采煤机智能化控制技术探究

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摘要:文章基于7LS－LWS638型采煤机进行采煤机智能化控制技术研究，以实现采煤机滚筒智能调高和记忆截割的智能化控制。通过遗传算法与PID控制器结合，并应用电液比例阀等装置，实现了采煤机滚筒调高和截割深度控制，同时通过优化采煤机自动截割流程，使得采煤机在完成两个循环煤层手动截割后可实现自动截割，与传统控制技术相比，智能化控制技术下设备运行更加稳定，抗干扰能力更强。

关键词:智能化控制;传统技术;滚筒智能调高;记忆截割

采煤机是井下工作面重要采掘设备，与刮板输送机和液压支架共称为工作面“三机”。随着煤矿科学技术的充分发展，采煤机信息化、自动化程度逐渐提高，井下采煤机的采煤效能受采煤机机电液智能化控制程度越来越高［1］。文章以井下7LS－LWS638型采煤机为实际应用背景，进行采煤机滚筒的智能化调高控制和自动化截割功能研究，为提高综采工作面采煤机智能化控制奠定基础。

1工程概况

常村煤矿2105工作面位于3号煤层，该煤层位于山西组的中、下部，煤层赋存稳定，煤层均厚5．85m，煤层倾角近水平，煤体容重1．4t/m3，煤层普氏硬度0．4，埋藏深度为453．2～517．7m之间。工作面顶底板岩性如表1所示。

2采煤机智能化技术

常村煤矿2105工作面采用的是7LS－LWS638型采煤机，该型采煤机生产能力4000t/h，牵引功率110kW，截割高度4．5m，滚筒直径2．2m。采煤机的智能化是利用设备电气控制系统的控制指令，控制采煤机液压系统，实现对采煤机机械部件智能化控制，进而实现采煤机的自动截割［2－3］。采煤机主要有电控箱、截割电机、牵引电机、牵引齿轮箱、泵电机、截割滚筒、牵引驱动块、摇臂和破碎机9个部分。其中采煤机截割电机通过控制滚筒截割深度和截割速度，实现截割量的控制;泵电机通过控制液压阀，调节油缸伸缩量，进而实现对滚筒截割高度的控制;采煤机行走方向和行走速度受牵引电机控制。

2．1采煤机滚筒智能调高控制技术

采煤机滚筒是通过调节油缸的伸缩量，来实现对摇臂摆动的上下控制，进而实现对滚筒高度的调节。采煤机滚筒智能化调高，实际上是通过改变电磁阀的开口大小和流量，对油缸活塞杆的行程和速度进行调节。传统采煤机调高系统主要依据电磁阀，为保证系统可靠性，采煤机智能化控制以电液比例阀为关键部件，进行智能调高控制系统设计，系统原理如图1所示。由图1可知，智能调高系统按给定的信号，调控电液比例阀控制开口大小，液压泵依据电液比例阀变化，从油箱向油缸中泵入相应比例的油量，当泵入油量增大时，油缸活塞行程和速度增加，当泵入油量降低时，油缸活塞行程和速度降低。为满足滚筒智能调高系统的控制效率和控制精准度，采煤机智能化控制引入遗传算法，并通过PID控制器实现调高系统的智能化，其核心工作为遗传算法通过优化PID控制器中信号参数，实现油缸活塞杆移动方向和行程及移速的精准控制［4］。

2．2采煤机记忆截割功能研究

除滚筒智能调高控制系统外，还需要对采煤机截割深度进行自动化控制，从而实现采煤机的记忆截割功能，其自动截割工作流程如图2所示。由图2可知，采煤机自动截割工作流程以中央控制器为核心展开，采煤机各系统部件运行参数和截割角度传感器及齿轮传感器等信息数据传送至中央控制器，然后数据经过优化处理获得采煤机运动参数，再由中央控制器将各参数传输至各系统部件及相关传感器，从而实现对采煤机截割深度、牵引等运行状态的控制，实现采煤机生产自动化。

3采煤机智能化控制技术应用

为进一步确认采煤机智能化控制技术效果，用AMESim软件进行仿真验证。利用软件建立采煤机滚筒调高液压控制系统模型，时步(即软件获取模型速度数据的最小时间间隔)设为0．01s，总时长5s。通过模拟方针获得如图3所示的传统和智能化控制技术下调高油缸活塞杆的运动特性图。在图3(a)中，油缸活塞杆速度经常发生突变，且2s后，速度变化更加密集，说明此时采煤机控制系统受到外界干扰增加，而自身抗干扰能力弱，而在图3(b)中油缸活塞杆速度变化相对恒定，并无明显的速度紊乱现象。因此智能化技术稳定性更强，系统抗干扰能力得到更高［5］。图3两种技术条件下运动特性效果对比同时采煤机智能化控制技术基于遗传算法，在采煤机完成两个循环的手动截割操作后，通过过程中的学习记录实现后续工作面的自动截割，较传统控制技术自动化程度更高，且与刮板输送机、液压支架的智能化控制，将为提高工作面采煤效率奠定基础。

4结语

文章通过以7LS－LWS638型采煤机为实际研究背景，通过对采煤机滚筒智能调高和记忆截割实现采煤机智能化控制。1)将遗传算法与PID控制器结合，通过对调高滚筒电机元器件控制，实现滚筒调高控制，且调高过程较传统控制技术更加稳定。2)采煤机智能化控制技术根据煤层特征，完成两个循环煤层手动截割后可完成后续煤层自动截割。

参考文献:

［1］韩长海，褚鹏，于衍达．煤矿采掘工作面综合防尘技术研究与应用［J］．山东煤炭科技，2019，4(10):98－99，104．

［2］冯泾若，伍丽娅．国内外厚煤层大功率电牵引采煤机机电一体化新技术［J］．煤矿开采，2003，4(4):15－17，36．

［3］王骁．采煤机开采作业机电液一体化虚拟仿真平台设计［J］．工矿自动化，2019，45(7):66－72，79．

［4］符如康，张长友，张豪．煤矿综采综掘设备智能感知89与控制技术研究及展望［J］．煤炭科学技术，2017，45(9):72－78．

［5］马念杰，吴联君，刘洪艳，等．煤巷锚杆支护关键技术及发展趋势探讨［J］．煤炭科学技术，2006，4(5):77－79．

作者:王强 石岩 单位:潞安化工集团常村煤矿 潞安职业技术学院