基于综合截割性能优化的采煤机变速截割控制

针对目前滚筒采煤机在生产过程中采用单一牵引调速影响截割性能的问题,对采煤机的变速截割进行了探索研究.考虑变速截割的可行性及可靠性,按截割阻抗的大小对煤层硬度进行了平均划分;综合考虑不同截割性能指标的要求,对其进行加权平均作为优化目标,对截割运动参数进行了优化;在此基础上,对由截割阻抗变化引起的不同工况的调速策略进行了比较分析,得到了截割性能最优的变速截割调速控制策略.研究结果可为采煤机高效变速截割奠定理论基础.     

基于BP神经网络的煤层硬度多等级识别方法

针对煤层硬度识别方面存在的问题,提出一种基于BP神经网络算法的煤层硬度多等级识别方法,将煤层硬度划分为6个等级进行识别.以采煤机截割电机和牵引电机的定子电流信号及调高油缸压力信号作为识别信号,利用小波包分解提取各个信号的特征量,并将其作为神经网络的输入样本进行训练和测试.经过实验,在仿真数据条件下本文提出的煤层硬度多等级识别方法对硬度等级的识别准确率为96.7%,在实机数据条件下识别准确率为93.3%,验证了该煤层硬度识别方法的有效性,为采煤机自适应截割过程煤层硬度高精度识别奠定了理论基础.     

采煤机滚筒截割复杂煤层的突变分析

为研究采煤机滚筒截割复杂煤层时载荷的变化规律,在构造复杂煤层结构形式的基础上进行了实验研究。根据实验载荷建立了截割载荷的本构模型,并建立了不同结构形式煤层的力学模型。同时,根据井下实际工况建立了滚筒截煤的力学模型,基于突变理论建立了截割过程的尖点突变力学模型,获得了滚筒截煤的刚度和能量条件。分析结果表明:煤层的阻侵刚度需大于采煤机牵引系统的刚度,否则采煤机将出现强烈的振动,使得传动系统损坏;同时,煤层破碎所需的能量应不大于截割滚筒的能量释放率,否则采煤机滚筒将出现堵转现象,严重时截割电机将被损害。     

单向示范刀采煤机记忆截割的模糊自适应PID控制仿真

针对采煤机载荷的随机性,调高机构的几何非线性以及单向信息采集的偏差.采用模糊自适应PID控制方法,实现采煤机双向截割滚筒高度的自动跟踪,给出了单向示范刀顶底板数字化模型与模糊自适应PID控制策略,在Matlab/Simulink环境下,对单向示范刀记忆模式的记忆截割曲线跟踪控制进行仿真,并给出误差曲线.仿真结果表明:下行截割曲线跟踪的综合误差近似为顶板数字化转换算法误差和控制系统跟踪误差的叠加.下行顶板数字化转换算法、控制系统算法及其综合误差满足工程要求,可为单向示范刀采煤机记忆调高系统设计提供理论基础.     

采煤机截齿力学特性优化的记忆截割系统

为实现采煤机记忆截割过程中截割轨迹的实时动态调节,采用理论分析与实验的方法,分析了采煤机滚筒截割过程中的受力情况,应用最小模糊度方法建立滚筒x、y、z轴受力的隶属度函数,根据采集到的截割力信号判定截齿的实时截割环境,采用模糊神经网络控制方法对传统的记忆截割系统进行优化,并通过实验验证系统的精确性与可靠性.研究结果表明:改进后的系统能优化采煤机的记忆截割路径,大大降低截齿的磨损,延长了滚筒的整体使用寿命,提高了综采工作面的生产效率.     

基于ELM神经网络的采煤机截割载荷软测量建模方法

采煤机是煤矿综采工作面的关键设备,由于煤层结构复杂,导致截割载荷复杂多变,并且截割载荷难以直接测量。因此,针对采煤机截割载荷难以直接检测难题,研究了采煤机交流异步电机的机械特性,提出了基于软测量建模技术的截割载荷预测方法。首先,通过分析采煤机交流异步电机的机械特性,得出截割载荷与截割电机的转速、电流符合非线性关系,运用软测量建模方法可以预测截割载荷。然后,以截割电机的转速和电流作为输入变量,运用ELM神经网络的软测量建模方法建立采煤机截割载荷软测量模型。最后,运用ELM,BP,RBF3种神经网络软测量建模方法对采煤机电机载荷进行预测,以均方误差和相关系数作为预测评价指标,结果表明:ELM神经网络软测量建模方法在预测精度和预测速度方面都优于BP神经网络和RBF神经网络软测量建模方法。运用ELM神经网络软测量建模方法能够准确、快速预测采煤机截割载荷,为采煤机恒功率截割和牵引智能调速提供了理论基础。     

基于采煤机截割路径的动态三维地质模型构建方法

针对虚拟综采工作面难以构建实时动态煤层的问题，提出了一种根据采煤机行走轨迹构建三维地质模型的方法.建立了初始三维地质模型和动态三维地质模型，并提取了目标煤层的轨迹曲线，为采煤机提供了目标截割路径;基于当前工作面采煤机的实际截割情况及未来发展趋势提出了三种采煤机截割方案，分别是采煤机记忆截割、人工干预的采煤机记忆截割和采煤机自主截割;建立了真实的虚拟综采工作面，构建了三种方案的实际煤层形态，并进行了仿真对比实验.结果表明:通过采煤机自主截割方案构建的实际煤层的总体平均误差为15.73mm，能够实现较小的割岩量和较高的回采效率.     

