采煤机记忆截割的轨迹拟合.pdf

4 4 煤矿机电 2 0 0 8 年第3 期 采煤机记忆截割的轨迹拟合 刘阔 ， 刘杰 ， 李勇 ， 尹力 1 ． 东北大学 ， 辽宁 沈阳 1 1 0 0 0 4 ； 2 ． 三一重型装备有限公司， 辽宁 沈阳 1 1 0 0 2 7 摘要 记忆截割是采煤机滚筒 自动调高的主要方法之一。研究实现采煤机记忆截割的数学模 型， 选择最佳轨迹拟合算法， 并用 M a fl a b进行了虚拟仿真。 关键词 采煤机；记忆截割；数据插值 ；轨迹拟合 中图分类号 T D 4 2 1 ． 6 1 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 0 8 7 4 2 0 0 8 0 30 0 4 40 2 L o c u s F it t i n g o f Me mo r i a l Cu t t i n g o n Sh e a r e r U Ku o ， ⅡU fie ，L I n g ，ⅥⅣ 1 ． N o r t h e a s t e r n U n i v e r s i t y ， S h e n y a n g 1 1 0 0 0 4 ，C h i n a ； 2 ． S a n y i H e a v y E q u i p me n t C o ． ， L t d ． ， S h e n y a n g 1 1 0 0 2 7 ， C h i n a Ab s t r a c t e me mo ri a l c u t t i n g i s o n e o f t h e ma i n me t h o d s t o r e a l i z e a u t o ma t i c l i f t i n g o f s h e a r e r d r u m．T h e a r t i c l e r e s e a r c h e s t h e ma t h e ma t i c al mo d e l f o r me mo r i al c u t t i n g o n s h e a r e r ．c h o o s e s t h e b e s t t r a c k fi t t i n g a r i t h me t l c ． c a r r i e s t h r o ug h t h e v i rtu a l s i mu l a t i o n b y Ma fl a b． K e y wo r d s s h e a r e r ；me mo ri a l c u t t i n g ；d a t a i n t e r p o l a t i o n； l o c u s fi t t i n g 采煤机滚筒 自动调高技术采用记忆截割方法， 是在煤岩界面识别技术不成熟 的情况下 ， 广泛采用 的一种替补技术。 目前 ， 德 国 E i c k h o ff公司的 s L系 列 、 D B T公司的 E L系列和美国 J O Y公司的 L S系列 采煤机等都装备了记忆截割系统， 但是其控制功能 不够完善 ， 操作复杂 ， 对采煤机司机要求高。国内只 有西安煤机厂等少数采煤机厂家生产出有记忆截割 功能的采煤机样机。本文讨论采煤机记忆截割的数 学模型。 1 记忆截割原理 采煤机记忆截割的原理是 司机操纵采煤机沿 工作面煤层先割一刀， 将采煤机的位置、 牵引方向、 牵引速度、 左截割摇臂位置、 右截割摇臂位置、 采煤 机横向倾角、 采煤机纵向倾角等参数存人计算机， 以 后的截割行程 由计算机根据存储器记忆的参数 自动 调高。如煤层条件发生变化， 通过多种传感器检测 和采集信号， 进行数据融合后得到煤岩界面信息， 采 煤机根据信息进行 自动调高 ， 同时 自动记忆调整过 的参数， 作为一下刀调高的依据⋯。 