振动破碎机实验台申报书

1、大学生创新创业训练计划申报表项目名称： 基于物联网在线监测的振动颚式 破碎机实验台研制 项目内容：创新训练项目 创业训练项目创业实践项目负 责 人： 张鹏 所在学院： 机电工程学院 所在专业： 机械设计制造及其自动化 指导老师： 朱贤云 申报日期： 2016年5月 教务处 制填 写 说 明1.申报书的各项内容要实事求是，真实可靠。文字表达要明确、简洁。所在学校应严格审核，对所填内容的真实性负责。2.表中空格不够时，可另附页，但页码要清楚。3.表格中的审核意见，应按实际内容填写完整，电子稿中的签名可打字输入，递交电子稿时应无缺项。一、简表项目名称基于物联网在线监测的振动颚式破碎机实验台研制项目来

2、源A. 自主研发 B.他人授权 C其它项目类别科研 教学 设计 工程 自选 其它 学科类别工学 理学 文学 管理 经济 其它 项目实施时间起始时间： 2016 年 6 月 完成时间：2017 年 12月申请团队（第一位为负责人）姓名学号（完整）年级学院专业联系电话E-mail张鹏1420142334二年级机电机械设计制造及其自动/1780762143吴国兴1420142343二年级机电机械设计制造及其自动/1935893037黄涛1420142303二年级机电机械设计制造及其自动/313002296吴明1420142

3、341二年级机电机械设计制造及其自动/1582156735王生得1420142358二年级机电机械设计制造及其自动/1594030486指导教师姓名学院或部门（教研室）年龄职称联系电话朱贤云机电实验中心28助理实验要研究课题及成果：（有2位以上指导教师时，分别填写）主要从事物料破碎机理和矿山装备方面的研究，颚式破碎机及物料破碎理论方面的论文有:基于离散元法与正交试验的齿板破碎力研究J.计算机仿真,2014，31(9)：217-221.齿板碎矿过程与齿距对破碎性能的影响J.机械科学与技术，2015，34(9)：1328

4、-1332.双腔颚式破碎机非平衡力优化J.有色金属工程，2014,4(6)：53-55.在数学建模方面的论文有：2E12铝合金板材疲劳寿命的灰色预测J.合肥工业大学学报（自然科学版）2013,36(9)：1042-1045+1114.申报理由（包括自身具备的知识条件、特长、兴趣、已有的实践创新成果等。）1.鄂式破碎机广泛运用于矿山、冶炼、建材等行业，常用于采石场生产线、沙石料厂，通常在生产线中处于一级破碎位置，具有不可替代的作用。然而，目前的颚式破碎机存在着一些不足，如：在破碎抗压强度极限到达一定程度的时候，破碎设备将会消耗大量的能源但并不能达到理想的破碎效果；当加料不均匀时，易堵塞破碎腔；颚

5、板磨损较快。另外，物料的破碎会消耗大量的能源，在日益严峻的能源形势和行业竞争压力下，提高破碎效率成为提高企业效益的重要路径。本项目研发的振动颚式破碎机实验台可对新型高效破碎技术进行研究，这对破碎装备的基础研究具有促进意义。2. 项目对传统颚式破碎机进行创新设计，是集理论设计与专业实践的综合训练项目。课题组成员均为机械工程专业学生，学习了机械制图、机械原理、机械设计、机械制造工艺学、数控技术、数控实训等相关基础课程，具有较深的专业背景，熟悉机械设计的基本方法、数控机床原理及操作，在知识条件方面有能力完成课题任务。3. 作为机械制造专业的学生，具有较强的动手能力，已参与了课外项目制作，具备项目方案

6、设计、机械结构设计的基本能力与经验，熟悉加工制造与装配，掌握基本通用机床及特种加工设备的操作。项目团队参与的课外制作项目“焊钉非标自动化设备”进入调试阶段。项目团队积极申报参加挑战杯大赛、3D建模大赛等。项目简介（300-500字左右）：本项目的目的是开发一种基于物联网在线监测的振动颚式破碎机实验台，用于振动破碎原理探索、结构优化和工艺参数优化研究，为设备的工程应用提供理论基础、设计依据和数据支持。本项目把振动引入传统颚式破碎机，在保持原有的装备特点和性能优势的前提下进一步发掘装备潜力。该振动颚式破碎机实验台在传统复摆式颚式破碎机的基础上，对定颚施加具有一定规律的水平方向的振动，振动幅度、振动

