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摘要:文章基于7LS－LWS638型采煤機(jī)進(jìn)行采煤機(jī)智能化控制技術(shù)研究，以實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)滾筒智能調(diào)高和記憶截割的智能化控制。通過遺傳算法與PID控制器結(jié)合，并應(yīng)用電液比例閥等裝置，實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)滾筒調(diào)高和截割深度控制，同時(shí)通過優(yōu)化采煤機(jī)自動(dòng)截割流程，使得采煤機(jī)在完成兩個(gè)循環(huán)煤層手動(dòng)截割后可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)截割，與傳統(tǒng)控制技術(shù)相比，智能化控制技術(shù)下設(shè)備運(yùn)行更加穩(wěn)定，抗干擾能力更強(qiáng)。

關(guān)鍵詞:智能化控制;傳統(tǒng)技術(shù);滾筒智能調(diào)高;記憶截割

采煤機(jī)是井下工作面重要采掘設(shè)備，與刮板輸送機(jī)和液壓支架共稱為工作面“三機(jī)”。隨著煤礦科學(xué)技術(shù)的充分發(fā)展，采煤機(jī)信息化、自動(dòng)化程度逐漸提高，井下采煤機(jī)的采煤效能受采煤機(jī)機(jī)電液智能化控制程度越來越高［1］。文章以井下7LS－LWS638型采煤機(jī)為實(shí)際應(yīng)用背景，進(jìn)行采煤機(jī)滾筒的智能化調(diào)高控制和自動(dòng)化截割功能研究，為提高綜采工作面采煤機(jī)智能化控制奠定基礎(chǔ)。

1工程概況

常村煤礦2105工作面位于3號(hào)煤層，該煤層位于山西組的中、下部，煤層賦存穩(wěn)定，煤層均厚5．85m，煤層傾角近水平，煤體容重1．4t/m3，煤層普氏硬度0．4，埋藏深度為453．2～517．7m之間。工作面頂?shù)装鍘r性如表1所示。

2采煤機(jī)智能化技術(shù)

常村煤礦2105工作面采用的是7LS－LWS638型采煤機(jī)，該型采煤機(jī)生產(chǎn)能力4000t/h，牽引功率110kW，截割高度4．5m，滾筒直徑2．2m。采煤機(jī)的智能化是利用設(shè)備電氣控制系統(tǒng)的控制指令，控制采煤機(jī)液壓系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)機(jī)械部件智能化控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)的自動(dòng)截割［2－3］。采煤機(jī)主要有電控箱、截割電機(jī)、牽引電機(jī)、牽引齒輪箱、泵電機(jī)、截割滾筒、牽引驅(qū)動(dòng)塊、搖臂和破碎機(jī)9個(gè)部分。其中采煤機(jī)截割電機(jī)通過控制滾筒截割深度和截割速度，實(shí)現(xiàn)截割量的控制;泵電機(jī)通過控制液壓閥，調(diào)節(jié)油缸伸縮量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)滾筒截割高度的控制;采煤機(jī)行走方向和行走速度受牽引電機(jī)控制。

2．1采煤機(jī)滾筒智能調(diào)高控制技術(shù)

采煤機(jī)滾筒是通過調(diào)節(jié)油缸的伸縮量，來實(shí)現(xiàn)對(duì)搖臂擺動(dòng)的上下控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)滾筒高度的調(diào)節(jié)。采煤機(jī)滾筒智能化調(diào)高，實(shí)際上是通過改變電磁閥的開口大小和流量，對(duì)油缸活塞桿的行程和速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。傳統(tǒng)采煤機(jī)調(diào)高系統(tǒng)主要依據(jù)電磁閥，為保證系統(tǒng)可靠性，采煤機(jī)智能化控制以電液比例閥為關(guān)鍵部件，進(jìn)行智能調(diào)高控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)原理如圖1所示。由圖1可知，智能調(diào)高系統(tǒng)按給定的信號(hào)，調(diào)控電液比例閥控制開口大小，液壓泵依據(jù)電液比例閥變化，從油箱向油缸中泵入相應(yīng)比例的油量，當(dāng)泵入油量增大時(shí)，油缸活塞行程和速度增加，當(dāng)泵入油量降低時(shí)，油缸活塞行程和速度降低。為滿足滾筒智能調(diào)高系統(tǒng)的控制效率和控制精準(zhǔn)度，采煤機(jī)智能化控制引入遺傳算法，并通過PID控制器實(shí)現(xiàn)調(diào)高系統(tǒng)的智能化，其核心工作為遺傳算法通過優(yōu)化PID控制器中信號(hào)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)油缸活塞桿移動(dòng)方向和行程及移速的精準(zhǔn)控制［4］。

