学科前沿论文

中国矿业大学

学科前沿讲座

姓名:

2011-6-19

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目录

第一章

第二章

第三章

第四章

第五章 专业介绍 矿井救灾机器人矿山机械 车辆工程 机械设计制造

第一章

专业介绍 机械工程及其自动化

本专业培养具备机械设计、制造及其自动化基础知识和专业知识,能在工

业生产第一线从事机械工程及其自动化领域内的技术、经营和管理的,具有综合素质、创新精神和专业技术能力的应用型高级专门人才。

本专业的专业基础课程设有:画法几何、机械制图、理论力学、材料力学、机械原理、机械设计、流体力学、电工技术、工程材料、金属工艺学、微机原理、互换性原理与测量技术、测试技术、控制工程基础、机械CAD/CAM、数控技术及应用、传热学等。

机电方向:本专业方向的培养目标是在掌握扎实的数学、物理、力学、计算机与外语基础上,通过学习机械设计、机械制造、机光电测试和机电控制等方面的系列课程,使学生掌握机电一体化系统设计与制造专业的知识与技能。本专业方向的特色是机、电、计算机紧密结合,设计、制造、与控制综合要求,培养能从事机电一体化为基础的机械设备及其自动化技术的设计、制造、研究、开发和应用, 具有广泛知识面和较强适应性的应用型高级专门人才。

机械制造方向:机械制造及其自动化学科是研究机械制造与装备技术、机械制造工程与生产系统技术的学科。它是将机械制造理论、信息技术、自动化技术有机结合,以制造过程自动化、先进制造系统和制造模式等内容为研究对象的交叉学科,具体涉及到计算机辅助设计与制造、质量控制与管理、制造过程的监测与诊断、制造装备与制造系统等多个领域。主要研究方向包括数字化设计制造、复杂刀具设计及制造、超精密加工、并联机器人与并联机床。

机械设计设方向:机械设计专业为机械工程领域中宽口径专业,培养具备扎实理论基础、先进设计理念、拥有开拓创新能力的高级工程技术人才,能在相关科研院所、工业生产第一线从事机、电、液一体化的设计、制造、科学研究、新产品开发、生产运行管理和经营销售等方面工作。毕业生知识面宽,就业面广,社会需求量大,就业率高。

机械工程及自动化专业学生毕业后,就业面宽,覆盖面广,可在航空航天、汽车、冶金、装备制造、电子、化工、能源等行业从事相关的研究设计开发、生产、管理等工作。

第二章

矿井救灾机器人 中国是一个产煤大国,在未来相当长的时间内,煤炭仍是主要能源。我国煤矿矿井灾害事故频繁发生,人员伤亡十分惨重。中国煤炭产量占世界35%,但矿难死亡人数却占世界的80%[1]。在灾难救援中,救援人员只有非常短的时间(约48小时)用于在倒塌的废墟中寻找

幸存者,否则发现幸存者的几率几乎为零。参与救援工作的队员可能遇到危险状况,应用矿井救灾机器人可以很好的解决这一问题。 在国外,救灾机器人发展迅速,技术日益成熟,并进入实用化阶段,日本、美国等已开始装备使用。在国内,救灾机器人的研究刚刚起步,但进展很快。中科院沈阳自动化所在2002年研制了一种蛇形机器人,由16个单自由度关节模块和蛇头、蛇尾组成,在监控系统的无线控制下可实现蜿蜒前进、后退、侧移、翻滚等多种动作,并能通过安装在蛇头上的微型摄像头将现场图像传回监控系统。基于目前的煤矿救灾状况及一般机器人环境适应性差等问题,我们中国矿业大学机器人研究所创新机构,研制了煤矿井下环境探测与搜救机器人,采用虚拟现实技术,遥控机器人进行工作。该创新机构具有较强的爬坡、越障能力,可实现大范围移动,能大大减少救生队员的伤亡和并有效加快搜救速度。并且中国矿业大学的机器人研究所成功研制了“CUMT-1矿井救灾机器人”系列机器人,并做了改进。