7、频率与振动波形可进行调整。振动颚式破碎机沿用了原有的多连杆机构，维持了传统颚式破碎机结构简单、破碎比大、破碎粒度均匀的优势。在矿山机械中，传统的设备感知系统大多是在现场通过有线的方式进行数据采集，需要人工现场监测与控制，不仅工作效率低，且无法保证及时发现并处理问题。本项目把物联网引入该实验台，可以实时监测破碎机的运行状态，可以预测破碎机的健康状况。因此物联网和破碎机的结合，可以为破碎机提供安全保障，可以提高企业的生产效率。在该实验台上可以进行基础理论问题研究，包括物料在振动作用下破碎机制、振动参数对破碎的影响规律、齿板齿形与腔形对破碎的影响规律、振动对整机可靠性的影响等等。这些课题的解答将对设

8、备的工程化应用提供原理支撑与数据支持。项目特色与创新点： 1.本项目将振动引入传统颚式破碎机，提高了矿石破碎效率，为矿山基础装备的技术革新提供基础理论支撑与数据支持；将物联网应用到传统颚式破碎机中，可以对破碎机的运行状态进行远程实时监测。2.以“中国制造2025”为指导方向，将动态设计方法引入机械设计流程中，运用数字化研发与智能制造手段，以整机装备最优动态特性作为设计目标与项目指标管理项目运作，获得整机良好的可靠性与工作性能，提高设计水平与装备质量。3.作为完整机电产品的研发设计，以科学问题探索为导向，以应用需求反馈产品设计与制造，综合机械、自动化等学科知识，实现内部交叉与横向交叉，为学生的实

9、践能力培养和综合素质锻炼提供良好的平台。本项目紧密联系工程实际问题，综合学科知识运用，培养学生创新能力，具有工程应用前景和科学研究价值。对项目成员的要求：1.研发时，项目成员要有较好的数学、力学、电学和机械学功底，在进行机构设计、机电一体化设计、有限元分析、自动化设计和优化设计时可以熟练地运用这些学科的知识。2.项目成员应该团结互助，相互信赖，遇到问题时应相互鼓励支持，成员应当吃苦耐劳，有责任心，有奉献精神，有较强的心里素质和毅力。3.具有较强的动手能力和主动能动性。二、立项依据（包括项目的研究意义、现状分析，并附主要参考文献及出处）矿业作为基础工业，为其它各工业部门提供原料和能源，在社会经济

10、体系中占有举足轻重的地位。破碎作业是选矿的龙头，也是消耗能源、金属材料较大的环节。颚式破碎机作为一种重要的破碎机械，广泛应用于各类矿山中，主要用于粗碎和中碎作业1 。然而，项目组成员通过查找资料及实地走访，发现现有的颚式破碎机存在着下列不足之处：被破碎的物料强度不能太高，即在破碎抗压强度极限到达一定程度的时候，破碎设备将会消耗大量的能源，但并不能达到理想的破碎效果；当动颚向下运动时，有促进排矿的作用。虽然这提高了复摆颚式破碎机的生产率，但是，由于动颚的垂直行程较大，物料对颚板有磨削作用，造成齿板磨损加快，增大非生产性的能量消耗2-3；对破碎机的控制主要依赖人的介入，需要人工现场监测与控制，这使

11、得工作效率低，还可能造成人身伤害。 物料破碎作业需要消耗大量能源，在日益严峻的能源形势和行业竞争压力下，提高破碎效率成为提高企业效益的重要路径4。“多碎少磨” 5理念是针对破磨作业降本增效提出的一条十分有效的指导原则，在理论和实践上都得到了验证。在该理念指导下，进行减少破碎机能耗和提高破碎性能的研究成为未来的发展方向。本项目组提出一种基于物联网在线监测的振动颚式破碎机实验台，用于振动破碎原理探索、结构优化和工艺参数优化研究，为设备的工程应用提供理论基础、设计依据和数据支持。对工作机构施加振动改变工作性能已用于多个领域6，如凿岩机、破碎锤等工程装备。实践证明，施加振动后工作效率会显著提高。综合大

