采煤機智能化控制技術探究
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摘要:文章基于7LS－LWS638型采煤機進行采煤機智能化控制技術研究，以實現采煤機滾筒智能調高和記憶截割的智能化控制。通過遺傳算法與PID控制器結合，并應用電液比例閥等裝置，實現了采煤機滾筒調高和截割深度控制，同時通過優化采煤機自動截割流程，使得采煤機在完成兩個循環煤層手動截割后可實現自動截割，與傳統控制技術相比，智能化控制技術下設備運行更加穩定，抗干擾能力更強。
關鍵詞:智能化控制;傳統技術;滾筒智能調高;記憶截割
采煤機是井下工作面重要采掘設備，與刮板輸送機和液壓支架共稱為工作面“三機”。隨著煤礦科學技術的充分發展，采煤機信息化、自動化程度逐漸提高，井下采煤機的采煤效能受采煤機機電液智能化控制程度越來越高［1］。文章以井下7LS－LWS638型采煤機為實際應用背景，進行采煤機滾筒的智能化調高控制和自動化截割功能研究，為提高綜采工作面采煤機智能化控制奠定基礎。
1工程概況
常村煤礦2105工作面位于3號煤層，該煤層位于山西組的中、下部，煤層賦存穩定，煤層均厚5．85m，煤層傾角近水平，煤體容重1．4t/m3，煤層普氏硬度0．4，埋藏深度為453．2～517．7m之間。工作面頂底板巖性如表1所示。
2采煤機智能化技術
常村煤礦2105工作面采用的是7LS－LWS638型采煤機，該型采煤機生產能力4000t/h，牽引功率110kW，截割高度4．5m，滾筒直徑2．2m。采煤機的智能化是利用設備電氣控制系統的控制指令，控制采煤機液壓系統，實現對采煤機機械部件智能化控制，進而實現采煤機的自動截割［2－3］。采煤機主要有電控箱、截割電機、牽引電機、牽引齒輪箱、泵電機、截割滾筒、牽引驅動塊、搖臂和破碎機9個部分。其中采煤機截割電機通過控制滾筒截割深度和截割速度，實現截割量的控制;泵電機通過控制液壓閥，調節油缸伸縮量，進而實現對滾筒截割高度的控制;采煤機行走方向和行走速度受牽引電機控制。
2．1采煤機滾筒智能調高控制技術
采煤機滾筒是通過調節油缸的伸縮量，來實現對搖臂擺動的上下控制，進而實現對滾筒高度的調節。采煤機滾筒智能化調高，實際上是通過改變電磁閥的開口大小和流量，對油缸活塞桿的行程和速度進行調節。傳統采煤機調高系統主要依據電磁閥，為保證系統可靠性，采煤機智能化控制以電液比例閥為關鍵部件，進行智能調高控制系統設計，系統原理如圖1所示。由圖1可知，智能調高系統按給定的信號，調控電液比例閥控制開口大小，液壓泵依據電液比例閥變化，從油箱向油缸中泵入相應比例的油量，當泵入油量增大時，油缸活塞行程和速度增加，當泵入油量降低時，油缸活塞行程和速度降低。為滿足滾筒智能調高系統的控制效率和控制精準度，采煤機智能化控制引入遺傳算法，并通過PID控制器實現調高系統的智能化，其核心工作為遺傳算法通過優化PID控制器中信號參數，實現油缸活塞桿移動方向和行程及移速的精準控制［4］。
2．2采煤機記憶截割功能研究
除滾筒智能調高控制系統外，還需要對采煤機截割深度進行自動化控制，從而實現采煤機的記憶截割功能，其自動截割工作流程如圖2所示。由圖2可知，采煤機自動截割工作流程以中央控制器為核心展開，采煤機各系統部件運行參數和截割角度傳感器及齒輪傳感器等信息數據傳送至中央控制器，然后數據經過優化處理獲得采煤機運動參數，再由中央控制器將各參數傳輸至各系統部件及相關傳感器，從而實現對采煤機截割深度、牽引等運行狀態的控制，實現采煤機生產自動化。
3采煤機智能化控制技術應用
為進一步確認采煤機智能化控制技術效果，用AMESim軟件進行仿真驗證。利用軟件建立采煤機滾筒調高液壓控制系統模型，時步(即軟件獲取模型速度數據的最小時間間隔)設為0．01s，總時長5s。通過模擬方針獲得如圖3所示的傳統和智能化控制技術下調高油缸活塞桿的運動特性圖。在圖3(a)中，油缸活塞桿速度經常發生突變，且2s后，速度變化更加密集，說明此時采煤機控制系統受到外界干擾增加，而自身抗干擾能力弱，而在圖3(b)中油缸活塞桿速度變化相對恒定，并無明顯的速度紊亂現象。因此智能化技術穩定性更強，系統抗干擾能力得到更高［5］。圖3兩種技術條件下運動特性效果對比同時采煤機智能化控制技術基于遺傳算法，在采煤機完成兩個循環的手動截割操作后，通過過程中的學習記錄實現后續工作面的自動截割，較傳統控制技術自動化程度更高，且與刮板輸送機、液壓支架的智能化控制，將為提高工作面采煤效率奠定基礎。
4結語
文章通過以7LS－LWS638型采煤機為實際研究背景，通過對采煤機滾筒智能調高和記憶截割實現采煤機智能化控制。1)將遺傳算法與PID控制器結合，通過對調高滾筒電機元器件控制，實現滾筒調高控制，且調高過程較傳統控制技術更加穩定。2)采煤機智能化控制技術根據煤層特征，完成兩個循環煤層手動截割后可完成后續煤層自動截割。
參考文獻:
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作者:王強 石巖 單位:潞安化工集團常村煤礦 潞安職業技術學院