1 机构设计

移动机构作为救灾机器人的移动载体,必须具备以下特点:一定的移动速度和低能耗;良好的姿态稳定性和高运动精度;能够适应各种各样的地理环境,有一定的爬坡和越障能力。

现有的救灾机器人移动机构主要有:无肢运动(以蛇形机器人为主) 、轮式、腿式、轮腿式和履带式等。

蛇形机器人具有运动稳定性好、适应地形能力强和牵引力大等特点,但其自由度多,控制困难且速度低;轮式机器人具有结构简单、重量轻、轮式滚动摩擦阻力小和机械效率高等特点,但越过壕沟、台阶的能力差;腿式机器人具有适应地形能力强的特点,能越过大的壕沟和台阶,其缺点是速度慢;“轮-腿式”机器人融合腿式机构的地形适应能力和轮式机构的高速高效性能,其缺点是结构相对复杂;履带式机器人地形适应能力强,动载荷小,设计紧凑,但越障和跨越壕沟的能力也有待提高。

各种机构的机器人各有优缺点,当现场环境比较恶劣,如存在陡峭的楼梯状障碍和跨越壕沟等情况时,单纯的某种结构的机器人其地形适应能力还是比较脆弱的。

2 探测与控制系统

探测幸存者是一项非常困难的任务,幸存者的征兆只有呻吟声、体温、身体的气味以及其他体征等信息,这些都要借助于传感器来识别。目前,常用的传感器有热红外传感器、嗅觉传感器、声波振动传感器、视频传感器(CCD)以及生命探测仪等。

根据需要探测要求,本课题设计的救灾机器人配备瓦斯检测仪,人体探测器,温、湿度传感器,超声波探测器和视频传感器等,进行井下环境信息的收集,并实时传送到控制端。作为救灾机器人的感觉器官,传感器必须具备拾取信息、传递信息的功能,同时还必须满足尺寸小、分辨率高、时间响应快、稳定性和可靠性好等特点。

为适应复杂的井下环境,防止突发的危险,机器人必须具有一定的导航、定位能力。课题采用低照度CCD,根据井下巷道的分布图进行导航。在控制终端绘制行进路线图,随时对比、修正救灾机器人的位置,实现机器人定位的可视化,向救灾中心提供幸存者的位置,完成任务后回到救灾中心。

虽然视觉传感器对光线要求相对较高,但可以通过采用矿灯照明、采用先进的红外摄像机等来弥补其不足。随着现代科技的发展,视觉导航定位将会逐步成为矿井救灾机器人导航定位的主要方式。

2.3 通讯系统和控制方式

救灾机器人通讯系统负责完成前方与后方之间的双向信息交流,包括数据通讯、视频信号、音频信号的通讯,其控制方式分为线控式、无线遥控式、自适应式。目前,大多数使用线控式和无线遥控式。

本课题采用无线方式控制救灾机器人,辅以自适应救灾机器人具有多种感知功能。这样,机器人在作业环境中自主行动,具有很高的智能性,操作方便,行动灵活。

2.4 能源供给

矿井救灾机器人功率较大,比较适合挖掘机器人和救援机器人;电池供电可以解决长时间供电,比较灵活。本课题主要用于矿井的环境探测和幸存者的搜救,所耗能量相对较小,系统采用机载大容量锂电池为能源供给,运动灵活方便。

第三章 矿山机械

矿山机械是直接用于矿物开采和富选等作业的机械。包括采矿机械和选矿机械。探矿机械的工作原理和结构与开采同类矿物所用的采矿机械大多相同或相似,广义上说,探矿机械也属于矿山机械。另外,矿山作业中还应用大量的起重机、输送机、通风机和排水机械等。矿山机械根据各个机种的不同,其工作原理都各有特点。

我国土资源部近日发布了《关于促进深部找矿工作指导意见》,以促进我国固体矿产勘查向深部拓展。这显示出矿山机械设备股将面临着新一轮的行业需求,尤其是钻探、野外寻矿等诸多设备。

