移动机械手

移动机械手（精选7篇）

移动机械手 篇1

在现代装备制造业中[1],机械产品设计的好坏将会在很大程度上决定产品在整个生命周期内的品质和成本,因此产品的设计在整个产品生命周期中将占有极其重要的地位。产品的空间布局及其形状设计是产品设计中极其重要的一环,并对产品设计过程起着重要作用,同一产品合理的空间布局往往具有很多共同的特性,同时不乏独特的创造性。

一些专家学者对机械产品的布局问题进行了研究并取得了一定的成果。如Szyman[3]等通过应用一种空间约束语言,将模拟退火算法和空间约束条件结合起来,对无绳动力钻的零件进行了布局设计。赵娅[4]针对布局设计,联系整个机械产品的设计过程,将设计的需求说明和机械产品信息化为约束来表示,并对产品信息进行获取和表达,最后据此建立了布局设计的求解模型。陆一平[5]以齿轮传动为例,把啮合齿轮布排的相互干涉量理解为啮合齿轮之间的向异性指标,并借助聚类分析算法得到一种解决复杂空间挂接布局设计的方法。

本文主要以能够装载一定货物的移动机械手为研究对象,采用理论分析计算与人机交互技术相结合的方法解决其布局设计问题,实现移动机械手的三维模型的建立及布局方案的确定,通过对大量算例进行分析,得出一些有益于移动机械手布局设计的结论。

1 布局设计

1.1 设计内容

本文中的移动机械手主要是指,前端带有夹持机械手,并能够夹持具有一定高度和质量的重物,而且移动机械手本身能够装载一定的货物,在夹持重物后,可以以一定的加速度自由行走。设计此种移动机械手的目标在于找出在某组约束条件下,系统所占空间最小的情况,以利于节省空间,及减少制造和运输成本。

由于机械产品的布局问题属于三维不规则实体的布局问题,而三维不规则实体的布局问题在求解上非常的困难,目前常用的方法主要是将复杂的实体简化为如长方体、圆柱体、圆台体等规则形体及其组合[6,7]。简化后再对其进行实体建模。

1.2 结构设计

本文中运用了统筹学中分类的方法,把移动机械手的不同机构和不同部件划分归类,首先确定选取各部件的具体形式,然后组装成具体的具有精确数值信息的产品的几何外形信息,最后得出所有符合条件的移动机械手的三维模型。

根据设计的要求和功能,移动机械手主要有以下部分组成:

(1)能够夹持一定重物的夹持机械手,其张开和闭合由电机控制。

(2)给夹持机械手提供动力的电机,其主要作用是通过传动杆给夹持机械手提供动力。

(3)可以使移动机械手整体自由运动的驱动轮,设计时要注意的是多个驱动轮之间不能产生干涉现象。

除此之外,一些附属装置,如移动机械手的底盘,电机给机械手提供动力时起到传动作用的传动轴,以及一些为了保持电机及机械手具有一定高度所必需的高度垫块儿等都需要在设计结构时重点考虑。

1.3 设计过程

移动机械手布局设计主要过程:输入所要夹持重物的重量G1、高度H和移动机械手本身已装载的重量G3以及其行驶的最大加速度a;选择底盘的形式和样式,并确定电机的摆放方向及位置;输出对应此组约束条件的移动机械手的精确数值信息;输出最优化结果图像。由于本文的移动机械手主要是以参考文献[9]中所设计的移动机械手为基础进行改进,详细设计过程可见文献[9]。

2 布局系统

2.1 系统功能

基于AutoCAD平台,在Visual C++开发环境下,以ObjectARX为接口设计实现了移动机械手智能布局系统。在这个智能布局系统中,共实现了以下功能:

(1)数据录入,用于读入用户所输入的信息。

(2)数值计算,通过对输入的约束条件进行分析,计算得出对应种类移动机械手的精确数值(包括机械手、车轮、底盘、电机组合及位置、移动机械手整体系统所占空间)。

(3)数据比较,对每种计算出的对应移动机械手整体系统所占空间的精确数值进行比较,并排序。

(4)数据保存,把计算出的数据及比较出的最优结果以文本文档的形式保存在硬盘上,以方便查看。

(5)图像输出,把对应底盘形式的最优结果移动机械手的三维图像显示在AutoCAD的绘图区内。

2.2 系统界面

ObjectARX以动态链接库的形式运行,在其中使用MFC类库,在Visual C++开发环境下,开发出移动机械手智能布局系统,该系统主程序界面如下图1:

本布局系统具有较好的人机交互功能,通过对它的调用,可以完成移动机械手智能布局中最重要的一步,图像输出功能。在这个布局系统中,设计者可以根据已有的结论选择满足某些约束条件时的最优化结果,也可以根据自己的需求选择布局方案。这样,便给设计者提供了很大的空间,对以后的设计者做移动机械手智能布局方面的研究起到较好的指导作用。

2.3 实例

利用自动布局系统对夹持重物的重量为G1=150,高度H=7,已经装载的重量G3=300,加速度a=10,进行计算,可以得到移动机械手所有组合情况中系统所占空间值如下:底盘为矩形时的最小值为150.500,底盘为工字型时的最小值为200.667。底盘为凸字型时的最小值为351.167,最优结果为150.500。此时满足这组约束条件的最优布局结果如下图2所示:

3 算例分析

在本算法中,共设立了四个约束条件:G1表示所要夹持重物本身所受的重力,H表示夹持重物时机械手的位置高度,G3表示移动机械手本身已装载的重量,a表示夹持重物后运行的加速度。

在计算过程中,用分类统计的方法对移动机械手各种情况进行分类统计计算,把参数变化情况分为以下四大类:

3.1 只有一个参数变化的情况

在这类中,由于只有一个参数变化,首先选取了其中一个参数G1,在其他三个参数不变的情况下,以步长为1使其递增,到30,经分析总结,在此种参数变化过程中,结果变化不明显。为了提高效率,从30开始,改变步长为5开始使G1递增,到410,使之发生变化,寻求规律。改变步长为10,使G1从410到1000,进行数据分析。然后在选择第二个参数,第三个参数,第四个参数3种情况以相同的方式进行计算,此时共取了664组约束值。在这类情况中,为了满足特殊情况下结论仍然有意义,选取了G3=a=0时的特殊情况使G1从1开始,到300,分别以1,2,5三个步长共117组约束值进行了计算。

3.2 两个参数同时变化的情况

在此类情况中,有两个参数同时变化,因此,首先选取使移动机械手所有情况都能满足的两个参数的组合,使其固定不变。另外两个参数作为变量,进行分析,寻找规律,分为一增一减,同增同减两种情况。

(1)一增一减时,首先选择G1,a的组合,以(G1,a)实数对来表示选取的G1和a两个数的组合,以步长为1,从(1000,0)开始,到(971,29)共30组约束值,分析结果变化情况。为了提高效率,从(971,29)开始,改变步长为2,到(921,79)进行计算,从(921,79)开始以步长为5,到(800,200),最后改变步长为10,继续计算,直到(10,990),此时共计算了161组约束值来寻求规律。

(2)同增同减时,以步长为1从(1,1)开始计算,到(20,20)共20组约束值,改变步长为2从(20,20)到(82,82),然后从(85,85)改变步长为5继续计算到(500,500)共84组,查看结果,分析规律。最后修改步长值为10,从(500,500)到(1000,1000)。此时为寻求规律共计算了185组约束值。

除此之外对于两个约束条件的组合还有(G1,H)、(G1,G3)、(H,G3)、(H,a)、(G3,a)五种情况,分别以相同的方法来计算分析,寻求规律,根据统计在这一步中共取了2076组约束条件来寻求规律变化情况。

3.3 三个参数变化时的情况

在此类参数变化情况中,由于选用了3个参数的组合而保证剩下的一个参数不变,因此共分为如下四种情况来计算,(G1,H,G3)、(G1,H,a)、(G1,G3,a)、(H,G3,a)。以第一种(G1,H,G3)为例:首先选择步长为1,从(1,7,1)开始计算,到(60,66,60)共60组约束值,参看结果后,改变步长为2从(60,66,60)计算到(200,206,200),改变步长为5从(200,206,200)继续计算到(600,606,600),从(600,606,600)开始到(1000,1006,1000)以步长为10进行计算,此时以计算了250组约束值。在其他三种情况中以相同的方法进行计算。可以统计出在这类情况中,共计算了1000组约束值。

3.4 四个参数同时变化的情况。在此类情况中,共分了四小类参数变化情况。

(1)四个参数同时变化的情况,即取(G1,H,G3,a)的初始值为(1,7,0,1)进行计算,然后以步长为1使各参数值同时增大,到(20,26,20,20),改变步长为2从(22,28,22,22)开始计算到(60,66,60,60),改变步长为5继续计算,到(500,506,500,500),继续改变步长为10,从(500,506,500,500)到(1000,1006,1000,1000)。此时共对178组约束值的结果进行了分析总结。

(2)G1增大其他三个参数减小的情况:首先令(G1,H,G3,a)的初始值为(1,507,500,500),开始计算,以步长为1改变其值,到(21,487,480,480),改变步长为2,从(21,487,480,480)到(59,449,442,442),增大步长到5,从(65,443,436,436)到(200,308,300,300),增大步长为10从(200,308,300,300)到(500,8,0,0)。

(3)G1和H增大,其他参数减小的情况:首先令(G1,H,G3,a)的初始值为(1,7,500,500),开始计算,以步长为1改变其值,到(21,27,480,480),改变步长为2,从(21,27,480,480)到(59,65,442,442),增大步长到5,从(65,71,436,436)到(200,207,300,300),增大步长为10从(200,207,300,300)到(500,507,0,0)。

(4)G1,H和G3增大,a减小的情况:首先令(G1,H,G3,a)的初始值为(1,7,1,500),开始计算,以步长为1改变其值,到(21,27,21,480),改变步长为2,从(21,27,21,480)到(59,65,59,442),增大步长到5,从(65,71,65,436)到(200,207,200,300),增大步长为10从(200,207,200,300)到(500,507,500,0)。

综上所述,共计算了4431组约束值。通过大量的理论分析与数值计算,最终得出以下优化策略:

(1)如果电机卧式放置,那么移动机械手的宽度最少要为8。

(2)如果机械手的高度H<=6.2时,那么移动机械手电机的摆放形式将受到限制,不能采用大头朝下的竖式形式。

(3)在所有电机摆放方向都能用时,电机竖式大头朝下摆放,且在移动机械手最后时移动机械手的总体积较其他摆放形势的体积小。

(4)不同底盘样式比较时,实心底盘要比空心底盘好。

(5)不同底盘形式中最优结果比较时,矩形底盘的结果要比其他结果好。

4 布局应用实例

利用本文所得优化策略,根据移动机械手的不同要求,随机选择一些实例进行布局。如对要求为G1=150,H=7,G3=300,a=10的移动机械手进行布局设计,通过分析计算,可知矩形实心底盘、电机竖式大头朝下摆放,其布局值为150.50即为最优值。

再如通过自动布局系统对G1=17,H=8,G3=30,a=5的移动机械手进行布局设计,通过分析计算,可知底盘为矩形实心底盘、电机竖式大头朝下摆放,其布局值为182.00即为最优值。

通过大量实例的分析计算可知,应用本文所得优化策略进行布局设计,结果取得最优值的概率在90%以上。

5 结束语

本文通过理论分析计算,采用人机交互技术,对移动机械手的布局设计问题进行了研究。通过大量的实例分析,得出了有益于移动机械手布局设计的相关结论。以ObjectARX为接口,在Visual C++开发环境下实现AutoCAD的二次开发,对移动机械手的智能布局进行了模拟实现,建立了相应的智能布局系统。布局结果不但可以根据结论由系统自动给出,而且该布局系统可以根据用户的不同需求得到相应的结构,以供设计者选择使用。本文对移动机械手的布局结果进行了讨论分析,以实例证明了结论的有效性和可行性。

参考文献

[1]王喆，王惠娟，王金敏.模拟退火算法在减速器类产品布局中的应用.天津大学学报,2005.2:150-153.

[2]王金敏,刘季烨.机械产品设计过程建模[J].工程图学学报,2007,增刊(S1):32-37.

[3]Szyman S,Cagan J.Constrained three-dimensional component layout using simulated annealing[J].ASME Journal of Mechanical Design.1997,119(1):28-35.

[4]赵娅.机械产品布局设计过程建模.学术论丛2008年第44期(总第503期):118-119.

[5]陆一平,查建中等,复杂齿轮传动系统中齿轮空间挂接布局设计的聚类分析方法[J].计算机辅助设计与图形学学报2001.13(6):505-508.

[6]钱志勤,滕弘飞,孙治国.人机交互的遗传算法及其在约束布局优化中的应用[J].计算机学报,2001,5(24):553-559.

[7]钱志勤,滕弘飞.复杂布局设计问题的算法[J].中国机械工程,2002.4(13):696-699.

[8]DOWSLAND K A,DOWSLAND W B.Packing problems[J].European Journal of Operational Research,1992.56(1):2-14.

[9]朱艳华,王金敏,王保春.移动机械手的布局设计与实现.天津工程师范学院学报,2008第4期:33-36.

