【摘要】：工作面刮板輸送機(jī)是關(guān)鍵的綜采輸送裝備之一,既能夠?qū)崿F(xiàn)工作面煤炭的輸送,又可以為采煤機(jī)提供支撐,具有時(shí)變、耦合、非線性和重載等動(dòng)力學(xué)特征。目前,大運(yùn)量、長(zhǎng)距離、大功率、高強(qiáng)度、長(zhǎng)壽命與高可靠性及智能化控制已成為工作面刮板輸送機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)刮板輸送機(jī)雖然已基本實(shí)現(xiàn)整機(jī)國(guó)產(chǎn)化,在產(chǎn)品性能、服役質(zhì)量等方面初步滿足了煤炭行業(yè)高速發(fā)展的需求,然而在核心技術(shù)方面,與之相關(guān)的科學(xué)問題、理論與技術(shù)基礎(chǔ)依舊很薄弱。因此,開展綜采重型刮板輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性與智能控制方法的研究,對(duì)實(shí)現(xiàn)多機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)(如多機(jī)驅(qū)動(dòng)功率平衡、共性技術(shù)延伸等)、節(jié)能運(yùn)行與智能化控制(如耦合傳/驅(qū)動(dòng)響應(yīng)特性)和發(fā)展新復(fù)合系統(tǒng)(如磁力耦合)動(dòng)態(tài)耦合與適應(yīng)性具有非常重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義。本文針對(duì)綜采工作面刮板輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),主要研究了刮板輸送機(jī)負(fù)載特性、不同耦合方式傳(驅(qū))動(dòng)特性及響應(yīng)規(guī)律、多機(jī)驅(qū)動(dòng)刮板輸送機(jī)動(dòng)力學(xué)復(fù)雜工況特性、智能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)控制策略及算法等相關(guān)科學(xué)問題,并借助相關(guān)科學(xué)方法(如仿真試驗(yàn)、已有文獻(xiàn)對(duì)比等),間接驗(yàn)證了所構(gòu)建理論的正確性與適用性。具體而言,本文就與之相關(guān)的科學(xué)問題,取得了如下階段性研究成果:1.結(jié)合刮板輸送機(jī)配套采煤機(jī)的截割負(fù)載特性,得到其卸載特性,即落煤量隨采煤機(jī)牽引速度的變化曲線,并通過文獻(xiàn)對(duì)比,得出可用于堅(jiān)固性系數(shù)在區(qū)間[2.5,4]內(nèi)預(yù)測(cè)落煤量的計(jì)算式;之后,以散狀物料的散體力學(xué)特性為切入點(diǎn),根據(jù)散狀物料極限平衡理論,對(duì)棱柱體ACHG(微元體)進(jìn)行了受力分析,推導(dǎo)出刮板與物料相互作用力和刮板節(jié)距的計(jì)算公式,由此得到刮板輸送機(jī)的負(fù)載摩擦特性;除分析鏈傳動(dòng)多邊形效應(yīng)、起制動(dòng)過程引起的動(dòng)載荷外,還根據(jù)接觸力學(xué)理論分析了塊煤對(duì)機(jī)槽的沖擊,推導(dǎo)出負(fù)載沖擊特性,其中最大接觸力時(shí)的沖擊角θ_c=82°;進(jìn)而得到了刮板鏈條的最大張力計(jì)算式;探討了負(fù)載分配不均衡機(jī)理,為開展不同耦合方式(傳)驅(qū)動(dòng)特性及復(fù)雜工況動(dòng)力學(xué)研究奠定理論基礎(chǔ)。2.根據(jù)各軟啟動(dòng)裝置(CST可控傳動(dòng)裝置、液力耦合器、變頻調(diào)速、磁力耦合器等)的傳遞扭矩(或功率)數(shù)學(xué)模型以及各相關(guān)參數(shù),分析了傳遞扭矩(或功率)函數(shù)的變化規(guī)律;并基于刮板輸送機(jī)負(fù)載特性對(duì)比分析了不同耦合方式傳(驅(qū))動(dòng)耦合響應(yīng)特性規(guī)律,得出變頻調(diào)速耦合方式對(duì)于實(shí)現(xiàn)智能驅(qū)動(dòng)具有明顯的優(yōu)勢(shì),即基頻f_1的調(diào)節(jié)可以達(dá)到節(jié)能或提高輸送效率的效果;通過耦合特性曲線可知:理論上各個(gè)耦合方式均可獲得最佳的工作點(diǎn)。3.