采煤机滚筒调高系统建模及仿真

为提高采煤机滚筒调高系统的动态特性及跟踪可靠性,通过分析滚筒调高系统工作原理及液压机构几何参数对应关系,建立了滚筒高度与液压缸行程数学模型;结合模糊自适应PID控制器,在Automation Studio软件环境下建立了电液比例换向阀控液压缸开环和闭环控制滚筒调高系统仿真模型,研究了空载和负载情况下系统的速度响应及位置跟踪特性,结果表明提出的滚筒调高系统响应速度快,对滚筒位置跟踪的吻合度较好,且闭环控制滚筒调高系统优于开环控制滚筒调高系统。     

斜切工况下采煤机滚筒截割煤岩仿真分析

为研究斜切工况下采煤机滚筒的运动规律及受力特性,利用ADAMS建立了斜切工况下采煤机虚拟样机模型,通过运动仿真得到了斜切工况下采煤机滚筒运动曲线,并以该曲线作为滚筒运动边界条件;采用LS-DYNA对斜切工况下采煤机滚筒截割煤岩进行了模拟仿真,得到了斜切工况下滚筒受力特性。仿真结果表明:斜切工况下滚筒的截割阻力和牵引阻力逐步增大并最终趋于稳定,且截割阻力约为牵引阻力的2倍;滚筒轴向力呈先增大后减小趋势,最大轴向力出现在滚筒轴向位移达到最大时,且滚筒轴向力与轴向位移密切相关;滚筒力矩主要由截割阻力和轴向力产生,且力矩大小变化趋势与产生力矩的作用力的变化趋势一致。     

基于GSO-BFA的采煤机双滚筒同步调高控制

为研究采煤机滚筒在煤岩混合复杂工况下的调高连续性,依据液压机构的工作原理建立了滚筒调高机构的动力学模型.基于自适应模糊微分积分滑模(AFDI-SMC)鲁棒性强的优点,采用了萤火虫-细菌觅食(GSO-BFA)算法优化滑模控制器参数条件下的滚筒调高控制方案.为保证双滚筒工作时举升高度的一致性,引入偏差-环形耦合同步控制策略补偿位置偏差,同时采用融合算法(GSO-BFA)对外闭环(滚筒高度-电压)控制器参数进行优化,并分析了双滚筒同步调高性能,且与采用遗传算法(GA)优化的系统同步调高精度相比较.仿真结果表明,采用融合算法优化且结合自适应模糊微分积分滑模的滚筒同步调高系统具有良好的鲁棒性及较高的同步精度.     

模型预测控制模型在采煤机调高系统中的应用研究

针对目前采煤机调高系统中通常使用电磁开关阀调高,存在稳定性不高、精度欠佳等问题,以MG300/700-WD型交流电牵引采煤机为研究对象,通过在其调高系统常规模型中加入模型预测控制器,建立了该采煤机调高系统模型预测控制模型;对该模型预测控制器的采样时间和预测时域长度2个参数进行调整,可减少电磁开关阀的开关次数和工作时间,使滚筒根据目标高度进行准确实时调高。仿真结果表明,与常规模型相比,基于模型预测控制模型的采煤机调高系统在给定输入后6s左右达到稳定,减少了电磁开关阀开关次数,超调量降低了28.8%,提高了系统的稳定性与实时性。     

采煤机开采作业机电液一体化虚拟仿真平台设计

针对目前采煤机开采作业虚拟仿真大多根据预设轨迹进行三维仿真、较少考虑煤层负载影响、不能展现采煤机运行动态过程的问题,利用LabVIEW与Simulink的交互式程序开发技术,将采煤机开采作业的三维仿真、电气与液压系统仿真、具体工况三者有机结合起来,设计了采煤机开采作业机电液一体化虚拟仿真平台。在煤层负载突变工况下,通过对电气调速系统、液压调高系统的控制,实现滚筒转速和牵引速度自动调整,从而降低滚筒负载。测试结果表明:该平台能精确、形象地展现采煤机运行的动态过程与煤层负载突变工况下的控制过程。在采煤机操作培训中,该平台能帮助采煤机操作人员掌握煤层负载突变工况下的采煤机控制策略,避免实操风险。     

