采煤机差动2K-H行星轮系固有特性分析

针对传统采煤机滚筒恒速截割时工况适应性差的特点,提出一种采煤机滚筒转速可调的新型截割传动系统。为了解该截割传动系统的性能,以系统中非同轴传动的差动2K-H行星轮系为研究对象,采用集中质量法建立其平移-扭转耦合动力学模型。对轮系固有特性的分析表明,非同轴传动行星轮系不存在经典的扭转振动与平移振动模式,但仍存在行星轮振动模式;支撑刚度对系统的低阶固有频率影响较大,而啮合刚度主要影响系统的高阶固有频率;外啮合齿轮副啮合刚度分段影响非同轴传动行星轮系的固有频率。推导出2K-H行星轮系啮合频率的通用表达式,表明其啮合频率正比于齿圈和太阳轮的转速差。分析结果可用于指导该新型采煤机截割传动系统的设计,并为制定滚筒调速范围提供参考。     

不同截割工况下变速截割采煤机截割性能多目标优化

为了在不同截割工况下实现采煤机安全运行和高效生产,以牵引速度、滚筒转速为优化变量,以齿轮动载荷、采煤生产率、块煤率以及截割比能耗为子目标,建立了采煤机截割性能多目标优化模型;提出了基于权重系数轮换的各性能子目标权重系数的寻优方法,以确定适应不同截割工况的最优权重组合。利用遗传算法优化得到正常煤层、夹矸煤层和岩石断层工况下随截割阻抗变化的最优牵引-截割运动参数,并对比分析最优运动参数控制和传统牵引调速控制下采煤机的截割性能。结果表明,与传统牵引调速控制相比,采用最优运动参数控制不但明显提高了正常煤层和夹矸工况下的采煤经济性能,而且可安全快速通过断层区;此外,滚筒转速在24 r/min附近时截割传动系统出现局部共振,因此滚筒变速截割时应避免在共振转速下运行。所得结果为采煤机自适应变速截割的实施提供参考。     

突变工况下采煤机截割部齿轮传动系统特性研究

为研究采煤机截割部齿轮传动系统在突变工况下的动力学特性,建立了截割电动机、齿轮传动系统和截割滚筒的采煤机截割部传动系统动力学模型。以电动机输出转速为驱动,以截割滚筒所受转矩为负载,研究了系统在稳定工况、截割负载突变和牵引速度变化情况下采煤机截割部齿轮传动系统动力学特性。结果表明:受负载转矩的影响,稳定工况下低速级行星齿轮部分受外部载荷直接作用,振动最大,随着传动链中阻尼的消振作用,高速部分齿轮副的振动逐渐减弱;截割负载突变和牵引速度的增加使传动系统中高速级齿轮的振动和受力明显加剧。     

滚筒采煤机截割部传动系统变速机构的设计

由于各种原因,采煤机滚筒截煤速度不能一成不变,但常用截割部传动系统都不能够通过机构实现变速,本文在原有采煤机截割部传动系统和绞车变速器等机构的基础上提出一种用机构实现滚筒变速的传动方案。     

采煤机截割部刚柔耦合动力学分析

利用HyperMesh、ANSYS APDL、ADAMS之间的交互接口,建立了采煤机截割部的刚柔耦合动力学模型。将LS-DYNA仿真得到的滚筒载荷作为系统负载进行动力学仿真,得到了采煤机截割部传动系统工作过程中的动力学响应以及柔性摇臂的应力规律,通过对比纯刚体动力学仿真与刚柔耦合动力学仿真结果,分析了柔性摇臂对采煤机截割部动力学响应的影响。对采煤机截割部的优化设计具有重要的指导意义。     