移动机械手 篇2

《x省机动车和非道路移动机械排气污染防治条例（草案）》将提交x省第十三届人民代表大会第三次会议审议。为广泛凝聚社会共识，提高地方立法质量，x省人大常委会办公厅现将《x省机动车和非道路移动机械排气污染防治条例（草案）》全文公布，向社会各界公开征求意见。

社会各界人士可以通过下列途径和方式提出反馈意见：

1、电子邮件：hbrdfzgw@163.com。

2、通信地址：x省人大常委会法制工作委员会（石家庄市维明北大街38号，邮编050051）。

意见征集截止日期为2019年12月20日。

第一章

总

则

第一条【立法目的】

为了防治机动车和非道路移动机械排气污染，保护和改善大气环境，保障公众健康，推进生态文明建设，促进经济社会可持续发展，根据《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国大气污染防治法》等法律法规，结合本省实际，制定本条例。

第二条【适用范围】

本条例适用于本省行政区域内机动车和非道路移动机械排气污染防治。

第三条【基本原则】

机动车和非道路移动机械排气污染防治坚持预防为主、综合治理、分类监管、公众参与、区域协同的原则。

本省推进智慧交通、绿色交通建设，优化道路设置和运输结构，严格执行大气污染防治标准，加强机动车和非道路移动机械排气污染防治。

第四条【政府职责】

县级以上人民政府应当加强对机动车和非道路移动机械排气污染防治工作的领导，将其纳入大气污染防治目标考核，建立健全工作协调机制，加大财政投入，提高机动车和非道路移动机械排气污染防治监督管理能力。

第五条【部门职责】

省和设区的市人民政府生态环境主管部门对本行政区域内机动车和非道路移动机械排气污染防治工作实施统一监督管理。

县级以上人民政府公安、交通运输、市场监督管理、商务、住房城乡建设、水利、工业和信息化、农业农村、城市管理、发展改革等有关部门，应当在各自的职责范围内做好机动车和非道路移动机械排气污染防治工作。

第六条【信息共享】

县级以上人民政府应当组织生态环境、公安、交通运输、市场监督管理、住房城乡建设、农业农村等有关部门建立包含机动车和非道路移动机械基础数据、定期排放检验、监督抽测、超标处罚、维修治理等信息在内的综合管理系统，实现资源整合、信息共享、实时更新、联防联控。

第七条【加大宣传教育】

县级以上人民政府应当将机动车和非道路移动机械排气污染防治法律法规宣传纳入日常宣传教育；鼓励和支持新闻媒体等单位开展相关公益宣传。

倡导公众绿色、低碳出行，优先选择公共交通、自行车、步行等出行方式；鼓励使用节能环保型、新能源机动车，减少机动车排气污染。

第八条【有奖举报】

鼓励单位和个人对违反本条例的违法行为向生态环境、交通运输等有关部门进行投诉举报。对提供违法行为线索并查证属实的，相关部门可以给予奖励，并应当对投诉举报人信息予以保密。

第九条【信用管理】

生态环境、市场监督管理、公安、交通运输等有关部门应当将排放检验机构、维修单位的相关违法行为以及行政处罚结果，纳入社会信用信息平台。

第二章

预防和控制

第十条【源头管控】

县级以上人民政府应当采取财政、税收等措施推广应用节能环保型和新能源机动车、非道路移动机械，加强基础设施建设，减少化石能源的消耗。

第十一条【重污染天气应对措施】

县级以上人民政府根据重污染天气应急预案，可以采取限制部分机动车行驶等应急措施，明确限制通行的区域和时段，并向社会公布。

第十二条【非道路移动机械管控】

县级以上人民政府根据大气环境质量状况，可以划定并公布禁止使用高排放非道路移动机械的区域；鼓励在该区域内优先使用新能源非道路移动机械。

鼓励燃油工程机械安装精准定位系统和实时排放监控装置，并与生态环境主管部门联网。

第十三条【优先发展公共交通】

县级以上人民政府应当采取措施优先发展城市公共交通，健全和完善公共交通系统，提高公共交通出行比例；加强并改善城市交通管理，保障人行道和非机动车道的连续、畅通。

第十四条【交通结构优化】

县级以上人民政府应当优化道路建设和管理，改善道路交通状况，减少机动车怠速和低速行驶造成的污染。

实施高速公路差异化收费政策，优化过境路线，引导中重型货车优先使用高速公路通行。

科学规划和优化交通运输结构，发展多式联运，鼓励海铁联运，加快货运铁路建设，提高铁路运输比例。推广低能耗绿色运输模式，提高运输效率。

第十五条【绿色能源】

省发展改革部门应当引导建立城市绿色发展理念，统筹本省能源发展相关政策，推进发展清洁能源和新能源。

第十六条【生产销售监管】

生态环境主管部门可以通过现场检查、抽样检测等方式，加强对新生产销售的机动车和非道路移动机械大气污染物排放状况的监督检查。工业和信息化、市场监督管理等有关部门应当予以配合。

生产、销售机动车和非道路移动机械的企业应当配合现场检查、抽样检测等工作，并定期向生态环境主管部门上报生产、销售情况，接受监督检查。

鼓励和支持生产企业和科研单位积极研发具有节能功效的减排新技术，生产节能环保型、新能源或者符合国家标准的低排放机动车和非道路移动机械。

第十七条【新车注册登记】

公安机关交通管理部门在办理机动车注册登记和转入业务时，对不符合本省执行的国家阶段性机动车排放标准的，不予办理登记、转入手续。

生态环境主管部门指导监督排放检验机构开展柴油车注册登记前的环保信息公开情况核实、排放污染物检测、环保信息随车清单核查、污染控制装置和车载诊断系统检查等；不合格的，公安机关交通管理部门不予办理登记手续。

新登记注册或者转入的重型柴油车应当安装远程排放监控系统并与生态环境主管部门联网。

第十八条【污染控制装置】

机动车和非道路移动机械所有人或者使用人应当保证污染控制装置和车载诊断系统处于正常工作状态，排放大气污染物超标或者车载诊断系统报警后须及时维修；不得擅自拆除、闲置、改装污染控制装置。

在用重型柴油车、非道路移动机械未安装污染控制装置或者污染控制装置不符合要求，不能达标排放的，应当加装或者更换符合要求的污染控制装置。

所有人或者使用人向在用柴油车污染控制装置添加车用氮氧化物还原剂的，应当符合要求。

第十九条【达标燃料】

鼓励推广使用优质的机动车和非道路移动机械燃料。禁止生产、进口、销售不符合国家标准和京津冀区域使用要求的机动车、非道路移动机械燃料；禁止向机动车和非道路移动机械销售普通柴油以及其他非机动车燃料。

市场监督部门负责对影响机动车和非道路移动机械气体排放的燃料、氮氧化物还原剂、油品清净剂等有关产品的质量进行监督检查。

第二十条【油气回收在线监控】

储油储气库、加油加气站应当按照国家有关规定安装油气回收在线监控设备并保持正常使用，持续稳定向生态环境主管部门传输油气回收在线监控数据，数据保存时间不得少于三年。

第二十一条【停车熄火】

倡导环保驾驶，鼓励机动车使用人在不影响通行且需停车三分钟以上的情况下熄灭发动机。

第三章

使用、检验和维护

第二十二条【达标排放】

在用机动车和非道路移动机械不得超过标准排放大气污染物，不得排放黑烟等明显可视排气污染物。

第二十三条【监督抽测】

在不影响道路正常通行的情况下，生态环境主管部门可以会同公安机关交通管理等部门通过现场检测、在线监控、摄像拍照、遥感监测、车载诊断系统检查等方式对在道路上行驶的机动车大气污染物排放状况进行监督抽测。

生态环境主管部门可以在机动车集中停放地、维修地对在用机动车的大气污染物排放状况进行监督抽测。

生态环境主管部门应当会同交通运输、住房城乡建设、水利、城市管理、农业农村等有关部门对非道路移动机械的大气污染物排放状况进行监督检查，排放不合格的，不得使用。非道路移动机械所有人或者使用人应当定期对非道路移动机械进行自查、维护保养并做好记录。

生态环境主管部门应当定期公布抽测不合格车辆信息。

第二十四条【重点企业车辆管理】

公交、客运、环卫、物流运输以及钢铁、电力、焦化、建材等重点行业的企事业单位和其他生产经营者，应当建立机动车污染防治责任制度，使用符合当地人民政府排放标准的车辆。单位法定代表人或者实际控制人对单位机动车排放污染防治工作全面负责。

柴油机动车使用单位应当建立车辆排放检验、维护、燃料和车用氮氧化物还原剂使用登记制度，并向所在地生态环境主管部门报送车辆污染防治等相关资料。

第二十五条【定期排放检验】

在用机动车所有人或者使用人应当按照国家和本省规定对机动车进行定期排放检验，检验周期与机动车安全技术检验周期一致；未经检验或者检验不合格的，公安机关交通管理部门，不予核发安全技术检验合格标志。未取得安全技术检验合格标志的，不得上路行驶。

排放检验方法和相应的排放限值由省人民政府生态环境主管部门和市场监督管理部门根据国家有关规定和本省实际确定，报省人民政府批准后公布实施。

第二十六条【维修复检】

定期检验不合格或者监督抽测不合格的机动车应当及时维修，并按照要求进行复检。

经维修或者采用污染控制技术后，大气污染物排放仍不符合国家在用机动车排放标准的，应当强制报废。其所有人应当将机动车交售给报废机动车回收拆解企业，由报废机动车回收拆解企业按照国家有关规定进行登记、拆解、销毁等处理；公安机关交通管理部门应当注销报废机动车的登记证书、号牌、行驶证。

第二十七条【禁止指定检验维修】

依法行使监督管理职权的部门及其工作人员不得干涉或者指定机动车所有人或者使用人选择排放检验机构和维修单位，不得推销或者指定使用排气污染治理的产品，不得参与或者变相参与排放检验经营和维修经营。

第二十八条【排放检验机构要求】

从事机动车定期排放检验机构应当依法取得资质，接受生态环境、市场监督管理等行政主管部门的监督管理，并遵守下列规定：

（一）健全管理制度并按照要求建立排放检验档案，留存检验的信息数据和图像数据；

（二）公开检验规范、检验方法、检验流程、排放限值、收费标准和监督投诉电话；

（三）使用经依法检定合格的机动车排放检验设备；

（四）按照国家及本省规定的检验方法、技术规范和排放标准对机动车进行排放检验，并出具由生态环境主管部门统一编码的排放检验报告；

（五）与生态环境主管部门联网，实时上传排放检验数据、视频监控数据及其他相关管理数据和资料；

（六）不得出具虚假排放检验报告；

（七）法律、法规、技术规范规定的其他要求。

第二十九条【排放检验监督】

生态环境、市场监督管理和公安机关交通管理等有关部门应当按照职责通过现场检查、网络监控等方式对机动车排放检验机构排放检验行为的准确性进行监督检查，并将监督检查情况向社会公布。

第三十条【维修单位要求】

从事机动车发动机、污染物控制装置的维修单位应当遵守下列规定：

（一）严格按照机动车排放污染防治的要求和有关技术规范、标准进行维修，使维修后的机动车达到规定的排放标准，并提供相应的维修服务质量保证；

（二）与交通运输、生态环境主管部门联网，实时传输维修车辆的基本信息、环保维修项目及维修情况等维修记录，并予以备份；

（三）建立完整的维修档案，实行档案电子化管理。

第三十一条【维修监管】

交通运输主管部门应当将机动车排气污染防治纳入对车辆营运、维修的监督管理，与生态环境主管部门建立机动车排气维修治理信息联网共享机制。

省人民政府交通运输主管部门应当向社会公布具有机动车排气维修治理能力且实现联网监管的维修单位名录，方便机动车所有人或者使用人选择。

机动车所有人不得以临时更换机动车污染控制装置等弄虚作假的方式通过机动车排放检验。机动车维修单位不得提供该类维修服务。禁止破坏机动车车载排放诊断系统。

第三十二条【淘汰和治理高排放车辆】

县级以上人民政府及其有关部门应当采取经济补偿等鼓励措施，逐步推进营运重型柴油车提前淘汰更新。鼓励对具备深度治理条件的重型柴油车加装或者更换符合要求的污染控制装置，并安装在线监控设备等。

第三十三条【非道路移动机械使用登记】

本省实施非道路移动机械使用登记管理制度。非道路移动机械应当检测合格后进行信息编码登记。生态环境主管部门建立非道路移动机械信息管理平台，会同有关部门制定本省非道路移动机械使用登记管理规定。

交通运输、住房城乡建设、水利、城市管理等部门应当督促施工单位或者个人对使用的非道路移动机械在指定的平台上进行信息编码登记。

建设单位应当在招标文件或者合同中明确要求施工单位使用已登记的非道路移动机械，并监督实施。

第三十四条【非道路移动机械管理】

工程机械进出施工现场应当在非道路移动机械信息管理平台上进行登记。

交通运输、住房城乡建设、水利、城市管理等部门应当督促建设单位使用符合排放标准的非道路移动机械。

第四章

区域协同

第三十五条【区域协同】

省人民政府应当推动与北京市、天津市建立机动车和非道路移动机械排气污染联合防治协调机制，按照统一规划、统一标准、统一监测、统一防治措施要求开展联合防治，落实大气污染防治目标责任。

第三十六条【部门协作】

省人民政府生态环境等部门应当与北京市、天津市相关部门加强机动车和非道路移动机械排气污染防治合作，通过区域会商、信息共享、联合执法、重污染天气应对、科研合作等方式，提高区域机动车和非道路移动机械排气污染防治水平。

