礦山機電畢業(yè)論文精選(九篇)

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第1篇：礦山機電畢業(yè)論文范文

關鍵詞：液壓；鑿巖機；設計研究；建議

中圖分類號：TD421.2 文獻標識碼：C

Abstract： The paper analyzes various design and research literature on hydraulic rock drills in China， enumerates major arguments in some related papers， points out the imperative problems， and puts forward academic and policy-related advice on the R&D of the hydraulic rock drills industry in China.

Keywords： hydraulic； rock drill； design & research； opinion

1 我國液壓鑿巖機設計研究歷史回顧

我國液壓鑿巖機的研制起步非常早，距今已近50年。我國液壓鑿巖機技術研究也很早，二十世紀七十年代，我國長沙礦冶研究院等就翻譯了大量國外液壓鑿巖機專利和論文，七十年代后期，我國作者撰寫了大量液壓鑿巖機的技術論文，直到現(xiàn)在，關于液壓鑿巖機的論文與專利仍然不斷出現(xiàn)在各類期刊與網絡上。

我國液壓鑿巖機設計研究方面的論文，有博士論文，碩士論文，學士論文，有期刊論文，也有網絡論文，在整個液壓鑿巖機技術論文中，占據了很大一部分。

估計有20個高等學校（其中包括3所師范大學）和近10個研究院所的作者發(fā)表過液壓鑿巖機技術論文，其中大部分是關于液壓鑿巖機設計研究方面的論文。專利文獻更是與液壓鑿巖機結構設計有關。可見，液壓鑿巖機設計研究在我國并非冷門。

我國液壓鑿巖機的技術論文與設計研究論文大量產出。與此形成鮮明對比，我國液壓鑿巖機產品發(fā)展很緩慢，獨立開發(fā)的產品，很少能在市場站住腳。

2 我國液壓鑿巖機文獻的分類

2.1 研究型論文

2.1.1 設計計算型論文

此類論文數量多。

設計計算型論文包括了仿真計算，優(yōu)化設計，活塞間隙優(yōu)化設計，蓄能器設計優(yōu)化，換向閥設計優(yōu)化，活塞緩沖設計，釬尾緩沖設計，沖擊頻率調節(jié)方法等等。

博士、碩士、學士的論文幾乎全部屬于此類。高校與研究院所作者的論文大都屬于此類。此類論文數量多。

2.1.2 實驗研究型論文

實驗研究型論文包括實驗方法介紹，實驗設備和儀器介紹，實驗項目介紹，測試結果與測試曲線分析，誤差分析等等。

此類論文中介紹實驗原理與實驗方法的較多。專門介紹液壓鑿巖機測試結果與曲線，并且進行分析的論文較少，大多散見于設計計算論文中，作為計算正確性的證明。

高校與研究院所作者有些論文屬于此類，此類論文數量不多。

2.1.3 材料熱處理研究型論文

材料熱處理研究型論文包括活塞、釬尾的選材與熱處理，銅套的選材等等。關于活塞、釬尾的選材與熱處理的論文較多，關于其他零件的論文數量少。

2.1.4 加工工藝型論文

加工工藝型論文包括鑿巖機主要零件的機加工的設備，工裝夾具，量具與測量方法，工序與工藝步驟，怎樣保證尺寸精度與位置精度，等等，大概是技術保密的原因，此類論文數量極少。

2.2 綜述型論文

2.2.1 產品品種型號綜述型論文

產品品種型號綜述型論文包括當時國內外液壓鑿巖機產品的廠家，系列，型號，主要性能參數等等。

此類論文數量較多，但大多是介紹阿特拉斯、山特維克公司的液壓鑿巖機產品，介紹國內產品的較少。

2.2.2 產品歷史發(fā)展綜述型論文

產品歷史發(fā)展綜述型論文包括介紹國內外液壓鑿巖機歷史發(fā)展，產品型號推出的年代，市場情況等等， 此類論文數量不多，但大多是介紹蒙特貝塔、阿特拉斯、山特維克公司的液壓鑿巖機產品歷史，介紹國內產品歷史的較少。

