2024《綜合創(chuàng)新設(shè)計(jì)》任務(wù)及要求

《綜合創(chuàng)新設(shè)計(jì)》任務(wù)及要求一、任務(wù)的目的綜合創(chuàng)新設(shè)計(jì)主要目的是要求學(xué)生理解和掌握機(jī)械類(lèi)課程（包括但不限于“理論力學(xué)”、“材料力學(xué)”、“機(jī)械制圖”、“機(jī)械原理”、“機(jī)械設(shè)計(jì)”、“機(jī)械制造基礎(chǔ)”等）的基本概念、基本原理、基本方法，并在實(shí)際需求中得到充分應(yīng)用。綜合創(chuàng)新設(shè)計(jì)注重創(chuàng)新設(shè)計(jì)意識(shí)、綜合設(shè)計(jì)能力與團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神；加強(qiáng)動(dòng)手及仿真能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練，提高學(xué)生針對(duì)實(shí)際需求進(jìn)行創(chuàng)新思維、機(jī)械設(shè)計(jì)和仿真制作等實(shí)際工作能力。炮孔炸藥裝填的整體流程，通過(guò)前期的轉(zhuǎn)運(yùn)炸藥將炸藥從工廠、工地轉(zhuǎn)運(yùn)至裝填車(chē)上，以便裝填車(chē)一次性能裝填多個(gè)炮孔，通過(guò)裝填車(chē)上的搬運(yùn)系統(tǒng)將炸藥分別搬運(yùn)至相應(yīng)的開(kāi)包位置對(duì)炸藥進(jìn)行開(kāi)包處理，隨后從開(kāi)包位置輸送至炮孔，通過(guò)下料裝置按工藝流程將所需模塊放置在炮孔上方進(jìn)行作業(yè)，以此完成整個(gè)炮孔裝填任務(wù)。當(dāng)前，我國(guó)鉆爆法施工中，大多使用人工鉆孔施工、投放炸藥，通過(guò)研發(fā)使用炸藥裝填車(chē)可以改善勞動(dòng)條件，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。因此，為提高爆破施工整體機(jī)械化效率，減少施工人員數(shù)量，需要采用機(jī)械化裝藥設(shè)備進(jìn)行炸藥裝填施工。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和效率意識(shí)的提高，對(duì)爆破工程的爆破效率的要求越來(lái)越高，如何減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高安全性，智能一體化炸藥裝填設(shè)備的研發(fā)具有重要意義。從經(jīng)濟(jì)和工作效率兩方面進(jìn)行分析，爆破拆除具有耗費(fèi)成本低、工作效率高等優(yōu)點(diǎn)，并且具有更加長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展前景。在最近的幾十年中，爆破拆除這一技術(shù)不斷被人們所重視，并針對(duì)爆破拆除進(jìn)行一系列研究，逐漸地將其應(yīng)用于拆除領(lǐng)域當(dāng)中。然而現(xiàn)如今在進(jìn)行爆破拆除前，仍需要大量的工作人員在爆破現(xiàn)場(chǎng)中進(jìn)行工作。該工作方式不僅會(huì)使工作人員的人身安全具有一定的風(fēng)險(xiǎn)，并且還浪費(fèi)了大量的人力物力，因此該方式亟需改進(jìn)。通過(guò)研發(fā)智能一體化爆破裝填車(chē)代替人工進(jìn)行鉆孔、填裝炸藥等工作，將大量的人力從簡(jiǎn)單的工作中釋放出來(lái)，提高作業(yè)效率及安全性。