在第 i 个工作循 环中 i 0 ， 使采煤机处 于手 动操作状态 ， 采煤机司机操纵采煤机先割一刀， 控制 系统将采煤机的参数以矩阵形式存人计算机， 其格 式为 B[ ， Y l ， Y 2 ， ， d ， O J ， 0 l ， 0 2 ] 式中 一采煤机在工作面上的位置， 以装在刮板输 送机上的销轨为基准 ， 通过采煤机行走部齿轮上编 码器的转数定位； Y 一前滚筒最高点相对于销轨的高度， m， Y IHL s i n D ／ 2 0 I 0 2 ； y 一后滚筒最低点相对于销轨的高度， m， Y 2HL s i n f1一D ／ 2一 0 一 0 2 ； 一 牵引速度 ， r n ／ m i n ； d 一牵引方向； 一 滚筒转速 ， r ／ m i n ； 0 一采煤机横向倾角， 。 ； 6 }， 一采煤机纵向倾角， 。 ； 0 一采煤机横向倾斜的高度补偿 ， m； 0 一采煤机纵向倾斜的高度补偿， m ； 日 一采煤机摇臂回转中心至销轨的垂直距离， m； 维普资讯 2 0 0 8 年第3期 煤矿机电 4 5 一 摇臂长度 ， m； 一 摇臂摆角 ， _ 厂 Z ； z 一调高油缸伸缩量， m； D 一滚筒直径 ， m。 采样周期过短， 庞大的矩阵序列将导致控制器 的处理速度下降， 但采样周期过长会使误差增加。 通过对比研究 ， 采样周期取为 0 ． 1 s 。 在第． i l 及其以后的工作循环中， 使采煤机 处于 自动控制状态 。采煤 机根据所在位置 x j 调 节 调高油缸伸缩量和牵引速度， 使其跟踪采煤机在前 一 刀行程的截割轨迹。若在 处碰到矸石， 且 Y 0 ． 9 5 y 或 Y 0 ． 9 5 y ， 选择躲避截割策略， 通过多传 感器数据融合系统检测并修改本周期的矩阵序列， 否则强行截割过矸。 记忆截割的原理 图如图 l所示 。 匝匦亘困 臣亟 困 图1 多传感器数据融合的记忆截割 2 记忆截割的虚拟仿真 在样本点的基础上， 通过数据插值求出其它点 处的函数值。采煤机在手动操作时所记忆的矩阵序 列就是插值所需的样本点， 包含工作面全长度的所 有数据 ， 不需要进行外部插值 。 L a g r a n g e插值基函数 为 Ⅳ ， ， ， 只要给定节点 ， 就可以写出基 函数 Z ， 进而得 到 插值多项式 N N 取 其插值余项为 R f x 一 Ma fl a b中没有直接提供 L a g r a n g e插值 函数 ， 需 要自己编程实现， 其拟合效果见图2 。 用 L a g r a n g e 插值得出的效果与给定的数据相差 较远， 这是 R u n g e现象所致， 多项式阶次越高越发 散 。 暑 ＼ 厘 踏 工作面方 向 ／ m 图2 L a g r a n g e算法的拟合效果 M a tl a b中提供了直接用于三次 H e r m i t e 插值的 函 数 ， 其 调 用 格 式 为 Y i n t e r p l ， Y ， ， ‘ c u b i c ’ 。 其拟合效果见图 3 。 暑 ＼ 厘 啮 工作 面方向 ／ m 图3 三次 He r mi t e 插值算法的拟合效果 可见， 采用三次 H e r m i t e 插值算法的拟合效果 更接近于给定数据。 此外， 还对比了三次分段样条插值和 B样条插 值方式等插值算法， 拟合效果都没有三次 H e r m it e 插值 的好 。 3结语 通过 Ma fl a b进行虚拟仿真。三次 H e r m i t e插值 算法拟合效果较好 ， 能够满足采煤要求。 参考文献 [ 1 ] 李春华， 刘春生． 采煤机滚筒自动调高技术的分析 [ J ] ．工况 自动化 ， 2 0 o 5 4 [ 2 ] 张铁， 闽家斌．数值分析[ M] ． 北京 冶金工业出版社， 2 0 o 1 [ 3 ] 薛定宇， 陈阳泉． 高等应用数学问题的M A T L A B求解[ M] ． 北 京 清华大学 出版社 ， 2 O 0 4 作者简介 文 阔 1 9 8 3 一 ， 男， 东北大学机械电子工程专业在读博士 研 究生。研 究方 向为采煤机煤岩识别 系统。 收稿日 期 2 0 0 8 0 1 2 2 ； 责任编辑 陶驰东 维普资讯