一种基于采煤机截割电机多参数的煤岩性状识别系统及方法.pdf

1、(10)申请公布号 CN 104329091 A (43)申请公布日 2015.02.04 CN 104329091 A (21)申请号 201410562428.5 (22)申请日 2014.10.21 E21C 39/00(2006.01) E21F 17/18(2006.01) (71)申请人 中国矿业大学 ( 北京 ) 地址 100083 北京市海淀区学院路丁 11 号 (72)发明人 杨健健 吴淼 李旭 姜海 赵国瑞 周剑锋 赵新赢 吉晓冬 杨子贤 (54) 发明名称 一种基于采煤机截割电机多参数的煤岩性状 识别系统及方法 (57) 摘要 本发明涉及一种基于采煤机截割电机多参数 的煤

2、岩性状识别方法， 所述的方法是基于一种采 煤机截割电机多参数的煤岩性状识别系统实现 的， 上述的系统由大容量数据存储设备， 采煤机 电气主控制器、 本质安全型振动加速度传感器、 振 动数据传输电缆、 通信数据传输线及采煤机机载 电源组成 ； 上述的方法是通过采集存储由振动信 号、 采煤机截割左右截割电机及牵引电机的电压 电流及温度扭矩、 采煤机左右摇臂升降油缸压力、 牵引电机速度信号组成的采煤机工作参数， 分析 采煤机滚筒截齿截割煤、 岩石不同顶底板情况下 的信号特征， 运用小波包分析振动信号的不同频 段能量特征， 运用概率统计样本分析截割电机工 作参数的特征分布、 多传感器信息融合技术综合

3、建立不同煤岩性状数据库， 实现基于采煤机截割 电机参数的煤岩性状识别系统和方法。 (51)Int.Cl. 权利要求书 2 页 说明书 9 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书9页 附图1页 (10)申请公布号 CN 104329091 A CN 104329091 A 1/2 页 2 1. 一种基于采煤机截割电机多参数的煤岩性状识别方法， 所述的方法是基于一种采煤 机截割电机多参数的煤岩性状识别系统实现的， 所述的系统由大容量数据存储设备、 采煤 机电气主控制器、 本质安全型振动加速度传感器、 振动数据传输电缆、 通信数据传输线和

4、采 煤机机载电源组成， 其中， 所述大容量数据存储设备安装在采煤机的电控箱内， 通过串口通 信模块与采煤机电控单元的串口连接， 还通过振动信息采集模块连接振动数据传输电缆， 所述大容量数据存储设备由采煤机机载电源供电 ； 所述大容量数据存储设备还包括 ： 嵌入式计算机主板， 接收处理采集到的各种数据 ； 所述嵌入式计算机主板通过发送指 令要求串口通信模块将信息传输给采煤机， 采煤机串口通信模块接受指令并将截割和牵引 电机的电压、 电流、 温度、 转矩、 转速信息以及油缸信息传输至大容量数据存储设备 ； 振动数 据采集模块， 采集由本质安全型振动加速度传感器调理之后的 8 路信号 ； 所述振动数

5、据采 集模块通过嵌入式计算机主板 USB 接口供电并实现与嵌入式计算机主板的通信 ； 大容量固态硬盘， 作为存储设备记录数据 ； 所述大容量固态硬盘为非易失性、 可重复读 写、 抗震性能好的存储设备 ； 其特征在于 ： 所述识别方法是通过采集存储由振动信号、 采煤机截割部左右截割电机 及牵引电机的电压电流及温度扭矩、 采煤机左右摇臂升降油缸压力、 牵引电机速度信号组 成的采煤机工作参数， 分析采煤机滚筒截齿截割煤、 岩石不同顶底板情况下的信号特征， 运 用概率统计样本分析截割电机工作参数的特征分布、 多传感器信息融合技术综合建立不同 煤岩性状数据库而实现的。 2. 如权利要求 1 所述的基于采

6、煤机截割电机多参数的煤岩性状识别方法， 其特征在于 根据截割电机绕组温度变化与电机电流变化利用数据差值拟合方法得到数学建模公式 ： T MF(UL,IL,r)， 结合表征煤岩性状硬度的普氏系数与截割电机电压电流数学模型， 得到 利用电机温度参数识别表征煤岩性状的普氏系数， 其关系式为 ： f表征煤岩性状硬度的普氏系数 ； K表征截割电机参数与普氏系数关系公式的修正值 ； c岩石的单轴抗压强度 ； T截割电机绕组温度值 ； M温度变化正比例系数经验值 ； r截割电机绕组热损耗系数， 常数 ； F-1差值拟合函数反函数， 经验函数 ( 根据样本数据学习获得 ) ； 截割电机绕组温度与电机功率相关系