基于小波分析和改进神经网络的采煤机截割部传动系统故障诊断

为了解决当前采煤机截割部传动系统故障诊断方法存在耗时长、误差大等问题,提出了基于小波分析和改进神经网络的采煤机截割部传动系统故障诊断方法。首先采集采煤机截割部传动系统故障数据,并采用小波分析对数据进行预处理,消除噪声的不利影响;然后提取故障特征并输入神经网络进行训练,采用粒子群算法优化神经网络的参数,从而建立采煤机截割部传动系统故障诊断模型。仿真实验结果表明,该方法提升了采煤机截割部传动系统故障诊断精度,大幅度减少了故障诊断时间,而且增强了抗噪声干扰能力。     

小波和神经网络在采煤机故障诊断中的应用

进行采煤机截割部齿轮传动系统的振动测试,采用小波变换对振动信号进行去噪处理,经过小波去噪后的振动信号作为BP网络的输入,采用三层BP神经网络结构对采煤机截割部齿轮传动系统的故障进行了趋势预测,取得了满意的诊断效果。     

叠加扰动下的薄煤层采煤机自主调速截割控制技术

常规采煤机调速截割控制多采用直接转矩控制技术,该方法易受到煤层应力集中系数的影响,导致控制后的截割比能耗较大,控制效果不佳。为此,提出叠加扰动下的薄煤层采煤机自主调速截割控制技术。根据薄煤层力学模型,分析采煤机滚筒在叠加扰动下的受力情况,并参照煤层的临界宽度计算煤层的应力集中系数,结合截齿修正函数对煤层截割阻抗进行识别,分析采煤机的截割运动参数,并对其进行优化。采用模糊控制原理,设计调速截割控制策略,通过调整截割阻力范围实现对采煤机调速截割控制。以实际采煤矿区为例,运用所提方法对实验采煤机进行自主调速截割控制。结果表明,设计的方法能够良好地控制采煤机的牵引速度,得到的截割比能耗较低。     

不确定因素下采煤机截割部齿轮传动系统动力可靠性分析

针对采煤机截割部齿轮传动系统的工作可靠性低的问题,综合考虑齿轮副的物理参数、几何参数及外激励等因素的随机性,建立了采煤机截割部齿轮传动系统非线性动力学模型,运用变步长Runge-Kutta方法求解了系统的动态响应,通过概率疲劳累积损伤理论,建立了截割部齿轮传动系统的动力可靠度模型,并计算得出了各随机参数的变异性对系统及齿轮传动件的动力可靠度的影响,将计算结果与Monte-Carlo方法计算结果进行了对比,验证了方法的可行性,研究结果为采煤机截割部齿轮传动系统的可靠性优化设计提供了理论基础。     

基于卷积神经网络的采煤机截割部传动系统故障识别

为提高采煤机截割部传动系统故障识别的精度,将采煤机截割部传动系统中齿轮振动信号作为研究方向,针对振动信号具有非线性、强耦合、关联性不强等特点,提出了一种多标签分类卷积神经网络故障识别模型。首先对卷积神经网络的全连接层进行改进,然后设计了多标签的分类器以便在识别故障类型的同时判断故障严重程度。仿真实验表明,该模型对传动系统典型故障以及故障严重程度有较好的识别能力,优于传统信号分析技术,可以实现对传动系统的故障智能识别和实时监测。     

复杂煤层条件下采煤机自适应截割控制策略

采煤机是综采工作面的核心装备,复杂煤层条件下,其工况恶劣、环境复杂,采掘装备智能化程度不高,导致我国煤矿开采灾害多、煤机适应性不强、故障率高、效率低,提高煤机装备的可靠性与适应性是煤矿智能化发展的主要任务之一.采煤机工作机构与复杂煤层耦合作用机理及煤岩截割状态与动力传递系统的导控机制,是实现采煤机智能高效截割的关键.基...     

