| 标题 | 具有自适应截割功能的掘进机控制系统研究 |
| 范文 | 刘顺强 【摘? 要】论文分析了工作载荷对悬臂式掘进机截割性能、效率造成的影响，指出截割控制要保证截割头的转速与工作载荷相适应、匹配，从而实现平稳、高效截割。论文从变频电机、增加转矩包络线控制功能以及主控制器三个方面分析了自适应截割控制策略，对具有自适应截割功能的掘进机控制系统的硬件及软件进行设计，经实践证实该系统实时性好、可靠性高，可满足自适应截割需求。 【Abstract】This paper analyzes the influence of working load on the cutting performance and efficiency of boom-type roadheader， and points out that cutting control should ensure that the speed of cutting head is adapted and matched with the working load， so as to realize stable and efficient cutting. The paper analyzes the adaptive cutting control strategies from the three aspects of variable frequency motor， increasing torque envelope control function and main controller， and designs the hardware and software of the control system of roadheader with adaptive cutting function. The practice shows that the system has good real-time performance and high reliability， which can meet the requirements of adaptive cutting. 【关键词】悬臂式掘进机;自适应截割;变频电机;控制系统;换档 【Keywords】boom-type roadheader; adaptive cutting; variable frequency motor; control system; gear shifting 【中图分类号】TD42? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文献标志码】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編号】1673-1069（2020）07-0178-02 1 引言 基于工频控制的掘进机截割控制的适应性差，容易出现截割电机过载、设备冲击等问题，造成掘进机使用寿命缩短。本文提出具有自适应截割功能的掘进机控制系统，可依据截割电机的实时荷载对截割头转速进行调整，实现自适应截割，满足复杂截割工况的需求。 2 自适应截割控制的目的 自适应截割控制是为了应对掘进机截割过程中工作载荷变化现象而提出的。悬臂式掘进机截割过程中，掘进机结构参数、截割操作参数、截割对象的特性等都会对工作载荷造成影响，现场工作经验以及试验研究均证实，岩石的机械物理特性在很大程度上影响了悬臂式掘进机的工作载荷，岩石的单向抗压强度对工作载荷造成的影响最大，当对具有较大单向抗压强度的岩石进行截割时，此时单刀切削力增加。通常都会采用降低截割头转速、增加电动机功率的方法增加单刀力，但是一些问题也随之而来：当对一些单向抗压强度不高的岩石进行截割时，大功率电机不处于满载运行状态，截割转速不高，因此，工作效率相对较低;对硬度相同的岩石进行截割时，转速过低时会造成机器振动幅度及截割扭矩增加，因此，截割头的转速要与截割对象的单向抗压强度相协调[1]。 悬臂式掘进机的升降油缸、回转引起截割臂摆动速度的变化是最为主要的截割操作参数，其对截割效果以及工作载荷造成直接影响。通常而言，当岩石的单向抗压强度不高时，此时要采用较大的摆动速度来增加截割冲击，从而实现高效截割;当岩石单向抗压强度比较大时，此时的截割摆动速度要减缓，将截割冲击降低，实现稳定截割。 掘进机的结构特点决定了截割臂摆动会造成截割头受到的载荷动态变化，但是设计之时结构参数已经固定，工作时无法进行调节，只能通过调节截割臂的摆动速度或截割头的转速来调节冲击载荷。为了确保截割效果最优，必须保证截割臂的摆动速度、截割头的转速能与工作荷载适应，且截割臂的摆动速度、截割头的转速要相互匹配。 3 自适应截割控制的策略 自适应截割控制基于整个截割系统的控制来应对截割负载变化。 第一，采用掘进机专用变频电机，功率200kW，电压1140V，扭矩可依据转速变化从2000N·m调整为4200N·m。 第二，截割变频器基于以往的转速闭环控制增加转矩包络线控制功能，当检测发现计数器值等于定值时进行转速PID运算，依据电机特性曲线来对输出转矩值限幅，输出值、转速变换控制环节增加了转矩限幅的环节，进而控制输出转矩。依据变频器的多段速功能来设置高速档1500rpm、中速档1000rpm以及低速档500rpm，分别适用于煤和半煤岩、半煤岩及煤岩。高速档转速高、转矩小，可确保掘进机具有较高的截割效率;中低速档降速增扭，从而增强掘进机的破岩能力。 |
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