摘要：悬浮式前桥作为大功率轮式拖拉机的关键零部件,对衰减因路面扰动激励而产生的振动有着重要作用,而插装式比例阀为悬浮式前桥系统的振动控制过程提供了重要保障。本文设计了用于前桥悬架系统的插装式比例阀液压系统回路,并对工作机理进行了分析,建立了非线性数学模型,明确了设计部件与悬架性能之间的内在关联,通过部件参数的设计优化,可实现多种模式的前桥悬架阻尼调节。为降低设计参数的不确定性及设计方案的重复性,采用田口设计方法,选择蓄能器状态、节流阀孔径等因素作为设计因子,以阶跃和正弦激励作为噪声因子,设计了6因子混合水平的田口实验方案,并对设计方案进行信噪比和均值的方差分析。结合AMEsim仿真模型对设计方案进行验证分析,得到基于悬架输出力、簧载质量振动加速度评价指标的最优配置设计,并对其设计方案进行动态特性分析。结果表明:当负载阶跃变化时,约2 s内,液压油缸两腔压力可调整至平衡位置;当路面阶跃激励时,插装式比例阀可快速响应,调整时间小于0.5 s,系统可达到稳定状态,满足大功率轮式拖拉机前桥悬架运输作业工况下的减振需求。

摘要：针对大功率拖拉机动力换挡过程中湿式离合器充油压力实际值与理想值之间存在偏差的问题,提出了基于紧格式动态线性化的离合器压力无模型自适应预测控制(Model free adaptive predictive control,MFAPC)算法,以实现离合器油缸压力的跟随控制。考虑到外界干扰和离合器液压控制系统参数的不确定性,构建湿式离合器驱动执行机构的完整非线性动力学模型和AMESim仿真模型,以离合器油缸压力为控制目标,采用紧格式动态线性化方法将非线性离合器液压执行机构数学模型等价转换为动态线性化数据模型,并设计了基于MFAPC的湿式离合器压力控制器,经Matlab/Simulink仿真试验验证了动态线性化模型的正确性及控制算法的可靠性。结果表明,与PID、MFAC等算法相比,本文算法控制跟踪效果更优,且具有较好的鲁棒性;MFAPC能够快速调整控制参数,响应期望压力变化;在方波信号激励下的响应时间仅为0.119 s,在正弦信号激励下的稳态误差仅为±0.0281 MPa,比传统PID算法降低了48.91%。此外,MFAPC的抗干扰能力优于其他算法,在接合过程中,湿式离合器最大冲击度仅为16.57 m/s3,证明该算法具有较好的动态性能,有利于提高动力换挡的换挡品质,保证大功率拖拉机工作过程中的动力性。

摘要：大功率轮式拖拉机质量大、车身重心高,在高速运输作业时受路面不平度影响,易产生剧烈的颠簸振动,直接影响拖拉机操纵稳定性和行驶平顺性,甚至危及行驶安全。基于此,综合考虑大功率轮式拖拉机车身振动加速度与悬架动挠度的变化及悬架系统充放油过程中的非线性控制等问题,提出了适用于大功率轮式拖拉机前桥悬架减振系统的设计与控制方案。首先,设计了前桥悬架减振系统,建立了带前桥悬架的1/4拖拉机振动模型;其次,在充分考虑前桥悬架控制系统特点的基础上,建立了基于参考天棚地棚模型的分层控制算法,构建了Matlab/Simulink仿真模型,并与常规PID算法对比分析,结果表明分层算法的控制性能优于常规PID控制;最后,搭建了前桥悬架系统硬件在环仿真平台和室内试验平台,开展了悬架减振控制策略和控制效果的试验验证。试验结果表明,基于参考天棚地棚模型的分层控制算法能快速调整控制参数,所设计悬架系统的车身振动加速度均方根降低至2.36 m/s^(2)左右,较被动悬架下降55.8%,同时悬架动挠度的均方根被限定在较小范围内,明显优于被动悬架系统,满足大功率轮式拖拉机前桥悬架的减振需求,且试验结果与仿真结果能较好地匹配,验证了减振方案的有效性。该研究可为大功率轮式拖拉机前桥主动悬架系统的研发提供理论参考。

摘要：防冲钻孔机器人是冲击地压矿井卸压的关键设备,其在复杂卸压巷道的精确地图构建和的稳定导航是实现钻孔作业智能化的基础和前提。在分析激光雷达点云畸变成因和同步定位与地图构建(SLAM)算法缺陷的基础上,设计了基于惯性测量单元(IMU)连续时间轨迹的点云畸变矫正方法,建立了激光雷达和IMU的数据融合模型,提出了基于IMU-LiDAR紧耦合的防冲钻孔机器人定位建图方法。根据煤矿卸压巷道特点建立了密闭坡道模型,开展了建图效果仿真分析,结果表明,所提算法在定位精度、轨迹误差方面均优于现有常用算法。在此基础上,设计了基于改进人工势场法和快速扩展随机树的动态路径规划方法,建立了适用于防冲钻孔机器人的路径规划与导航融合方案,并设计了2种仿真运动场景,结果表明,所提路径规划方法在全局路径规划和动态路径规划的平均路径长度、平均运行时间、平均生成节点数等方面均具有较好的综合性能。为了进一步验证防冲钻孔机器人定位导航方法的实用性,在校内模拟巷道、地面实验基地和井下卸压巷道等场景下开展了多组对比实验,结果表明:将IMU数据与LiDAR数据紧耦合后,所提方法的定位建图精度明显提高,在特征退化场景中具有优越的定位建图性能,且规划路径的运算效率和路径代价方面均具有良好的表现,验证了所提定位导航方法在多种场景中的可行性和优越性。