二、主題及內(nèi)容1、Φ120炮孔智能裝填一體化作業(yè)機(jī)器人—炸藥轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)從工廠中輸送到工地的炸藥需要裝入炮孔智能裝填車(chē)上，以保證裝填車(chē)能夠連續(xù)作業(yè)實(shí)現(xiàn)高效裝填炸藥，炸藥裝填車(chē)一次性裝填炸藥量為2噸。首先，將堆積在工地上的炸藥通過(guò)適當(dāng)方式放置在輸送帶上，需要將兩種不同的炸藥分時(shí)一次性輸送。位于裝填車(chē)上的桁架搬運(yùn)系統(tǒng)發(fā)揮碼垛功能，屆時(shí)將輸送過(guò)來(lái)的炸藥堆放在炸藥存儲(chǔ)倉(cāng)中，以此，完成炸藥的轉(zhuǎn)運(yùn)。其中危貨品傳送帶與履帶車(chē)連接采用滑動(dòng)式掛鉤連接,傳送帶采用兩段式設(shè)計(jì)，工人搬運(yùn)貨箱后半部炸藥時(shí)只用單段傳送帶，當(dāng)工人搬運(yùn)貨箱前半部炸藥時(shí)通過(guò)連接部件將兩段組合，增加工作范圍，達(dá)到減少炸藥搬運(yùn)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度的目的。主要任務(wù)模塊：1）炸藥轉(zhuǎn)運(yùn)整體結(jié)構(gòu)、典型零件及其功能；2）重要部件分析；3搬運(yùn)系統(tǒng)控制2、Φ120炮孔智能裝填一體化作業(yè)機(jī)器人—探孔及清渣系統(tǒng)爆破工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行爆破時(shí)會(huì)先進(jìn)行鉆孔，因此，在鉆孔后進(jìn)行炸藥的裝填，炮孔中的石渣和少量的水會(huì)影響爆破的質(zhì)量，甚至在水位過(guò)高時(shí)導(dǎo)致粉末和乳化炸藥無(wú)法進(jìn)行有效裝填。所以，在進(jìn)行炸藥裝填前需要先進(jìn)行炮孔的清渣處理。當(dāng)清渣過(guò)程中，進(jìn)行空洞探測(cè)，較大的空洞，既浪費(fèi)炸藥又嚴(yán)重影響爆破質(zhì)量，一般當(dāng)作廢孔處理，這就是進(jìn)行探測(cè)空洞的目的。主要任務(wù)模塊：1）探孔及清渣整體結(jié)構(gòu)、典型零件及其功能；2）重要部件分析；3探孔及清渣控制3、Φ120炮孔智能裝填一體化作業(yè)機(jī)器人—炸藥搬運(yùn)系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)炮孔裝填的前置任務(wù)：炸藥轉(zhuǎn)運(yùn)和炮孔測(cè)量及清渣后，炮孔測(cè)量模塊會(huì)通過(guò)上位機(jī)計(jì)算得到我們當(dāng)前炮孔所需裝填的炸藥量，此后，將會(huì)進(jìn)行正式的炮孔裝填任務(wù)，通常先將粉末炸藥裝填進(jìn)炮孔，隨后裝填乳化炸藥，最后裝填起爆炸藥。因此，裝填車(chē)需要將位于炸藥存儲(chǔ)倉(cāng)的炸藥搬運(yùn)至炮孔裝填車(chē)上的開(kāi)包模塊，即將乳化炸藥搬運(yùn)至乳化開(kāi)箱模塊進(jìn)行開(kāi)箱，將粉末炸藥搬運(yùn)至粉末開(kāi)包模塊進(jìn)行開(kāi)包，以便后續(xù)進(jìn)行裝填。