第三十七条【数据共享】

本省与北京市、天津市共同建立机动车和非道路移动机械排气检验数据共享机制，将执行标准、排放监测、违法情况等信息共享，推动建立超标车辆信息平台，实现对排放超标车辆的协同监管。

第三十八条【统一登记】

本省与北京市、天津市共同实行非道路移动机械使用登记管理制度，建立统一登记管理系统，按照相关要求加强非道路移动机械监管。

第五章

法律责任

第三十九条【未正常使用污染控制装置】

违反本条例规定，有下列行为之一的，由生态环境主管部门责令改正，处一千元以上五千元以下的罚款：

（一）机动车所有人或者使用人擅自拆除、闲置、改装排放污染控制装置的；

（二）重型柴油车未按规定加装、更换污染控制装置的。

第四十条【生产销售进口未达标燃料】

违反本条例规定，生产、销售不符合标准的机动车和非道路移动机械用燃料的，由县级以上地方人民政府市场监督管理部门按照职责责令改正，没收原材料、产品和违法所得，并处货值金额一倍以上三倍以下的罚款。

违反本条例规定，进口不符合标准的机动车和非道路移动机械用燃料的，由海关责令改正，没收原材料、产品和违法所得，并处货值金额一倍以上三倍以下的罚款；构成走私的，由海关依法予以处罚。

第四十一条【未正常使用油气回收在线监控】

违反本条例规定，储油储气库、加油加气站有下列行为之一的，由生态环境主管部门责令改正，处二万元以上五万元以下的罚款；情节严重的，处五万元以上二十万元以下的罚款;拒不改正的，责令停产整治：

（一）未按照国家有关规定安装并正常使用油气回收在线监控设备的；

（二）未向所在地生态环境主管部门传输油气回收在线监控数据的；

（三）在线监控数据保存时间少于三年的。

第四十二条【机动车排放超标】

机动车驾驶人驾驶排放检验不合格的机动车上道路行驶的，由公安机关交通管理部门依法予以处罚。

在道路上行驶的机动车，经现场检测、在线监控、摄像拍照、遥感监测、车载诊断系统检查等方式监督抽测不合格的，由公安机关交通管理部门依法予以处罚。

机动车在集中停放地、维修地抽检不合格或者排放黑烟等明显可视排气污染物的，由生态环境主管部门责令机动车驾驶人限期维修，处二百元以上二千元以下的罚款。

第四十三条【重点用车单位车辆管理】

违反本条例规定，柴油机动车使用单位未建立车辆排放检验、维护、燃料和车用氮氧化物还原剂使用登记制度的或者未按照要求报送相关情况的，由生态环境主管部门责令改正，处二千元以上一万元以下的罚款。

第四十四条【检验机构违法违规】

违反本条例规定，机动车排放检验机构有下列行为之一的，由生态环境主管部门责令改正，按照下列规定处罚：

（一）未按照规定公开检验程序、检验方法、排放限值等内容的，处一千元以上五千元以下的罚款；

（二）未按照国家及本省规定的排放检验方法、技术规范和排放标准进行排放检验的，处十万元以上二十万元以下的罚款；

（三）未与生态环境主管部门联网，或者未向生态环境主管部门实时上传排放检验数据、视频监控数据及其他相关管理数据和资料的，处二万元以上五万元以下的罚款；

（四）未建立机动车排放检验档案，并留存检验信息数据和图像数据的，处五千元以上二万元以下的罚款。

违反本条例规定，机动车排放检验机构出具虚假排放检验报告的，由生态环境主管部门没收违法所得，并处十万元以上五十万元以下的罚款；情节严重的，由负责资质认定的部门取消其检验资格。

第四十五条【维修单位未联网】

违反本条例规定，承担机动车排气污染防治的机动车维修单位未与交通运输、生态环境主管部门联网的，或者未报送车辆排气维修治理信息的，由交通运输主管部门责令限期改正，逾期不改正的，处二万元以上五万元以下的罚款。

第四十六条【维修管理责任】

违反本条例规定，以临时更换机动车污染控制装置等弄虚作假的方式通过机动车排放检验或者破坏机动车车载排放诊断系统的，由生态环境主管部门责令改正，对机动车所有人处五千元的罚款；对机动车维修单位处每台机动车五千元的罚款。

第四十七条【非道路移动机械超标排放】

违反本条例规定，有下列行为之一的，由生态环境主管部门对非道路移动机械的所有人或者使用人依法予以处罚（应急抢险作业除外）：

（一）使用排放不合格的非道路移动机械的，处每台五千元的罚款；

（二）未按照规定进行使用登记的，处每台五千元的罚款；

（三）擅自拆除、闲置、更改、毁坏破坏排气污染控制装置的，处每台五千元以上一万元以下的罚款；

（四）在禁止使用高排放非道路移动机械区域使用高排放非道路移动机械的，处五万元以上十万元以下的罚款；情节严重的，处十万元以上二十万元以下的罚款。

第四十八条【部门责任】

生态环境主管部门和其他负有监督管理职责的部门及其工作人员违反本条例规定，滥用职权、玩忽职守、徇私舞弊、弄虚作假的，依法给予处分；构成犯罪的，依法追究刑事责任。

第六章

附

则

第四十九条【基本概念】

本条例所称机动车，是指以动力装置驱动或者牵引，上道路行驶的供人员乘用、运送物品以及进行工程专项作业的轮式车辆。

本条例所称非道路移动机械，是指装配有发动机的移动机械和可运输工业设备，包括工程机械、农业机械、材料装卸机械、机场地勤设备等。

第五十条【施行日期】

本条例自

移动机械手 篇3

本文设计一个串联式机械操作手, 将其安装在移动平台之上, 组成一个全方位移动机械操作手结构。设计要求臂展不小于1.1m, 总重量不超过15kg, 负载能力不小于2.5kg, 机械操作手末端能够安装夹持器 (用以适应各种食品) 、摄像头或探测器等组件, 以便其对周围环境进行操作或观察。

1 构型设计

机械操作手构型设计不仅要考虑减小系统的重量和复杂程度, 还要提高整个系统的操作性与可靠性[2]。模块化设计方法使机器人的互换和升级变得容易, 而且可以缩短开发周期, 降低开发费用。本文设计的机械操作手由6个关节模块组成, 如图1所示。第一个关节为腰关节, 回转关节;第二个关节为肩关节, 俯仰关节;第三个关节为肘关节, 俯仰关节;第四、五、六3个关节共同组成腕关节, 分别为回转、俯仰、回转关节, 且3个关节的轴线交于一点 (腕点) 。根据实验需要, 末端安装一个开合式夹持器。

使机械操作手能够安全可靠而又高效地工作, 机械操作手零件材料的选择非常关键。由于铝合金密度小, 加工性能好, 并且导热性好, 能够将关节电子元器件的热量迅速传出[3], 因此机械操作手的外壳及关节零部件尽量采用铝合金材料加工制作。

2 关节设计

机械操作手各关节均采用直流无刷伺服电机加减速器方式对机械操作手各个关节进行精确控制。图2所示为机械操作手第2关节肩关节结构示意图, 直流电机输出扭矩经同步带传递给谐波减速器, 谐波减速器起到降低转速、增大扭矩的作用, 由谐波减速器输出的动力带动相应的转轴实现对应关节的俯仰或回转运动。为了提高操作的安全性, 在同步带和谐波减速器之间安装制动抱闸, 以实现掉电时锁紧机械操作手。

2.1 关节驱动系统

关节驱动系统包括驱动直流电机和减速器, 根据机械操作手负载及运动速度等性能指标, 并考虑由于机械操作手自身质量和关节位置的影响, 末端关节所需要的驱动力矩小于基础关节的驱动力矩的情况, 对各关节驱动电机进行合理选型。同时为了降低对电机输出力矩的要求, 缩小电机及相关配件体积, 选用大减速比的减速器进行减速。

谐波减速器具有减速比大、质量轻、体积小、精度高、承载能力大等特点, 根据机械操作手各部件质量和机械操作手最大负载, 得出各关节所需要的最大驱动力矩, 结合选用的电机输出力矩确定所需要的减速比, 进而对谐波减速器进行选型[4]。

2.2 关节制动抱闸

在机械操作手工作过程中, 如果机械操作手突然失去供电, 在惯性和重力的作用下机械操作手会继续运动, 可能导致机械操作手或环境的损坏, 因此需要采取一定的措施防止该类事件的发生。本文在机械操作手关节中采用掉电制动器, 在防止机械操作手掉电后继续运动的同时, 还可以起到保持机械操作手位姿的作用, 当机械操作手完成工作任务, 归回零位后, 关闭移动机械操作手系统电源, 机械操作手就会保持零位状态。

2.3 机械操作手伺服控制结构

如图3所示, 机械操作手伺服控制结构采用分层控制概念进行构建, 其包括三个控制回路:电流控制回路、速度控制回路以及位置控制回路。伺服电机、无刷电机的霍尔元件和电机驱动器构成了底层的电流控制回路和速度控制回路, 实现了电机的平稳运行和快速响应;在速度闭环基础上, 与运动控制器一起构成位置闭环, 实现PID位置控制。

3 机械操作手工作范围

通过机械操作手的D-H参数, 对机械操作手进行正运动学计算, 可得到机械操作手最大工作范围。单独的固定机械操作手最大工作范围剖面如图4 (a) 所示, 以机械操作手基座为坐标原点, 在x、y方向上, 机械操作手最大可达986mm, 在z方向上, 机械操作手的工作范围在-652mm到1103mm之间。将机械操作手安装到全方位移动平台上, 机械操作手的最大工作范围如图4 (b) 所示。机械操作手与移动平台之间形成运动干涉, 因此机械操作手运动范围受到影响。

本文研制的全方位移动机械操作手具有较高的冗余度, 当需要机械操作手到达某目标点时, 可以通过机械操作手和移动平台的运动实现, 计算出机械操作手的最大工作范围, 便可为求解机械操作手逆运动学的最优解提供优化基础。

4 机械操作手定位精度实验

机械操作手是多操作者多移动机械操作手协作遥操作系统重要的执行机构, 许多作业任务最终都要依靠机械操作手来完成, 其定位精度直接影响整个系统操作性能的好坏甚至是作业任务的成败。因此, 有必要对所研制的机械操作手进行定位精度校核实验, 验证所研制的机械操作手是否满足设计要求, 以及能否适应高精度的操作作业任务。

实验中机械操作手末端夹持器处于空间某一位置, 将激光跟踪仪反射器安装在机械操作手末端夹持器上, 随后机械操作手各关节按照给定的角度进行运动, 到达指定角度后再复位到初始位置。机械操作手重复进行此项操作, 使用激光跟踪仪记录夹持器每次复位后的空间位置, 将各次的位置差取平均值作为定位精度指标。

当机械操作手运动关节角为[5 20 20 3 30 2]时, 测得的实验数据如表1所示。

由表1可知, 在对机械操作手经过多次重复实验后, 机械操作手平均定位误差仅为0.178mm, 说明由直流无刷伺服电机和多圈绝对式旋转编码器组成的机械操作手驱动机构可以实现对机械操作手的精确控制, 使其能够适应复杂的工作任务。

5 结语

设计了基于移动平台的食品分拣机械手机械本体结构。针对该机械操作手提出了基于分层控制概念的伺服控制结构。给出了其工作空间, 并对其定位精度进行了实验研究, 结果表明机械操作手定位平均误差仅为0.178mm, 所研制的基于移动平台的食品分拣机械手设计合理并可以有效地完成精确操作。

参考文献

[1]Penin L.F, Matsumoto K, Wakabayashi S.Force Reflection for Time-delayed Teleoperation of Space Robots[C]//Pro-ceedings-IEEE International Conference on Robotics andAutomation, San Francisco:IEEE, 2000:3120-3125

[2]Nohmi M.Space Teleoperation Using Force Reflection of Communication Time Delay[C]//IEEE International Con-ference on Intelligent Robots and Systems, Las Vegas:IEEE, 2003:2809-2814

[3]Backes P G., Tso K S, Norris J S, et al.Internet-Based Op-erations for the Mars Polar Lander Mission[C]//Proceedings-IEEE International Conference on Robotics and Automa-tion, San Francisco:IEEE, 2000:2025-2032

[4]Passenberg C, Peer A, Buss M.Model-mediated Teleopera-tion for Multi-operator Multi-robot Systems[C]//IEEE/RSJ2010International Conference on Intelligent Robots and Systems, Taipei, Taiwan:IEEE, 2010:4263-4268

