采煤机截割部机电短程传动系统耦合轮系均载特性研究及控制

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滚筒采煤机作为综采工作面的关键设备之一,是实现集约高效化采煤、减少井下重大安全事故和改善工作面作业条件的重要技术装备。作为采煤机的核心部件,截割部主要负责截割动力的传递。传统采煤机截割部采用长链齿轮传动结构形式,且只能进行牵引调速,整机对煤层结构复杂变化的适应能力较弱,这导致截割部传动系统常受较大的负载冲击,严重影响整机可靠性和工况自适应性。  为解决传统采煤机截割部传动系统所存在的问题,课题组“973”计划项目提出了采煤机截割部机电短程传动系统,通过电机-耦合轮系-行星轮系的传动形式将动力传递到截割部。针对所提出的截割部机电短程传动系统,本文主要开展了以下工作:  ①建立截割部短程传动系统机电耦合动力学模型,将行星轮系简化为传动比和转动惯量考虑,采用集中参数法建立耦合轮系动力学模型,采用直接转矩控制策略建立驱动电机子系统模型,对驱动电机的基础响应性能进行了仿真分析。  ②分析齿轮系统时变啮合刚度内部激励和驱动电机输出转矩、输出转速外部激励对耦合轮系均载特性的影响规律。由于耦合轮系内外部激励的综合影响,耦合轮系的均载特性变差,电机输出转速外部激励对耦合轮系的均载特性影响更大,电机输出转速不同步比输出转矩不同步对耦合轮系均载特性的影响更大。  ③提出基于转速同步的耦合轮系均载特性控制策略,以耦合轮系的输出转速为反馈量建立三台电机转速之间的联系,通过滑模补偿控制器对直接转矩控制单元进行转矩补偿,使每台电机在追随目标转速的同时,同步于耦合轮系均载控制的参考转速,仿真验证了所提控制策略对于提高耦合轮系均载特性的有效性。  ④建立滚筒负载模型,研究了负载突变对耦合轮系均载特性和电机系统的影响,可知通过监测电机电流可以反应外部负载和电机运行状态。分析了采煤机两种典型调速策略下的耦合轮系的均载特性,考虑均载特性和采煤生产率制定了联合调速控制策略,仿真分析了三种调速策略对耦合轮系均载性能以及对采煤生产率的影响。
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