主要任務(wù)模塊：1）炸藥搬運(yùn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；2）重要部件分析；3）搬運(yùn)系統(tǒng)控制4、Φ120炮孔智能裝填一體化作業(yè)機(jī)器人—粉末炸藥開(kāi)箱下料裝置粉末炸藥開(kāi)包下料裝置主要包括開(kāi)包機(jī)構(gòu)及料倉(cāng)機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)粉末炸藥的開(kāi)包及下料工作。通過(guò)炸藥搬運(yùn)流程后，將所需的炸藥搬運(yùn)至相應(yīng)炸藥的開(kāi)包機(jī)構(gòu)處，裝填車(chē)上的開(kāi)包機(jī)構(gòu)則對(duì)相應(yīng)炸藥進(jìn)行自動(dòng)開(kāi)包處理，當(dāng)對(duì)粉末炸藥進(jìn)行開(kāi)包時(shí)，搬運(yùn)系統(tǒng)會(huì)將粉末炸藥精確搬運(yùn)至粉末炸藥開(kāi)包機(jī)構(gòu)處，對(duì)其進(jìn)行開(kāi)包處理，粉末炸藥開(kāi)包機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)粉末炸藥開(kāi)包、存儲(chǔ)、計(jì)量、輸送、包裝袋的收集等功能。主要任務(wù)模塊：1）粉末炸藥開(kāi)包下料裝置結(jié)構(gòu)；2）重要部件性能分析；3）粉末炸藥開(kāi)箱下料裝置控制5、Φ120炮孔智能裝填一體化作業(yè)機(jī)器人—乳化炸藥開(kāi)箱下料裝置當(dāng)裝填車(chē)需要對(duì)乳化炸藥進(jìn)行裝填時(shí)，會(huì)先將箱裝的乳化炸藥搬運(yùn)至乳化開(kāi)箱機(jī)構(gòu)處進(jìn)行開(kāi)箱處理，同時(shí)乳化開(kāi)箱機(jī)構(gòu)將開(kāi)箱后的乳化炸藥進(jìn)行分揀處理，通過(guò)防堵裝置將乳化炸藥一根一根進(jìn)行存放，以方便后續(xù)乳化炸藥的裝填。乳化炸藥開(kāi)箱、分揀、儲(chǔ)藏、包裝袋收集處理等。乳化炸藥開(kāi)箱下料裝置由開(kāi)箱機(jī)構(gòu)、防堵機(jī)構(gòu)、下料機(jī)構(gòu)組成。該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)不同規(guī)格的乳化炸藥開(kāi)箱尺寸并下料，開(kāi)箱下料的安全性。主要任務(wù)模塊：1）乳化炸藥開(kāi)箱下料裝置結(jié)構(gòu)；2）重要部件分析；3）乳化炸藥開(kāi)箱下料裝置控制6、Φ120炮孔智能裝填一體化作業(yè)機(jī)器人—藥包制作裝置針對(duì)炮孔裝填，通常單個(gè)炮孔裝填一根起爆炸藥，因此，起爆藥包制作模塊則實(shí)現(xiàn)裝填車(chē)自動(dòng)進(jìn)行起爆炸藥的制作，起爆藥包制作模塊，實(shí)現(xiàn)每個(gè)炮孔自動(dòng)釋放一根起爆炸藥，免去了人工的重復(fù)性操作。藥包制作裝置由藥包推入機(jī)構(gòu)、雷管推送機(jī)構(gòu)、雷管線纏繞機(jī)構(gòu)組成。該裝置實(shí)現(xiàn)乳化炸藥送料、雷管插入、雷管纏繞功能。藥包制作裝置由藥包推入機(jī)構(gòu)、雷管推送機(jī)構(gòu)、雷管線纏繞機(jī)構(gòu)組成。該裝置實(shí)現(xiàn)乳化炸藥送料、雷管插入、雷管纏繞功能。由于控制精度要求，該模塊在雷管推送裝置與纏繞裝置中使用了電能提供動(dòng)力，但執(zhí)行元件采用符合認(rèn)證的防爆電機(jī)，保證了安全性。一次作業(yè)可完成十根雷管與乳化炸藥的包裝。