12、量文献，理论分析与实验研究都表明，在振动的作用下，岩石或混凝土的内部原始缺陷与裂纹迅速萌生与积累，促使物料在更小的能量输入下获得更好的破碎效果，破碎的效率得到明显提升。因此，本项目把振动引入传统颚式破碎机，在保持原有的装备特点和性能优势的前提下进一步发掘装备的潜力。该振动颚式破碎机在传统复摆式颚式破碎机的基础上，对定颚施加水平方向的具有一定规律的振动，振动幅度、频率与波形可进行调整7。动颚安装在偏心轴上，颚板在偏心轴和肘板作用下做复合运动。定颚与动颚上装有齿板，根据齿板横截面形状分为圆弧齿、梯形齿、三角齿等类型。齿峰与齿谷相对布置，有助于物料得到有效的破碎并获得高破碎比。振动颚式破碎机沿用了原

13、有的多连杆机构，保证其维持传统颚式破碎机结构简单、破碎比大、破碎粒度均匀的优势8。本项目研发的实验台由振动颚式破碎机、激振器、物料输送系统、电气系统、信号采集系统构成。颚式破碎机结构上可配置不同齿板，具有不同齿形或不同齿面构成不同腔体，以研究在该条件下的破碎效果和能耗情况。物料输送系统可以调节送料速度，设置破碎腔不同的填充度与密实度。激振器使用电磁激振器，便于精确调节振动频率和振动模式。物料输送皮带驱动电机为交流电机，通过变频器实现速度控制。电气部分以PLC控制器为核心，实验台采用数字化控制技术，实现执行机构精确控制，对破碎机偏心轴转速、送料输送带速度、激振器频率、激振模式进行精确调控。本项目

14、把基于物联网的在线监测实验系统与传统颚式破碎机相结合，对实验台的运行状态进行实时监测（如图1所示）。该在线监测系统通过传感器以及数据采集软件获取机械设备的运行状态数据。信号采集系统以Labview为核心，通过数据采集卡采集主电机转速、输送带电机转速、主轴转速、动颚位移、轴承振动等信号。破碎机的功率则通过监测轴的扭矩和转速实现在线记录。破碎过程通过观察窗和摄像机进行检测，研究不同条件下的物料破碎形态。收集到的数据经路由器传到传感网，中央处理器对传感网中的数据进行接收、计算，同时将会将所接收到的数据存储在数据库中9，传感网通过网络交换机与PC客户端相连，项目组成员便可通过PC客户端实时监测到破碎机

15、的运行状态。基于物联网的设备监测系统是一种新型的设备检测方法10-11，能够实现对机械设备的远程监测，可以提高设备检测的效率，是设备监控的一种非常实用的途径，对矿山企业设备的合理与安全监测有积极的意义。在该实验台上可对振动颚式破碎机的基础理论问题进行研究，包括物料在振动作用下破碎机制、振动参数对破碎的影响规律、齿板齿形与腔形对破碎的影响规律、振动对整机可靠性的影响等等。这些课题的解答将对设备的工程化应用提供原理支撑。综上所述，本项目的实施，可以研发一种基于物联网在线监测的振动颚式破碎机实验台，该实验台具有较高的研究价值和实际应用价值，而且，该项目还可以锻炼项目组成员的产品研发能力、专业知识的学

16、习与综合应用能力、社会调查能力等，为项目组成员的就业或创业打下良好的基础。图1 系统方案示意图参考文献 1 高强,张建华.破碎理论及破碎机的研究现状与展望J.机械科学与技术, 2009, 26(10):72-75.2卢利新.颚式破碎机的优化J.天津冶金, 2009(3):21-23. 3 赵昱东新型高效破碎设备综述J.矿山机械，2004（4）：22-24. 4 高澜庆，王文霞.破碎机的发展现状与趋势J.冶金设备，2004（4）：13-165肖庆飞, 罗春梅, 石贵明,等.多碎少磨的理论依据及应用实践J. 矿山机械, 2009(21):51-53. 6罗帆, 聂鸿丽, 孔祥忠.振动粉磨和振动破碎

