隨著煤炭開采向深部煤層發(fā)展,深部煤層中瓦斯爆炸、巖層垮塌、突水等地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生率高、偶然性強(qiáng)、人員傷亡率高,對(duì)采煤機(jī)的可靠性、無人化以及工況適應(yīng)能力提出了很高的要求。采煤機(jī)作為綜采成套裝備的主要設(shè)備之一,具有截割效率高、破煤能力強(qiáng)的特點(diǎn),對(duì)提高工作面的產(chǎn)能和效率起著決定性的作用。由于截割環(huán)境復(fù)雜多變,煤層中含有強(qiáng)度較高的巖石夾矸、硬質(zhì)包裹體、巖石斷層等,使得作用在滾筒的外載荷具有隨機(jī)性、強(qiáng)沖擊的特點(diǎn),導(dǎo)致截割傳動(dòng)系統(tǒng)故障頻發(fā)。不同穩(wěn)態(tài)截割工況下,當(dāng)牽引速度在較大范圍內(nèi)變化時(shí),滾筒恒速截割很難保證采煤機(jī)處于截割能力強(qiáng)、截割比能耗小、塊煤率高等采煤綜合性能最佳的工作狀態(tài)。因此,無人化條件下的采煤機(jī)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)需具有高動(dòng)態(tài)的工況自適應(yīng)能力,在保證傳動(dòng)系統(tǒng)可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)的高效生產(chǎn)。本文依托國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計(jì)劃(973計(jì)劃)項(xiàng)目“深部危險(xiǎn)煤層無人采掘裝備關(guān)鍵基礎(chǔ)研究”的課題四“重載突變工況的高效動(dòng)力傳遞原理及自適應(yīng)控制方法”(課題編號(hào):2014CB046304),以某電牽引采煤機(jī)為研究對(duì)象,以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜截割工況下無人采煤機(jī)可靠運(yùn)行和優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)為目標(biāo),開展了復(fù)雜截割工況下采煤機(jī)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)自適應(yīng)控制研究,具體研究工作如下:①綜合考慮齒輪時(shí)變嚙合剛度、電機(jī)動(dòng)態(tài)特性及滾筒載荷動(dòng)態(tài)特性,建立了采煤機(jī)截割傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電耦合動(dòng)力學(xué)模型、牽引傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電耦合動(dòng)力學(xué)模型及驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)模型,根據(jù)滾筒載荷傳遞的耦合關(guān)系建立采煤機(jī)截割-牽引系統(tǒng)機(jī)電耦合動(dòng)力學(xué)模型。②針對(duì)重載突變工況,研究了沖擊載荷對(duì)采煤機(jī)截割傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電動(dòng)態(tài)特性的影響規(guī)律,截割電機(jī)控制特性對(duì)截割傳動(dòng)系統(tǒng)不同齒輪副動(dòng)載荷沖擊能量的抑制效果以及電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩波動(dòng)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)載荷沖擊能量的影響:針對(duì)不同穩(wěn)態(tài)截割工況,研究了滾筒變速截割對(duì)采煤綜合性能的影響,包括滾筒運(yùn)動(dòng)參數(shù)對(duì)截割傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性、采煤生產(chǎn)率、塊煤率及截割比能耗的影響規(guī)律;為重載突變工況下采煤機(jī)截割傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)載荷自適應(yīng)抑制控制和不同穩(wěn)態(tài)截割工況下采煤綜合性能最優(yōu)的截割-牽引調(diào)速控制奠定基礎(chǔ)。③針對(duì)重載突變工況,以彈性軸兩端轉(zhuǎn)速差為反饋信號(hào),提出了基于自抗擾轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?shù)慕馗顐鲃?dòng)系統(tǒng)動(dòng)載荷抑制的自適應(yīng)控制方法;首先以彈性軸兩端轉(zhuǎn)速差等于零為控制目標(biāo),將系統(tǒng)動(dòng)載荷抑制問題轉(zhuǎn)化成目標(biāo)軌跡跟蹤問題,并在直接轉(zhuǎn)矩控制器原給定電磁轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上疊加補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩,通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)矩來抑制傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)載荷沖擊能量。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合自適應(yīng)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制對(duì)自抗擾控制器內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)整定,并獲得了滿足復(fù)雜沖擊工況的專家控制規(guī)則,實(shí)現(xiàn)了對(duì)截割傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)載荷沖擊能量的有效抑制。④針對(duì)不同穩(wěn)態(tài)截割工況,以牽引速度、滾筒轉(zhuǎn)速為優(yōu)化變量,以系統(tǒng)動(dòng)載荷、采煤生產(chǎn)率、塊煤率以及截割比能耗為子目標(biāo),建立了不同穩(wěn)態(tài)截割工況下采煤機(jī)綜合截割性能的多目標(biāo)優(yōu)化模型;采用權(quán)重系數(shù)輪換法,實(shí)現(xiàn)了不同穩(wěn)態(tài)截割工況下權(quán)重系數(shù)組合的動(dòng)態(tài)調(diào)整;最后,利用遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算,分別得到了全煤煤層、夾矸煤層和巖石斷層工況下采煤綜合截割性能最優(yōu)的牽引速度和滾筒轉(zhuǎn)速,實(shí)現(xiàn)了不同穩(wěn)態(tài)截割工況下采煤綜合性能最優(yōu)的截割-牽引調(diào)速控制。在此基礎(chǔ)上,結(jié)合瞬態(tài)沖擊工況下系統(tǒng)動(dòng)載荷自適應(yīng)抑制控制方法,實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜截割工況下可保證安全運(yùn)行和優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)的采煤機(jī)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的自適應(yīng)控制。⑤搭建了采煤機(jī)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)高性能實(shí)驗(yàn)臺(tái),基于dSPACE和QuantumX平臺(tái)開發(fā)了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和測控系統(tǒng);開展了變載變速工況下采煤機(jī)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的實(shí)驗(yàn)研究以及截割傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)載荷沖擊能量的自適應(yīng)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償控制實(shí)驗(yàn)研究,從總體規(guī)律上驗(yàn)證了系統(tǒng)機(jī)電動(dòng)態(tài)特性理論研究結(jié)果的正確性和所提出的系統(tǒng)動(dòng)載荷自適應(yīng)控制方法的有效性。
【學(xué)位單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TD632.1
【部分圖文】：