2．2采煤機(jī)記憶截割功能研究

除滾筒智能調(diào)高控制系統(tǒng)外，還需要對(duì)采煤機(jī)截割深度進(jìn)行自動(dòng)化控制，從而實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)的記憶截割功能，其自動(dòng)截割工作流程如圖2所示。由圖2可知，采煤機(jī)自動(dòng)截割工作流程以中央控制器為核心展開，采煤機(jī)各系統(tǒng)部件運(yùn)行參數(shù)和截割角度傳感器及齒輪傳感器等信息數(shù)據(jù)傳送至中央控制器，然后數(shù)據(jù)經(jīng)過優(yōu)化處理獲得采煤機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，再由中央控制器將各參數(shù)傳輸至各系統(tǒng)部件及相關(guān)傳感器，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)截割深度、牽引等運(yùn)行狀態(tài)的控制，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)生產(chǎn)自動(dòng)化。

3采煤機(jī)智能化控制技術(shù)應(yīng)用

為進(jìn)一步確認(rèn)采煤機(jī)智能化控制技術(shù)效果，用AMESim軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證。利用軟件建立采煤機(jī)滾筒調(diào)高液壓控制系統(tǒng)模型，時(shí)步(即軟件獲取模型速度數(shù)據(jù)的最小時(shí)間間隔)設(shè)為0．01s，總時(shí)長(zhǎng)5s。通過模擬方針獲得如圖3所示的傳統(tǒng)和智能化控制技術(shù)下調(diào)高油缸活塞桿的運(yùn)動(dòng)特性圖。在圖3(a)中，油缸活塞桿速度經(jīng)常發(fā)生突變，且2s后，速度變化更加密集，說明此時(shí)采煤機(jī)控制系統(tǒng)受到外界干擾增加，而自身抗干擾能力弱，而在圖3(b)中油缸活塞桿速度變化相對(duì)恒定，并無明顯的速度紊亂現(xiàn)象。因此智能化技術(shù)穩(wěn)定性更強(qiáng)，系統(tǒng)抗干擾能力得到更高［5］。圖3兩種技術(shù)條件下運(yùn)動(dòng)特性效果對(duì)比同時(shí)采煤機(jī)智能化控制技術(shù)基于遺傳算法，在采煤機(jī)完成兩個(gè)循環(huán)的手動(dòng)截割操作后，通過過程中的學(xué)習(xí)記錄實(shí)現(xiàn)后續(xù)工作面的自動(dòng)截割，較傳統(tǒng)控制技術(shù)自動(dòng)化程度更高，且與刮板輸送機(jī)、液壓支架的智能化控制，將為提高工作面采煤效率奠定基礎(chǔ)。

4結(jié)語

文章通過以7LS－LWS638型采煤機(jī)為實(shí)際研究背景，通過對(duì)采煤機(jī)滾筒智能調(diào)高和記憶截割實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)智能化控制。1)將遺傳算法與PID控制器結(jié)合，通過對(duì)調(diào)高滾筒電機(jī)元器件控制，實(shí)現(xiàn)滾筒調(diào)高控制，且調(diào)高過程較傳統(tǒng)控制技術(shù)更加穩(wěn)定。2)采煤機(jī)智能化控制技術(shù)根據(jù)煤層特征，完成兩個(gè)循環(huán)煤層手動(dòng)截割后可完成后續(xù)煤層自動(dòng)截割。

參考文獻(xiàn):

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［4］符如康，張長(zhǎng)友，張豪．煤礦綜采綜掘設(shè)備智能感知89與控制技術(shù)研究及展望［J］．煤炭科學(xué)技術(shù)，2017，45(9):72－78．

［5］馬念杰，吳聯(lián)君，劉洪艷，等．煤巷錨桿支護(hù)關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)探討［J］．煤炭科學(xué)技術(shù)，2006，4(5):77－79．

作者:王強(qiáng) 石巖 單位:潞安化工集團(tuán)常村煤礦 潞安職業(yè)技術(shù)學(xué)院