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轮式多机协同搬运机器人轨迹跟踪控制器设计

机械工程学报 2024年

作者：何华刘全申屠舒展宫昭中国机械工业集团有限公司清华大学机械工程系

轮式移动机器人多机协同搬运负载过程中受到的地面非完整约束以及负载刚性约束，对其轨迹跟踪控制器的动态特性以及稳态误差均提出很高的要求。基于李雅普诺夫第二方法，设计轮式移动机器人渐进稳定轨迹跟踪控制器，实现输入饱和约束可... 详细信息

轮式移动机器人多机协同搬运负载过程中受到的地面非完整约束以及负载刚性约束，对其轨迹跟踪控制器的动态特性以及稳态误差均提出很高的要求。基于李雅普诺夫第二方法，设计轮式移动机器人渐进稳定轨迹跟踪控制器，实现输入饱和约束可沿广义速度空间边界滑动，在保证控制信号不超出机器人广义速度空间的前提下，提升轨迹跟踪控制器的响应速度。研究轨迹跟踪控制器对不同目标轨迹的跟踪误差规律，提出以门限角度为分界的状态机，控制机器人对目标参数的响应顺序，减小跟踪过程误差。基于模糊控制器，实现轨迹跟踪控制器增益系数的动态调节，有效降低对不同目标速度的跟踪稳态误差。通过多机协同搬运负载试验验证控制器的正确性和有效性。

关键词：轮式移动机器人轨迹跟踪控制器模糊控制输入饱和状态机

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氢含量对氢化锆相结构和残余应力的影响

稀有金属 2024年第1期48卷 138-144页

作者：白伟王文科王智辉闫国庆张建东王力军中国有研科技集团有限公司生物冶金国家工程实验室北京101407 有研资源环境技术研究院有限公司北京101407 北京有色金属研究总院北京100088

氢化锆是核反应堆理想的固体中子慢化剂,在制备过程中随着基体氢含量的增加,氢化物依次发生α→β→δ→ε的相转变,从而导致氢化锆基体中产生内应力,进一步导致氢化锆开裂。研究了氢化锆相组成、相结构和应力与氢含量的关系。采用X射... 详细信息

氢化锆是核反应堆理想的固体中子慢化剂,在制备过程中随着基体氢含量的增加,氢化物依次发生α→β→δ→ε的相转变,从而导致氢化锆基体中产生内应力,进一步导致氢化锆开裂。研究了氢化锆相组成、相结构和应力与氢含量的关系。采用X射线衍射(XRD)表征了样品的物相组成,H/Zr(原子比)为0.8时样品含α,γ,δ相,H/Zr为1.2和1.45时样品含γ和δ相,H/Zr为1.60和1.64时样品均只含δ相,H/Zr为1.85和1.90时样品均只含ε相,结果表明氢化锆中氢含量与物相组成的对应关系基本符合样品Zr-H相图。对XRD结果进行精修分析,得到δ相(面心立方(fcc))和ε相(面心四方(fct))氢化物晶格常数与氢含量的关系为:随着氢含量的增加,δ相氢化锆晶格常数a逐渐变大,晶胞体积也逐渐变大;氢含量越大,ε相氢化锆晶格常数a越大,c则越小,晶胞体积也更大。利用X射线衍射应力仪测量了样品表面残余应力,结果表明Zr-1Nb合金表面应力为压应力,大小为-163.7 MPa;氢化锆表面则为拉应力,结果表明:H/Zr为1.57时,表面应力是12.2 MPa;H/Zr为1.67时,表面应力是18.6 MPa;H/Zr为1.74时,表面应力是30.8 MPa;随着氢含量的增加,残余应力逐渐增大。

关键词：锆合金残余应力氢化物晶格常数

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超大采高综采工作面支护技术及装备研究现状

煤矿安全 2024年第5期55卷 213-221页

作者：韩会军王国法李明忠张金虎李艳鹏煤炭科学研究总院北京100013 中国煤炭科工集团有限公司北京100013 天地科技股份有限公司北京100013

超大采高一次采全厚开采具有开采效率高、资源回收率高等特点。为探求超大采高综采技术进一步突破,分析其工作面围岩稳定性控制可行性,在调研超大采高综采发展历程的基础上,总结了超大采高综采工作面围矿压显现及煤壁片帮规律,分析了现... 详细信息