主要任務(wù)模塊：1）藥包制作裝置結(jié)構(gòu)；2）重要部件分析；3）粉末炸藥開(kāi)箱下料裝置控制7、Φ120炮孔智能裝填一體化作業(yè)機(jī)器人—砂料輸送裝置在炮孔按轉(zhuǎn)運(yùn)、搬運(yùn)、開(kāi)包、開(kāi)箱、填充順序裝填完粉末炸藥、乳化炸藥、起爆炸藥和砂料后，才算完整完成炮孔裝填的整個(gè)工藝流程，因此，在藥包制作后需裝填一定量的砂料填充炮孔。砂料輸送裝置主要由倉(cāng)蓋、砂料篩、主倉(cāng)體、主倉(cāng)底及主框架組成，再通過(guò)外接吸料機(jī)及法蘭截止閥加牛筋管實(shí)現(xiàn)砂料的輸送。完成砂料現(xiàn)場(chǎng)吸現(xiàn)場(chǎng)用，以及獨(dú)自儲(chǔ)存一定量的砂料功能。主要任務(wù)模塊：1）砂料輸送裝置結(jié)構(gòu)；2）重要部件分析；3）砂料輸送裝置控制8、Φ120炮孔智能裝填一體化作業(yè)機(jī)器人—下料機(jī)械臂粉末炸藥、乳化炸藥開(kāi)包后在裝填車(chē)內(nèi)部通過(guò)管道輸送至裝填車(chē)尾部，但是如何智能地將管道放置在炮孔上方進(jìn)行裝填作業(yè)是一大難題，因此，在下料部分設(shè)計(jì)了帶移動(dòng)關(guān)節(jié)的大范圍作業(yè)機(jī)械臂配合機(jī)器視覺(jué)進(jìn)行炮孔裝填。下料機(jī)械臂結(jié)構(gòu)位于裝填車(chē)尾部，由下料主體機(jī)械臂和拉伸平臺(tái)組成。主要任務(wù)模塊：1）下料機(jī)械臂結(jié)構(gòu)；2）下料機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)學(xué)分析；3）砂料輸送裝置控制9、Φ120炮孔智能裝填一體化作業(yè)機(jī)器人—快速下料器炮孔智能裝填一體化作業(yè)車(chē)終端，要實(shí)現(xiàn)將粉末炸藥和乳化炸藥與下料機(jī)械臂機(jī)械臂末端自動(dòng)準(zhǔn)確對(duì)接與切換，然后注入炮孔中。每一次注射完成后，返回平臺(tái)自動(dòng)結(jié)合粉末炸藥和乳化炸藥下料器。裝卸時(shí)不僅可以自動(dòng)安裝而且還可以自動(dòng)拆卸。粉末炸藥用機(jī)械臂末端與下料器/二合一管/吹孔機(jī)構(gòu)快速更換，機(jī)械臂抓取二合一管后，將其輸送至洞口對(duì)齊，進(jìn)行砂料與粉末炸藥下料。乳化炸藥設(shè)計(jì)下料器，下料器裝入若干乳化炸藥+乳化藥包，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及采用合適方式，循環(huán)完成裝藥/下料作業(yè)。主要任務(wù)模塊：砂料輸送裝置結(jié)構(gòu)；2）重要部件分析；3）砂料輸送裝置控制部分規(guī)格參數(shù)及要求：1）炸藥最大搬運(yùn)速度：100kg/min，承載>50kg2）粉末炸藥（硝銨）開(kāi)包尺寸：800×480×180規(guī)格，30kg/包3）乳化炸藥開(kāi)箱尺寸：500×300×2104）乳化炸藥12根一箱，凈重24Kg5）下料機(jī)械臂：定位精度：±?10mm；工作范圍：平面R3000mm部分扇面；支座旋轉(zhuǎn)角度：360°；機(jī)械臂手臂參數(shù):各級(jí)長(zhǎng)度(1050、1100、1050mm)；拉伸長(zhǎng)度(前1450mm→后3050mm)；手臂末端(快速夾具)。履帶底盤(pán)：平板尺寸：長(zhǎng)寬：6900*2300mm；離地高度：650mm三、評(píng)價(jià)方法采用綜合評(píng)價(jià)，主要從以下幾個(gè)方面：1．設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)（1）創(chuàng)新性