[5]赵杰, 闫继宏, 蔡鹤皋.基于Internet多操作者多机器人的遥操作系统的研究[J].机器人, 2002, 24 (5) :459-463

移动机械手 篇4

近年来, 高速、轻质和高精度的移动机械手的研究倍受关注。由于用于描述由柔性机械手与具有悬架系统的轮式移动载体所组成的移动机械手的系统动力学方程具有非线性、高耦合性及非完整约束的特点, 致使推导和求解柔性机械手的运动学方程、动力学方程相当繁杂。当前, 研究者对移动机械手动力学模型的建立与控制显示出了极大的兴趣, 然而通常情况下, 他们的动力学模型中没有考虑悬架的影响, 移动载体的自由度被悉数加到机械手上, 该移动机械手被视为冗余度机械手。Akpan等[1]研究了平面移动机械手性能对系统参数如刚度、阻尼、路面粗糙度等的敏感度问题;Yu等[2]介绍了一个用于推导移动机械手动力学的通用方法, 定义了移动平台与机械手之间的耦合术语, 然而这个移动平台只能做平面运动, 且他们也没有考虑构件的弹性变形问题;Korayem等[3]采用Lagrange法和关节坐标构造了移动机械手的动力学模型, 该模型考虑了机械手的平面弹性小变形和轮子的非完整约束, 但该方法建立在线弹性动力学基础上, 没有考虑构件弹性变形与构件大范围运动间动力学耦合问题;文献[4,5,6]考虑了机械手的柔性, 构建了动力学模型, 并推导了该移动机械手的最大承受载荷。以上研究工作中的动力学模型皆没有包括悬架系统。

文献[7,8]研究了轮式悬架移动机械手动力学问题, 但该动力学模型没有考虑机械手的弹性变形问题。

经典有限元法中, 由于梁单元为非等参单元, 这类单元离散后杆件模型做任意刚体运动时, 单元内将导致非零应变, 从而使构建的动力学模型不能准确描述系统运动特性。基于梁单元型函数可以准确描述刚体平动这一特性[9], 本文引入构件体坐标系 (浮动坐标系) 为中间单元坐标系, 精确构建了移动2杆柔体机械手动力学模型 (可以精确描述构件刚体运动) 。该模型综合考虑了机械手杆件的弹性变形、移动载体的线弹性-阻尼悬架和不平路面等工况。

1 运动学、动力学模型分析、推导

移动2杆柔体机械手由3个构件组成, 如图1所示, 其中, Kk、Ck (k=1, 2) 分别为该移动机械手悬架系统的弹簧刚度和阻尼系数;构件1、2、3分别为移动载体、机械手弹性杆件1和弹性杆件2。

图2为图1平面化后的分析简图, 其中, G (i) (i=1, 2, 3) 为构件i的重力;FP为外荷载;F1为移动载体水平驱动力;F2、F3为 (悬架) 作用于移动载体上的力; Ox (0) y (0) 、O (i) x (i) y (i) 分别为轮式悬架柔性移动机械手的全局坐标系与构件i (i=1, 2, 3) 的体坐标系[9]。本文假设:该车轮为刚体且无质量;该移动载体以恒线速度运行在不规则 (可用正弦函数来描述) 路面上。如图2、图3所示, 构件3上任一点相对Ox (0) y (0) 原点的位置矢量为

$\begin{array}{l}\mathit{r}{}^{(3)}=\mathit{R}{}^{(3)}+\mathit{A}{}^{(3)}\overline{\mathit{u}}{}^{(3)}=\mathit{R}{}^{(3)}+\mathit{A}{}^{(3)}(\overline{\mathit{u}}{}_0{}^{(3)}+\overline{\mathit{u}}{}_f^{(3)})=\\ \mathit{R}{}^{(3)}+\mathit{A}{}^{(3)}\mathit{S}{}^{(3j)}(\overline{\mathit{q}}{}_0^{(3j)}+\overline{\mathit{q}}{}_f^{(3j)})=\\ \mathit{R}{}^{(3)}+\mathit{A}{}^{(3)}\mathit{S}{}^{(3j)}\mathit{B}{}^{(3j)}(\overline{\mathit{q}}{}_0^{(3)}+\overline{\mathit{q}}{}_f^{(3)})(1)\end{array}$

$\mathit{A}{}^{(3)}=\left[\begin{array}{cc}\cos \theta {}^{(3)}& -\sin \theta {}^{(3)}\\ \sin \theta {}^{(3)}& \cos \theta {}^{(3)}\end{array}\right]$

其中, R (3) 为O (3) x (3) y (3) 原点相对Ox (0) y (0) 原点的位置矢量;A (3) 为构件3体坐标系转动矩阵;$\overline{\mathit{u}}{}_0{}^{(3)}$、$\overline{\mathit{u}}{}_f^{(3)}$分别为任一点相对其体坐标系原点的弹性变形前位置矢量和弹性变形位置矢量, 上划线 ( ) 表示该变量度量于相应体坐标系, 无上划线者表示该变量度量于全局坐标系;$\overline{\mathit{q}}{}_0^{(31)}=(\overline{q}{}_{01}^{(31)},\overline{q}{}_{02}^{(31)},\overline{q}{}_{03}^{(31)}){}_{1\times 3}^{\text{Τ}}$、$\overline{\mathit{q}}{}_f^{(31)}=(\overline{q}{}_{f1}^{(31)},\overline{q}{}_{f2}^{(31)},\overline{q}{}_{f3}^{(31)}){}_{1\times 3}^{\text{Τ}}$为构件3弹性变形前单元1节点坐标矢量和弹性位移矢量;同理可得到构件3单元j (j=2, 3) 节点坐标矢量和位置矢量$\overline{\mathit{q}}{}_0^{(3j)}=(\overline{q}{}_{01}^{(3j)},\cdots ,\overline{q}{}_{06}^{(3j)}){}_{1\times 6}^{\text{Τ}}$、$\overline{\mathit{q}}{}_f^{(3j)}=(\overline{q}{}_{f1}^{(3j)},\cdots ,\overline{q}{}_{f6}^{(3j)}){}_{1\times 6}^{\text{Τ}}$以及构件3节点坐标矢量和位置矢量$\overline{\mathit{q}}{}_0^{(3)}=(\overline{q}{}_{01}^{(3)},\cdots ,\overline{q}{}_{09}^{(3)}){}_{1\times 9}^{\text{Τ}}$、$\overline{\mathit{q}}{}_f^{(3)}=(\overline{q}{}_{f1}^{(3)},\cdots ,\overline{q}{}_{f9}^{(3)}){}_{1\times 9}^{\text{Τ}}$;B (3j) 为$\overline{\mathit{q}}{}_f^{(3)}$与$\overline{\mathit{q}}{}_f^{(3j)}$间的线性变换矩阵 (其元素由0、1构成, j=1, 2, 3) ; S (3j) 为构件3单元j的型函数。 ( (R (3) ) T, θ (3) ) T、$\overline{\mathit{q}}{}_f^{(3)}$即为用于描述构件3构型的参考坐标与弹性坐标。同理, 上述方法可以用于描述其他构件任一点的位置矢量。最后可得该移动机械手在Cartesian坐标系下的构型变量:

qn= ( (q (1) ) T, (q (2) ) T, (q (3) ) T) T1×29

其中, q (1) 、q (2) 、q (3) 分别为描述移动机械手构件1、2、3的构型矢量:

由于弹性构件2、3采用悬臂梁形式作为有限元离散的边界条件, 致使构件3转角θ (3) 与构件2弹性变形相耦合, 为此本文引入θ (3) 、θ (3) i、θ (3) d来准确描述这种耦合关系, 如图4所示, 其中θ (3) i、θ (3) d分别为构件3独立转动坐标变量和关联坐标变量, θ (3) d=θ (3) 2-θ (3) 1。

该动力学模型的推导包括系统惯性张量、刚度矩阵、广义力、型函数等的推导过程。

1.1 构件2、3型函数推导

本文采用有限元法, 基于欧拉-伯努利梁单元理论 (不考虑机械手的剪切变形) 构造单元型函数[9]:

$\begin{array}{l}\mathit{S}{}^{(3j)}=\\ \left[\begin{array}{cccccc}1-\xi {}^{(3j)}& 0& 0& \xi {}^{(3j)}& 0& 0\\ 0& 1-3(\xi {}^{(3j)}){}^2+2(\xi {}^{(3j)}){}^3& l(\xi {}^{(3j)}-2(\xi {}^{(3j)}){}^2+(\xi {}^{(3j)}){}^3)& 0& 3(\xi {}^{(3j)}){}^2-2(\xi {}^{(3j)}){}^3& l((\xi {}^{(3j)}){}^3-(\xi {}^{(3j)}){}^2)\end{array}\right](3)\end{array}$

$\xi {}^{(3j)}=\overline{x}{}^{(3j)}/l{}^{(3j)}j=1‚2‚3$

式中, $\overline{x}{}^{(3j)}$、l (3j) 分别为构件3单元j上任一点坐标变量和单元长度。

同理可得到S (2j) 。限于篇幅本文仅将构件2、3分别离散为3个单元, 如图3所示。

1.2 构件2、3刚度矩阵获取

应用应变能定义构件3刚度矩阵, 则构件3单元j的变形能可表述为

$\begin{array}{l}U{}^{(3j)}=\frac{1}{2}{\displaystyle \int }{}_0^{l{}^{(3j)}}[\overline{u}{}_{f1}^{´(3j)}\overline{u}{}_{f2}^{˝(3j)}]\left[\begin{array}{cc}E{}^{(3j)}a{}^{(3j)}& 0\\ 0& E{}^{(3j)}{\rm I}{}^{(3j)}\end{array}\right]\cdot \\ \left[\begin{array}{c}\overline{u}{}_{f1}^{´(3j)}\\ \overline{u}{}_{f2}^{˝(3j)}\end{array}\right]\text{d}x=\frac{1}{2}(\overline{\mathit{q}}{}_f^{(3)}){}^{\text{Τ}}\mathit{{\rm K}}{}_{ff}^{(3j)}\overline{\mathit{q}}{}_f^{(3)}(4)\end{array}$

$\overline{u}{}_{f1}^{´}=\frac{\partial \overline{u}{}_{f1}}{\partial (\overline{x}{}^{(3)})}\overline{u}{}_{f2}^{˝}=\frac{\partial {}^2\overline{u}{}_{f1}}{\partial (\overline{x}{}^{(3)}){}^2}$

式中, E (3j) 、a (3j) 、I (3j) 分别为构件3的弹性模量、截面面积和惯性矩。

则构件3刚度矩阵为

$\mathit{{\rm K}}{}_{ff}^{(3)}={\displaystyle \sum _{j=1}^3\mathit{{\rm K}}}{}_{ff}^{(3j)}$ (5)

同理可得构件2的刚度矩阵K (2) f f。

1.3 惯性张量推导

首先对构件3惯性张量进行分析推导。构件3上任一点速度向量表示为

$\dot{\mathit{r}}{}^{(3)}=\dot{\mathit{R}}{}^{(3)}+\mathit{A}{}_{\theta }^{(3)}\overline{\mathit{u}}{}^{(3)}\dot{\theta }{}^{(3)}+\mathit{A}{}^{(3)}\mathit{S}{}^{(3j)}\mathit{B}{}^{(3j)}\dot{\overline{\mathit{q}}}{}_f^{(3)}$ (6)

式中, A (3) θ为A (3) 对θ (3) 的导数。

则构件3单元j及构件3动能为

式中, M (3) 为构件3的惯性张量;ρ (3) 、V (3) 分别为构件3的密度和体积。

同理可得到构件1、2的惯性张量。则该移动机械手系统惯性张量为

1.4 运动学分析

轮式移动机械手约束包括完整约束与非完整约束。完整约束来自机械手构件间转动副, 参见图2。本文研究的移动机械手的轮子假设始终与路面接触 (这也是后续判断该移动机械手失稳与否的判据之一) , 则移动机械手约束方程为

其中, v、t分别为移动载体水平运行速度和时间;$\overline{\mathit{u}}{}_C^{(2)}$、$\overline{\mathit{u}}{}_C^{(3)}$分别为构件2与构件3间转动铰铰点C位置矢量;$\overline{\mathit{u}}{}_B^{(2)}$、$\overline{\mathit{u}}{}_B^{(1)}$为构件2与构件1间转动铰铰点B位置矢量。

由约束方程组 (式 (9) ) 进行独立坐标与关联坐标分离[9]: qd=f (qi) 。其中, qd= (r (1) 1, (R (2) ) T, (R (3) ) T, θ (3) , θ (3) d) T1×7为系统关联坐标, $\mathit{q}{}_i=(r{}_2^{(1)},\theta {}^{(1)},\theta {}^{(3)},(\overline{\mathit{q}}{}_f^{(2)}){}^{\text{Τ}},\theta {}_i^{(3)},(\overline{\mathit{q}}{}_f^{(3)}){}^{\text{t}}){}_{1\times 22}^{\text{Τ}}$为系统独立坐标。q定义如下:

q= (qTi, qTd) T1×29 (10)

则可用系统独立变量表示该移动机械手构型:

至此, 该移动机械手构型 (包括位置、速度和加速度) 都采用独立变量qi、$\dot{\mathit{q}}{}_i$、$\ddot{{\displaystyle \mathit{q}}}{}_i$来表示。该移动机械手系统运动学正解推导分析完毕。