17、技术的发展回顾J.中国水泥, 2004(9):41-45. 7 郎世平,王行政.颚式破碎机的发展与创新J.矿业装备, 2014(4):60-63.8 王旭, 夏晓鸥, 罗秀建,等.高效振动颚式破碎机的性能及其推广应用前景J.有色金属:选矿部分, 2011(B10):72-75.9 李宏坤, 张学峰.基于物联网设备在线监测实验教学平台的设计J. 实验室科学, 2014, 17(4):151-155.10刘奥川, 詹琳.矿山物联网设备感知与控制系统J.电子世界, 2016(5).11赵安新, 卢建军, 崔曼.利用物联网构建矿山机电设备的监测平台J.西安邮电大学学报, 2010, 15(6):85-

18、87.三、项目实施方案（包括项目的训练目标、前期准备、组织实施、过程管理、实践环节、教师指导、项目结题等）1.训练目标：拓宽自己的专业知识及加强对专业知识的运用，增强动手和实践能力，培养自己的创新思维和创新能力，明白创新的重要性，开阔视野，增长见识，强化自己的人际交往能力、团结协作能力。2.前期准备：项目组的学生经过机械制图机械原理机械设计电子技术等课程的学习，了解各种机构的工作原理及其设计，掌握了电路的工作原理和设计；有关破碎机、矿料、数控技术、伺服控制、传感器、物联网等的文献查阅；去有使用破碎机的矿山等地方，进行社会调查。3.组织实施：根据存在的问题和颚式破碎机使用方提出的建议，利用机械原

19、理、机械设计相关知识进行实验台的设计，反复探讨形成较为完善的设计方案。利用三维实体建模软件，将方案变成虚拟样机，并在PRO/E或ADAMS中进行运动仿真与零件强度校核，锻炼课题组同学运用软件工具的能力。4.过程管理：在调研阶段提交调研报告，并做开题报告；在方案设计阶段，提交涉及多种方案优缺点比较的讨论报告；在制作及项目实施阶段以加工工艺过程、机床操作、零件建议、工装设计、装配检测等进行多方面的考核与管理；在装置调试阶段，注重项目的小结，鼓励课题组成员写出科研报告，形成科技论文；在实验阶段，项目组成员应多和颚式破碎机使用方交流、讨论，进行试验的总结。5.实践环节：1)、实地调研颚式破碎机的市场价

20、值和需要改进的地方2)、振动颚式破碎机零件的加工制作3)、振动颚式破碎机的整机装配和调试6.教师指导指导老师应当监督团队的进程，让项目按计划进行指导老师应当对项目组成员提出的设计方案进行可行性分析，对方案中的不足之处进行改进调整，让整个项目可以顺利实施7.项目结题制作出样机，并试运行，演示其实际功效撰写研究报告和论文，进行结题答辩四、学校提供条件（包括项目开展所需的实验实训情况、配套经费、相关扶持政策等）1.学校的相关扶持政策根据教育部 财政部关于“十二五”期间实施“高等学校本科教学质量与教学改革工程”的意见（教高20116号）和教育部关于批准实施“十二五”期间“高等学校本科教学质量与教学改革

21、工程”2012年建设项目的通知（教高函20122号），教育部决定在“十二五”期间实施国家级大学生创新创业训练计划。学校积极响应上级号召，下发了关于开展大学生创新创业训练计划的通知，鼓励学生参与创新创业计划，并给与1:1的经费支持。2.学校把创新创业训练项目作为选修课程开设，同时组织建设与创新训练有关的创新思维与创新方法等选修课程。3.所在的学院为机电工程学院，学院的实验教学中心、各类开放实验室向我们免费提供实验场地和实验设备，在进行设计开发、加工装配时有着完善的实验平台和设备。学院开设了金工实习、机械拆装等课程，学校的机器人协会开展了电控方面的培训，让我们积累了一定的经验。五、项目执行环节文献

22、查阅 社会调查 方案设计 建立理论模型 实验研究数据处理 平台开发 实物模型 样机研制 综合测试与完善撰写论文与研究 结题和答辩 成果推广或论文发表 其它六、项目经济和社会效益分析（不少于500字）1.市场分析 近年来，地产、矿山及道路桥梁工程等发展，带动了破碎机设备发展的投资热潮，并作为矿山机械中的重点领域引领工业经济的发展。从行业发展来看，破碎机设备在未来国内国际市场的行情也被投资者看好，并且正在朝着节能高效、控制智能化方向发展，所以，我国的破碎机行业将迎来一个大的发展浪潮。因此有必要针对现有的颚式破碎机的不足之处进行研究改进。2.经济效益 本项目研究开发出一种振动颚式破碎机实验台，在该实

