综采面无线采煤机截煤跟踪降尘系统的设计

为了有效地解决现有综采面采煤机截煤跟踪降尘系统各设备间由于有线连接的安装难度大、线路易扯断、维护繁琐等问题,设计了一种基于无线通信的采煤机截煤跟踪喷雾系统。阐述了系统的总体结构,介绍了采煤机定位发射器和定位接收器的设计原理,重点介绍了喷雾控制箱的硬件设计、软件设计以及低功耗设计过程。通过在实验室搭建模拟系统,进行了喷雾功能实验,结果表明:该系统各设备之间采用无线通信,减少了中间的线路连接,安装及维护简单,系统能够按照设定的系统喷雾参数,控制电动球阀的开启和关闭,实现采煤机滚筒附近的喷雾降尘。

采煤机截割部低照度图像的边缘检测技术

针对井下低照度环境下采煤机截割部边缘检测任务中存在的边缘缺失、细节模糊等问题,提出一种基于分数阶微分的边缘检测Lif算法。首先采用更大的检测模板尺寸,根据Grünwald-Let-nikov分数阶定义构造最初的分数阶掩膜算子;然后根据Pascal三角形理论确定掩膜算子上各位置的权重系数,并将掩膜算子扩展到4个不同方向;最后将得到的掩膜算子与图像进行卷积,利用图像的局部特征信息对每个方向的微分结果进行后处理。结果表明:(1)在进行多个不同场景的井下低照度图像上的实验时,Lif算法可以更全面地获取图像中不同方向上的边缘信息,在处理低照度图像时具备更强的抗噪性能,并且提取的边缘线条比其余边缘检测算法更加清晰、完整,保留了更多的纹理细节信息。(2)在客观指标评价的对比上,与基于分数阶灰色系统模型的边缘检测算法以及改进的分数阶Sobel边缘检测算法相比,Lif算法在Entropy指标上分别提高了43%、11%,AG指标上分别提高了23%、23%,SSIM指标上分别提高了152%、6%。表明Lif算法在进行采煤机截割部的边缘检测任务时更具优势,研究对井下设备工作运行时的安全性和可靠性提升具有重要意义。

采煤机滚筒适应性设计方法研究

针对目前采煤机滚筒在开采赋存条件复杂煤层时损耗较高、适应性较差等问题,研究相对系统完善的滚筒设计方法,以期提高设计效率、缩短生产周期,提高经济效益。首先,针对煤炭开采中因煤岩硬度、矸径比、工作面倾角等复杂工况导致滚筒适应性差、机械化综采效率低的问题,进行截齿排列方式、煤岩硬度、截割方向等方面的适应性设计理论研究,建立不同倾角煤岩堆积面积模型和截割方向的煤岩破碎力学模型,揭示装煤量随倾角和矸径比等煤岩特性的关系;其次,针对滚筒叶片原型标准化难、互换性差等问题,建立相对完整的叶片结构设计模型;最后,基于煤岩压酥效应和装载量沿轴线逐渐增大的工程实际,对传统采煤机滚筒进行结构优化,设计阶梯形和锥形滚筒,建立截割数值模型和装载理论模型,采用试验验证所提特种采煤机滚筒的优势,为新型采煤机滚筒的设计研究提供理论及试验依据。研究结果表明:选用20°螺旋升角的叶片式滚筒性能最佳,畸变式截齿排列布置的滚筒性能优于其他3种截齿排列布置的滚筒性能;在含夹矸煤层工况下,棋盘式截齿排列布置滚筒性能最优;在含倾角煤层工况下,畸变式与棋盘式滚筒的性能优于顺序式滚筒的性能;阶梯滚筒截割性能比普通滚筒的更好,锥形滚筒的装煤能力比普通滚筒的装煤能力更强。

薄煤层综采工作面智能化关键技术与应用

针对薄煤层工作面开采长期面临的装备配套性能低、智能化程度低、经济效益低、劳动强度高的“三低一高”问题,构建了工作面生产时地面工艺调度决策,井下设备依据决策自动执行的“地面规划采煤、装备自动执行、面内无人作业”的智能无人开采新模式。建立了以地面控制中心为核心,以井上下万兆网络通讯平台、采煤机规划截割、液压支架主从调度、机载音视频装置、巡检机器人、电缆拖拽、三岗合一为辅的成套化薄煤层智能化开采关键技术。通过工业实践表明,该模式可实现生产时将工作面内作业人员由原来3人减为无人,达到无人则安;生产效率由原来的每天12刀提升到14刀,最高达到16刀,平均提升17%以上。