1.5 广义力推导分析

如图2所示, 路面用正弦函数来描述, 同时作用到移动载体上的F2、F3[10]可描述为

其中, lk0、Kk、Ck (k=1, 2) 分别为弹簧原长、弹性刚度系数和阻尼系数。

针对构件3, 推导其广义力。

FP作用点P点的位置矢量为$\mathit{r}{}_{{\rm P}}^{(3)}=\mathit{R}{}^{(3)}+\mathit{A}{}^{(3)}\overline{\mathit{u}}{}_{{\rm P}}^{(3)}$。依据变分原理有δ r (3) P=B (33) Pδ q (3) 。其中, $\mathit{B}{}_{{\rm P}}^{(33)}=(\mathit{{\rm I}}{}^{(3)}‚\mathit{A}{}_{\theta }^{(3)}\overline{\mathit{u}}{}_{{\rm P}}^{(3)}‚\mathit{A}{}_{\theta {}_i}^{(3)}\overline{\mathit{u}}{}_{{\rm P}}^{(3)}‚\mathit{A}{}_{\theta {}_{\text{d}}}^{(3)}\overline{\mathit{u}}{}_{{\rm P}}^{(3)}‚\mathit{A}{}^{(3)}\mathit{S}{}_{{\rm P}}^{(33)}\mathit{B}{}^{(33)}){}_{2\times 14}$。

则其广义力为

(Q (3) 1) T=FTPB (33) P (13)

同理可得

其中, (Q (3i) ) T、O (3) i分别为构件3第i单元的重力、重心 (图3) ;T (33) 为与变量θ (3) 相对应的广义力矩。

由式 (13) 、式 (14) 可推出作用到构件3的外力广义力:

Q (3) e=Q (3) 1+Q (3) 2+Q (3) 3 (15)

同理可得作用在构件1、2的外力广义力Q (1) e、Q (2) e。

由于移动载体以恒线速度v通过不规则路面, 即$\ddot{{\displaystyle r}}{}_1^{(1)}=0$, 为满足其加速度为零, 可利用牛顿-欧拉方程推导驱动力F1。推导过程与上述广义力分析方法接近, 这里不作具体推导。

1.6 动力学分析、推导

依据拉格朗日方程, 可以得到该移动机械手系统动力学方程:

式中, λ为拉格朗日乘子。

式 (16) 同时包含了常微分方程和代数方程, 必须同时对其进行求解, 这将增大求解难度, 同时也加大了数值法求解时的累计误差等。为此, 本文应用独立变量来表示系统动力学方程。将式 (11) 代入式 (16) 中, 通过简化可以得到

$\mathit{{\rm M}}{}_{ii}\ddot{{\displaystyle \mathit{q}}}{}_i=\mathit{Q}{}_i$ (17)

式中, Mi i、Qi分别为与系统独立坐标对应的惯性张量、广义力。

假设动力学方程式 (17) 中$\overline{\mathit{q}}{}_f^{(i)}=0,\dot{\overline{\mathit{q}}}{}_f^{(i)}=0,\ddot{\overline{\mathit{q}}}{}_f^{(i)}=0(i=2‚3)$, 则式 (17) 退化为轮式移动刚体机械手的动力学方程。

2 动力学数值仿真

采用状态空间法描述上述动力学模型[9] (式 (17) ) , 可得到

$\dot{\mathit{Y}}=f(\mathit{Y},t)$ (18)

式 (18) 为一组常微分方程, 则对系统动力学方程的求解问题转换为带初值的常微分方程求解问题。由于本文所考虑构件的弹性变形为小变形问题, 所以柔性轮式移动机械手独立变量间存在数量级上的较大差异。因此, 式 (18) 为刚性常微分方程组。基于Gear’s法 (高阶线性多步法) , 并采用MATLAB2006对式 (18) 进行数值法求解。数值仿真所用参数如下:m (1) =20kg, m (2) =0.9kg, m (3) =1kg;K1=1130N/m, K2=2620N/m;C1=113N·s/m, C2=262N·s/m;d1=0.35m; t=0.35s;E=210MPa;l (1) =0.7m, l (2) =1.1m, l (3) =0.8m;d2=0.35m;g=9.8m/s2; l10=0.26m, l20=0.18m;构件2、3的半径分别为r2=0.007m, r3=0.007m;T (21) =-17N·m, T (32) =40N·m;λ=0.4m;v=0.3m/s;H0=0.03m, h=0.539m, c0=0;mp=5kg。部分数值仿真结果如图5～图8所示。

在相同参数下比较柔体动力学模型与其退化为刚-柔、刚体动力学模型的数值解, 从图5、图6可以看出构件弹性变形、弹性振动对系统动力学性能的负面影响。如图5所示, 由于考虑构件2、3的弹性变形及弹性振动, 致使移动载体水平驱动力变化幅度、频率急剧增大;由图6所示的θ (2) 的3种模型数值仿真结果可看出, 随着时间的推移仿真结果出现较大的出入。这些充分体现出构件弹性变形与构件大范围参考运动间的动力学耦合效应及构件弹性振动对系统性能的负面影响。图7显示了该轮式移动柔性机械手独立系统变量θ (2) 及其速度和加速度的变化趋势与规律:θ (2) 变化平缓, 其速度和加速度在零值上下快速波动, 可以看出它们的变化规律符合变量对时间求导的规则。由图8可看出, 构件2、3轴向刚度足够大, 可以不考虑该方向的弹性变形问题。

3 结论

本文对轮式弹性-阻尼悬架移动2杆柔体机械手运动学、动力学正解进行了系统研究。综合采用了有限元法和浮动坐标法, 在笛卡儿坐标系下精确建立了系统动力学模型, 并以矩阵、矢量的形式形成简洁的表达形式。由于中间单元坐标系的引入, 使得该动力学模型可以精确描述构件刚体运动。相对关节变量而言, 该方法更具有通用性, 适用于大规模多体系统动力学分析, 同时该动力学模型便于应用计算机进行数值求解。该动力学模型综合考虑了机械手的弹性变形 (率) 、弹性振动和悬架系统对整体动力学的影响。最后采用数值法给出了该动力学模型的正解仿真结果。通过该仿真结果可以看到上述动力学耦合现象及构件弹性振动的负面影响。该动力学模型和数值仿真可用作柔性轮式移动机械手参数设计之参考, 并可指导选择相应控制策略等。

摘要：研究了移动2杆柔体机械手动力学问题。该移动机械手由弹性-阻尼悬架轮式移动载体和2杆柔体机械手组成, 并假定移动载体以恒线速度通过不规则路面。综合采用经典有限元法并引入中间单元坐标系和浮动坐标法, 以回避由单元刚体运动所导致的弹性构件非零应变, 从而精确描述机械手弹性变形与参考运动间的动力学耦合问题。综合利用拉格朗日原理和牛顿-欧拉方程并在笛卡儿坐标系下, 以简洁的矩阵、矢量形式构建了该系统的完整动力学模型。采用数值方法给出了该动力学模型正解的仿真结果。通过与刚-柔体模型、刚体模型仿真结果的比较, 证实该柔体系统存在动力学耦合现象及构件弹性振动对系统性能有负面影响。

关键词：2杆柔体,移动机械手,有限元法,运动学,动力学,耦合

参考文献

[1]Akpan U O, Kujath M R.Sensitivity of a MobileManip-ulator Response to System Parameters[J].ASME Jour-nal of Vibration and Acoustics, 1998, 120:156-163.

[2]Yu Q, Chen I.A General Approach to the Dynamic-sof Nonholonomic Mobile Manipulator Systems[J].ASME Journal of Dynamic Ssystems Measure-ments, and Control, 2002, 124:512-521.

[3]Korayem M H, Ghariblu H.Analysis of WheelMobile Flexibility Manipulator Dynamic Motionswith Maximum Load Carrying Capacities[J].Ro-botics and Autonomous System, 2004, 48:63-76.

[4]Korayem M H, Ghariblub H, Basu A.OptimalLoad of Elastic Joint Mobile Manipulators Imposingan Overturning Stability Constraint[J].Int.J.Adv.Manuf.Technol., 2005, 26:638-644.

[5]Ghariblu H, Korayem M H.Trajectory Optimiza-tion of Flexible Mobile Manipulators[J].Robotica, 2006, 24:333-335.

[6]Korayem M H, Heidari A, Nikoobin A.MaximumAllowable Dynamic Load of Flexible Mobile Manip-ulators Using Finite Element Approach[J].Int.J.Manuf.Technol., 2008, 36:1010-1021.

[7]Meghdari A, Durali M, Naderi D.Dynamic Inter-action between the Manipulator Andvehicle of a Mo-bile Manipulator[J].Journal of Intelligent and Ro-botic Systems, 2000, 28:61-67.

[8]Naderi D, Meghdari A, Durali M.Dynamic Model-ing and Analysis of a Two DOF Mobile Manipulator[J].Robotica, 2001, 19:177-185.

[9]Shabana A A.Dynamics of Multi-body Systems[M].Third Edition.Cambridge:Cambridge Univer-sity Press, 2005.

移动机械手 篇5

本课题以我国石油化工企业化学危险品储罐巡检的特殊要求为背景,要求选件机器人在不平整的地面上以较高速度运行。轮式悬架移动机械手系统由一个机械手固定在一个全方位轮式悬架移动平台上构成。在移动载体上引入线弹性-阻尼悬架以缓和由地面不平引起的系统振动与冲击,提高机械手运动的平顺性,从而提高移动机械手末端执行器的位置精度。国内外学者对移动机械手的动力学及控制方面的研究较多,而对计及悬架的移动机械手在不平整地面上的动力学研究较少。目前对动力学的研究多采用拉格朗日法[1,2,3,4,5,6]等,常见的控制方法有动态滑模控制[7,8,9]、鲁棒控制[10,11,12,13]、模糊逻辑控制[14,15]、神经网络法[15]、遗传算法[14,16]、复合控制法[17]等。由于弹性阻尼悬架和路面情况的引入,使得轮式悬架移动载体的动力学模型是一个与悬架的弹性变量、机械手坐标变量和路面相关的复杂函数。

本文综合考虑了移动载体的线弹性-阻尼悬架和不平路面等工况,建立了轮式悬架移动机械手拉格朗日动力学模型,分析了不同载体移动速度、不同线弹性-阻尼悬架和不同路面下的动力学模型对系统的影响。

1 轮式悬架移动机械手动力学分析与推导

如图1所示,轮式悬架移动机械手以速度v经过不平整地面。整个系统由轮式悬架移动载体和机械手组成,其中轮式悬架移动载体为构件1,机械手为构件2。移动载体坐标系O1X1Y1产生θ1的倾角,构件2载体坐标系O2X2Y2与整体坐标系OX0Y0的夹角为θ2,与移动载体坐标系O1X1Y1的夹角为θ2i。定义Ri=[ri1ri2]T为构件i(i=1,2)坐标系OiXiYi原点相对于整体坐标系OX0Y0原点的位置矢量;undefined为构件i(i=1,2)上的点在其载体坐标系下的位置矢量;为构件i(i=1,2)载体坐标系相对于整体坐标系的旋转矩阵。

不平整路面采用正弦函数可描述为

式中,HLY、HMY为移动载体与地面接触点L、M在整体坐标系OX0Y0下Y0方向的坐标;H0为不平整地面的波动幅值;λ为不平整地面的波动波长;L1为构件1的长度。

1.1 系统描述

构件2上任一点相对于整体坐标系OX0Y0的位置矢量为

undefined (2)

undefined

其中,[RT2θ2]T用于描述构件2构型的参考坐标。q1、q2分别为描述移动机械手构件1、构件2的广义坐标,定义如下:

移动机械手运动约束方程为

其中,undefined、undefined为构件2与构件1间的转动铰点A相对其载体坐标系原点的位置矢量。

系统中的广义坐标变量可分为独立坐标变量与关联坐标变量。其中,独立坐标变量各量彼此线性独立,是系统坐标变量发生变化的主动因素,而关联坐标变量则可由独立坐标变量表示。按照这个原理进行独立坐标变量与关联坐标变量分离。由式(4)进行独立坐标与关联坐标分离:qd=f(qi)。其中qd=(r11RT2θ2)T1×4为系统关联坐标,qi=(r12θ1θ2i)T1×3为系统独立坐标。q定义为q=(qTiqTd)T1×7。

可用系统独立变量表示该移动机械手构型:

独立坐标变量和关联坐标变量的速度、加速度的关系为

可用独立坐标变量表示轮式悬架移动机械手系统速度和加速度:

1.2 质量矩阵求解

构件2上任意一点在整体坐标系下的位置向量为

undefined (9)

则该点的速度为

undefined (10)

其中undefined,则式(10)可写为

则构件2的动能为

undefined

式中,V2、ρ2分别为单元体积、单元质量密度;M2为构件2的质量矩阵。

构件2的质量矩阵M2的表达式为

undefined

1.3 系统广义力分析与求解

构件1上所作用的外力有F1、F2、F3和G1。其中F1为电机所提供的驱动力,F2、F3为弹性悬架作用到移动载体上的后轮支撑力、前轮支撑力,G1为移动载体自重。移动载体上L、M点位置矢量的数学描述为

undefined

即

式中,r1LX、r1MX和r1LY、r1MY分别为移动载体上L、M点在移动载体坐标系O1X1Y1下在O1X1方向和O1Y1方向的坐标。

则有

式中,li0、ki、ci分别为悬架的弹簧原长、弹簧弹性刚度系数和阻尼器阻尼系数,i=1,2。

如图2所示,分别对构件1、构件2进行受力分析。其中T21为构件2的关节电机的扭矩,Ff为移动载体在运动过程中受到的滚动摩擦力,G1、G2分别是构件1、构件2所受重力,Fp为末端执行器受到的外力,这些都属于外力。FA1、FA2是构件1和构件2的相互作用力,属内力。其中