摘要：针对高地应力矿井钻孔卸压作业智能化程度低的技术难题,总结分析了国内外钻孔卸压技术和装备的研究现状,指出研发高性能、高可靠、高效率的防冲钻孔机器人全自主钻进系统是破解冲击地压防治难题的重要发展方向。为此,凝练了影响钻进系统性能的“孔位精准识别、钻具姿态精确感知、无线电磁随钻智能检测、钻具运行状态智能识别和钻进系统精确控制”五大关键技术,并给出了解决思路和方法。针对在复杂恶劣环境下卸压孔的精确识别问题,设计了融合图像尺寸调节和多阶段训练模式的卸压孔图像样本扩充SinGAN模型,引入多层特征融合优化的FasterRCNN,构建了基于改进SqueezeNet轻量级网络架构的孔位识别模型,以实现卸压孔位的准确快速识别;针对钻具姿态精确感知问题,提出了基于改进梯度下降法算法优化无迹卡尔曼滤波的惯性测量单元(Inertial Measurement Unit,IMU)初始对准方法,设计了多个IMU的空间阵列布局方式,研究了基于BP神经网络的钻具姿态误差补偿方法,旨在提高钻具姿态的解算精度,实现精准钻孔卸压;针对复杂地质环境下钻进工况的精确检测问题,搭建了煤矿井下随钻测量无线电磁传输系统架构,探讨了微弱电磁波信号自适应调制和随钻高速双向电磁传输技术原理,研究了孔底地质参数、几何参数和工程参数的测量原理和实现过程;针对钻进系统运行状态识别问题,构建了钻进信号时域、频域、时频域的多域特征和深度网络高级特征提取架构,提出了钻进系统关键零部件健康状态评估和故障诊断技术,构建了基于改进蝙蝠优化长短期记忆网络的卡钻风险因子预测模型,实现对卸压钻具卡钻状态的准确预测;针对钻进系统的精确控制问题,分析了钻进系统的液压系统工作原理,构建了考虑煤岩性状的钻进系统精确控制方案,探讨了基于转矩和位置的钻进系统最优控制参数求解原理,旨在实现钻进回转系统和给进系统的智能协同控制和并行作业。

摘要：针对装配线人-机耦合系统的动态反馈问题,以考虑工人作业活动约束条件的制约反馈为研究对象,分析人因动态反馈引起的约束机制,建立考虑人因动态反馈的装配线模型。针对模型非线性组合的多目标优化问题,运用改进遗传算法,对模型进行优化求解,结合MATLAB进行实例验证。结果表明:该模型产生的装配线优化设计方案能更好的适应装配线的实际生产需求,具有更好的实用价值。

摘要：针对煤矿井下关键工种作业的安全工效状况,研究了安全工效的影响因素,设计了基于人—机—环境系统的安全工效指标体系,并结合事故致因理论建立了安全工效模型。为了验证该模型的可行性和有效性,通过对某煤矿井下关键工种作业人员调研,采用德尔菲法对调查数据进行评判,引入G1法改进模糊综合评价求解安全工效模型。结果表明:针对煤炭企业而言,安全工效研究为煤矿实现高产高效、矿井安全提供了重要的指导作用。

摘要：通风网络图是矿井通风网络系统分析及优化的前提,其基本组成为有向分支、节点及通风参数。根据矿井通风网络图构成及绘制规则要求,设计了圆、标号及热点组成节点,通过位置判断自动捕捉热点生成有向分支进行分支绘图,进行通风网络几何图形与属性参数关联等技术。上述技术在矿井通风管理实际应用中表现出了良好的稳定性和可靠性。

摘要：采掘装备在截割煤层过程中,不同性状的煤岩体会导致截齿温度发生变化。为了探究截齿温度场的变化特性,分析了截齿截割煤层过程的热源分布情况,利用热源法建立了截割煤层过程中截齿温度场的理论计算模型,并考虑到采掘装备的实际工况条件,推导了喷雾系统对流换热系数的计算过程。以MG2×55/250-BWD型采煤机为研究对象,基于ABAQUS有限元软件建立了截齿旋转截割煤岩模型,研究了不同工况下截齿温度场的分布情况与变化规律;接着,基于Fluent流体仿真软件建立了喷雾冷却模型,获取了不同喷雾压力下截齿的对流换热系数,进而将换热系数带入ABAQUS有限元模型来模拟水喷雾冷却下截齿截割煤岩过程的温度场;最后,搭建了滚筒截割煤岩温度采集实验台,设计了截齿温度采集系统,开展了不同工况下滚筒截割煤岩实验,分析了截齿温度场的变化规律,验证了理论计算与仿真模型的正确性。结果表明,不同工况下截齿的温度场具有不同的分布形态,且最高温度与滚筒转速、牵引速度、煤岩坚固性系数呈正相关性;水喷雾压力与截齿温度呈反比,与常规条件相比水喷雾冷却能使截割温度场温度降低20%以上。研究成果为基于截齿温度场的煤岩性状识别提供新的理论和方法。