滚筒式采煤机截割部传动系统优化改造分析

2022-05-14段进东

机械管理开发 2022年3期

段进东

（山西焦煤集团西山煤电（集团）有限公司设备租赁公司，山西太原 030053）

引言

近年来，随着我国科技力量的不断进步，对于煤矿的开采也逐步走向智能化、信息化。同时煤炭开采的深度逐渐加深，井下的环境以及开采难度对开采设备的机械化、自动化以及自适应性提出了更高的要求。滚筒式采煤机是目前应用较广泛的机械化采煤主要设备，因此，针对其截割部传动系统优化改造展开分析。

1 滚筒式采煤机结构

滚筒式采煤机是由截割部、牵引部以及中间部三部分组成的，滚筒式采煤机的结构图如图1 所示。滚筒式采煤机的截割部分是主要工作区域，截割部分又分为截齿、前后旋转滚筒以及截割传动部分[1]。牵引部分负责采煤机的移动，保证采煤机能够连续割煤。中间部分主要是采煤机的整套电气设备的控制系统，包括电控箱、变频器以及变压器等辅助性电气设备[2]。

图1 滚筒式采煤机结构

2 滚筒式采煤机截割部传动系统的优化设计

由于煤矿井下开采环境复杂，实现采煤机的稳定、高效、机械化运行是对采煤机的必然要求。当采煤机在截割过程中会遇到硬煤层以及夹矸煤层，这就导致了滚筒在外载荷的条件下有着随机性、重载以及强冲击性，使得截割部分的传动系统受到了很大的外载荷影响。当煤层性质发生改变时就需要对截割部分的滚筒高度以及转速进行实时调整，保证其能够达到截割能力最强、能耗最低等综合性能最佳的状态[3]。这就需要对采煤机截割部分的传动系统实现动载荷自适应抑制控制设计。

2.1 传动系统自适应转矩补偿控制系统设计

本文通过结合神经网络控制和模糊控制的优越性，提出了能够实现自抗干扰实现转矩补偿的截割传动系统动载荷自适应抑制控制系统。自抗扰转矩补偿的动载荷控制原理图如图2 所示，自抗扰转矩补偿是当电机传动系统机械参数稳定时，通过增加补偿转矩来抑制传动系统的不稳定载荷，通过对传统的补偿方式的使用，在应对比较重大的载荷变化时，自抗扰转矩补偿并不能有效地抑制冲击载荷对传动系统的影响，因此在此基础上提出了自适应转矩补偿控制系统。

图2 基于自抗扰转矩补偿的动载荷主动控制原理图

自适应转矩补偿控制系统主要是由自动补偿的自抗扰控制器和自适应模糊神经网络控制器组成的。其结构图如下页图3 所示。利用神经网络的自适应学习能力得到模糊控制器的隶属度函数及控制规则，以跟踪微分器得到的e1、e2作为自适应神经模糊控制器的输入值，以非线性状态误差反馈值Te0作为控制器的自适应调整值，从而达到提高传动系统的工况自适应能力。

图3 自适应转矩补偿控制器结构图

2.2 试验结果

为了验证动载荷情况下的自适应转矩补偿控制，搭建采煤机电机-齿轮系统试验台，开展动载荷工况下自适应转矩补偿控制对传动系统动载荷的抑制效果试验。试验台主要是由驱动装置、加载装置以及传动系统组成。电机是主要的驱动动力，在电机和和齿轮箱之间通过设置细长的弹性联轴器来模拟采煤机的截割部，加载装置和传动系统之间通过设置惯性飞轮来模拟采煤机的截割部的滚筒。加载装置主要是由测试机、升速箱等来组成的。试验台的现场图如图4。进一步分析所提自适应控制方法对齿轮动载荷的抑制效果，采用误差绝对值积分的性能指标来计算自适应转矩补偿控制器对系统动载荷冲击能量的统计结果。通过对比直接转矩控制、自抗扰转矩补偿控制以及自适应转矩补偿控制对不同程度动载荷抑制效果的结果统计如表1 所示，对比如图5。