超大采高一次采全厚开采具有开采效率高、资源回收率高等特点。为探求超大采高综采技术进一步突破,分析其工作面围岩稳定性控制可行性,在调研超大采高综采发展历程的基础上,总结了超大采高综采工作面围矿压显现及煤壁片帮规律,分析了现有超大采高液压支架整体技术特征及其适用性能,并介绍了10 m超大采高工作面液压支架基本情况。通过分析发现:工作面矿压显现强度与采高基本呈现正相关关系,采高越大,工作面支护阻力越大,且煤壁片帮是困扰超大采高开采高效推进的主要因素之一,通过提高工作面液压支架的初撑能力能有效减小煤壁应力;液压支架随工作面采高增加,选型工作阻力增大,支架中心距加宽,大梯度过渡方式在提供可靠支护的同时,能有效提升端头区资源回收率;为适应大体量开采装备运输,超大采高工作面煤巷断面增加,超前支架工作阻力增大;工作面配套液压支架通过设计手段、整体结构、制造工艺等方面优化升级以提升可靠性及适应性;相对较低采高工作面支护,超大采高开采更注重支护过程中的安全技术需求,需要完善架前煤矸防护、架间防尘降尘、安全的后期维检等安全措施;工作面围岩稳定性控制及其配套装备是超大采高综采技术发展及推广的重点,从支护参数选择、支护结构设计到液压支架制造、后期维检的超大采高液压支架全寿命开发是支撑超大采高开采高效推进的基础。

关键词：超大采高高端液压支架围岩稳定性控制工作面支护综采支护技术及装备

基于保供责任协同的天然气基础设施开放体系设计与建议

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油气储运 2024年第6期43卷 614-623页

作者：温文黄国君吴超尹贻功杨瑞孙猛国家管网集团科学技术研究总院分公司国家石油天然气管网集团有限公司市场部

[目的]国家石油天然气管网集团有限公司的成立,标志着中国天然气市场化改革进入崭新阶段。中国的天然气需求逐渐增加,但基础设施公平开放仍处于起步阶段,天然气保供问题较为突出。[方法]将天然气基础设施公平开放与保供问题放在一个框... 详细信息

[目的]国家石油天然气管网集团有限公司的成立,标志着中国天然气市场化改革进入崭新阶段。中国的天然气需求逐渐增加,但基础设施公平开放仍处于起步阶段,天然气保供问题较为突出。[方法]将天然气基础设施公平开放与保供问题放在一个框架体系中,通过分析中国天然气市场基础设施公平开放的现状和存在问题、公平开放对保供的双重影响、典型国家天然气市场化改革的经验,设计基于保供责任协同的天然气基础设施开放体系,并提出基础设施公平开放与保供协同发展的路径构想及政策建议。[结果]公平开放与保供责任协同的天然气基础设施开放体系包含保供、公平开放、公平开放与保供的关系、管输企业的作用共4个方面关键内容;保供需求划分为发展需求与应急需求,对于不同类型保供需求,应采用不同的保供方式;基础设施公平开放应具备的基础条件包括基础设施建设、运销分离、信息公开、透明程序、科学定价、严格监管;基础设施公平开放对天然气保供具有促进作用;管输企业是公平开放的责任主体,也是天然气保供的重要参与者。建议未来要更加明确保供范围和保供方式、市场主体保供义务和责任,进一步完善公平开放相关机制,持续推动“全国一张网”的建设。[结论]高质量基础设施公平开放有助于提升中国油气供应安全保障能力。(图1,表1,参21)

关键词：天然气市场公平开放保供体系设计建设路径

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煤系水平井定向射孔压裂裂缝扩展机制

煤田地质与勘探 2024年第4期52卷 68-75页

作者：庞涛姜在炳惠江涛贾秉义煤炭科学研究总院北京100013 中煤科工西安研究院(集团)有限公司陕西西安710077 青海油田公司第五采油厂青海海西817000

复杂含煤地层顶板水平井射孔压裂是增加煤层透气性、提升瓦斯抽采效率的关键,而地层结构和射孔位置影响裂缝扩展形态。考虑地层结构特征及射孔位置,建立压裂工程地质模型;基于有限元方法构建数值模型,研究射孔位置、地层条件、垂向应力... 详细信息