采煤机机电液短程截割传动系统设计与性能分析

截割部是滚筒采煤机最重要的组成部分,也是最易产生失效的部分。可靠性低和适应性差的问题是现有滚筒采煤机截割部存在的主要问题,针对这些问题设计了一种机电液短程截割传动系统及其自适应控制策略。为了验证该方案的有效性和可行性,建立了泵控马达系统、蓄能器和滚筒负载的数学模型,基于AMESim和Matlab/Simulink联合仿真平台,建立了MG300型电牵引采煤机整机模型,并进行了各典型工况下的性能分析,结果表明搭载机电液短程截割传动系统的采煤机在各种煤层下均能实现滚筒转速的良好调节且效率维持在70%以上,能保证截割电机或牵引电机的恒功率运行,能实现缓冲减振,并且在部件失效时能实现系统降功率运行从而避免停工损失。因此,仿真结果表明所设计截割传动系统具有良好的自适应能力和可靠性,为采煤机截割传动系统的设计与优化提供了理论依据,为进一步实现工程应用奠定了基础。     

基于EDEM的采煤机滚筒工作性能的仿真研究

为研究不同工况参数下采煤机滚筒的落煤特性,以MG500/1180-WD型号采煤机为研究对象,采用EDEM离散元仿真软件建立三维仿真模型,综合考虑煤岩块度、顶板压力对采煤机截割性能的影响,研究采煤机截割煤岩的动态过程,利用单因素试验法分析截割过程中煤岩颗粒的运动轨迹,研究不同截深、转速对采煤机装煤率、滚筒三向载荷、截割比能耗的影响以及滚筒包络范围内颗粒平均速度的变化曲线。结果表明:采煤机装煤率随转速增大先增后减的趋势,随截深增大而增大;滚筒三向载荷随转速增大而减小,随截深增大而增大;截割比能耗随转速、截深增大而增大。综合考虑选择低转速、大截深的滚筒可以在一定程度上提高采煤机装煤率;同时为提高采煤机的截割效率,减小耗损可以在保障装煤率的前提下,适当减小截深。研究结果为采煤机高效截割提供了改进参考。     

多源驱动的采煤机短程截割传动系统固有特性分析

针对传统采煤机截割传动系统存在传动链过长、可靠性差、突变工况调速性能差的特点,在提出的多源驱动的采煤机短程截割传动系统的基础上,采用集中参数法建立了系统平移-扭转-轴向耦合动力学模型,进行了系统固有特性分析。结果表明,耦合轮系和行星轮系耦合时重根频率不变,单根频率发生变化;单根振动模式变得更为复杂,重根振动模式与原来保持一致;模态能分布与构件形变振动状态一致;耦合轮系支撑刚度和构件质量对系统高阶固有频率影响较大,行星轮系支撑刚度对系统低阶固有频率影响较大;而啮合刚度均对高阶固有频率影响较大。对系统激励频率和固有频率对比分析,发现系统低速运行时可能发生共振。研究结果可为避免系统出现共振现象和实现动态特性优化提供理论依据。     

智能采运机组自主定位原理与技术

智采工作面装备运行的2个核心问题是控制工作面开采装备在煤层中自适应截割、保持采运机组在连续推进过程中的直线度。解决这2个问题必须实时获取采煤机在工作面空间的准确定位信息。通过对比分析国内外采煤机定位系统的技术原理和硬件架构,发现开发采煤机定位误差消减算法是在井下GPS拒止环境下保证采煤机长时定位精度的关键途径。根据采煤机定位原理可知,采煤机定位误差主要来源于惯性导航安装偏差和惯性导航系统随机误差。惯性导航安装偏差是确定性误差,采用基于两点法的确定性偏差补偿算法可使定位误差减小99.12%。针对采煤机运行状态的非完整性约束特点,基于采煤机运动学模型的闭合路径优化算法和动态零速校正算法分别使采煤机定位误差降低了50%和30%。采用信息滤波模型将闭合路径优化算法和动态零速校正算法进一步融合,抑制了惯性导航系统航向角的漂移,抑制了惯性导航系统航向角的漂移。利用UWB基站群自主迁移方法实现了采煤机在工作面端头定位,采用VB-UKF算法平滑采煤机定位过程中时变的测量噪声,增加了运动轨迹的平滑性,使得IMU/UWB紧融合的定位轨迹更加精确,为惯性导航系统提供校准的基准。基于采煤机定位轨迹的刮板输送机轨迹检测方法实现了刮板输送机形状在线监测,为综采工作面弯曲度自动化检测和校直提供理论基础和试验数据。     

