矿用锚杆钻机机械臂动力学不确定性分析

作     者：张君 张乾一 郭治富 郝亚明 ZHANG Jun;ZHANG Qianyi;GUO Zhifu;HAO Yaming

作者机构：太原科技大学机械工程学院山西太原030024 太原重型机械教育部工程研究中心山西太原030024 中煤科工能源投资有限公司北京100013 山西天地煤机装备有限公司山西太原030006 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2019年第44卷第S01期

页      面：345-354页

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0808[工学-电气工程] 0819[工学-矿业工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 0820[工学-石油与天然气工程] 0817[工学-化学工程与技术] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0818[工学-地质资源与地质工程] 0815[工学-水利工程] 0827[工学-核科学与技术] 0703[理学-化学] 0802[工学-机械工程] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

主　　题：锚杆钻机 机械臂 动力学方程 区间分析 不确定性估计 

摘      要：矿用锚护钻机是现代化矿井巷道支护过程中高效、安全的自动化设备,其中锚护机械臂是完成支护作业的关键部件。因加工装配误差、材料缺陷、使用磨损、井下工作环境恶劣和操作人员工作强度大等因素,将导致矿用锚杆钻机-机械臂的动力学系统的不确定性问题更为突出。以锚护机械臂为研究对象,基于拉格朗日理论推导出了锚护机械臂的动力学模型。将区间数学理论引入到锚护机械臂的动力学系统的不确定性分析中,提出了基于区间数学的机械臂的动力学系统不确定性分析方法,主要构造了区间扫描法和张量积法2种代理模型来分析讨论机械臂各个关节上的力矩与关节角度、关节角速度之间的关系。由于机械臂的杆件2和杆件4在实际操作中离钻架重心距离远、受力大、结构易变等原因,重点研究了杆件2和杆件4的力矩存在不确定参数时,相应输出的角度、角速度的响应区间和效率变化。结果表明,扫描法的时间消耗为张量积法的0.1734~0.2888倍,同时计算结果与理论值更接近,精度较高,误差较小,更加适用于工程实际中。试验研究了力矩存在不确定性参数时的机械臂的动力学系统动态响应,并与理论结果进行对比分析,两者得到的系统动态响应规律基本一致,验证了该区间算法的可实施性和准确性。含区间不确定性参数的动力学特性研究为后续锚护机械臂的控制做进一步的铺垫,也成为预测和判断机械臂定位精度的新方法,进一步保障机械臂对顶板和侧帮的支护效果。