基于专家系统的采煤机截割电动机恒功率控制

为了很好地适应煤岩特性的变化、有效发挥采煤机截割电动机的能力,解决采煤机截割电动机运行时功率波动较大的问题,利用专家系统的理论和方法,建立了基于专家系统的采煤机截割电动机恒功率控制系统,该系统通过对牵引速度实时调节,使采煤机的截割电动机恒功率运行。利用MATLAB/simulink构建了该系统的仿真模型,仿真试验表明,该系统对牵引速度具有超前预见性,比一般控制系统的调节时间缩短0.62s,截割电动机的功率超调减小3.8%,反应灵敏、波动小、工作平稳。     

采煤机大功率截割电动机短路保护

采煤机大功率截割电动机的短路保护采用软件方法实现,存在着测量电流值不稳定的问题,影响对电动机短路、过载、欠压等保护的准确性;而SL75采煤机截割电动机采用硬件方式实现短路保护功能,准确可靠,经济实惠。因而,建议现阶段采煤机大功率截割电动机的短路保护采用硬件保护方式。     

掘进机截割臂摆速自动控制方法研究

由于掘进巷道煤岩时有硬度急剧变化现象,人工操控难以及时有效改变掘进机截割臂摆速,会严重影响截割头截齿与截割电动机的使用寿命。针对该问题,在分析截割臂摆速v、截割电动机电流I和煤岩硬度f之间的关系的基础上,提出了基于PID技术的截割臂摆速自动控制方法,即将截割电动机额定电流与实际电流之差值(I0-I)作为输入变量,通过比例单元、积分单元和微分单元的线性组合,对控制电液比例阀阀口开度的电流I1进行控制,从而控制截割臂摆速;依据煤炭行业标准MT/T971—2005,提出了5%的控制精度标准。该控制方法达到了替代人工操控、有效保护截齿和截割电动机,并同时使得截割电动机始终满载恒功率工作的目的。     

基于 GAs 模糊控制的掘进机截割电动机恒功率控制

为了解决悬臂式掘进机截割随机分布的煤岩时载荷变化剧烈、能量消耗大、工作效率低的问题,利用遗传算法对悬臂摆动速度进行模糊控制,实现对截割电动机的恒功率控制。建立了掘进机悬臂水平摆动系统的仿真模型,利用Matlab软件对模型进行仿真。结果表明：该系统较传统控制方式的悬臂摆动速度波动减小25.9%,截割电动机功率超调小5.0%,调节时间缩短0.1s,响应速度快、精度高,具有良好的控制特性,能根据截割煤岩的不同,自动调节悬臂摆动速度,降低了掘进机功率损失、提高了工作效率。     

异步电动机故障保护在采煤机中的应用与研究

分析了异步电动机的常见故障特征和现有采煤机电动机保护方法;针对采煤机截割电动机恒功率保护及阶段式定时限保护未考虑电动机过载承受能力和电流动态性以及断相故障保护中故障判据不准确的问题,应用对称分量法理论,提出了连续型和离散型反时限过载保护方法及基于负序、零序电流检测的不对称故障保护方法,进一步提高了采煤机的运行可靠性。     

掘进机恒功率自适应调速与记忆截割系统研究

由于掘进机在进给过程中截割头工作面负载变化存在随机性且幅度很大,设计并开发一套以可编程序控制器为数据采集和控制核心,上位机采用组态软件构建远程监控系统的掘进机自适应控制系统,采用多信息融合技术综合分析负载的变化,实现恒功率自适应调速,同时采用记忆截割与自适应调节相结合的控制方法,在记忆截割的基础上根据反馈信号进行局部调节,更新记忆曲线,保证掘进机的恒功率进给,延长掘进机截割头的使用寿命.     