7、数， ( 根据样本数据获得 )。 3. 如权利要求 1 所述的基于采煤机截割电机多参数的煤岩性状识别方法， 其特征在于 根据转矩传感器的信息 T传感器与阻转矩 TL的近似比关系， 得到利用截割电机转矩信息识别 表征煤岩性状的普氏系数， 其关系式为 A采煤机滚筒参与截割的截齿投影面积之和 ； Rhead采煤机滚筒平均半径 ； 权 利 要 求 书 CN 104329091 A 2 2/2 页 3 4. 如权利要求 1 所述的基于采煤机截割电机多参数的煤岩性状识别方法， 其特征在于 根据采煤机截割电机的多参数矩阵Xcut和牵引电机的多参数矩阵Xwalk确定表征煤岩性状硬 度的普氏系数特征矩阵 X ；

8、 根据所述特征值矩阵计算协方差确定 PCA， 得到协方差矩阵 ； 根 据所述特征矩阵的降维结果判断煤岩硬度普氏系数特征值。 权 利 要 求 书 CN 104329091 A 3 1/9 页 4 一种基于采煤机截割电机多参数的煤岩性状识别系统及方 法 技术领域 0001 本发明涉及一种用于采集机电设备工作状态参数的仪器及一种识别机电设备负 载介质的方法， 尤其是能用于煤矿井下采煤机识别截割煤岩性状的系统和方法。 背景技术 0002 煤矿井下大型采掘设备， 是指为煤矿井下综采工作面使用的各种采煤机和综掘工 作面使用的各种掘进机， 是煤炭综合机械化生产中最为关键的大型设备。 0003 在井下作业，

9、工作环境恶劣， 粉尘量大， 能见度低， 工作空间狭窄， 极易偏离工作方 向和造成机械设备的损耗， 因此对设备性能要求较高。而煤炭生产是一个恶性事故频发的 行业， 事故死亡人数远远高于发达国家和世界平均事故死亡率。 发展无人值守， 最大程度上 实现工作面的无人化， 有助于提高生产过程的安全性， 是煤矿机械发展的一个方向。 0004 井下生产设备日趋大型化、 高速化、 自动化和智能化， 年产煤量也逐年攀升， 一旦 出现设备故障， 造成的损失也就更大， 因此对系统的安全性、 可靠性和有效性的要求也进一 步提高。 0005 而采煤机识别截割煤岩性状的前提是获取采煤机的工作状态参数并进行状态监 测。 研

10、制用在井下机电设备的机载大容量数据记录仪系统能够实时采集和记录该设备的各 种工作状态参数， 实现设备健康运行的实时工作状态参数的跟踪和记录， 识别截割煤岩性 状硬度。 0006 煤层组织中含有成分不同的岩石和硬夹杂物， 它们的含量、 形状和物理一机械性 质各异， 加上煤层结构中有层理 ( 沉积矿物中天然形成的分层面 )、 节理 ( 由各种地质力的 作用而形成的剪切断裂面 ) 等裂隙， 所以使煤层各处的性质不同， 即煤是一种非均质、 各向 异性的脆性物质。 0007 硬度或坚固性是一种表示煤岩破碎难易程度的综合指标， 它是煤岩体抵抗拉力、 剪切、 弯曲和热力等作用的综合表现。 0008 硬度系数

11、 f 表示煤岩的坚固性大小。是苏联学者普罗托季雅柯诺夫于 1926 年提 出的， 因此又称普氏系数。 可以用捣碎法测量硬度系数， 还可以采用计算普氏系数的其中一 种方法， 即根据煤岩的极限抗压强度 y(MPa) 近似确定。 0009 我国用硬度系数来进行岩石分级和煤层分类。煤和软岩 f 4， 中硬岩 f 4 8， 硬岩 f 8， 最硬的岩石 f 达 20 ； 同时还规定 ： f 1.5 的煤为软煤， f 1.5 3.0 的煤 为中硬煤， f 3 的煤为硬煤。 0010 研究采煤机电机工作参数与煤岩硬度影响关系， 其中， 电机工作参数主要研究截 割电机与牵引电机工作参数， 截割电机是滚筒执行旋转

12、切割的动力来源， 因此滚筒截割煤 岩承受载荷将通过传动机构传递至截割电机， 而滚筒所承受的沿采煤机行走方向的阻力同 样影响牵引电机， 除此之外采煤机左右摇臂的升降油缸的油压以及牵引电机的牵引速度也 是重要衡量识别煤岩性状的关键参数。 说 明 书 CN 104329091 A 4 2/9 页 5 0011 进行煤矿井下采煤机多参数采集存储分析为识别截割煤岩性状的意义主要有 ： (1) 于获取煤矿井下采煤机工作时的大量原始数据， 为其识别煤岩性状和健康诊断的 研究提供了宝贵资料 ； (2) 为煤矿井下采煤机自主截割功能实现的设计及完善提供了重要的参考数据和方 法。 (3) 为煤矿井下安全生产的信息

13、化， 和最终的无人化的研究积累最原始最基础的数据 参考资料。 发明内容 0012 本发明的主要目的在于， 提供一种采煤机截割电机多参数采集记录系统和识别截 割煤岩性状的技术方法， 解决上述难题， 以达到对煤矿井下采煤机实现机载长时间大容量 记录其自身的各种运行状态参数的要求并且综合分析基于截割电机和牵引电机的电压、 电 流、 温度、 扭矩信息， 并辅助分析摇臂振动信号、 采煤机左右摇臂升降油缸压力、 牵引电机速 度信号， 建立运用小波包分析振动信号的不同频段能量特征， 运用概率统计样本分析截割 电机工作参数的特征分布、 多传感器信息融合技术综合建立不同煤岩性状数据库， 实现基 于采煤机截割电机