复杂含煤地层顶板水平井射孔压裂是增加煤层透气性、提升瓦斯抽采效率的关键,而地层结构和射孔位置影响裂缝扩展形态。考虑地层结构特征及射孔位置,建立压裂工程地质模型;基于有限元方法构建数值模型,研究射孔位置、地层条件、垂向应力与水平应力差对裂缝扩展的影响,并进行工程验证,提出施工建议。结果表明:射孔孔眼位置存在全部位于煤层中、全部位于顶板岩层中和部分位于顶板部分位于煤层3种情况。孔眼位于煤层中,裂缝受到界面的“阻隔”作用,对煤层改造有利;孔眼位于顶板,当顶板层理发育,垂向应力与最小水平主应力差大于2MPa时裂缝能够穿越层理和界面进入煤层,而顶板完整时,应力差大于-2MPa裂缝即可在孔眼诱导作用下进入煤层,顶板层理和界面对裂缝垂向扩展具有“阻挡”作用,结构完整地层有利于裂缝的垂向穿层扩展;孔眼部分进入煤层,对裂缝起裂、扩展产生明显诱导作用,形成沿界面的水平缝和进入煤层的垂直缝,无论顶板是否完整,都能形成有效改造裂缝。当射孔孔眼距煤层较远、孔眼与煤层间弱面发育、水平应力大于垂向应力或压裂施工规模不足时,建议采用深穿透射孔、分支孔等能够沟通煤层的工程措施,以保证压裂效果。研究结果在陕西韩城某煤矿的井下分段压裂施工中进行了应用,试验孔瓦斯抽采效果良好,可为类似地质、工程条件下的压裂施工提供借鉴。

关键词：煤系水平井定向射孔水力压裂裂缝扩展

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高速动车组转向架构架动应力特征研究

机械工程学报 2024年第8期60卷 212-223页

作者：邹晓龙杨广雪张波李国顺张义超陈璨张书郡中车青岛四方机车车辆股份有限公司青岛266111 北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044 中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所北京100081

针对动车组转向架构架在不同服役条件下的结构可靠性问题,开展基于线路跟踪实测数据的转向架构架动应力特征研究。首先基于构架实际线路跟踪测试数据对构架进行疲劳强度评估;在此基础上,分析不同工况下构架的动应力特征,进而研究构架动... 详细信息

针对动车组转向架构架在不同服役条件下的结构可靠性问题,开展基于线路跟踪实测数据的转向架构架动应力特征研究。首先基于构架实际线路跟踪测试数据对构架进行疲劳强度评估;在此基础上,分析不同工况下构架的动应力特征,进而研究构架动应力主频来源以及不同速度级和线路条件等因素对构架动应力的影响。结果表明:进出站工况下,构架在道岔区段产生较大的应力,且存在频率范围较宽的高能量振动,匀速工况下构架应力主频分别对应周期性激扰频率;构架各测点等效应力幅值随速度等级提高而增大,其中横侧梁连接区域测点增大程度在37%以上;构架在京广线上的动应力水平高于京沪线,且部分路段损伤值存在明显较大的现象;随着曲线半径增大,各测点等效应力整体呈减小趋势。研究结果可为构架的优化设计及疲劳强度分析提供一定理论参考。

关键词：转向架构架线路测试动应力疲劳强度时频分析

层面位置对煤岩组合体动态破坏特性影响规律研究

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煤田地质与勘探 2024年

作者：郑建伟张修峰鞠文君王存文韩跃勇李国营陈洋李海涛郝晋伟刘彪山东能源集团有限公司冲击地压防治研究中心煤炭科学研究总院有限公司深部开采与冲击地压防治研究院中煤科工开采研究院有限公司煤炭科学技术研究院有限公司安全分院陕西煤业化工集团有限责任公司