采煤机变速截割驱动机构动态特性的研究

采煤机截割机构在进行截割作业时,截割驱动电机的输出功率需要根据截割阻力的变化情况而不断调整,确保截割传动机构工作的可靠性和稳定性,目前采煤机传动系统主要采用恒转速的调整方式,在实际使用过程中存在着效率低、截割机构稳定性差的缺点,极大地影响了井下的综采作业。提出了一种新的采煤机的变速截割驱动系统,利用AMESIM仿真分析软件对该变速截割驱动机构的工作特性进行了研究,结果表明:采用该新的变速截割传动系能方便地实现对采煤机截割驱动系统的无级变速调节,其调整时稳定性高、信号连续性好,对传动系统的冲击显著小于传统的恒速截割控制系统。     

基于工况触发的采煤机滚筒截割高度模板生成方法

针对采煤机在工作过程中易受不同工况条件的影响导致滚筒调高精度低的问题,提出了一种基于工况触发的采煤机滚筒截割高度模板生成方法。对采煤机历史传感器数据进行预处理和特征提取,选择影响滚筒高度调节的截割电动机电流、截割电动机温度、俯仰角、横滚角、牵引速度5维特征数据,构建用于生成滚筒截割高度模板的补偿回声状态网络（C-ESN）模型;建立工况触发机制,将采煤机传感器实时数据输入C-ESN模型,以测试误差为判断准则,识别当前采煤机的工况为正常区域、三角煤区域或异常工况;最后,C-ESN模型生成相应的滚筒截割高度模板。当三角煤区域和正常区域测试误差都大于阈值时,采用迁移学习方法对测试误差小的截割高度模板参数进行修正,以保证异常工况下截割高度模板的精度。基于现场采煤机实际数据的实验结果表明：左右滚筒截割高度模板与实际截割高度相比,在正常区域的最大误差分别为11.47,9.96 cm,在三角煤区域最大误差分别为12.91,7.94 cm,能够满足工程实际要求;与传统回声状态网络和径向基函数网络模型相比,C-ESN模型的精度在正常区域分别提升了54%和57%,在三角煤区域分别提升了10%和69%。     

基于模糊PID控制的掘进机恒功率控制系统的研究

针对悬臂式掘进机截割过程中负载变化剧烈、随机性大的问题,利用PLC和模糊PID控制实现对掘进机截割电机的恒功率控制,建立了仿真模型,并利用Simulink进行了仿真分析.结果表明:通过PLC和模糊PID控制的掘进机截割恒功率控制系统提高了系统的控制精度和稳定性,使掘进机能够根据不同的煤岩特性,调节摆动速度,提高了掘进机的工作效率.     

电动机加液力变矩器驱动下的采煤机性能分析

目前采煤机主要采用电动机加变频器的驱动方式牵引,难以满足低速截割复杂煤层时需要更大输出转矩的要求。针对该问题,分析了采用电动机加液力变矩器驱动方式时采煤机的性能,对电动机与液力变矩器的合理匹配进行了理论分析并建立了相应的计算模型。以MG750/1860-WD型采煤机为例进行匹配分析,得出结论:电动机加液力变矩器的驱动方式在一定速度范围内可以实现采煤机牵引的无极变速及采煤机在不同工况下的截割牵引;与变频牵引相比,在相同截割牵引速度下,采用液力变矩器截割牵引可增大输出转矩,且液力变矩器的输出转矩随着牵引速度的降低而增大,最大输出转矩远超过变频牵引的最大输出转矩;在低速截割牵引条件下,液力变矩器截割牵引可以提高行走轮的输出转矩,增大采煤机的牵引能力,对于截割薄煤层和阻力较大的煤层具有重要意义。     

跟机自动化中采煤机自动控制方法研究

给出了采煤机自动控制系统结构;介绍了采煤机自动控制的实现:采用全截深双向跟机自动化割煤工艺和采煤机记忆截割技术,通过定义采煤机的位置参数和采煤机记忆截割参数表、液压支架跟机操作状态表,实现1个采样间隔长度内采煤机割煤流程,针对煤层条件突变采用基于人工免疫的方法处理;研究了基于灰色系统理论的采煤机自动控制优化方法。测试结果验证了该方法的可行性。     