2.2.3 產品技術綜述型論文

產品技術綜述型論文包括液壓鑿巖機結構類型，技術進展，等等。此類論文數量少而且內容重復較多。

2.2.4 產品市場調研分析指導型論文

產品市場調研分析指導型論文包括當時國內使用的液壓鑿巖機產品的主要型號，市場保有量，年銷售量與銷售額，備件銷售量與銷售額，市場的細分，將來市場的趨勢預測，市場對液壓鑿巖機的性能與技術要求。

此類論文很重要，對于國家的產業(yè)政策和企業(yè)的產品規(guī)劃指導意義很大。

此類論文數量極少，幾乎沒有，倒是在網絡上各種市場調查公司的廣告不少，只提供提綱，具體內容要付費才能提供。

由于我國缺乏市場液壓鑿巖機產品銷售數據統(tǒng)計，要寫出高可信度的此類論文，必然要花費巨大的人力財力，只靠個人或一個單位的力量難以完成，最好有行業(yè)組織與行政力量的參與。

2.3 使用維修型論文

2.3.1 產品使用方法型論文

產品操作方法型論文包括鑿巖機沖擊壓力，旋轉壓力，推進壓力的優(yōu)化匹配，鉆頭直徑與旋轉速度的匹配，操作方法等等。

此類論文數量不多，有北京科技大學高瀾慶教授等的論文“液壓鑿巖機主要工作參數對鑿巖速度影響的試驗研究”，有廣東省水利水電第二工程局梁明華論文“液壓鑿巖機旋轉速度與鑿孔直徑的關系” [1]，是鑿巖機使用實踐總結，指導意義更大。

2.3.1 產品維修與故障分析型論文

產品維修與故障分析型論文多數為水電工程局、鐵路隧道工程局的技術人員所寫。此類論文來源于生產實踐，言之有物，參考價值很大，數量不多，列舉如下：

煤科總院北京建井所黃園月、李耀武、郭孝先“液壓鑿巖機的故障分析與防治”；

廣東省水利水電第二工程局何雄彬“HDl35A和COPl238ME型液壓鑿巖機工作原理及常見故障處理” [2]；

廣東水電二局股份有限公司李同明“阿特拉斯ROCD7鉆機使用中易出現(xiàn)的問題與改進” [3]；

李強“Atlas 1838型鑿巖機六種常見故障的排除”[4]；

張兆欽“COP1238鑿巖機技術特點及使用維護” [5]；

田華軍“HL500型液壓鑿巖機的日常維護保養(yǎng)” [6]。

2.4 產品介紹型論文

2.4.1 產品性能介紹型論文

產品性能介紹型論文多為介紹阿特拉斯、山特維克公司產品的論文，也有少量介紹國內海卓公司產品，樂清采礦機械廠的液壓鑿巖機產品的論文。

2.4.2 市場應用報道型論文

國外作者關于液壓鑿巖機市場應用報道型論文很多，國內此類論文數量很少，有少量關于YYT26支腿式液壓鑿巖機工程案例，使用成本效益分析的報道。

2.5 專利文獻

最近的十幾年關于鑿巖機械的專利有六十多件，大都是液壓鑿巖機械的結構設計方面的專利。尚未見到有重大影響，或產生效益的專利。

3 我國液壓鑿巖機技術研究的不足

3.1 鑿巖機文獻的五多五少現(xiàn)象

通過對我國液壓鑿巖機文獻的分析，我們發(fā)現(xiàn)有五多五少現(xiàn)象。

（1） 設計論文多，實驗與工藝論文少；

（2） 研究論文多，使用維修論文少；

（3） 性能介紹型論文多，市場應用報道型論文少；

（4） 歷史發(fā)展綜述論文多，市場調研分析指導型論文少；

（5） 專利多，影響小。

3.2 缺少學術交流討論

我國大概有20多年沒有開過全國性液壓鑿巖機技術方面的交流會或研討會。

我們眾多的論文作者，都是在自說自話，沒有交流，沒有討論，更沒有爭論。論文提出的論點，基本沒有人跟進，進行理論與實踐兩個方面的證明或證偽，或補充，只是不加評價的引用。

我懷疑，很少有人認真閱讀這眾多的論文，如果不是博士生，碩士生，大學生因為做畢業(yè)論文的需要，閱讀的人就更少了。我國關于液壓鑿巖機論文的影響力實在有限。

3.3 設計理論研究與產品生產脫節(jié)