针对构件1推导其广义力。作用在构件1上的外力为重力G1、摩擦力Ff、驱动力F1、支撑力F2、F3。在移动载体匀速直线运动的情况下,所受摩擦力Ff=0。

构件1上O1点位置矢量为undefined,变分后得

则O1点的广义力为

undefined(17)

同理可得L点的广义力Q12,M点的广义力为Q13,A点的内力广义力为Q14。则构件1的外力广义力为

Q1e=Q11+Q12+Q13 (18)

对构件2上的广义力进行分析。作用在构件2上的有电机转矩T21、重力G2、负载力Fp。

同理可得O2点处电机转矩T21对应的广义力Q21,重力G2对应的广义力Q22,B点的负载力广义力Q23,A点的内力广义力Q23。则构件2的外力广义力为

Q2e=Q21+Q22+Q23 (19)

1.4 轮式悬架移动载体驱动力的求解

由于移动载体以恒速v通过不规则路面,即undefined。满足其加速度为零,利用牛顿-欧拉法推导轮式悬架移动载体驱动力F1。

针对构件1和构件2,其牛顿-欧拉方程[18,19]为

undefined (20)

联立后求解,则

undefined (22)

移动载体的驱动力表达有式(22)和式(23)两种。式(22)是包含关联坐标变量的表达式,式(23)是只包含独立坐标变量的表达式,两种表达式是等价的。从表达式中可以看出,移动载体的驱动力是移动载体的倾角和杆件的转角的函数。而构件的转角和移动载体的倾角受输入扭矩、悬架系统的参数、路面情况和移动载体移动速度等多方面因素的影响。这种影响关系可由动力学方程描述。轮式悬架移动机械手驱动力并不是单纯克服轮子与地面间的静摩擦力,还与系统中机械手各构件角度、路面状况有关。

1.5 拉格朗日动力学方程建立

该系统是非完整约束系统,采用拉格朗日乘子法[19]建立该轮式悬架移动机械手各构件动力学方程:

undefined (24)

由于系统中的广义坐标已经分离为独立坐标变量和关联坐标变量,将关联坐标变量用独立坐标变量表示,采用最小未知量法将系统的动力学方程变换成微分方程形式:

2 轮式悬架移动机械手动力学数值仿真

采用最小未知量[18]法,对轮式悬架移动机械手系统动力学方程的求解就归结为求解二阶常微分方程组

undefined (26)

微分方程组的求解问题分为初值问题和边值问题。该二阶常微分方程组的求解属于初值问题,因此需要求解初值。初值的准确性直接影响到系统方程的求解精度。而初值一般来自于系统的静力学分析。

2.1 系统静力学

令undefined,系统的动力学方程(式(26))就退化为系统静力学方程。在给定路面参数、移动平台的位姿及速度、机械手的位姿、2个弹簧的刚度(k1、k2)和2个阻尼器的阻尼系数(c1、c2)时,就可以确定2个弹簧的原长、机械手的驱动力矩和移动平台的驱动力。

为了显示弹性阻尼悬架刚度对系统动力学的影响,在其他条件相同的情况下采用4组弹簧刚度、阻尼器系数来进行仿真,其对应的静力学初值如表1所示。为了显示移动平台的速度对系统动力学的影响,在其他条件相同的情况下采用4组不同速度来进行仿真,其对应的静力学初值如表2所示。为了显示路面情况对系统动力学的影响,在其他条件相同的情况下分别采用4组路面波动波长、路面波动幅值来进行仿真,其对应的静力学初值如表3、表4所示。

2.2 系统动力学数值仿真

通常对这样的二阶常微分方程组有两种方法获得其数值解:直接数值积分或者将为两组一阶微分方程后再作数值求解。本文用Gear法[19]将二阶常微分方程组降为一阶微分方程组后进行数值求解。仿真结果如图3～图14所示。

由图3可以看出,随着弹簧刚度和阻尼系数的增大,移动载体的Y0方向的位移变化量在减小,但是移动载体的沿Y0方向的波动的中心位置差别不大。由图4可以看出,随着移动载体移动速度的增大,移动载体的Y0方向的位移变化量差别不大,但是移动载体的沿Y0方向的波动的中心位置在增大。由图5可以看出,随着路面波动波长的增大,移动载体的Y0方向的位移变化量略有减小,但是移动载体的沿Y0方向的波动的中心位置差别不大。由图6可以看出,随着路面波动幅值的增大,移动载体的Y0方向的位移变化量在增大,但是移动载体的沿Y0方向的波动的中心位置变化不大。

由图7可以看出,随着弹簧刚度和阻尼系数的增大,移动载体的倾角θ1的变化量在减小。由图8可以看出,随着移动载体移动速度的增大,移动载体的倾角θ1的变化量差别不大。

由图9可以看出,随着路面波动波长的增大,移动载体的倾角θ1的变化量差别不大。由图10可以看出,随着路面波动幅值的增大,移动载体的倾角θ1的变化量在增大,而且影响比较明显。

弹簧刚度和阻尼系数的增大意味着悬架系统刚度的增大,路面波动波长的增大意味着路面不平度降低,这些都会减小移动载体在Y0方向的波动和移动载体的倾角θ1的变化量。路面波动幅值的增大意味着路面不平度增大,这会增大移动载体在Y0方向的波动和移动载体的倾角θ1的变化量,而移动载体移动速度的大小对移动载体在Y0方向的波动和移动载体的倾角θ1的变化量的影响不大。

由图11可以看出,随着弹簧刚度和阻尼系数的增大,移动载体的驱动力F1X的变化范围增大。由图12可以看出,随着移动载体移动速度的增大,移动载体的驱动力F1X的变化范围略有增大,但变化量并不大。由图13可以看出,随着路面波动波长的增大,移动载体的驱动力F1X的变化范围略有减小。由图14可以看出,随着路面波动幅值的增大,移动载体的驱动力F1X的变化范围略有增大。

路面波动波长的减小和路面波动幅值的增大都意味着路面不平度增大,这时用于维持移动载体保持匀速运动的驱动力F1X就会增大,移动载体移动速度的大小对移动载体驱动力F1X的影响不大。式(23)表明,移动载体的驱动力是移动载体的倾角和杆件的转角的函数。而杆件的转角和移动载体的倾角受输入扭矩、悬架系统的参数、路面情况和移动载体移动速度等多方面因素的影响。所以弹簧刚度和阻尼系数的增大并不是直接对驱动力F1X产生影响的,而是通过移动载体的倾角和杆件的转角来影响驱动力F1X的。

由以上分析可知:在平整路面可使移动载体以小能耗达到平稳运动,但在实际应用中,路面不平度情况是未知的,因此在实际中要减小移动载体在Y0方向的波动和倾角θ1的变化量以及减小移动载体的驱动力,选择合适的悬架系统也可达到相似效果,而悬架系统的选择就是以本文的研究为基础的。

3 结束语

移动机械手 篇6

1 相关法律标准文件的梳理

对农业机械行业领域涉及农用柴油机排放标准升级和非道路移动机械排放信息公开的相关法律政策文件进行整理, 可分为3 个方面。

1.1 法律法规 (部分)

《中华人民共和国大气污染防治法》 (主席令第三十一号) (以下简称《大气法》) 2015 年8 月29 日发布, 2016 年1 月1 日起施行涉及农机方面的主要有:非道路移动机械 (包含农业机械) 生产企业应当对新生产的非道路移动机械进行排放检验。经检验合格的, 方可出厂销售。检验信息应当向社会公开。 以及违反规定的相关罚则。

1.2 环保部发布的相关标准和文件 (部分)

(1) 《非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值及测量方法》 (中国第三、 四阶段) 》 (GB 20891—2014) 。2014 年5 月16 日发布, 2014 年10 月1 日实施。 标准规定了非道路移动机械用柴油机排气污染物排放限值和测量方法, 柴油机的型式核准、生产一致性检测和耐久性要求以及实施时间。

(2) 《关于实施国家第3 阶段非道路移动机械用柴油机排气污染物排放标准的公告》 (环保部公告2016 年第5 号) 2016 年1 月14 日发布实施。 对农用机械执行国Ⅲ排放标准延至2016 年12 月1 日, 农用柴油机的执行时间不变。

(3) 《关于取消新生产机动车排放污染申报检测机构核准的公告》 (环保部公告2016 年第30 号) 2016 年4 月11 日发布实施。 取消新生产机动车 (包含农用柴油机) 排放污染申报检测机构核准, 并规定了机动车排放检验机构的资质条件、开展排放检测的具体要求和责任等。

(4) 《信息公开工作指南》, 2015 年12 月环保部召开信息公开工作会议, 介绍了非道路移动用发动机、非道路移动用机械环保排放信息公开的工作流程、 公开的内容、技术要求等。包括的生产一致性信息、信息公开的内容等。会议课件可在机动车环保网上下载。

1.3 农业部发布相关文件 (部分)

(1) 《关于印发部级推广鉴定受理和信息变更有关审查规定的通知》 (农机鉴〔2015〕63 号) (以下简称63 号文) 2015 年5 月6 日发布实施。 对部级推广鉴定有效期内信息变更、受理审查、定型文件把握等进行了明确。 涉及柴油机排放标准升级后获得部级推广鉴定证书的农业机械产品信息变更的情况。

(2) 《关于涉及农用柴油机排放标准升级的部级推广鉴定信息变更的通知》 (农机鉴 〔2015〕95 号) (以下简称95 号文) 2015 年8 月10 日发布实施。 明确了农用柴油机、农用拖拉机、其他农业机械涉及国Ⅱ升国Ⅲ排放的部级推广鉴定信息变更的变更范围、申报要求、时限要求和审查要求等。

由于柴油机排放标准升级导致柴油机结构需要进行较大的改进, 农机鉴〔2015〕95 号文与农机鉴〔2015〕63 号文要求相比, 在进气方式、外廓尺寸和净质量等变化上, 要求放宽。 具体见表1。

由于柴油机排放标准升级导致柴油机结构变化较大, 以及由此引起的整机参数的变化。 农机鉴〔2015〕95 号文件与农机鉴〔2015〕63 号文件要求相比, 在整机配套柴油机进气方式、标定功率和消声器消音腔尺寸、质量等变化上要求相对较宽。

(3) 《农业部办公厅关于做好当前农业机械推广鉴定有关工作的通知》 (农办机〔2016〕6 号) (以下简称6 号文) 2016 年3 月29 日发布实施。 其中“明确排放标准升级后证书信息变更原则”一条, 进一步明确了推广鉴定涉及柴油机排放标准升级信息变更的申报和审查要求。

2 柴油机排放标准升级与非道路移动机械排放信息公开

据了解, 很多农机企业存在重国Ⅲ排放标准轻排放信息公开的情况, 甚至不知排放信息公开为何物, 还有人将柴油机国Ⅲ排放和非道路移动机械排放信息公开混为一谈, 其实不然。

农机行业国Ⅲ排放主要是指生产和销售的柴油机以及主机配套的柴油机必须是通过中国第三阶段排放型式核准, 这是国家强制性标准GB 20891—2014 的要求。 主要对象是非道路移动用柴油机。

排放信息公开是《大气法》的要求, 如果不按要求进行信息公开, 或排放达不到要求处罚和后果相当严重。 从农机行业而言, 主要对象不仅是非道路移动机械用柴油机, 还包括非道路移动机械用汽油机以及所有装用柴油机或小型点燃式发动机的非道路移动机械。

《大气法》“第五十一条机动车船、非道路移动机械不得超过标准排放大气污染物。 禁止生产、进口或者销售大气污染物排放超过标准的机动车船、非道路移动机械。

第五十二条机动车、 非道路移动机械生产企业应当对新生产的机动车和非道路移动机械进行排放检验。 经检验合格的, 方可出厂销售。 检验信息应当向社会公开。

第一百零九条违反本法规定, 生产超过污染物排放标准的机动车、非道路移动机械的, 由省级以上人民政府环境保护主管部门责令改正, 没收违法所得, 并处货值金额1 倍以上3 倍以下的罚款。 ”

排放信息公开是指生产企业对生产的非道路移动机械和柴油机在指定公开平台或随车文件上公开相关环保信息, 非道路移动机械信息公开内容主要包括:①生产企业基本信息;②污染控制技术信息 (污染控制技术内容、生产一致性和在用符合性相关资料) ; ③排放检验信息 (核准、企业自检、检验车机型状态信息、检验条件、检验结果) ;④企业信息公开工作计划 (申报和检验计划时间/ 地点/ 系族/ 源机) ;⑤召回相关信息;⑥随车文件 (说明书、标签) 等。按照标准要求, 安装在非道路移动机械上的柴油机应满足该柴油机型式核准的下列特征:进气压力降不应超过型式核准的柴油机规定的压力降。 排气被压不应超过型式核准的柴油机规定的背压。

柴油机国Ⅲ排放和排放信息公开两者在依据来源、主要对象和主要内容上都有明显区别, 见表2。 表中排放信息公开的依据“相关检测方法标准”, 是指非道路移动机械 (农业机械) 排放检测方法标准, 但是目前还没出台 (汽车行业已有相关标准, GB 17691—2005《车用压燃式、气体燃料点燃式发动机与汽车排放污染物排放限值及测量方法》) , 相关部门还需加快非道路移动机械 (农业机械) 的排放检测方法标准的制定工作。