基于采煤机摇臂销轴载荷数据卡尔曼最优估计的煤岩识别方法

采煤机的煤岩识别技术是实现智能控制的基础,现有煤岩识别方法对现场环境及检测设备要求较高,实际综采工作面难以满足所需的必要条件。针对上述问题,提出了一种基于采煤机摇臂销轴载荷数据卡尔曼最优估计的煤岩识别方法,在不增加外部附属仪器设备的基础上,采用摇臂销轴传感器替换现有销轴感知煤岩载荷,可较好地适应环境。通过测定位于摇臂与连接架连接处摇臂销轴传感器的应变数据,采用卡尔曼最优估计算法对载荷数据进行降噪处理,使采煤机在截割煤岩等不同工况下的载荷区间相互分开,通过判断实时载荷处于的区间实现煤岩识别。构建随机载荷信号,利用卡尔曼最优估计算法、最小均方（LMS）自适应估计算法、变步长LMS自适应估计算法对相同信号进行降噪处理,结果验证了卡尔曼最优估计算法对载荷信号降噪处理的可行性与优越性。在某综采实验平台上进行煤岩识别验证,以空载、截割煤壁、截割岩石3个阶段对煤壁侧上端摇臂销轴沿采煤机牵引方向的载荷进行分析,结果表明：载荷数据未经卡尔曼最优估计算法处理之前,截割煤壁与截割岩石状态下的载荷区间存在重合部分,无法准确完成煤岩识别;载荷数据经过卡尔曼最优估计算法处理后,空载、截割煤壁、截割岩石3种工况下的...     

跟机自动化中采煤机自动控制方法研究

给出了采煤机自动控制系统结构;介绍了采煤机自动控制的实现:采用全截深双向跟机自动化割煤工艺和采煤机记忆截割技术,通过定义采煤机的位置参数和采煤机记忆截割参数表、液压支架跟机操作状态表,实现1个采样间隔长度内采煤机割煤流程,针对煤层条件突变采用基于人工免疫的方法处理;研究了基于灰色系统理论的采煤机自动控制优化方法。测试结果验证了该方法的可行性。     

MGTY400/930-3.3D电牵引采煤机截割轴的改进与应用

针对MGTY400/930-3.3D电牵引采煤机在采煤过程中时常因割到较硬物体而损坏摇臂的问题,对采煤机进行了改进分析,指出最合适的方法是改进截割轴;提出一种截割轴的改进方案,即人为在截割轴上制造一处薄弱点,使滚筒割到硬物时损坏截割轴,以切断动力传递,并在轴心车一个螺孔,以便将断轴从电动机中取出。改进后的MGTY400/930-3.3D电牵引采煤机已在东滩煤矿某综采工作面得到应用,结果表明,该方案大大缩短了截割轴的更换时间,降低了摇臂损坏事故的发生率,提高了采煤机采煤的安全性。     

截割间距对镐型截齿破岩特性影响的试验研究

镐型截齿是掘进机、采煤机等矿山机械上应用最广泛的截齿类型。在实际截割过程中,镐型截齿主要工作于多齿耦合截割工况下,截割间距是该工况下的重要参数。针对截割间距对破岩过程影响的研究未考虑干涉截割的弱化作用的问题,提出一种多齿耦合截割时截割力的计算方法。针对石灰岩、红砂岩和2种模拟岩样开展了全尺寸单齿截割试验,对比分析自由截割和干涉截割的破岩过程。试验采集了截割力数据并进行了降噪处理,同时收集了截割碎屑,分析了截割间距对截割载荷、截割碎屑粒度、截割能耗、截割沟槽的影响规律。试验结果表明：(1)截齿截割力随截割间距增加而增大,并逐渐接近自由截割状态,且干涉截割与自由截割条件下的截割力比值与截割间距/截割深度之间存在较好的线性关系,相关系数均大于0.95。说明干涉截割条件下截齿的截割载荷可利用自由截割载荷进行估算,进而得到了基于已有峰值截割力模型的干涉截割条件下的截割力估算方程。(2)分别采用碎屑粒度指数（CI）和截割比能耗（SE）评价截割试验的碎屑粒度分布和截割能耗。随截割间距增大,CI呈先增大后减小的趋势,而SE呈先减小后增大的趋势。(3)当截割间距较小时,截割沟槽干涉显著,截割沟槽间残余岩...     

