涂层的硬质合金模具成功应用于超高压电缆铝护套的拉拔设备中。

关键词：等离子炬旋转电弧环状工件金刚石涂层