利用COMSOL軟件對(duì)頭/尾鏈輪和刮板鏈條的等效剛度系數(shù)進(jìn)行了數(shù)值模擬與求解,在此基礎(chǔ)上,基于刮板輸送機(jī)負(fù)載特性規(guī)律,采用Kelvin-Vogit模型建立了鏈傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程,并采用MATLAB/Simulink軟件對(duì)典型工況(滿載啟動(dòng)、自由停機(jī)、意外卡鏈工況)的鏈傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行了動(dòng)態(tài)仿真,得到了三種工況下的動(dòng)力學(xué)特性;接著,提出隨機(jī)振動(dòng)與沖擊仿真試驗(yàn)方法,并基于COMSOL對(duì)鏈傳動(dòng)系統(tǒng)的隨機(jī)振動(dòng)與沖擊特性進(jìn)行了較為系統(tǒng)的分析,得到了關(guān)鍵零部件的強(qiáng)度(如刮板鏈條、鏈輪等)及關(guān)鍵位置的位移、加速度及應(yīng)力響應(yīng);基于Kane方程建立了刮板輸送機(jī)自動(dòng)伸縮機(jī)尾等效運(yùn)動(dòng)鏈動(dòng)力學(xué)模型,并對(duì)其動(dòng)力學(xué)特性、動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)及響應(yīng)規(guī)律等進(jìn)行了較為全面的動(dòng)力學(xué)描述;基于動(dòng)力學(xué)相似理論分析了十種工況下多機(jī)驅(qū)動(dòng)刮板輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)特性,有助于進(jìn)一步開展工業(yè)試驗(yàn)與控制策略等方面的研究。4.基于RBF網(wǎng)絡(luò)建立了自適應(yīng)逆控制方法的模型,并以變頻調(diào)速控制為例,對(duì)控制模型進(jìn)行了仿真分析,得出系統(tǒng)響應(yīng)曲線誤差較小,且對(duì)于系統(tǒng)擾動(dòng)具有較強(qiáng)的魯棒性;針對(duì)刮板輸送機(jī)雙機(jī)驅(qū)動(dòng)時(shí)功率不平衡問題建立了基于RBF網(wǎng)絡(luò)滑模變結(jié)構(gòu)控制模型,構(gòu)造了Lyapunov能量函數(shù),驗(yàn)證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性,并與常見的LMS算法進(jìn)行了快速性簡(jiǎn)要分析,得出RBF-SVC控制模型收斂速度快、抗干擾能力強(qiáng),具有一定的優(yōu)越性;針對(duì)刮板輸送機(jī)自動(dòng)伸縮機(jī)尾拉緊系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了無(wú)源性分析,并與滑模變結(jié)構(gòu)控制相結(jié)合,建立了無(wú)源滑模變結(jié)構(gòu)控制模型,仿真分析結(jié)果表明所構(gòu)建的控制方法具有良好的控制跟蹤性能及較強(qiáng)魯棒性。5.針對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能控制的思考,基于綜合集成法構(gòu)建了面向綜采工作面刮板輸送機(jī)智能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的綜合集成研討廳框架模型,并對(duì)平臺(tái)如何運(yùn)用提出了理論構(gòu)想,即初步構(gòu)建了輸送裝備共性技術(shù)問題的理論分析與模擬評(píng)價(jià)體系。該模型對(duì)于實(shí)現(xiàn)智能驅(qū)動(dòng)具有一定借鑒意義。綜上所述,本文的研究進(jìn)一步完善了綜采重型刮板輸送機(jī)的基礎(chǔ)理論,對(duì)推動(dòng)煤基裝備智能驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展具有重要意義。
【學(xué)位授予單位】：太原科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TD634.2

【參考文獻(xiàn)】

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3 張智U，

本文編號(hào)：2591135