我國大概可稱得上液壓鑿巖機設計研究論文數量大國，但是我國自行開發(fā)的液壓鑿巖機產品多數從市場上消失，現(xiàn)在還能在市場上站住腳，有一定銷售量的產品，多數為1980年代技術引進的產品。這種情況至少說明我們的設計研究和產品生產是脫節(jié)的，或者說明我們的設計理論還不成熟，還要不斷改進。

4 我國液壓鑿巖機設計理論的主要論點

4.1 關于鑿巖機沖擊機構設計理論

4.1.1 三段法理論

認為活塞往復運動一個周期是由活塞回程加速、回程減速、沖程加速三個階段組成的。4.1.2 設計變量理論

將一個無量綱數稱為設計變量，這個無量綱數可以是：

（1） 沖程時間與活塞運動周期之比；

（2） 活塞回程加速度與沖程加速度之比；

（3） 活塞行程與可能最大行程之比；

（4） 活塞后腔受壓面積與前腔受壓面積之比，很明顯，第四個無量綱數最直觀，最易檢驗。

4.1.3 優(yōu)化設計理論

根據以下5個設計目標，求得一個最佳設計變量。

（1） 蓄能器容積變化的最大值最??；

（2） 蓄能器隔膜震動次數最?。?/p>

（3） 能量利用效率最高；

（4） 沖程時，最大瞬時流量最??；

（5） 回程時，最大瞬時流量最小。

4.2 關于換向閥設計理論

4.2.1 換向閥中位正開口理論

換向閥在中位時，換向閥的高壓窗口與低壓窗口都有微小開啟，叫正開口。認為正開口有益于沖擊機構性能改善。主張應該采用正開口。

4.2.2 換向閥最優(yōu)行程理論

換向閥行程的選取受到閥口通流面積，換向時間與閥耗油量三重制約，存在一個優(yōu)化點。

4.3 關于蓄能器設計理論

4.3.1 高壓蓄能器與活塞運動的最佳耦合理論

蓄能器的蓄油與排油量不僅與蓄能器的容積有關，而且與系統(tǒng)的工作頻率有關，如果蓄能器固有頻率選擇不合適，即使加大蓄能器容積，也不能增大蓄能器的蓄油與排油量。

在蓄能器結構參數固定，鑿巖機進油壓力確定的情況下，可以改變蓄能器充氣壓力來改變諧振頻率，使得系統(tǒng)處于最佳工作狀態(tài)。

這個理論是極有理論研究價值與學術價值的，是一個動態(tài)的理論，是北京科技大學首先進行研究的，可惜無人跟進，這方面的論文太少。

4.3.2 蓄能器一次振動理論

在活塞運動一個周期內，蓄能器隔膜只有一次振動。這個理論已經包含在第4.1.2小節(jié)的優(yōu)化設計理論中了，這是一個靜態(tài)的理論。

4.4 關于信號孔位置

4.4.1 活塞回程換向信號孔位置的計算

這個理論是由北京科技大學與中南大學提出的，這是極其重要的計算，缺了這個計算公式，無法進行鑿巖機的圖紙設計。

4.4.2 活塞沖程換向信號孔位置的確定

這個理論是由北京科技大學與中南大學提出的，這也是極其重要的計算。既不能換向太早，使得撞擊釬尾時，活塞已經被減速，也不能換向太晚，造成活塞二次打擊釬尾。

4.5 釬尾反彈緩沖動力計算

研究這個理論的有浙江大學張新等人，廣東工業(yè)大學機電工程學院劉智等人，中南大學機電工程學院趙宏強等人，楊國平等人，難能可貴的是，張新做了實驗研究，有實驗曲線圖。