【目的】层面位置对煤岩组合体动态破坏过程及力学特性具有重要影响作用，但影响规律尚不清晰。【方法】通过对含有3种层面位置的煤岩组合体(层面分别位于岩石部分上位、中位和下位)开展霍普金森冲击实验(Split Hopkinson Pressure Bar,... 详细信息

【目的】层面位置对煤岩组合体动态破坏过程及力学特性具有重要影响作用，但影响规律尚不清晰。【方法】通过对含有3种层面位置的煤岩组合体(层面分别位于岩石部分上位、中位和下位)开展霍普金森冲击实验(Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB)，分析了冲击载荷条件下煤岩组合体动态应力-应变、破坏过程、能量结构、碎块特征的演变规律。【结果和结论】结果表明：(1)煤岩组合体动态应力-应变过程可以分为近似线性阶段、非线性的动态应力-应变阶段、弹性模量降低阶段、宏观破裂阶段、应力波卸载阶段5个阶段。(2)随着层面由上向下布置，岩石部分的破坏程度逐渐增强，破坏过程逐渐剧烈，破坏后的碎块的均匀程度降低，而煤体部分的破坏程度则逐步降低，破碎后的块度逐渐增加。(3)层面的存在会降低煤岩组合体动态抗压强度，与无层面煤岩组合体(平均强度为81.423 MPa)相比，当层面位于上方时，组合体动态抗压强度(平均强度为73.724 MPa)降低9.46%；当层面位于中位时，组合体动态抗压强度(平均强度为61.798 MPa)降低24.10%；当层面位于下位时，组合体的动态抗压强度(平均强度为64.991 MPa)降低20.18%。(4)随着层面位置由上向下布置，能量结构发生变化，反射能占比降低，吸收能占比增加，透射能占比减小。本研究可以为超长孔水力压裂技术或地面压裂技术在大范围处理坚硬顶板工程开展过程中压裂位置的选择提供一定指导。

关键词：层面位置煤岩组合体动态抗压强度 SHPB 能量结构水力压裂

煤矿钻孔机器人双机协同加杆运动空间分析及应用

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煤矿安全 2024年第6期55卷 223-227页

作者：党健田宏亮姚亚峰煤炭科学研究总院中煤科工西安研究院(集团)有限公司

针对煤矿钻孔机器人主机、加杆机械臂与杆仓的运动空间及布局问题，通过分析煤矿钻孔机器人的结构特点，建立了加杆机械臂和主机的运动学模型，求得其基坐标系与末端坐标之间位姿变换矩阵、关节变量与末端位姿关系式；构建了协同加杆运... 详细信息

针对煤矿钻孔机器人主机、加杆机械臂与杆仓的运动空间及布局问题，通过分析煤矿钻孔机器人的结构特点，建立了加杆机械臂和主机的运动学模型，求得其基坐标系与末端坐标之间位姿变换矩阵、关节变量与末端位姿关系式；构建了协同加杆运动的空间集合，采用蒙特卡洛法对运动空间求解，得到了加杆机械臂末端和主机钻杆中心点的运动散点图；以加杆机械臂的运动空间范围为基准，确定了主机和杆仓的位置设计范围分别为-1.87～-0.80 m和0.35～2.06 m。试验结果表明：该煤矿钻孔机器人布局合理，操作灵活，加杆机械臂可将杆仓中的全部钻杆准确放置于主机上的回转器与夹持器之间。

关键词：煤矿钻孔机器人双机协同加杆加杆机械臂机械臂运动空间蒙特卡洛法

利用三轴转台的MEMS陀螺仪温度误差研究综述

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机械工业标准化与质量 2024年第1期 41-43页

作者：夏瑞阳肖承翔潘康华中国机械科学研究总院集团有限公司中机生产力促进中心有限公司

本文通过研究分析相关研究领域的文献,阐述了MEMS陀螺仪的工作机理以及产生温度误差的原因,并总结了当前MEMS陀螺仪温度误差研究领域所使用的测试方法和取得的一些成果,为后续的课题研究奠定基础。

关键词： MEMS陀螺仪三轴转台零偏输出温度误差