国家出台了诸多政策以扶持矿山机械设备的国产化趋势。日前,财政部发布通知称,对大型非公路矿用自卸车及其关键零部件和原材料进口税收政策进行调整。其核心点有两个,一是对进口核心零部件的进口关税和进口环节增值税实行先征后退,用于企业新产品的研制生产以及自主创新能力建设。二是进口额定装载重量不大于328吨的非公路电动轮自卸车、额定装载重量不大于40吨的非公路铰接式自卸车和所有规格的机械传动非公路刚性自卸车,一律停止执行进口免税政策。这是相关矿山机械设备类上市公司的重大利好信息。

越来越多的矿山开始使用机械化作业,提升矿山的开采率,消除安全隐患。研究报告称,在煤炭、铜矿、锌矿等矿山的机械化程度已大大提升,使矿山机械设备的市场容量大大增强,有利于催发相关上市公司的订单规模的提升。矿山机械根据各个机种的不同,其工作原理耶各有特点。

盘式矿山机械制动器

钻孔机械分为凿岩机和钻机两类,钻机又有露天钻机和井下钻机之分。凿岩机是用于在中硬以上的岩石中,钻凿直径为20~100毫米、深度在20米以内炮孔的机械,按其动力不同可分为风动、内燃、液压和电力凿岩机,其中风动凿岩机应用最广;露天钻机按破碎矿岩的工作机构不同,分为钢绳冲击钻机、潜孔钻机、牙轮钻机和旋转钻机,其中钢绳冲击钻机因效率低,已逐渐被其他钻机代替。

掘进机械是利用刀具的轴向压力和回转力对岩面产生辗压作用,直接破碎矿岩的成巷或成井机械设备。所用刀具有盘形滚刀、楔齿滚刀、球齿滚刀和铣削刀具等。按掘进巷道的不同,又可分为天井钻机、竖井钻机和平巷掘进机

离心选矿机是用于回收微细矿泥中的金属矿粒的机械,主要由主机与控制机构两部分组成。在

主机锥形转鼓高速旋转所产生的离心力场中,重矿粒沉积到转鼓壁上成为精矿,轻矿粒附在精矿表面,受到流膜(矿浆流)作用,排出转鼓,成为尾矿。

矿山破碎机

磁选机是利用各种矿物的磁性差异,借助磁力和机械力对矿物的作用进行分选的机械。磁选机由磁力系统、分选装置、给矿和排矿装置组成。磁选机种类很多,主要有永磁筒式磁选机、电磁平环强磁选机和高梯度强磁选机等。

浮选机是利用矿粒表面物理化学性质的差异,对细粒矿物进行分选的机械。矿粒浮选机附有浮选药剂,靠压缩空气或机械搅拌,使不易被水润湿的矿粒附着在气泡上(正浮选法),升至液面,通过排矿装置作为精矿排出,易被水润湿的矿粒留在槽体中作为中尾矿排出。

湿式选矿所得的精矿需要经过脱水机械处理,以使固、液体分离。脱水机械可分为浓缩机、过滤机、离心脱水机和干燥机。

第四章 车辆工程

车辆工程学科是机械工程一级学科中的重要分支学科,现代汽车作为方便、安全、快捷、舒适的代步工具和货运工具,已成为世界各国国民经济和社会生活中不可缺少的、使用最广泛、数量最多的交通运输工具。汽车工业的规模和其产品的质量也成为衡量一个国家技术水平的重要标志之一。 同时,由于汽车工业对国民经济的各部门的渗透作用,如对钢铁、石化、橡胶、电子、通信、计算机等工业的带动作用,其在国民经济发展中的支柱地位不仅在我国,而且在工业发达国家更得到公认。随着中国经济持续稳定增长和加入WTO所提供的有利环境,中国的汽车行业进入了一个快速增长的时期,围绕汽车研究、设计、制造而形成的汽车制造业市场已经成为一个富有发展潜力的领域。需要大量从事本学科领域科学研究和工程建设的高级人才。

本学科专业紧密结合我国汽车产业建设,研究和解决汽车产业建设中的重大关键技术问题,在汽车碰撞安全性结构设计理论与方法,汽车排放控制技术,汽车结构优化设计、汽车可靠性理论、汽车电子控制技术等方面具有明显的优势与特色,整体上处于国内同类学科前列。所开展的系列研究工作及其成果在汽车工程中的广泛应用,对于提高我国汽车产品设计水平与工程质量,促进我国汽车产业建设的发展起到了重要作用,并产生了显著的社会经济效益。我校车辆工程专业成绩显著公开发表和出版了一系列有重要学术价值的学术论文和著作、教材。