采煤机液压混合动力截割传动系统的设计

基于差动行星齿轮调速原理,设计了一种截割转速可调的采煤机液压混合动力截割传动系统.根据系统组成,建立了关键元件的数学模型及控制方法.以AMESim软件为平台,分析了液压马达和滚筒的动态特性以及液压混合动力系统的缓冲性能.结果表明:所设计的液压混合动力截割传动系统能够调节采煤机的截割转速,在复杂煤层下比传统恒速截割采煤机具有更好的截割性能;液压马达及滚筒响应速度快且能够准确跟踪目标转速,液压系统可以缓和突变负载产生的冲击.     

复杂煤层采煤机滚筒载荷的数值模拟

为解决复杂煤层下工作的采煤机截齿磨损严重、缺失以及滚筒寿命低等问题,通过分析截齿与煤岩的接触位姿以及单齿的力学模型,建立了复杂煤层条件下采煤机滚筒的力学模型。为便于工程分析与应用,适当简化了截齿与煤岩的截割状态,以离散随机过程判断每一时刻截割过程中的受力状态,给出了复杂煤层下采煤机滚筒载荷的模拟算法。该模拟算法可实现任意旋转周期内滚筒三向载荷和负载扭矩的模拟,为采煤机滚筒的数字化设计提供条件。     

采煤机机电传动系统调速动态特性分析

为研究滚筒调速的可行性及调速对传动系统动态性能的影响,采用MATLAB/Simulink搭建了采煤机截割-牵引耦合机电传动系统动力学模型.针对截割部过载工况,综合考虑采煤机可靠运行和高效生产,制定了4种调速降载方案,并提出了通过截割电机电流计算目标切削厚度、依据目标切削厚度选择调速方案的方法.最后通过仿真对比了各种调速方案下电机和传动系统的动态响应特性,结果表明:当截割电机过载倍数较小时,采用滚筒调速方案能够在降低系统负载的同时使采煤生产率不受影响;当过载倍数较大时,采用牵引调速方案可获得较高的系统可靠性,而采用牵引-滚筒顺序调速方案可获得较高的采煤生产率.     

采煤机滚筒截齿的截线距分析及优化

为降低采煤机滚筒的截割比能耗,以某型采煤机的截割滚筒为研究对象,对合理选择截齿的截线距和切削厚度的比值进行了研究。利用UG三维CAD软件建立了3种不同截线距的截割滚筒模型,通过ANSYS/LS-DYNA对2组不同切削厚度情况下采煤机滚筒截割煤壁的过程进行了模拟,得到了镐形截齿所受截割力、特定时间内截落煤壁总体积、滚筒所受截割扭矩及截割比能耗等。通过对比这2组采煤机滚筒的截割比能耗和其他相关数据,分析了截线距和切削厚度的比值与截割效率的关系。结果表明,截线距和切削厚度的比值在2左右时,采煤机滚筒的截割比能耗最小。本研究结果对采煤机设计过程中滚筒截线距、滚筒转速和采煤机牵引速度三者之间的最佳匹配有一定的参考价值。     

连续采煤机截割滚筒的运动学分析

为了研究连续采煤机的动力学行为,提高采煤机工作机构的设计质量,根据实际工况,分析了连续采煤机截割滚筒的运动轨迹,建立了采煤机滚筒截齿的轨迹方程、速度方程和加速度方程,通过计算机仿真,分析了滚筒转速、垂直摆动速度对截齿运动参数的影响,为合理选择截割滚筒的工作参数和提高工作机构的设计质量提供了理论依据。     

MG-300采煤机不同截深滚筒载荷计算机模拟

为了分析采煤机滚筒瞬时载荷的波动情况,通过建立采煤机单个截齿受力和滚筒载荷数学模型的方法,并利用计算机模拟技术,对采煤机不同截深下的截割过程进行模拟.获得了滚筒在不同截深工况的载荷和波动系数变化特征.针对MG-300型采煤机的某种滚筒进行模拟分析,得出了实际应用中降低滚筒载荷波动系数的措施,并且为采煤机的动态设计及优化设计提供了必要的手段.     