23、验台上可对振动颚式破碎机的基础理论问题进行研究，包括物料在振动作用下破碎机制、振动参数对破碎的影响规律、齿板齿形与腔形对破碎的影响规律、振动对整机可靠性的影响等等。以研究结果为依据，对现有的颚式破碎机进行改进优化，可以提高现有颚式破碎机的生产效率、运行稳定性、安全性等，可以为新一代破碎机的定型提供参考，具有工程应用前景和科学研究价值。从而带来可观的经济效益。3.社会效益振动颚式破碎机实验台将实验研究与实际生产相结合，在项目的研发过程中可全面锻炼项目组同学的机械设计能力、制造能力、装配能力、机电一体化产品的电气控制能力、传感与检测能力，机械工程专业知识的综合应用能力以及再学习的能力，培养了团队协

24、作能力，通过社会调查及实验也丰富了课题组同学的社会阅历，为课题组同学就业或创业打下良好的基础。本项目紧密联系工程实际问题，综合学科知识运用，培养学生创新能力。从项目后的效果看，不仅培养了课题组同学们的上述能力，通过归纳和总结，不难发现通过项目驱动，可以较为全面的锻炼学生的综合素质，推而广之也可以找出一套适合机械工程专业创新训练的思路。七、项目实施风险及应对措施（不少于300字）1.技术风险 项目实施的主要技术风险是在实验台的结构设计中，如何实现动颚板运动时，让定颚板同时做有规律的可调振动；在线监测系统能否有效、准确的监控实验台的工作状态；如何保证实验台运行时的安全可靠。 规避技术风险的措施：1

25、)在设计中，发挥项目组集体智慧，突破结构设计限制，创造新型结构或传动实现定颚板的有规律的可调振动，现在的初步设计是使用激振器；2）尽量优化在线监测系统的设计，使用可靠性好的传感器，；3)在数控系统中设计急停按钮、使用冗余保证性设计，保证实验台的安全可靠性。2、经济风险 项目实施中主要的经济风险是，用实验台研究振动颚式破碎机的基础理论时不能达到预期的效果，造成投资浪费。课题组的应对措施为：在前期准备中多走访调查，多方收集有关振动颚式破碎机的资料，在方案设计阶段反复研究讨论，不断完善设计方案。同时项目的主要目的是锻炼学生，培养同学实践、创新能力，经济风险不占项目实施的主导因素。八、项目预期成果1.

26、实验台研制：研制基于物联网在线监测的振动颚式破碎机1台；2.人才培养：培养项目组同学，争取获得江西理工大学优秀毕业设计1项，挑战杯1个奖项，3D建模大赛奖项1个；3.专利申报：申报发明专利1项；4.科技论文撰写：专业论文4篇，其中核心2篇；5.课题结题报告：1份。九、进程安排2016.6-2016.7 进行社会调查，完成项目开题报告；2016.8-2016.10 进行项目方案设计，通过与老师和项目成员间的探讨，形成合理的项目方案设计；2016.11-2017.1 实验台结构设计、虚拟样机分析、专利撰写；2017.2-2017.3 实验台控制系统设计、动态分析、科技论文写作；2017.4-201

27、7.6 实验台材料采购、零件加工；2017.7 实验台的装配与调试；2017.8 实验台的实验；2017.9-2017.11 实验台的修改与完善设计；2017.12 撰写结题报告，申请结题。 十、经费预算经费明细预算额度（元）经费说明材料和加工费7000金属型材、棒材、板材外购零件8000传感器、电机、电气元件图书资料费500文献书籍刊物和电子文献综合调试费1500测试运行、外观处理社会调研费1500交通、食宿、纸张 论文和专利费4500版面费合计23000十一、承诺及推荐意见（一）申报者承诺：1. 我保证填报内容属实；2. 如果获得资助，我和本项目组成员将严格遵守有关各项规定，切实保证研究工作时间，按计划认真开展研究工作，按时报送有关材料；3. 任何与本项目相关的论文或发明、专利等成果，注明由江西理工大学创新创业训练计划经费（级别： ）支持。 申请人（签字）： 年 月 日（二）指导教师推荐意见： 签名： 年 月 日（三）学院意见：（盖 章） 负责人签字：年 月 日（四）学校