基于预测控制的采煤机滚筒自动调高系统

为了快速跟随工作面顶板的起伏变化,提高采煤机截割滚筒调高系统的响应速度,防止截割顶板而造成部件的损坏,利用预测控制的理论和方法,建立了基于预测控制的采煤机截割滚筒自动调高控制系统,该系统通过历史数据对煤岩界面进行预测,实时调节调高油缸的位移,使采煤机的截割滚筒跟随煤岩界面。利用MATLAB/simulink构建了该系统的仿真模型,仿真试验表明:该系统对截割滚筒高度具有超前预见性,较常规传统控制系统的调节时间缩短0.25s,超调量减小4.8%,反应灵敏、波动小、工作平稳。预测算法中采样点的增多,对滚筒高度的波动和超调量有减小作用,但是调节时间增大。     

悬臂式掘进机自动调速控制技术的研究

针对通用悬臂式掘进机截割控制存在无法实现截割轨迹规划与自动调速控制的问题,本文研究了悬臂式掘进机自动调速控制技术,借助PCC与工控机实现悬臂式掘进机的自动调速控制,利用ABAQUS软件对截割头与煤层三维模型进行有限元分析,以获取相关工况信息的关系,采用改进S形切割线路规划截割轨迹,构建截割臂摆动全局最优速度模型,最终采用模糊PID控制算法实现控制量计算,获取截割臂的最优控制,并通过反馈至工控机,由工控机下达可获取截割臂最佳摆动速度的控制指令。     

采煤机滚筒辅助设计及载荷计算软件的开发与应用

为解决滚筒的参数化建模、切削面积和方正率的计算、切削图、截齿排列图、截割性能曲线图的绘制以及采煤机动态可靠性分析载荷文本的生成等问题,采用Matlab与Excel联合开发出采煤机滚筒辅助设计及载荷计算软件。根据滚筒的外形尺寸、截齿和煤岩的性质、采煤工作面的赋存条件及确定的工况等相关参数,应用此软件可设计出截割比能耗较低、切削面积较大的SL1000型采煤机工作机构。经验证,该软件可快速实现采煤机工作机构的设计,实现了高产、高效、低能耗的目标,缩短了采煤机滚筒的设计时间,提高了采煤机滚筒的设计能力和工作性能。     

基于捷联惯导系统的采煤机定位与姿态调整

针对现有采煤机定位与姿态调整方法准确性较差的问题,在地面有缓慢坡度变化的情况下,对基于捷联惯导系统的采煤机定位与姿态调整方法进行了研究。首先介绍了采煤机定位技术,即由捷联惯导系统获取采煤机运动参数信息,采用欧拉角法对数据进行处理,进而完成采煤机位姿解算及实时定位;然后以采煤机截割高度调整为例,介绍了基于捷联惯导系统的采煤机姿态调整方法,重点推导了采煤机在不同截割工况下,采煤机截割高度与机身倾角之间的关系式;最后采用采煤机模型进行采煤机定位与截割高度调整实验,结果表明基于捷联惯导系统的采煤机定位与姿态调整方法可有效提高采煤机的定位与姿态调整精度。     

高瓦斯煤矿综采工作面采煤机速度动态控制系统研究

为进一步优化高瓦斯煤矿综采工作面采煤机截割速度控制系统、保证采煤机安全运行、提高采煤机生产效率,在原采煤机截割电动机变频控制系统的基础上,利用传感器技术,对综合考虑综采工作面顶板压力和瓦斯浓度的采煤机截割电动机速度动态控制系统进行了研究。基于采煤机速度动态控制系统的设计结构,对该结构的压力、瓦斯数据的采集、软件滤波方法进行了详细分析。根据采集到的传感器数据,设计了采煤机截割电动机速度动态控制方案。出厂试验以及实际应用结果表明,综合考虑综采工作面顶板压力、瓦斯浓度的采煤机速度动态控制系统,可进一步优化采煤机截割部电动机的速度控制,保证采煤机在高瓦斯环境的安全、高效生产。