本专业主要研究机械设计方法学、机械优化设计理论与方法、可信性设计技术、机械动力学与故障诊断技术、数字化设计与仿真技术等在汽车设计中的应用。在“汽车摩托车车型开发技术”、“汽车摩托车零部件数字化设计与仿真技术”方面形成了自己的研究特色。

车辆在现代社会中使用广泛,它关系着我国汽车工业以及交通事业的振兴和发展,并对农业现代化和国防装备现代化具有重大的影响。车辆工程学科的研究对象是汽车、机车车辆、拖拉机、军用车辆及工程车辆等陆上移动机械的理论、技术问题。车辆工程从初期涉及力学、机械设计理论、金属材料、化工,到今天拓展至与计算机、电子技术、测试计量技术、交通

运输、控制技术等的相互渗透、相互联系,并进一步触及医学、生理学及心理学等广泛领域,形成了一门涵盖多种高新技术的综合性学科。

中国汽车行业前景广阔,预计我国汽车产量2010、2011年将持续保持增长,预计增长率在19%至20%之间。在2015年左右国内汽车销售有望超过美国,成为第一大汽车消费市场。到2020年,中国本土汽车产量将达到2000万辆左右,其中两成产品将进入国际市场。

随着汽车工业的迅速发展汽车相关的专业热了起来。汽车类专业人才成为炙手可热的“抢手货”,成为了人才市场的梦幻童话.不少高校本专业的毕业生一直供不应求,一次就业率近100%.

第五章 机械设计制造

本专业培养能在工业生产第一线从事机械制造领域内的设计制造、科技开发、应用研究、以机械设计与制造为基础,融入计算机科学、信息技术、自动控制技术的交叉学科,主要任务是运用先进设计制造技术的理论与方法,解决现代工程领域中的复杂技术问题,以实现产品智能化的设计与制造。运行管理和经营销售等方面工作的高级工程技术人才。机械制造及其自动化是一门研究机械制造理论、制造技术、自动化制造系统和先进制造模式的学科.该学科融合了各相关学科的最新发展,使制造技术、制造系统和制造模式呈现出全新的面貌.机械制造及其自动化目标很明确,就是将机械设备与自动化通过计算机的方式结合起来,形成一系列先进的制造技术,包括CAD(计算机辅助设计)、CAM(计算机辅助制造)、FMC(柔性制造系统)等等,最终形成大规模计算机集成制造系统(CIMS),使传统的机械加工得到质的飞跃.具体在工业中的应用包括数控机床、加工中心等 机械制造与自动化研究方向有先进机械装备设计及加工技术、CAD/CAM集成及相关技术、数字化产品设计与制造、机械动力学。机械制造及其自动化专业的研究生多年来供不应求,供需比一直在1:10以上.根据北京、上海和深圳等地的人才市场调查显示,机械设计制造及其自动化专业一直排在人才需求的前列. 据了解,机械制造及其自动化专业的毕业生主要在各大城市及沿海地区高新技术的科研、开发和生产单位就业.加入WTO后,中国逐渐成为世界新的制造中心和加工中心,该专业的毕业生就业发展趋势良好。

本专业培养具备机械设计制造基础知识与应用能力,能在工业生产第一线从事机械制造领域内的设计制造、科技开发、应用研究、运行管理和经营销售等方面工作的高级工程技术人才. 业务培养要求:本专业学生主要学习机械设计与制造的基础理论,学习微电子技术、计算机技术和信息处理技术的基本知识,受到现代机械工程师的基本训练,具有进行机械产品设计、制造及设备控制、生产组织管理的基本能力.

参考文献:

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(4) 毕业论文网-www.lunwentop.com 摇杆式履带悬架的构型推衍及其在煤矿救灾机器人上的应用 李允旺,葛世荣,朱华 煤矿救灾机器人运动机构的设计与驱动系统的研究 王永胜 圣才考研网


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