【摘要】：滾筒式采煤機(jī)是綜采工作面的主要設(shè)備,在不同煤質(zhì)的開采中得到廣泛應(yīng)用。目前主流的采煤機(jī)牽引速度可進(jìn)行調(diào)節(jié),而滾筒轉(zhuǎn)速則是恒定不變的,很大程度上約束了采煤機(jī)的截割性能。因此,本文對滾筒轉(zhuǎn)速和牽引速度聯(lián)合調(diào)節(jié)的高效截割技術(shù)進(jìn)行了研究。截齒的運(yùn)動具有周期性,且其軌跡方程無法用一個普通方程表示,而應(yīng)分為[0,π]和[π,2π]兩個區(qū)間分別進(jìn)行處理;在截齒的一個運(yùn)動周期內(nèi),截割厚度先增大至最大值然后減小,最大截割厚度為vφ/ω,而且,截割厚度最大處的縱坐標(biāo)不是0,而是-v/ω;而且,截割厚度值的波動性隨著牽引速度的增大而增大,隨著滾筒轉(zhuǎn)速的增大而減小;截割月牙面的形狀是由采煤機(jī)滾筒轉(zhuǎn)速和牽引速度的比值決定的;且由于存在空刀區(qū),即棱條,Dh_(max)在理論上并不是截割月牙面的面積,而是截割月牙面和棱條的面積之和,但是由于棱條的面積相對于截割月牙面的面積是極小的,可以忽略,因此截割月牙面的面積可以近似用Dh_(max)來計算。提出以截割比能耗、生產(chǎn)效率和塊煤率為目標(biāo),以采煤機(jī)的牽引速度和滾筒轉(zhuǎn)速為優(yōu)化變量,以裝煤能力、截割功率、截割扭矩、牽引功率和牽引力為約束條件的優(yōu)化設(shè)計方法。以MG500/1180-WD型電牽引采煤機(jī)為例,在MATLAB中使用優(yōu)化方法得到了牽引速度和滾筒轉(zhuǎn)速與煤巖硬度的關(guān)系曲線。分別以優(yōu)化前的運(yùn)動參數(shù)和優(yōu)化后的運(yùn)動參數(shù)計算采煤機(jī)的開采能效參數(shù),經(jīng)過對比后發(fā)現(xiàn)采煤機(jī)的牽引速度和滾筒轉(zhuǎn)速優(yōu)化后,截割比能耗明顯降低,塊煤率明顯提高,而生產(chǎn)效率在硬度系數(shù)小于2.88時明顯提高,硬度系數(shù)大于2.88時,生產(chǎn)效率略微降低。因此,采煤機(jī)的截割能效參數(shù)總體上取得了較好的優(yōu)化效果。從調(diào)速判據(jù)和調(diào)速流程兩個方面,對采煤機(jī)遭遇突變工況時滾筒轉(zhuǎn)速和牽引速度的聯(lián)合調(diào)速策略進(jìn)行研究。介紹了兩種調(diào)速策略,分別是恒轉(zhuǎn)矩和恒功率調(diào)速策略。兩者具有不同的目標(biāo)和特點(diǎn),恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速策略以生產(chǎn)效率高為目標(biāo),而恒功率調(diào)速策略則以能耗低為目標(biāo)。采煤機(jī)在采煤過程中,應(yīng)根據(jù)工作面的不同工況,對采煤目標(biāo)的優(yōu)先等級進(jìn)行決策,并據(jù)此選擇相應(yīng)的調(diào)速策略,也可在采煤過程中對調(diào)速策略進(jìn)行切換,以實(shí)現(xiàn)采煤能效的最大化。建立了MG500/1180-WD型采煤機(jī)的Simulink仿真模型,對不同工況下采煤機(jī)的響應(yīng)進(jìn)行仿真。該模型主要包括截割部和牽引部,截割部和牽引部均由驅(qū)動電機(jī)和減速器組成,截割電機(jī)和牽引電機(jī)均采用直接轉(zhuǎn)矩控制方式進(jìn)行驅(qū)動和調(diào)速;在試驗(yàn)現(xiàn)場,測得MG500/1180-WD型采煤機(jī)分別以1.5m/min、3m/min和5m/min截割煤壁時截割電機(jī)定子電流的有效值,并在Simulink中對以上三種工況進(jìn)行仿真后,將仿真分析獲得的截割電機(jī)定子電流有效值和現(xiàn)場試驗(yàn)獲得的截割電機(jī)定子電流有效值進(jìn)行對比,證明了采煤機(jī)模型的合理性。在Simulink環(huán)境下,模擬采煤機(jī)截割不同硬度系數(shù)煤巖時的工況,采煤機(jī)模型分別以優(yōu)化前和優(yōu)化后的運(yùn)動參數(shù)運(yùn)行,并對優(yōu)化前和優(yōu)化后的截割比能耗、生產(chǎn)效率和塊煤率進(jìn)行分析計算,仿真結(jié)果說明,采煤機(jī)以優(yōu)化后的運(yùn)動參數(shù)運(yùn)行時,采煤機(jī)的能效參數(shù)均得到很大改善,可以使采煤機(jī)更加高效地進(jìn)行截割;同時,對突變工況進(jìn)行模擬,并分別對采煤機(jī)的傳統(tǒng)調(diào)速策略、恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速策略和恒功率調(diào)速策略進(jìn)行仿真,分析可得,恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速策略較傳統(tǒng)調(diào)速策略的牽引速度較大,且牽引速度和滾筒轉(zhuǎn)速恢復(fù)穩(wěn)定的速度較快;恒功率調(diào)速策略較傳統(tǒng)調(diào)速策略的滾筒負(fù)載波動較小。當(dāng)采煤機(jī)遭遇突變工況時,在滿足條件的情況下,可優(yōu)先采用恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速策略進(jìn)行調(diào)速。
文內(nèi)圖片：
圖片說明： 使得滾筒旋轉(zhuǎn)一周形成的切屑形狀近似于月牙形，如圖1-1 所示。圖 1-1 截齒截割后的斷面Figure 1-1 Cross section on coal after being cut by picks
文內(nèi)圖片：
圖片說明： 降低就不明顯了[26]。是煤巖截割的理論及試驗(yàn)分析一個清晰準(zhǔn)確的表述。1979 個截齒對煤壁截下的切屑厚度[28]認(rèn)為，截割厚度是指截齒在內(nèi)外兩個圓弧組成的，如圖 1的是哪一條弧線；2013 年，，齒在滾筒中心與齒尖所形成的1 1A B 、2 2A B 以及3 3A B 是三個不，因?yàn)楫?dāng)截齒運(yùn)動到不同位置三處截割厚度時，卻用了相同.В.頓[25]的《采煤機(jī)破煤理論》齒軌跡順序之間的距離，這一截割厚度的定義的討論不夠深行更進(jìn)一步的研究。
【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TD421.61

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2515821