智能化超重型巖巷掘進機動載荷識別系統(tǒng)的開發(fā).pdf

1、本課題來源于國家863計劃資源環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域重大項目“煤炭智能化掘采技術(shù)與裝備（一）”子課題“智能化超重型巖巷掘進機研制”（課題編號:2012AA06A405），是針對巖巷掘進機工作時，工況復(fù)雜、負(fù)載多變、動載荷實時識別難度大等問題而提出的。巖巷掘進機的動載荷識別是掘進機自動控制的重要組成部分，對提高掘進機智能化水平及使用壽命具有重要意義。近年來，巖巷掘進機在我國開采領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用，但智能掘進技術(shù)仍處于起步階段。煤礦井下現(xiàn)在使

2、用的掘進機大多數(shù)自動調(diào)節(jié)水平較低，以司機憑經(jīng)驗手動操作為主。手動操作掘進機不僅勞動強度大，而且因難以及時準(zhǔn)確判斷截割載荷狀態(tài)，導(dǎo)致截齒損耗嚴(yán)重。能否根據(jù)負(fù)載大小自動調(diào)節(jié)截割速度就顯得尤為重要，而可靠的動載荷識別技術(shù)又是自動調(diào)節(jié)的必備條件。因此，開發(fā)智能化超重型巖巷掘進機動載荷識別系統(tǒng)具有非常重要的現(xiàn)實意義。
　　本文在分析巖巷掘進機截割機構(gòu)動力學(xué)特性的基礎(chǔ)上，結(jié)合先進的信號分析技術(shù)、智能識別技術(shù)及掘進機實際運行情況，并通過大量動載

3、荷模擬試驗，開發(fā)了智能化超重型巖巷掘進機動載荷識別系統(tǒng)。在查閱大量相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，闡述了智能化超重型巖巷掘進機動載荷識別系統(tǒng)在國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢。深入分析了不同工況下截割機構(gòu)的載荷分布，確定了能有效反映截割頭動載荷的物理參量，主要包括懸臂振動，截割電動機電流和回轉(zhuǎn)、升降液壓缸壓力。根據(jù)巖巷掘進機截割機構(gòu)有限的空間范圍，選擇了適用于井下惡劣環(huán)境的多種傳感器，完成了監(jiān)測信息的準(zhǔn)確測量。結(jié)合項目的功能要求，設(shè)計了以數(shù)據(jù)采集卡及工控機為

4、核心的智能化超重型巖巷掘進機動載荷總體方案。結(jié)合動載荷信號為隨機信號，頻率成分復(fù)雜、非平穩(wěn)的特點，比較了傅里葉變換、小波變換及小波包變換的優(yōu)缺點，確定了采用小波包變換作為信號處理及特征提取的工具。詳細(xì)介紹了小波包特征能量提取步驟，并通過分析實測數(shù)據(jù)得到了振動、電流和壓力信號的特征頻段范圍。結(jié)合所選特征頻段，選擇RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及證據(jù)組合理論作為動載荷的智能識別方法，并對RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和證據(jù)理論算法、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用步驟進行簡單分析，重點描述了組

5、合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信息識別原理，D-S證據(jù)理論動載荷識別原理及基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和D-S證據(jù)理論融合原理。在LabVIEW開發(fā)環(huán)境下設(shè)計了智能化超重型巖巷掘進機動載荷識別的相關(guān)應(yīng)用軟件，主要包括LabVIEW平臺下MATLAB代碼的調(diào)用、多傳感信號同步采集、小波包特征量提取、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)動載荷識別、證據(jù)理論融合、數(shù)據(jù)存儲管理以及人機顯示界面等程序，并進行了功能調(diào)試，調(diào)試結(jié)果驗證了應(yīng)用軟件的有效性。根據(jù)掘進機實際運行情況，設(shè)計了利用回轉(zhuǎn)液壓缸及升降液壓缸壓