4.6 其他理論

（1）活塞密封間隙與長度優(yōu)化理論；

（2） 活塞空打緩沖結構計算；

（3） 沖擊頻率無級調節(jié)自動換擋理論。

以上3種理論均有，就不一一論述了。

5 我國液壓鑿巖機設計研究亟待解決的問題

5.1 換向閥的結構尺寸問題

（1） 換向閥中位負開口的優(yōu)缺點分析；

（2） 最優(yōu)負開口量的計算與實驗驗證；

（3） 換向閥最優(yōu)行程理論與實驗驗證。

5.2 活塞與缸體結構尺寸問題

（1） 活塞前后腔面積的確定及優(yōu)化；

（2） 活塞回程換向信號孔位置的確定；

（3） 最優(yōu)沖程換向信號孔位置計算與實驗驗證。

5.3 蓄能器與活塞運動的最佳耦合理論

研究蓄能器隔膜的動態(tài)頻率響應，蓄能器最佳充氣壓力的計算。

5.4 釬尾反彈緩沖系統(tǒng)動力計算與實驗驗證

不但研究緩沖機構本身，進行靜力學計算，更要研究釬尾反彈緩沖系統(tǒng)的動態(tài)響應，將緩沖機構，釬具與緩沖液壓油路作為一個系統(tǒng)，研究緩沖活塞的頻率響應，緩沖液壓系統(tǒng)是否能有效吸收釬尾反彈的能量，又是否能迅速將釬頭重新抵緊巖石。

5.5 鑿巖機反打系統(tǒng)動力計算

既要研究反打機構本身，進行靜力學計算。更要將反打機構與反打液壓油路作為一個系統(tǒng)，研究反打活塞的位移，運動速度與沖擊能量。

5.6 零件的氣蝕與腐蝕問題

（1）活塞前后腔氣蝕問題的計算與解決方法；

（2）鑿巖機殼體聯(lián)接平面點蝕的原因與預防。

6 我國液壓鑿巖機設計研究的學術建議

6.1 反求法

對國外高端液壓鑿巖機結構尺寸的分析，用反求法研究鑿巖機沖擊機構的設計計算公式與方法。反求法基本屬于歸納法，反求法需要統(tǒng)計多臺高端液壓鑿巖機的結構尺寸，統(tǒng)計數據越多，代數計算公式越接近實際，設計指導作用越大。這方面的工作似乎還沒有人去做。

6.2 驗證法

將我們國內的設計理論，如用最佳設計變量理論，換向閥最優(yōu)行程理論，蓄能器設計理論，分析國外高端液壓鑿巖機的結構尺寸、充氣壓力等參數，檢驗是否符合我們的理論。如果大致符合，則驗證了我們理論的正確性，如果相差很大，則要尋找原因。

6.3 代數計算公式研究

6.3.1 液壓鑿巖機設計研究方法的分類

理論分析與公式計算，實驗研究，計算機數值仿真是鑿巖機設計研究的三駕馬車。

三段法，最佳設計變量等屬于理論分析計算。

理論分析與公式計算是鑿巖機設計研究的基礎，是實驗研究與數值計算的的基礎與指導。

6.3.2 液壓鑿巖機代數設計計算公式的建立

公式計算必須將鑿巖機的物理（實際）模型簡化為力學模型，再進一步簡化為數學模型，再簡化為代數公式。簡化必須是合理的，不能與力學模型有大的矛盾和沖突。

在不斷的簡化中，必然有失真，這時就要用經驗系數去校正。這方面我們還有許多工作要做，對每一結構類型的鑿巖機，都可以研究出一套基本通用的計算公式。

6.3.3 液壓鑿巖機代數設計計算公式的輸入輸出

代數公式計算輸入的是沖擊能，沖擊頻率，沖擊末速度，進油壓力， 輸出的是活塞質量，活塞前后受壓面積，活塞行程，信號孔位置，閥的結構尺寸，閥行程，開口量，鑿巖機進油流量等等。

6.4 強化實驗研究

6.4.1 液壓鑿巖機實驗的分類

在理論分析指導下的實驗研究是必不可少的，我們的力學模型，數學模型是否正確，簡化是否合理，都需要實驗驗證。數值仿真計算就更需要實驗驗證了。

這里所說的實驗主要是鑿巖機內部機理實驗，也可是型式實驗，而不是出廠實驗。

6.4.2 液壓鑿巖機實驗的規(guī)范

實驗的各種條件，包括樣機，液壓系統(tǒng)，測量方法，儀器儀表，都應該是明確的，實驗的結果應該是真實的，可重復的，重復實驗的誤差應該進行分析。實驗的時間、地點與參加人應該注明。

6.5 數值計算研究

6.5.1 數值計算的定義

數值計算就是虛擬樣機技術，因此數學模型要盡可能逼近力學模型與物理模型，數值計算需要輸入的數據很多，需要詳細的鑿巖機圖紙數據，否則不能稱之為虛擬樣機。

數值計算又叫動態(tài)仿真，我國在數值計算方面的論文太多了。有基于AMESim的仿真，基于Simulink的動態(tài)仿真，基于MATLAB的計算機仿真，準勻加速度法仿真計算，鍵合圖方法仿真，等等。

