巷道修复机反铲工作装置优化设计研究

"这篇论文研究了空间约束下巷道修复机的反铲工作装置的优化设计，通过Denavit-Hartenberg齐次变换矩阵建立了工作装置的运动学模型，并考虑巷道修复机在有限巷道高度下的操作需求。利用遗传算法进行优化设计，以提升挖掘力并满足工作空间限制。结果显示，优化后的反铲工作装置挖掘力提升，各部件尺寸调整，整体长度缩短，实现了成本节约。空间约束对设计效果和挖掘性能有显著影响。" 在煤矿井下巷道作业中，巷道修复机是至关重要的设备，而其反铲工作装置的设计直接影响到工作效率和安全性。本文针对巷道修复机在受限空间内的卸料高度要求，提出了一种三节臂结构的反铲工作装置。该结构设计旨在克服有限巷道高度的挑战，确保设备能够有效地进行挖掘和装载作业。 论文首先介绍了基于Denavit-Hartenberg齐次变换矩阵的工作装置运动学模型建立方法。这一理论工具允许作者精确地计算出铲斗齿尖在不同工作状态下的位置，从而为反铲工作装置的空间约束分析提供了基础。通过对铲斗运动的数学建模，研究人员能更好地理解设备在复杂巷道环境中的工作特性。 然后，为了提升巷道修复机的整体挖掘力，论文将工作空间限制作为约束条件，采用遗传算法进行优化设计。遗传算法是一种模拟自然选择和遗传原理的全局优化方法，适用于多目标、多约束的复杂问题。通过优化，反铲工作装置的挖掘力得到了提升，同时，动臂、中间臂和斗杆的尺寸也进行了相应调整，使得工作装置总长度缩短，达到了成本节约的效果。 实验结果表明，与传统经验参数相比，优化后的工作装置挖掘力提高了9.4%，动臂缩短了8.9%，中间臂增加了47.9%，斗杆缩短了18.7%，整体长度减少了3.6%。这些改变不仅提升了工作效率，还减少了设备的制造成本。此外，研究还发现空间约束对于设计变量和挖掘力的优化具有显著影响，这为未来类似设备的设计提供了重要的参考依据。 这篇论文通过理论分析和优化设计，展示了在空间受限条件下巷道修复机反铲工作装置改进的可能性，为提高井下巷道修复效率和设备性能提供了科学依据。同时，这种方法论也可以为其他地下工程设备的设计优化提供借鉴。