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采煤机自动调高数学模型分析 张伟 1, 2 ,张福建 2 1. 上海交通大学,上海200030; 2.天地科技股份有限公司 上海分公司,上海200030 摘 要 阐述自动调高技术应用背景,推导自动调高数学模型,具有一定的应用价值。 关键词 采煤机;自动调高;数学模型 中图分类号 TD421. 6 1 文献标识码B 文章编号 1001 - 0874 2007 05 - 0027 - 03 Mathematic Auto2steering Modelof Shearer ZHANG W ei 1 , ZHANG Fu2jian 2 1. Shanghai JiaotongUniversity, Shanghai 200030, China; 2.ShanghaiBranch of Tiandi Science auto2steering; mathematic model 1 引言 采煤机采用记忆切割模式进行滚筒截割高度控 制,很有应用前景 [1 ]。目前 ,比较先进的采煤机控 制系统有德国Eickhoff的M ICOS控制系统 IPC 控 制系统、 美国JOY公司的JNA网络结构系统及日 本三井三池的微机控制系统 [2 ]。这些系统实现了 采煤机的牵引系统控制、 司机操作控制、 关键系统的 故障自诊断和保护,工况监测包括运行数据记录、 初 步分析和远程监测和友好的操作显示界面等,而且 系统支持局部网络化扩展和记忆切割等功能。国内 新研制的采煤机主控系统,采用高性能DSP控制 器,提高采煤机控制系统的基本性能,并为进一步发 展煤岩界面自动识别、 采煤机自动操纵和在线故障 诊断提供硬件支持。 预测控制方式具有对数学模型要求不高、 能直 接处理具有纯滞后的过程、 良好的跟踪性能和较强 的抗干扰能力以及对模型误差具有较强的鲁棒性等 优良性质,是PI D控制无法比拟的 [3 ]。目前国内研 究者采用预见控制 [4 ]、 神经网路、 黑板系统、 灰色预 测等进行预测输出。本文在采煤机自动调高控制采 用的 模 型 控 制 算 法Model Algorithmic Control, MAC ,其原理如图1所示。采用基于脉冲响应的 非参考模型作为内部模型,用过去和未来的输入输 出信息预测系统未来的输出状态,模型输出误差经 过反馈校正后,再与参考输入轨迹进行比较,应用二 次型性能指标滚动优化,再计算当前时刻加于系统 的控制量,完成整个循环。这种控制方法已在电厂 锅炉、 化工精镏塔等工业过程中获得成功应用。 图1 MAC系统原理简图 2 自动调高数学模型 现代采煤机结构尺寸如图2所示,调高机 构如图3所示 [5, 6]。 图2 采煤机结构尺寸图 722007年第5期煤 矿 机 电 图3 调高机构示意图 采煤机滚筒调高机构不很复杂,主要由油缸伸 缩推动摇臂绕定轴旋转,达到调高的目的。由于摇 臂的结构长度L1是固定的,因此有 △Y f△L2 f △ θ 1 式中△Y 滚筒截割高度变化量,向上取正,mm; △L2 油缸行程变化量,mm; △ θ 摇臂摆角变化量 , 。 油缸的伸缩量 △L2就是控制量,可由 △ θ 监测。 3 模型的干扰及纠正 1采煤机水平状态图 4 下,滚筒截割高度 为 H △H1 H1 Y R2 式中H 采煤机采高,mm; △H1 浮煤厚度,mm; H1 摇臂回转中心垂直高度,mm; Y 滚筒中心距回转中心垂直高度,mm; R 滚筒半径,mm。 图4 水平状态调高机构模型 2工作面底板有倾角β图 5 时,采高为 H △H1 H1 Y R - L2tgβ3 式中L2 支腿中心到滚筒中心水平距离,mm; β 倾角,左低右高取正,反之取负,mm。 倾角影响采高量为 △H2 L2tgβ4 图5 倾斜状态调高机构模型 3采煤机俯采或仰采,推进方向倾角 γ一般 在 10范围内,也影响滚筒截割高度。 图6 采煤机沿工作面推进方向仰采侧面图 采煤机仰采图 6 时采高为 H △H1 H1 Y R - L2tgβ- B1tgγ5 △H3 B1tgγ6 式中B1 支腿中心到滚筒端面水平距离,mm; △H3 推进倾角影响采高量,倾角 γ前高后 低取正,反之取负,mm。 