基于AMESim的采煤机电液比例自动调高系统研究

摘要

采煤机自动调高技术是实现综采工作面自动化采煤作业的关键技术，可提高原煤质量和作业安全性，能减轻劳动强度。采煤机自动调高的关键在于实现煤岩界面的自动识别，然而，由于综采工作面的恶劣环境，当前煤岩界面识别技术存在很多问题与不足，在当前的采煤机工作过程中，滚筒高度的调整主要靠人工操作。此外，现有的采煤机滚筒调高系统普遍采用定量泵—换向阀组成的液压调高系统，既不便实现滚筒高度的自动调节，又难以控制其轨迹跟踪精度，已越来越不能适应采煤机自动化发展的需要。本文对采煤机自动调高系统中存在的上述问题进行了研究，以希望为相关问题的解决提供一定的参考。
　　本文介绍了采煤机的发展概况和电液比例技术的基本原理，阐述了煤岩界面识别的研究现状及存在的问题。针对当前调高系统存在的问题，应用电液比例技术优化设计采煤机调高系统，分别对采煤机电液比例开环和闭环PID调高系统进行研究。在AMESim软件中搭建了所设计的开环和闭环PID调高系统模型，并进行了速度响应、变负载仿真和位移跟踪运动仿真。制定了煤层存在横纵向倾斜时采煤机姿态调整方法及滚筒截割路径跟踪方法。本文以记忆截割方法为基础，以调高缸压力为截割状态判别手段，建立基于压力监测的新型煤岩界面识别方法。从理论上分析了采煤机截割负载力与调高油缸压力的关系，建立了控制规则，制定了误差限。在AMESim中建立了新的识别方法下采煤机PID自动调高仿真模型，进行了扰动负载和过负载情况下采煤机自动调高的仿真研究。
　　上述仿真分析的结果表明，相对于开环控制系统，采煤机电液比例闭环PID调高系统在响应速度、位置控制精确度方面都达到很高的水平，系统鲁棒性强。以记忆截割方法为基础，以压力监测为判别手段的采煤机自动调高系统能够实现煤岩界面的自动识别和滚筒高度的自动调节。

目录

声明

摘要

引言

1 绪论

1．1 采煤机发展概述

1．2 煤岩界面识别

1．2．1 国内外研究现状

1．2．2 当前识别方法存在的不足

1．2．3 当前调高系统的缺点

1．2．4 本课题的研究思路

1．3 本课题主要工作与研究意义

1．3．1 课题来源

1．3．2 课题主要研究内容

1．3．3 本课题的研究意义

1．4 本章小结

2 采煤机电液比例自动调高系统的基础

2．1 电液比例技术的基本原理

2．2 PID控制简介

2．2．1 PID控制基本原理

2．2．2 PID控制器的设计

2．3 AMESim建模仿真软件

2．3．1 AMESim简介

2．3．2 AMESim的特点

2．3．3 AMESim建模及仿真方法

2．4 本章小结

3 采煤机位置、姿态调整及截割滚筒轨迹跟踪方法

3．1 采煤机的位置定位

3．2 采煤机姿态调整方法

3．2．1 采煤机滚筒高度调节模型

3．2．2 煤层横向倾斜对采高的影响

3．2．3 煤层纵向倾斜对采高的影响

3．3 传感器选型

3．3．1 编码器选型

3．3．2 倾角传感器选型

3．4 采样周期的确定

3．4．1 移架和推溜的要求

3．4．2 基于误差值的采样方法

3．5 采煤机滚筒截割路径的跟踪方法

3．5．1 构造多项式插值法

3．5．2 三次样条插值法

3．5．3 基于分段线性插值的路径跟踪方法

3．6 本章小结

4 采煤机滚筒调高电液比例控制系统特性研究

4．1 当前采煤机调高系统介绍

4．2 采煤机电液比例调高液压系统

4．2．1 电液比例调高液压系统设计

4．2．2 阀控调高系统数学模型

4．3 主要元件选型

4．3．1 电液比例方向阀选型

4．3．2 位移传感器选型

4．4 电液比例调高系统AMESim建模

4．4．1 电液比例方向阀的建模

4．4．2 调高液压系统的AMESim建模

4．5 电液比例调高液压系统仿真分析

4．5．1 速度响应仿真

4．5．2 位移跟踪运动仿真

4．6 本章小结

5 基于调高油缸压力的采煤机自动调高系统研究

5．1 相关数学模型

5．1．1 采煤机滚筒高度和调高油缸行程之间的数学模型

5．1．2 调高油缸油压与外负载力的数学模型

5．2 基于采煤机调高油缸压力的煤岩界面识别

5．2．1 基本控制规则

5．2．2 控制误差限的确定

5．2．3 压力传感器的选型

5．2．4 控制流程图

5．3 基于调高油缸压力的自动调高仿真研究

5．3．1 相关计算

5．3．2 采煤机滚筒自动调高仿真研究

5．4 本章小结

6 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果