滚筒式采煤机截齿受力的模拟研究

为了探究采煤机滚筒上不同位置处截齿的受力情况,寻找截齿损坏的原因,基于煤岩截割理论,通过受力分析,给出了滚筒式采煤机截割纯煤和硬质包裹体时截齿的受力计算方法,并利用所开发的采煤机滚筒截割载荷模拟系统,求得了国产某种型号滚筒式采煤机端盘上和叶片上单个截齿、不同位置处截齿截割纯煤、叶片上单个截齿截割硬质包裹体时的受力情况,揭示了该采煤机滚筒上截齿的受力特征与变化规律,搞清了端盘外缘截齿损坏的根本原因。研究结果可为了解采煤机截割过程滚筒上各截齿的受力特征、改进滚筒的设计、提高截齿的使用寿命和滚筒乃至整个采煤机工作的可靠性提供理论依据。     

采煤机液压自动调高系统的研究

提出了一种新的滚筒采煤机摇臂高度的自动调整方法。其原理是用采煤机滚筒在截割纯煤层和顶板岩石时的切割力作用于调高油缸而引起的压力变化不识别煤，岩分界，并据此控制相应的液压伺服系统以达到自动调整采煤机滚筒高度的目的。     

连续采煤机运动参数对截割载荷影响的研究

为了研究连续采煤机的运动参数对截割机构载荷的影响,通过对截割机构的受力分析,建立了连续采煤机截割滚筒载荷的数学模型。利用计算机模拟的方法,对不同滚筒转数、不同悬臂摆动速度下连续采煤机截割机构的载荷进行了模拟,得到了连续采煤机截割过程截割机构的三向载荷大小及其变化规律。结果表明,在截割机构的三向载荷中,推进阻力最大,升降阻力的波动最明显,各向载荷随悬臂摆动速度的增大而增加,随滚筒转速的提高而降低,所得结果为合理确定连续采煤机的运动参数、进一步改善连续采煤机的截割性能和工作质量提供了依据。     

基于模糊算法采煤机滚筒自调高方法的研究

在分析采煤机滚筒的截割状态对采煤机运行参数影响的基础上,提出了以采煤机运行参数（截割部电动机功率、牵引部电动机电流和调高油缸压力）为检测对象,应用模糊控制技术进行煤岩界面识别和滚筒自动调高的方法。并设计了以PLC为核心的多参数递阶混合模糊控制器。进行了模拟试验。试验表明,这种模糊控制器数据库方便修改,对输入量的变化反应灵敏,响应速度快,判断准确,实时性好,适用于煤和顶底板岩石硬度不相同,的采煤工作面的煤岩分界面辨识和采煤机滚筒自动调高的控制。     

采煤机滚筒计算机辅助设计系统

以截割理论为基础,通过对影响采煤机滚筒性能各因素的考虑,建立了采煤机滚筒的计算机辅助设计方法,介绍了采煤机滚筒计算机辅助系统设计软件及其内容、特点和工作过程;利用该软件可以设计新滚筒,也可以对已使用的滚筒进行改造设计,所设计的滚筒可以改善采煤机的截割性能,提高截割效率,增加机器的稳定性.图4,参5.     

一种采用灰色马尔科夫组合模型的采煤机记忆截割算法

针对传统采煤机记忆截割策略需要频繁人工调整摇臂高度导致效率和精度低等不足,提出利用灰色马尔科夫组合模型的采煤机自适应记忆截割策略。当采煤机截割岩石时,首先根据截割高度先验数据,利用灰色模型得到截割高度预测数据,在此基础上,对该预测数据进行残差计算和状态划分,确定马尔科夫链状态概率矩阵。通过马尔科夫链状态概率矩阵对灰色模型进行反馈修正,得到采煤机截割高度自适应调整值。通过模拟采煤机工作面调整高度,对2种采煤机记忆截割策略进行仿真分析。研究结果表明:传统记忆截割模型可信度为96.26%,但需要5次人工调整,而灰色马尔科夫记忆截割模型的可信度在无人干预下高达99.20%;基于灰色马尔科夫组合模型的采煤机记忆截割策略不仅具有更高的控制精度,而且大大提高了采煤机的自动化水平。     

采煤机滚筒液压调高比例控制系统的数值模拟

为实现记忆截割滚筒调高曲线的平滑性及减少调高系统的振荡,建立了电液比例方向阀调高系统与电磁换向阀调高系统的传递函数及其控制器模型,采用Matlab/Simulink与Automa-tion Studio联合仿真的方法,分析其系统工作的压力、流量及加速度特性。仿真结果表明:电液比例方向阀控制液压缸调高系统的压力、流量及加速度曲线振荡比电磁换向阀控制的小,明显地减少了滚筒截割时调高启动冲击,提高了采煤机工作的可靠性,为采煤滚筒调高控制系统的设计提供了参考依据。