由图3知 Y L1sinθ17 式中L1 摇臂长度,mm; θ 1 摇臂摆角 , 。 采煤机处于倾斜状态时,很难测得 θ1值。设摇 臂倾角实测值为α,向上摆取正,向下摆取负,则有 θ 1 α-β8 最终得采煤机采高计算模型为 H △H1 H1 R L1sinα-β - L2tgβ- B1tgγ9 4 预测控制模型 采煤机截煤过程中,滚筒处于一系列的位置,预 82 煤 矿 机 电 2007年第5期 测控制模型计算采高,需对式9进行离散化 Hij△Hij H1 R L1sinαij-βij - L2tgβij- B1tgγij10 式中i、j表示第j刀的第i个位置, i、j1,2,3,⋯。 因为采煤机属于低速运动系统,油缸的驱动伺 服机构存在机械延时,且不需要高精度跟踪煤岩分 界面截割,采煤机每行走10 m左右调整一次采高, 就可解决调整的精度问题。 5 结语 本文介绍的滚筒调高模型适用于电机横向布 置、 三段式、 油缸近水平后置等总体布置结构的采煤 机,可用于各类采高预测算法。模型考虑了工作面 水平和推进方向的倾斜以及输送机的起伏波动,具 有典型性。模型中三个角度均以地标水平面为测量 基准,反映采煤机的工作姿态,便于测量。 参考文献 [1 ] 王丽.长壁采煤机的“ 记忆截割 ” 技术[J ].水力采煤与管道运 输, 20044 [2 ] 冯经若.国内外大功率厚煤层电牵引采煤机的机电一体化新 技术[J ].煤矿机电, 20036 [3 ] 席裕庚.预测控制[M ].北京国防工业出版社, 1999 [4 ] 田慕琴.基于记忆切割的采煤机自动调高预见控制系统[J ]. 煤矿机电, 20026 [5 ] 张俊梅.采煤机自动调高控制系统研究[J ].中国矿业大学学 报, 20027 [6 ] 刘春生.采煤机调高机构设计参数分析确定[J ].黑龙江矿业 学院学报, 2000, 101 作者简介张伟1975 - ,男,工程师。1998年毕业于中国矿业大 学,现在天地科技股份有限公司上海分公司从事采煤机械的研究与 开发。 收稿日期 2007 - 06 - 12;责任编辑陶驰东 高压屏蔽橡套软电缆工艺设计 罗建敏 1, 2 1. 郑州电缆集团股份有限公司,河南 郑州450006; 2.中原工学院,河南 郑州450007 摘 要 介绍10kV高压屏蔽橡套软电缆的结构和工艺设计,并对质量控制进行了探讨。 关键词 高压屏蔽橡套软电缆;工艺设计 中图分类号 T M247 1 文献标识码B 文章编号 1001 - 0874 2007 05 - 0029 - 03 TechnologicalDesign of High2voltage Shielded Rubber Jacket Flexible Cable LUO Jian2m in 1,2 1. Zhengzhou Cable Group Co. Ltd. , Zhengzhou 450006, China; 2. Zhongyuan University of Technology, Zhengzhou 450007, China Abstract In this paper,the structural design and technological design of 10kV high2voltage shielded rubber jacket flexible cable are introduced, and the quality control is discussed. Keywo rds high2voltage shielded rubber jacket flexible cable; technology design 高压屏蔽橡套软电缆主要用于高压端与电气柜 之间的电气连接或10kV煤矿井下移动变压器及类 似设备的连接。目前此电压等级的电缆没有相应的 国家、 行业标准。为了扩大产品品种,满足市场需 求,研究设计了高压屏蔽橡套软电缆,并对其结构、 生产制造工艺进行了探讨。 1 产品结构 1产品结构 本文以3芯高压屏蔽橡套软电缆为例进行阐 述,其结构见图1。按照如图1所示的电缆结构设 计,不仅可以起到均匀电场的作用,而且有很好的屏 922007年第5期煤 矿 机 电