复杂煤层条件下采煤机破煤过程的可靠性研究

以有限元理论与刚柔耦合多体动力学为基础,利用ANSYS/LS-DYNA软件建立了复杂煤层条件下螺旋滚筒的煤岩耦合模型,得到了不同工况下螺旋滚筒受到的冲击载荷以及煤岩的塑性变形分布规律;并找出了截齿在工作过程中的应力分布规律。基于LS-DYNA提取的滚筒载荷文本,通过ADAMS软件对采煤机整机刚柔耦合虚拟样机模型进行动力学仿真分析,发现了采煤机壳体与行星架的应力分布。结合神经网络技术,以不同工况下采煤机关键零件的等效应力值作为神经网络训练样本,获得在关键零件应力值最小时的采煤机牵引速度的最优值。分析结果为采煤机螺旋滚筒的结构设计及其截割性能的提高提供了重要参考。     

改进型采煤机滚筒调高记忆程控策略

为了提高采煤机滚筒高度调整的精确性,给出了采煤机滚筒静态调高模型,分析了液压调高系统的响应时间与记忆程控策略的关系,提出了考虑液压系统响应时间的改进型记忆程控策略。该策略将滚筒高度变化简化为线性变化,可在一定程度上避免滚筒调高过程中出现截割顶板的现象,提高了截割的安全性,且具有算法简单、调高精度高等优点。     

采煤机自动调高控制系统设计

由于综采工作面工作环境的复杂性和负载的随机性,导致记忆截割的自动调高存在控制累积偏差,使得采煤机截割效率降低.针对采煤自动调高的电液比例控制,建立了调高液压缸的数学模型,采用模糊PID控制策略设计了采煤机自动调高控制器.运用Matlab中的Simulink仿真模块对设计的采煤机控制器进行仿真分析,给定阶跃信号和正弦信号,比较传统PID和模糊PID的控制效果.结果表明,运用模糊PID控制的仿真曲线响应更平稳,更快,且控制效果达到工矿要求.     

薄煤层采煤机调高系统PID控制的研究与仿真

为了使采煤机滚筒调高系统在复杂工况下具有比较强的抗干扰能力,设计了模糊PID控制器.简单介绍采煤机的控制原理,建立系统数学模型,设计模糊控制器,对系统的稳定性进行判断.在稳定的控制系统下,建立仿真模型,给系统输入实际开采情况的三向力和三向力矩,比较无控制时、PID控制下、模糊PID控制下的输出曲线.结果表明:模糊PID控制系统的力波动范围最小,其次是PID控制,最差的是无PID控制.结论是模糊PID的控制效果最好,可以更好地满足系统的要求.     

潜孔钻机钻臂虚拟样机建模与动力学仿真

研究潜孔钻机优化定位和结构设计问题,潜孔钻机钻臂是一种复杂的多关节机构的特点,传统的方法采用机器人动力学模型求解困难。为了提高设计的可靠性和有效性,提出一种虚拟样机技术进行设计,建立仿真系统。首先采用Pro/E和ADAMS建立钻臂虚拟样机模型,再结合实际工况对钻臂四个典型动作进行动力学仿真,得到各液压缸受力变化曲线。实验结果进行了对比。实验表明仿真模型和仿真结果合理可靠,为进一步进行钻臂设计和研究提供了可靠的参考依据。     

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。     

基于延迟观测器的采煤机自动调高策略研究

针对采煤机调高系统中信号存在的输出延迟问题,对系统控制精度造成的影响,提出基于输出延迟观测器的滑模控制策略.通过分析采煤机自动调高系统的工作原理,建立采煤机滚筒高度和调高油缸数学模型,得到了采煤机滚筒高度和系统空间状态方程,设计了输出延迟观测器,分析了不同延迟时间内的观测误差,采用滑模控制器实现了采煤机滚筒高度的自动调节.仿真结果表明,将延迟观测器与滑模控制相结合,不仅解决了信号输出存在的延迟问题,而且相对于无延迟观测器的控制系统,跟踪误差小、控制效果理想.     