6.5.2 液壓鑿巖機數值計算輸入輸出的基本要求

沖擊機構數值計算中，進油流量必須是輸入值，而壓力是輸出值。

數值計算輸出結果不能僅僅是沖擊能，沖擊頻率等，必須能輸出活塞運動速度、位移，換向閥的速度、位移，活塞前后腔壓力的曲線。并且能夠描述出液壓油的空化與氣蝕現(xiàn)象。

數值計算的結果曲線應該用實驗曲線驗證，未經實驗驗證的仿真計算是不可信的。

數值計算的結果應該是真實的，不能弄虛作假，其他人也可以重復運行程序。

6.5.3 液壓鑿巖機數值計算程序的基本要求

數值計算的程序應該模塊化，數值計算需要花費大量的精力與時間，不是一個人短時間能夠完成的，因此數值計算的程序應該模塊化，可以由一組人員分工，進行編寫。

數值計算程序應該界面友好，參數的改變，應在界面中進行，而不應在程序中進行。

數值計算的模型與程序應該是持續(xù)改進的，和所有的計算機軟件一樣，應該有版本號。液壓鑿巖機數值計算程序應該通用工具化，不要搞成專用工具。不能只有作者自己用，換一個人就不能用。

6.5.3 液壓鑿巖機數值計算程序的難點

虛擬樣機技術是一項浩繁的工程，但是并不是遙不可及。內燃機的燃燒過程，牽涉到化學，燃燒學，熱學，力學，都可以做到數值仿真，并且在發(fā)動機設計中起到重要作用。沖擊機構的數值仿真也一定能做到，但是這要求有一個精干的團隊和一個好的實驗條件。

數值計算程序都是針對某一個特定的圖紙的，因此通用性較差。不要指望適合于單腔回油的鑿巖機，也能適合非單腔回油的鑿巖機。也不要指望適合于芯閥結構的鑿巖機，也能適合套閥結構的鑿巖機。這也是數值計算應用的一個難點。我們至少應該做到，對某一相同結構類型的液壓鑿巖機，具有通用性。

7 我國液壓鑿巖機設計研究的政策建議

7.1 以企業(yè)為主體，產學研結合

過去幾十年，我國液壓鑿巖機設計研究是以高校和研究所為主體的，和企業(yè)產品開發(fā)聯(lián)系較少。事實證明，我國液壓鑿巖機設計研究進步不大，只有以有實力的大企業(yè)為主體，廠學研結合，學校與研究所自己不搞產品生產，只為社會和企業(yè)提供知識與技術，各自發(fā)揮自己的優(yōu)勢，才是我國液壓鑿巖機技術與產品的發(fā)展道路。

7.2 以行業(yè)協(xié)會為主體，組織技術交流

與鑿巖機的生產、使用有關的行業(yè)有鑿巖機械氣動工具、煤炭、礦山、鐵路、水電、冶金等等，在1980年代，礦山機械行業(yè)組織過液壓鑿巖機技術交流會， 1990年代初期， 煤炭建井行業(yè)組織過液壓鑿巖機技術交流會。

8 結語

（1）對我國液壓鑿巖機研究文獻進行了分類，5大類，13個小類；

（2）分析了我國液壓鑿巖機技術研究的不足，3個方面的不足；

（3）列舉了我國液壓鑿巖機設計理論的主要觀點，6大類，13個觀點；

（4）列舉了我國液壓鑿巖機設計中亟待解決的5大類共11個問題；

（5）提出了我國液壓鑿巖機設計研究的5條學術建議；

（6）提出了我國液壓鑿巖機設計研究的2條政策建議。

參考文獻：

[1] 梁明華.液壓鑿巖機旋轉速度與鑿巖直徑的關系[J].工程機械，2001，32（6）.

[2]何雄彬.HDl35A和COPl238ME型液壓鑿巖機工作原理及常見故障處理[J].廣東水利水電，2001（8）.

[3] 李同明.阿特拉斯ROCD7鉆機使用中易出現(xiàn)的問題與改進[J].四川水利，2004（3）.

[4] 李強.Atlas 1838型鑿巖機六種常見故障的排除[J].工程機械，2005，36（3）.