3 国Ⅱ升国Ⅲ的推广鉴定信息变更分析

3.1 不用再申报信息变更的情况

农办机〔2016〕6 号文规定“农用柴油机、拖拉机以及其他农业机械, 因农用柴油机排放标准升级到中国第3阶段而引起的产品信息变化, 企业可在现行相关规定允许变化范围内自主变更, 无需申报变更和备案” 是对95号文部分内容进行修订, 是进一步简政放权、提高效率、增加企业的自主权。 但是自主变更需满足两个前提条件:一是不涉及推广鉴定证书信息的变更, 仅仅是产品信息变化, 二是仅限由国Ⅱ升国Ⅲ排放升级引起的变更, 如果不是, 还得按63 号文的要求执行。 如轮式拖拉机的配重、转向系、制动系发生变化, 还得向原发证机构申请变更, 有些变更还得加作相关的检测, 出具报告。 还有一种情况是, 63 号文没有明确变更范围的产品因国Ⅱ升国Ⅲ排放标准升级导致发动机参数发生变化且符合要求的 (可参考其他自走式农业机械) 也无需申报, 自主变更即可, 如自走式喷杆喷雾机、自走风送式喷雾机、棉花收获机等自走式农业机械。

3.2 农用柴油机型号变更

柴油机国Ⅱ升国Ⅲ的产品型号变更存在两种情况。

一是大部分柴油机生产企业原来的形式核准的柴油机都是执行国Ⅱ的技术路线, 升国Ⅲ之后, 产品结构和技术路线等改变较大, 等于重新研发了一款新的柴油机产品, 对于环保部的型式核准来说不是简单的换证, 而是一个新的机型重新按照排放的要求进行检测核准, 所以国Ⅲ的型式核准证书是一个全新的型号。

二是只有部分企业的柴油机原来就能达到国Ⅲ的要求, 只是当时没有国Ⅲ排放型式核准。 这次升国Ⅲ之后, 同款产品还是能满足, 产品结构和型号与原来的完全一样, 那么型式核准证书的产品型号没变的话, 就不用申请更换农用柴油机部级推广鉴定证书。

对于柴油机型号发生变化的企业还得向发证机构申请, 对申请企业提交的产品信息变更申请材料, 鉴定部门采用文件审查评价方式进行确认, 主要审查申请变更的产品信息是否符合变更要求。 全部项目审查合格后方能确认变更。 审查确认后向申请企业出具推广鉴定产品有效期内变更审查确认报告, 可与变更后的推广鉴定证书和原报告一同使用。

3.3 拖拉机增配发动机或变更发动机企业的情况

6 号文只是明确了申报和审查的方式, 但是对相关文件规定的变更范围没有改变。 其中95 号文的附件2 对拖拉机配套的柴油机规定“生产企业名称允许变化, 但所配发动机必须为推广鉴定证书有效期内产品, 并已通过中国第3 阶段排放确认。 配套发动机数量不得多于原检验报告中的配套数量。 ”这对很多农用拖拉机企业来说是一个难点。 如果之前推广鉴定时产品规格确认表填的发动机数量少, 那么在国Ⅲ变更时就会受限。 有两个限制点。

一是选择柴油机厂家的限制。 若不更换发动机厂家, 则可选择未通过推广鉴定的国Ⅲ柴油机。 若更换发动机厂家, 该产品需是获得推广鉴定证书的国Ⅲ柴油机, 但是截至2016 年4 月底尚未有取得推广鉴定证书的国Ⅲ柴油机, 即使陆续会有, 但是这数量也不会很多, 对于很多企业来说选择柴油机的余地确实不大。

二是配套柴油机数量的限制。对于配套发动机数量不得多于原检验报告中的配套数量, 有不同的理解。 既然6号文已经明确允许企业自主变更, 不用再申报。 这个变更没有时间限制, 也没有变更次数限制, 那么企业在推广鉴定证书有效期内或许会这么理解, 如企业这段时间配套A型号柴油机, 过段时间自主变更又配套B型号柴油机, 但是不允许同一时间段配套发动机的数量超过原检验报告中的发动机数量。

4 申请农机部级推广鉴定需注意的问题

4.1 需提供型式核准证书或在机动车环保网可查

95 号文提到“从2016 年4 月1 日起, 不再受理配套中国第二阶段排放柴油机的其他农业机械的部级推广鉴定申请。 ”, 从这可以看出, 除了鉴定大纲有规定的申请时必须提供型式核准证书的轮式拖拉机、 履带式拖拉机、手扶拖拉机和柴油机产品外, 鉴定大纲没做规定的其他申请部级推广鉴定的自配动力 (柴油机) 移动式农业机械, 2016 年4 月1 日以后也需要在申请时提供配套通过国Ⅲ排放柴油机的型式核准证书。 这是跟原来推广鉴定申请要求不一样的地方。 农机生产企业申报推广鉴定时候, 申请材料必需填写通过国Ⅲ排放型式核准的柴油机, 将配套发动机的型式核准证书一并提供。 如果没有型式核准证书, 也可以在机动车环保网上输入发动机型号进行确认是否通过国Ⅲ排放型式核准。

4.2 额定净功率和标定功率的关系

型式核准证书的第二部分试验报告信息及机型参数 (见附页) 中有柴油机的“额定净功率/ 转速”的数值, 但是申请推广鉴定的农业机械产品规格确认表上一般称为“标定功率”, 《江西省关于规范农机购置补贴产品配套发动机标志标识的通知》 (赣农机综﹝2016﹞7 号规定:“发动机铭牌至少包括以下标注内容:生产企业、产品型号、标定功率 (12h标定功率) 、出厂编号及制造年月等信息。 ”那么额定净功率和标定功率存在什么样的关系。

GB 20891—2014 标准规定:“净功率”是指在柴油机试验台架上, 按照GB/T17692—1999 规定的净功率测量方法, 在本标准规定的试验条件下, 在柴油机曲轴末端或其等效部件上测得的功率;“额定净功率”是指制造企业为柴油机型式核准时标明的净功率。 但是农机整机上的“标定功率”是指持续能够发挥稳定发挥的功率, 拖拉机的标定功率是指拖拉机用柴油机带有与装在整机上时相同附件, 在一定环境条件下所能发出的12 h功率值, GB/T24646—2009《拖拉机标定功率测试方法》规定了标定功率的测试相关要求。 柴油机的标定功率在不同的转速、排气量及所带附件等条件下是不相同的, 而且可能相差很大, 取决于柴油机经济性和动力性的一种平衡, 但厂家应注明是在什么状态下测得的功率。

有人认为, 柴油机排放的额定净功率, 是在不带附件 (风扇、冷却泵等) 的试验条件下测得, 所以附件消耗的功率小, 则额定净功率一般比标定功率大。 也有人认为, 通过等效计算方法, 已将试验时台架上风扇和冷却泵等附件消耗的功率扣除。 业内对这点还有争议。

“额定净功率”和“标定功率”的定义、检测方法和所带附件都不相同。但是额定净功率值毕竟是通过环保型式核准验证的标准值, 是柴油机功率的参照, 所以标定功率值也可以简单的采用额定净功率值 (功率值相同, 转速也应相同) 。对于标定功率小于等于额定净功率, 从排放角度是可以的, 一般来说功率越小, 升功率 (每升排量功率值) 越小, 排放指标越好。企业在申报推广鉴定时需认真核对产品规格确认表上发动机的产品型号、企业名称、标定功率、转速与型式核准证书上相应信息是否一致。

4.3 配套小功率柴油机 (单缸柴油机机) 的产品

对于单缸柴油机国Ⅲ排放来说, 需要在国Ⅱ排放技术路线的基础上提高油泵、油嘴喷油压力, 以及采用后处理、电控技术等新技术, 需要做进行750 h以上国Ⅲ排放耐久台架试验。 技术难度比较大, 试验时间长、费用也比较高。 即使通过国Ⅲ排放, 1 台单缸柴油机采用机内净化及后处理措施的成本比原来高250~400 元, 增加15%左右;如果电控单体泵技术, 其成本增加800 元/ 台左右, 增加30%以上。

目前, 汽油机排放标准仍执行GB 26133—2010《非道路移动机械用小型点燃式发动机排气污染物排放限值和测量方法 (中国第一、二阶段) 》, 尚未开始实行国Ⅲ排放。目前部级推广鉴定产品中微耕机、田园管理机、耕整机和插秧机等配套小动力的产品既可配柴油机也可配汽油机作为自带动力。 对于这些产品建议可适当增加配套动力为汽油机的产品, 并及时申请推广鉴定和补贴归档, 为柴油机国Ⅲ排放标准实施后的市场变化做好准备。

目前63 号文允许部分产品申报推广鉴定时, 定型文件中配套发动机的燃油种类发生改变, 既定型文件中原来配的是柴油机, 新申报推广鉴定可改为汽油机。 有企业反映说柴油机比汽油机动力性能更好, 如果新申请产品改为配套汽油机, 那么标定功率需要相应的增加, 这在63 号文里也是允许的。 甚至由企业研发了新的产品, 将原来配套的柴油机或汽油机改为电机驱动, 如目前市场上出现的电动微耕机、电动插秧机及无线遥控电动植保机械等。 这对于负荷相对较小、动力性能要求不高的产品来说是一种大胆尝试。电力是清洁能力, 电动农机相对减排效果更好, 这与目前国家大力提倡新能源汽车相一致。 但是目前鉴定大纲是否适用电动农机产品的鉴定还需进一步研究, 因为大纲中部分指标没法考核。

4.4 推广鉴定大纲

有人误以为柴油机排放标准升级后, 原来的鉴定大纲不适用国Ⅲ农机产品的鉴定, 所以需要重新修订推广鉴定大纲。其实不然, 此次修订推广鉴定大纲是因为2016 年1月1 日起实施了新的《农业机械推广鉴定实施办法》, 鉴定内容和相关要求有了较大变化, 原鉴定大纲也应相应调整修订。 这与柴油机排放标准升级无关, 因为推广鉴定是对整机的一致性检查以及性能、安全性、可靠性、适用性等进行考核评价, 与柴油机的排放标准升级关系不大。

5 违反环保规定与农机购置补贴资格的探讨

农机购置补贴是国家强农惠农富农政策的重要内容, 依据的是《中华人民共和国农业机械化促进法》。笔者查询相关文件, 没有直接找到违反环保相关法律法规文件与补贴资格关联条款。需要注意的是, 《2015—2017 年农机购置补贴实施指导意见》 规定的补贴产品资质是最起码的条件, 要想获得补贴还需不违反有关部门的规定和补贴政策规定。 而且可以从其他相关的法律法规中找到相关依据。

《中华人民共和国农业机械化促进法》第十五条规定, “禁止生产、 销售不符合国家技术规范强制性要求的农业机械产品。 ” 这里的强制性技术规范理解为包含GB20891—2014 标准。

2015 年之前, 补贴机具必须是已列入国家支持推广目录或省级支持推广目录的产品。《国家支持推广的农业机械产品目录管理办法》 (农机发〔2005〕7 号) 规定“违法相关法律、法规的”予以取消《目录》资格。 这里的法律、法规理解为包括《大气法》。

《大气法》第五十六条规定“环境保护主管部门应当会同交通运输、住房城乡建设、农业行政、水行政等有关部门对非道路移动机械的大气污染物排放状况进行监督检查, 排放不合格的, 不得使用。”这里是否可以理解为环境保护主管部门会同农业行政部门 (农机化主管部门) 对非道路移动机械 (农业机械) 的大气污染物排放状况进行监督检查。

《农业机械试验鉴定办法》 第二十七条规定的七种应撤销推广鉴定证书的情形中, 没有直接跟国Ⅲ排放或《大气法》相关联。 但是违反环保相关规定同样面临被撤证的风险, 理由有两点。一是推广鉴定大纲《轮式和履带式拖拉机》 (DG/T001—2011) , 配套的柴油机必须提供相应的型式核准证书。 可以理解为配套未通过国Ⅲ排放型式核准的柴油机, 就不满足推广鉴定申请资质要求, 那么推广鉴定证书资格亦不存在。 二是95 号文明确规定“2016 年4月1 日起, 通过部级推广鉴定并在有效期内的农业机械产品, 配套未通过中国第3 阶段排放型式核准的柴油机, 不允许使用推广鉴定证书。 ”由于环保部对农机产品执行国Ⅲ排放推迟到2016 年12 月1 日, 那么可以理解为2016 年12 月1 日以后如果使用推广鉴定证书时农机产品配套柴油机未通过国Ⅲ排放型式核准, 则可能面临被撤销推广鉴定证书。 根据《2015—2017 年农机购置补贴实施指导意见》推广鉴定证书被原发证机构注销后, 其补贴资格自动取消。

农机生产和经销企业产品补贴资格或经销补贴产品的资格被暂停、取消, 所引起的纠纷和经济损失由违规农机生产或经销企业自行承担。

《大气法》第五十八条规定“国家建立机动车和非道路移动机械环境保护召回制度。生产、进口企业获知机动车、非道路移动机械排放大气污染物超过标准, 属于设计、生产缺陷或者不符合规定的环境保护耐久性要求的, 应当召回;未召回的, 由国务院质量监督部门会同国务院环境保护主管部门责令其召回。”如果在召回之前, 如已经产生农机购置补贴资金的, 那么这些国库资金也就有可能被追回, 所引起的纠纷和经济损失也就由违规农机生产或经销企业自行承担。