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。     

基于单片机的采煤机自动调高控制系统

以自然γ射线煤岩界面识别传感器煤厚测报模型为基础 ,对采煤机滚筒自动调高控制系统进行了设计 ,主要确定了系统的调高方案、硬件组成及控制器设计 ,为实现采煤机自动化建立了控制理论模型     

基于振动特性分析的采煤机煤岩识别控制系统

针对采煤机截割过程中的煤岩识别及滚筒自动调高控制问题,提出并设计了一种基于振动特性分析的采煤机煤岩识别控制系统。该系统采用传感器检测采煤机滚筒在截割煤岩过程中3个方向的振动信号,采用PLC进行振动信号的分析和处理,得到采煤机滚筒在截割煤岩过程中的振动特性规律,由此建立采煤机滚筒调高控制规则表,并通过反馈信号偏差在线查表和控制信号输出的闭环控制方法实现采煤机滚筒的自动调高控制。相似模拟截割试验结果表明,该系统能够较好地实现煤岩界面识别和滚筒自动调高控制,具有良好的动态性能。     

折叠机构力学性能研究

为提高大型机构设计的可靠性、有效性,使用UG NX3和ADAMS,研究了一种天线车雷达折叠机构的虚拟样机建模和运动仿真.通过对天线车雷达折叠机构虚拟样机模型的转化,解决了ADAMS软件三维建模功能较弱的问题.结合天线车雷达折叠机构实际工作条件,对折叠机构进行了仿真,获得了其静力学、动力学特性参数.对虚拟样机进行初步试制的结果表明本折叠机构在液压缸优化压力推动下可以实现平稳,可靠运动,为进一步的结构细化提供了可靠的参考依据.     

采煤机滚筒自动调高技术的分析

滚筒自动调高是实现采煤工作面自动化的关键技术之一,其核心是煤岩分界识别技术。采用记忆智能程控为主与传感器煤岩分界为辅的综合识别技术,不仅可弥补单一传感器识别所带来的稳定性、可靠性差和精度低等问题,又可避免记忆程控过于依赖人的行为所带来的不及时和随机现象。此种技术方法适用于大功率自动化采煤机,是首选的调高方法。     

采煤机滚筒工作性能优化研究

在实际生产中,截割破碎过程是多作用耦合的结果,离散元法(DEM)与多体动力学(MBD)双向耦合技术可实现煤机设备与煤壁的信息交互,符合实际生产情况,具有较大的优越性。为提高采煤机滚筒的工作性能,基于DEM-MBD双向耦合机理,结合力学性能试验和模拟试验得到实际工况参数,采用仿真软件EDEM和RecurDyn建立了采煤机滚筒截割煤壁的双向耦合模型,对仿真过程中滚筒所受的转矩和截割力进行分析,证明耦合效果和截割效果较好。设计了单因素试验和正交试验,分析了滚筒运行参数对工作性能的影响规律,并利用SPSS软件得到滚筒转速、截割深度、牵引速度对截割比能耗、装煤率、载荷波动系数的影响程度,通过现场试验验证了模型的可行性。构建了以滚筒转速、截割深度、牵引速度为决策变量,以截割比能耗、装煤率和载荷波动系数为目标的多目标优化模型,利用改进多目标灰狼(MOGWO)算法和优劣解距离法(TOPSIS)对模型进行求解,得出当滚筒转速为31.12 r/min、截割深度为639.4 mm、牵引速度为5.58 m/min时,采煤机滚筒的工作性能最优,此时截割比能耗为0.467 7 kW·h/m³...     

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%。     

采煤机截割部行星减速器可靠性分析

为研究多因素影响下采煤机截割部行星减速器的可靠性,以MG400/951-WD采煤机为研究对象,根据截齿受力分析和煤样机械性质测定结果,计算出螺旋滚筒受到的载荷曲线。将载荷施加给截割部模型进行仿真,得到行星架与行星轴的应力信息;通过构建应力-可靠度的高斯型隶属度函数,获取行星架与行星轴的可靠度信息。基于正交试验分析煤的普氏系数、采煤机牵引速度及滚筒截割深度对行星减速器可靠度的影响规律及显著性程度,得出结论:采煤机牵引速度对行星减速器可靠性的影响最大,其次是煤的普氏系数,截割深度对行星减速器可靠性的影响最小;随着煤的普氏系数增大,行星减速器可靠度降低的幅度增大,且可靠度降低趋势愈加明显;随着牵引速度和截割深度的增加,行星减速器可靠度降低的幅度趋于平缓。