智能采运机组自主定位原理与技术

智采工作面装备运行的2个核心问题是控制工作面开采装备在煤层中自适应截割、保持采运机组在连续推进过程中的直线度。解决这2个问题必须实时获取采煤机在工作面空间的准确定位信息。通过对比分析国内外采煤机定位系统的技术原理和硬件架构,发现开发采煤机定位误差消减算法是在井下GPS拒止环境下保证采煤机长时定位精度的关键途径。根据采煤机定位原理可知,采煤机定位误差主要来源于惯性导航安装偏差和惯性导航系统随机误差。惯性导航安装偏差是确定性误差,采用基于两点法的确定性偏差补偿算法可使定位误差减小99.12%。针对采煤机运行状态的非完整性约束特点,基于采煤机运动学模型的闭合路径优化算法和动态零速校正算法分别使采煤机定位误差降低了50%和30%。采用信息滤波模型将闭合路径优化算法和动态零速校正算法进一步融合,抑制了惯性导航系统航向角的漂移,抑制了惯性导航系统航向角的漂移。利用UWB基站群自主迁移方法实现了采煤机在工作面端头定位,采用VB-UKF算法平滑采煤机定位过程中时变的测量噪声,增加了运动轨迹的平滑性,使得IMU/UWB紧融合的定位轨迹更加精确,为惯性导航系统提供校准的基准。基于采煤机定位轨迹的刮板输送机轨迹检测方法实现了刮板输送机形状在线监测,为综采工作面弯曲度自动化检测和校直提供理论基础和试验数据。     

运动学参数对滚筒截割夹矸煤岩应力影响规律

由于夹矸煤岩赋存条件的复杂性及滚筒截割煤岩过程载荷的非线性,得到滚筒截割煤岩的应力信息非常困难,因此很难从可靠性方面对运动学参数进行匹配。以煤岩截割机理和有限元理论为基础,利用LS-DYNA建立螺旋滚筒截割夹矸煤岩的耦合模型,分别对不同工况进行截割过程的动态模拟,以获取煤岩体、滚筒截齿相关组件的最大应力信息。采用曲面拟合技术分析滚筒转速及牵引速度对煤岩体、滚筒截齿相关组件最大应力的影响规律,建立了相关零件应力关于滚筒转速及牵引速度的规律方程。以采煤机生产率、截割比能耗为目标建立了采煤机滚筒运动学参数的优化方程,并得到了滚筒转速与牵引速度的最佳匹配值,研究表明:当滚筒转速为61. 63 r/min,牵引速度为4. 776 m/min时,采煤机生产率可达190. 64 t/h,截割比能耗仅为0. 868 9 kW·h/m3。截齿合金头、齿体、齿座、叶片的应力分别为:1 339. 4,887. 5,454. 7,105. 2 MPa,岩石和煤体最大应力分别为:59. 15,8. 799 MPa。     

基于地理信息系统（GIS）的采煤机定位定姿技术研究

采煤机自主定位及其对煤层信息的感知是采煤机自动控制系统关键技术。以山西某煤矿18201工作面为试验地点,利用震波CT探测技术对工作面煤层进行了精细勘探,构建了工作面煤层地理信息系统。以具有自动寻北功能的惯性导航装置、轴编码器为传感元件,开发了基于工作面地理信息系统的采煤机定位定姿装置。经过工作面试验,采煤机定位装置可实时测量采煤机行走轨迹、截割轨迹及其与煤层顶底板关系,实现了采煤机在工作面煤层三维地质环境中的定位与煤层地质信息的感知。