6 农机企业成立检验检测机构的设想

柴油机国Ⅲ排放型式核准、《大气法》信息公开以及农机推广鉴定、自身产品试验定型等涉及到检验检测业务都非常广泛, 农机企业每年不仅承担的大量的检测费用 (据了解, 一些大企业一年检测费就好几百万) , 还面临找不到合适机构承担检测任务, 即使检测机构愿意承担检测任务, 由于任务多排队时间长, 耽误了产品的生产和销售, 甚至影响企业长远的发展规划。

国家对产品的质量和环保等要求越来越高, 但是确实存在检验检测机构不能满足日益增长的检验检测业务量的需求。 随着检验检测机构的放开, 企业也能根据相关法律法规要求成立独立的第三方检验检测机构或通过实验室认可的企业实验室。 有企业在选择是成立单独的检验机构还是企业实验室时很困惑, 这里可以梳理下相关部门和文件对检测机构和企业实验室的要求。

6.1 成立检验检测机构可行性分析

《中华人民共和国产品质量法》“第十九条产品质量检验机构必须具备相应的检测条件和能力, 经省级以上人民政府产品质量监督部门或者其授权的部门考核合格后, 方可承担产品质量检验工作。第二十条从事产品质量检验、认证的社会中介机构必须依法设立, 不得与行政机关和其他国家机关存在隶属关系或者其他利益关系。 ”

《国家认监委关于实施< 检验检测机构资质认定管理办法> 的若干意见》 (国认实〔2015〕49 号) 规定:

“关于检验检测机构主体准入条件

凡是依法设立的法人和其他组织, 其依法注册、登记的经营范围或者业务范围包括检验检测, 并且能够独立、公正从业的, 均可申请检验检测机构资质认定。 其他组织包括:依法取得工商行政机关颁发的《营业执照》的企业法人分支机构、特殊普通合伙企业及民政部门登记的民办非企业单位 (法人) 等符合法律法规规定的机构。

生产企业内部的检验检测机构不在检验检测机构资质认定范围之内。生产企业出资设立的具有法人资格的检验检测机构可以申请检验检测机构资质认定, 应当遵循检验检测机构客观独立、公正公开和诚实守信的相关从业规定。”

可见, 农机企业也可以依法成立独立的的第三方检验机构。 不隶属于任何政府部门和事业单位, 依法设立经有关部门考核合格后, 依法独立承担产品质量检验任务。

6.2 环保部门对检验检测机构的要求

从目前的环保要求看, 涉及农业机械行业的主要有两方面, 一是柴油机排放要符合GB 20891—2014 中国第3阶段的要求, 小型点燃式发动机要符合GB 26133—2010中国第2 阶段的要求;二是非道路移动机械 (装用柴油机或小型点燃式发动机的非道路移动机械) 、 非道路移动机械用发动机 (非道路移动机械用柴油机或小型点燃式发动机) 需按照《大气法》要求进行排放检测达标, 并信息公开。 这两个方面都需要进行大量的检测, 检测机构承担着主要工作。

环保部发布公告《关于取消新生产机动车排放污染申报检测机构核准的公告》 (环保部公告2016 年第30 号) 规定, 对新生产机动车排放污染申报检测机构不再进行核准。 废止相关办法, 撤销已经发布的检测机构目录。 其中, “三、机动车排放检验机构应当依法通过计量认证, 使用经依法检定合格的机动车排放检验设备, 按照国务院环境保护主管部门制定的规范, 对机动车进行排放检验, 并与环境保护主管部门联网, 实现检验数据实时共享。 机动车排放检验机构及其负责人对检验数据的真实性和准确性负责。 ” (这也是《大气法》第五十四条的规定)

笔者认为, 这个文件的出台产生的影响不亚于之前农机推迟执行国Ⅲ排放标准。 在检测机构核准机制下, 现有的排放检测机构确实不能满足大量的发动机排放试验以及信息公开声明的大量检测的要求。 环保部门顺势而为, 取消检测机构核准, 实现市场化。 检测放开之后, 让生产企业有更多的自主权, 能有效解决目前排放试验任务紧的现状。 对于农机企业来说, 一是检测机构放开了, 国Ⅲ柴油机的型式核准审批也会加快, 这样更容易找到适合企业产品的发动机。 二是现在《大气法》规定农机整机也要进行排放检测自我公开声明, 现在检测机构放开了, 以后整机排放检测寻找检验机构就会相对容易。目前还没有非道路移动机械 (农业机械) 排放检测方法标准, 相关部门还需加快农机整机的排放检测方法标准的制定工作。

这里的检验机构的前提条件是通过资质认定 (计量认证) , 还得满足环保部门其他有关要求。

6.3 推广鉴定对检验机构和企业实验室的要求

从推广鉴定的申请要求看, 农机企业可以涉及检验检测机构的两个方面:一是定型证明文件, 二是推广鉴定的检测。

《农业机械推广鉴定实施办法》第七条规定“ (四) 其他单位按相关部门规定出具的产品鉴定证书; (五) 具有资质的产品质量检验机构或通过实验室认可的企业实验室出具的型式试验报告。 ”可以作为定型证明文件之一。

《农业机械推广鉴定实施办法》 第十六条规定:“农机鉴定机构独立完成推广鉴定任务的, 应当由该机构出具农机推广鉴定报告。 与具有资质的产品质量检验机构合作完成的, 由鉴定机构出具农机推广鉴定报告。

《农业机械推广鉴定大纲编写规则》 (TZ 1—2016) (中华人民共和国农业部公告第2367 号) 规定“6.9.4 可靠性评价可以采信具有资质的产品质量检验机构按照相关产品的国家标准、行业标准规定的生产试验法完成的可靠性试验报告进行评价。 ”

《福建省农业厅关于开展农业机械推广鉴定工作改革的通知》 (闽农机[2016]76 号) 规定“由申请农机推广鉴定的企业委托具有资质的产品质量检验机构, 按照农业机械推广鉴定大纲要求进行检验并出具检验报告。 该检验报告可作为颁发农业机械推广鉴定证书的依据。 ”

上述“产品质量检验机构”前提是需通过资质认定 (计量认证) 的检验机构, 当然还需满足其他相关要求。

综上所述, 不管从环保部门还是推广鉴定对检验检测机构的要求看, 成立独立的通过资质认定 (计量认证) 的第三方检验机构比通过实验室认可的企业实验室应用更广泛、发挥的作用更大。 但是成立通过资质认定的检验机构的硬件等条件比企业实验室要求高、难度更大, 农机企业应根据自身情况理性选择 (如拥有柴油机、拖拉机和收获机械等产品的大型农机生产企业) , 不要盲目跟风。

7 结束语

环境保护是建设“五位一体”中生态文明建设的重要组成部分, 可见积极推进农机排放升级和排放信息公开的重要意义。 由于笔者技术水平有限, 本文只是仅限于对一部分内容的表面理解和粗浅认识, 而对更深层次的技术问题理解和分析尚不够透彻。 本文只是抛砖引玉, 各农机生产企业是环境保护的第一责任主体, 应加强相关法律法规、标准、文件及政策等进行认真研究学习, 把握相关要领, 不仅能坚守底线不睬红线, 还能做到尽得先机、事半功倍和游刃有余, 在当前农机工业和农机化产业供给侧改革和结构调整中掌握主动权。

摘要：本文梳理了涉及农用柴油机排放标准升级和非道路移动机械排放信息公开要求的相关法律、标准等文件资料, 分析了两者的联系和区别, 从推广鉴定申请、信息变更、违规追责及企业成立检验检测机构等方面对国Ⅲ排放和排放信息公开进行分析和探讨, 为农机生产企业做好当前环保有关工作提供一些思路。本文仅代表笔者观点, 是基于现有的文件资料有效的基础上的技术分析和探讨, 如果相关文件进行修订换版, 本文的一些观点亦需调整。

移动机械手 篇7

关键词：综放面,移动变电串车,布置,探讨

1 概述

近年来, 随着煤矿企业和国家监管部门对安全生产管理力度不断加大和管理水平不断提高在煤炭生产的几乎所有环节都确定了制度化的管理规定和严格约束、考核机制。而这种全方位的成熟的管理模式也确确实实对煤矿安全生产水平的提高起到了决定性的正面作用、但是, 煤矿生产是一个复杂的、多条件因素叠加影响的工业行业, 如果简单的把制度进行规范化的落实, 在特定的条件下会显得有些过于程式化。例如, 目前综合机械化采煤工作面移动变电串车布置在运输顺槽侧已经成为根深蒂固的合理方式。然而, 对于高瓦斯矿井及突出矿井而言, 在回风流瓦斯很难控制的情况下, 确实应该将综合机械化采煤工作面移动变电串车布置在运顺侧, 这样才能实现真正意义上的安全生产, 做到长治久安、万无一失。但是, 在安全条件允许同时增加控制手段的前提下, 应该考虑将移动变电串车布置在回风侧, 其优点就远远大于缺点了。下面将就在综采工作面中, 把移动变电串车布置在回风侧这一问题进行简单的对比和探讨。

2 运输顺槽的环境

一般来说:综采工作面的运输顺槽主要担负的任务包括:引入新鲜风流、行人、铺设轨道以运送物料、布置胶带运输机及配备设备以外运原煤等。运输顺槽的环境特点是:其风流属新鲜风流, 无瓦斯或瓦斯很小, 其他有害气体也非常少, 煤尘小, 空气温度低、湿度小。但因其必然要布置胶带运输机、转载机、破碎机等, 布置设备多, 剩余空间较小。

3 回风顺槽的环境

而综采工作面的回风顺槽担负的任务包括:送走污浊风流、行人、铺设轨道运送材料等。回风顺槽的环境特点主要体现在:其风流属乏风流, 是风流中瓦斯及各种有害气体浓度最大的区域, 煤尘大, 空气温度高、湿度大。但是因为一般来说该巷道不担负外运原煤的任务, 因为该巷道内布置设备相对来说很少, 可利用空间

4 综合机械化采煤工作面变电串车布置在回风侧相对于布置在运顺侧的优缺点

4.1 优点:

4.1.1 目前综采工作面的设备功率越来越

向大功率化方向发展, 目前已经出现3300V等级的综放工作面配套设备, 这时综采工作面变电串车产生的热量是很大的, 如果将变电串车布置在回风顺槽, 那么其产生的热量将直接经由回风流带走, 而不经过人员作业的工作面, 这就相对降低了工作面温度, 改善了工人的作业条件, 同时采空区的温度也相对降低。

4.1.2 正如上文所述,

综采工作面运输顺槽布置的设备很多:胶带运输机、转载机、破碎机等, 通风阻力较大, 而回风顺槽因布置设备较少, 巷道断面可利用空间相对较大, 如果将移动变电串车布置在回风侧, 必然导致运顺侧通风阻力减小, 回风侧通风阻力增大, 相对降低了工作面的负压, 使采空区漏风量减少, 减缓了采空区煤炭的氧化速度, 对于控制采空区自燃发火是有积极作用的。

4.1.3 移动变电串车布置在回风侧,

缓解了运顺设备纵横交错的拥挤现象, 改善了运顺的安全环境和作业行人的条件, 同时给运顺的加强支护留出了空间, 能够很方便的满足支护密度和支护强度的要求, 还给运顺的维修工作打下了良好的空间基础。

4.1.4 移动变电串车布置在回风侧,

给设备的检修平行作业创造了空间条件, 即在运输顺槽和回风顺槽两个不同的工作地点同时进行机电设备检修工作, 互不干扰, 有效的利用了工时, 争取了更多的生产时间, 给安全、高产、稳产打下良好的基础。

4.2 缺点:

4.2.1 移动变电串车布置在回风侧,

受瓦斯制约较大, 同时增大了管理难度, 并且回风侧煤尘较大, 设备的清洁卫生难于保持。

4.2.2 回风侧空气质量不好, 检修和操作人员的工作环境较差。

5 综采工作面移动变电串车布置在回风侧需要增设的控制手段及措施

通过对将综采工作面移动变电串车布置在回风顺槽与布置在运输顺槽两种方法的比对, 我们可以看出, 回风顺槽布置方案的缺点主要集中在瓦斯管理和煤尘管理等方面, 那么这时应该如何加强对瓦斯和煤尘的管理呢, 近年来的生产实践主要体现在以下几个方面:

5.1 在移动变电串车上风流侧增加甲烷传感器, 确保风流中瓦斯浓度低于0.5%, 甲烷传

感器断电值为0.5%, 即当串车上风流发生瓦斯浓度高于预设值时, 传感器自动断电, 杜绝事故的发生, 其布置方式如 (如图1) 。

5.2 认真编制和会审综采工作面的作业规程和机电设备的检修措施。严格按照操作规程和措施进行作业,

5.3 对所有电气设备做到包机到人头, 并实行每班三检制 (

接班、班中、交班) , 做好检修记录, 严禁失爆, 否则立即处理或更换。

5.4 每班都要清扫列车上的煤尘, 确保设备整洁卫生安全运行。

5.5 各级生产管理部门和安全监察部门对电气设备和包机责任人加强管理和考核,

并定期进行抽查。对相关人员定期培训和考试, 考试合格方可上岗。

6 综合机械化工作面移动变电串车布置在回风侧的适用条件

6.1 对低瓦斯矿井更显出了它的优越性。

6.2 对易自然发火的矿井也占有优势。

6.3 对高地压矿井更是利大于弊。