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。

薄煤层采煤机大截深开采技术研究与应用

针对部分薄煤层工作面通过增大滚筒截深来提高开采效率和减少工人劳动强度的需求,建立了折算单刀开采效率计算模型,对开采效率提高影响较大的装煤效果和牵引速度深入研究分析,并提供两个具有代表性的应用案例。本文研究为矿方研究其通过增大截深提高开采效率的可行性提供分析思路,同时也对薄煤层大截深开采技术的发展有一定的指导意义。

中薄煤层采煤机技术发展与应用

针对近年来中薄煤层高产高效开采的快速发展现状,总结了在中厚偏薄硬质煤层、复杂工况较薄煤层和0.9 m采高极薄煤层开采中应用的几款典型采煤机特点;分析了在中薄煤层采煤机中推广应用的摇臂硬岩截割、高可靠牵引行走和高效智能控制等关键技术;展望了中薄煤层采煤机的技术发展方向;对煤矿井下工作面采煤机设备选型和采煤机技术研发方向提供一定的参考。

采煤机自适应截割技术的控制策略与应用

为优化采煤机自适应截割技术,通过分析截割电机定子电流与煤层开采截割电阻范围的变化,提出分阶段优化调节采煤机牵引速度与滚筒转速,以300 kW截割输出功率采煤机为对象,制定不同调速控制策略。结果表明,截割电机定子电流和截割负载变化趋势相同,可根据截割电机定子电流与截割电阻关系自动截割开采不同硬度的煤层。

煤矿液压牵引采煤机截割路径多目标规划方法及其工程应用

针对现有液压牵引采煤机截割路径规划不合理,导致作业成本增加、生产效率降低的问题,提出煤矿液压牵引采煤机截割路径多目标规划方法研究。先采用LS-SVM模型、滚动预测算法搭建一种多输入、单输出的煤层地貌数据时间序列模型;然后基于运动学原理分析液压牵引采煤机截割运动机理,以能耗最小、作业成本最小及生产效率最大为目标函数;最后根据启发式搜索找出液压牵引采煤机各运动状态符合目标函数的最佳作业子路径集合,确定全局最佳截割路径。测试结果表明,液压牵引采煤机截割路径规划与理想截割路径基本一致,且路径规划时间最短,有效延长了液压牵引采煤机内部零件的使用寿命,大大提升了煤矿采煤生产效率。

采煤机滚筒运动参数的分析研究

根据采煤机截割理论,建立了滚筒截割比能耗与滚筒运动参数(滚筒转速、牵引速度)间关系的数学模型;同时,以畸变1式截齿排列的切屑图为基础,建立了块煤率与滚筒运动参数关系的数学模型。并以截割比能耗和块煤率的模型为基础,研究了滚筒运动参数的变化对截割比能耗和块煤率的影响,分析了不同形式的截齿排列与滚筒截割比能的关系。研究结果表明,采用畸变1式或畸变2式的截齿排列形式的滚筒,其截割比能耗最小;同时,截割比能耗和块煤率与滚筒转速成反比,与牵引速度成正比。

面向自动化工作面的电牵引采煤机控制系统设计

针对现有采煤机控制系统在数据实时采集处理、远程监控及智能控制算法集成等方面难以满足工作面自动化控制需求的现状,设计了一种面向自动化工作面的电牵引采煤机控制系统。该系统采用双DSP架构,利用DSP强大的数据处理能力和丰富的外设完成采煤机工况数据的采集解算、与外围设备的实时通信,实现了采煤机自动截割控制、采煤工艺变化及远程监控等功能,为采煤机适应自动化开采提供技术支撑。

基于多体动力学的采煤机截割部可靠性研究

基于Pro/E、Matlab、ADAMS和ANSYS联合构造的协同仿真环境,建立了含硫化铁结核的薄煤层采煤机截割部刚-柔耦合多体系统模型,解决了输入负载的模拟及建模与仿真边界条件的确定、双电机驱动的采煤机截割部电机转速的匹配等关键技术问题.基于刚-柔耦合采煤机截割部虚拟样机的仿真,找出了截割部关键零件设计上存在的问题:如行星架、行星轴及摇臂壳体的变形过大,动态刚度不足等,为采煤机截割部系统的优化提供了明确的量化依据.有助于在采煤机物理样机制造前就全面掌握其动态性能,提出明确的优化方案并改进设计,降低了新产品的研发成本与时间.