2 2.5 3 02.5 3 3.5 4 4.5sc 5 d 73.4Fig.3.4 Dynamic loads of different gear meshing pairs under impac一步分析突變載荷對(duì)不同位置齒輪副動(dòng)載荷的影響，積分（IAE）的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)[113]，實(shí)際上通過積分得系統(tǒng)動(dòng)載荷曲線與橫坐標(biāo)時(shí)間軸所圍的面積，即沖擊能21( ) ( )dtotS = F t F t t∫ t）為動(dòng)載荷實(shí)際值，F(xiàn)o（t）為動(dòng)載荷穩(wěn)態(tài)目標(biāo)值。沖的抑制效果越好。

5.5Fig.5.5 Optimal solution sets of motion parameters under different cutting conditionsa. 全煤工況圖 5.5（a）為全煤工況下隨截割阻抗變化的采煤機(jī)最優(yōu)牽引速度和滾筒轉(zhuǎn)速。當(dāng)截割阻抗小于 250kN/m 時(shí)，牽引速度和滾筒轉(zhuǎn)速分別維持在 7m/min 和30.8r/min；隨著截割阻抗的增加，由于約束條件限制，牽引速度逐漸下降，同時(shí)滾筒轉(zhuǎn)速隨牽引速度的降低而匹配調(diào)整，并逐漸降低；當(dāng)截割阻抗達(dá)到 360kN/m 時(shí)，滾筒轉(zhuǎn)速維持在 20r/min 的穩(wěn)定值。b. 夾矸工況圖 5.5（b）為夾矸工況下最優(yōu)牽引速度和滾筒轉(zhuǎn)速。當(dāng)截割阻抗小于 230kN/m時(shí)，牽引速度和滾筒轉(zhuǎn)速分別維持在 7m/min 和 34.2r/min；隨著截割阻抗的增加，由于約束條件限制，牽引速度逐漸下降，同時(shí)滾筒轉(zhuǎn)速隨牽引速度的降低而匹配調(diào)整；當(dāng)截割阻抗達(dá)到 340kN/m 時(shí)，滾筒轉(zhuǎn)速維持在 22.8r/min 的穩(wěn)定值。c. 煤巖斷層工況

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2814971