采煤机截割载荷检测技术

为了获取滚筒式采煤机针对不同性质煤层的截割参数,选用S3C44B0X微处理器,构建了本质安全型嵌入式采煤机截割载荷检测系统,在对系统的组成和功能简要介绍的基础上,论述了该系统在井下对截割载荷检测过程和结果,验证了检测系统的可行性,此次检测所获得的真实截割载荷信息,为进一步的信号分析提供了现场数据。

采煤机电液比例调高机液耦合仿真研究

针对目前采煤机滚筒调高采用开关阀控缸调高系统存在滚筒调高动态特性较差,控制精度较低等问题,将电液比例阀控缸闭环调高系统应用于某型薄煤层采煤机,分别利用ADAMS和AMESim软件建立采煤机虚拟样机的动力学模型和电液比例调高系统模型,考虑截割负载的影响,较为真实地构建了采煤机调高系统的机液耦合仿真模型。利用该模型,进行了电液比例阀控缸闭环调高系统的动态特性和控制特性仿真研究。仿真结果表明:基于PID的电液比例阀控缸闭环调高系统可以实现对预设轨迹的跟踪控制,并在无杆腔侧主油路上设置单向节流阀,以改善摇臂下调时出现的抖动现象,同时为直动式比例方向阀增加单向阻尼器,可以减小阀芯在摇臂下调瞬间受到的冲击,改善阀芯工作的稳定性和在小开口处的流量可控性。

采煤机调高系统的机液协同仿真分析

为研究采煤机滚筒调高过程中调高系统的动态特性,以及实现对采煤机滚筒位置的控制,运用机械原理理论建立了调高机械系统摆动导杆机构运动模型,并用Matlab软件进行仿真,仿真结果表明,调高油缸匀速运动过程中,摇臂对连接销轴存在冲击作用力。针对调高液压系统中调高油缸行程较大的情况,建立了适用于活塞大位移的阀控非对称缸模型,分析结果表明,当考虑调高油缸有效容积的变化时,阀控非对称缸模型是非线性的。最后应用AMESim软件建立了采煤机调高系统的机液协同仿真模型,通过对比摇臂摆角实际值与给定值可知:当考虑滚筒截割阻力、滚筒和摇臂重力综合作用时,采用摇臂角位移反馈、电液换向阀控制的调高控制模型能够实现对采煤机滚筒位置控制。

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。

基于BP神经网络的煤层硬度多等级识别方法

针对煤层硬度识别方面存在的问题,提出一种基于BP神经网络算法的煤层硬度多等级识别方法,将煤层硬度划分为6个等级进行识别.以采煤机截割电机和牵引电机的定子电流信号及调高油缸压力信号作为识别信号,利用小波包分解提取各个信号的特征量,并将其作为神经网络的输入样本进行训练和测试.经过实验,在仿真数据条件下本文提出的煤层硬度多等级识别方法对硬度等级的识别准确率为96.7%,在实机数据条件下识别准确率为93.3%,验证了该煤层硬度识别方法的有效性,为采煤机自适应截割过程煤层硬度高精度识别奠定了理论基础.

采煤机滚筒螺旋升角对装煤性能影响分析

针对采煤机滚筒螺旋升角对装煤性能影响进行研究。推导了滚筒螺旋叶片抛煤力与装煤量的理论计算公式。通过理论分析可知,保持其他条件不变,叶片抛煤轴向力与螺旋升角、滚筒转速成反比,与牵引速度成正比。理论装煤量与滚筒转速成正比,并随着螺旋升角的升高而呈现先升高后下降的抛物线。使用Adams软件仿真不同螺旋升角时采煤机滚筒轴向受力和采煤机截割功率变化情况,与理论分析结果基本一致。在对采煤机滚筒进行设计时,要考虑螺旋叶片对采煤机截割性能的影响,使得采煤机的实用性和经济效益达到最优。

基于应变传感器的采煤机截齿受力检测系统研究

针对采煤机截齿在割煤过程中,截齿由于受到大的压应力、剪切力和动载荷,无法实现采煤机高效割煤等问题,提出了一种基于应变传感器的采煤机截齿受力检测方法。该方法是通过截齿粘贴应变片的方式对采煤机割煤过程中截齿受力进行实时检测,实时显示截齿受力变化曲线,试验结果表明:在采煤机割煤时截齿受力变化曲线能够真实反应截齿受力,所选截齿1-1 X向力最大值为0.70 k N;Y向力最大值为1.72 k N;Z向力最大值为4.16 k N;截齿1力矩0.59 k N·m。考虑误差和相关随机因素的影响,试验结果接近相关理论计算值,能够实现截齿受力检测。该研究可对采煤机截齿磨损程度及失效状态能够实现预判断,及时发现和更换失效截齿、提高采煤机截割头的工作效率和使用寿命。

基于单示范刀采煤机记忆截割的数学模型

针对双示范刀记忆截割方法截割参数采样操作劳动强度大的特点,分析了采煤机的工作状态参数与煤层参数的相互关系,提出了单示范刀的记忆截割方法,构建出采煤机几何参数、运行位置、姿态参数和煤层参数与滚筒位置的数学关系,给出了单示范刀状态下工作面顶板的记忆截割数字化模型。经对采煤机截割轨迹的多循环数值模拟,结果与样本轨迹有很好的吻合度,可为采煤机单示范刀记忆截割的程控系统设计提供理论基础。