14、参数的煤岩性状识别系统和方法。 0013 基于采煤机截割电机参数的煤岩性状识别系统包括 ： 大容量数据存储设备， 采煤 机电气主控制器、 本质安全型振动加速度传感器、 振动数据传输电缆、 通信数据传输线， 采 煤机机载电源。 0014 基于采煤机截割电机的多参数主要是指截割电机和牵引电机的电压、 电流、 温度、 扭矩信息， 上述的分析方法如下 ： 0015 截割电机电压电流确定截割煤岩性状特征值分析方法 通过采集存储采煤机截割左右截割电机及牵引电机的电压电流信息， 运用概率统计样 本分析截割电机工作参数的特征分布， 确定识别滚筒截割煤岩不同性状特征值的数据库， 该特征值的建立理论模型是通过计算

15、截割电机输入功率， 一般采煤机为三相异步电机， 其 功率值的计 算方法如下 ： UL截割电机线电压 ； IL截割电机线电流 ； 截割电机功率因素。 忽略定子铜耗， 截割电机的电磁转矩近似为输出转矩 ： 截割电机转速 ( 2f/pn， f 为电源频率， pn为电机极对数 ) ； 一般截割状态下， 截割电机的电磁转矩和阻转距的平衡方程为 ： KpTe TL (1.3) TL阻转矩 ； 机械传动效率， 常数 ( 已知多级减速机构机械传动参数 ) ； 说 明 书 CN 104329091 A 5 3/9 页 6 Kp电机负荷系数， 常数 ( 电机运行时的实际功率和额定功率的比 )。 此时截割电机经过传

16、动在滚筒处产生的切向力约为 ： F滚筒切向作用力 ； Rhead滚筒平均半径 ； 滚筒在截割煤岩时， 旋转方向的切向作用力对煤岩的压强 ： Pa煤岩所受压强 ； A参与截割的截齿投影面积之和 ； 滚筒在沿旋转方向截割煤岩时， 岩石的单轴抗压强度与所受压强关系 ： c Pa(1.6) 由公式 (3.7-3.13)， 推导如下关系 ： 令 满足 0016 由公式 (1.7) 可知， 截割电机线电压 UL， 截割电机线电流 IL通过采煤机黑匣子采 集和记录 ； 截割电机功率因素根据电机出厂参数确定， 电机负荷系数 Kp为常数 ( 电机 运行时的实际功率和额定功率的比 )。其中机械传动效率 、 截割电

17、机转速 ( 单位 rad/ s)、 滚筒平均半径Rhead(单位m)、 参与截割的截齿投影面积之和A(约整半个滚筒截割截齿) 可以根据采煤机说明书获得相应参数。 0017 确定采煤机多种工作状态 ( 即工况 )， 通过分析采煤机的截割电机工作参数， 结合 记录工况， 揭示滚筒截割煤岩不同介质时的截割电机工作参数的变化规律， 尤其是根据截 割电机与煤岩硬度经验公式建立普氏系数与电机功率的变化模型， 通过煤矿井下采煤机测 试数据建立数据库。 0018 截割电机功率概率密度分布能够体现采煤机滚筒不同工况下的截割负载， 即通过 概率密度分布图中的不同波峰推断滚筒的截割介质， 根据煤岩截割密实核理论，

18、截割电机 功率的概率密度波峰主要为截割顶板、 煤岩和空载。已知测试工作面的顶板、 煤岩硬度参 数， 根据采煤机的电机工作参数推断经验公式中修正值 K。 0019 煤岩硬度普氏系数与修正系数经验值数学建模如下 ： 由公式可得 ： 0020 首先根据已知煤矿井下的滚筒截割煤岩性状情况确定煤岩硬度普氏系数 f， 计算 说 明 书 CN 104329091 A 6 4/9 页 7 出经验公式中修正值 K， 完成数据库的建立 ； 然后根据修正值的经验值 K、 采集的截割电机 的电压、 电流值估算出滚筒截割介质的硬度系数， 从而判断出待截割煤岩介质的硬度值， 完 成根据采煤机截割电机参数分析识别煤岩硬度的

19、功能。 0021 截割电机温度确定截割煤岩性状特征值分析方法 截割电机绕组温度变化与电机电流变化利用数据差值拟合方法得到如下影响关系公 式 ： T MF(UL,IL,r) T截割电机绕组温度值 M温度变化正比例系数经验值 ； F差值拟合函数， 经验函数 ( 根据样本数据学习获得 ) ； r截割电机绕组热损耗系数， 常数。 所以观测电机绕组温度， 得到反计算公式为 ： (UL,IL) F-1(T,M,r) F-1差值拟合函数反函数， 经验函数 ( 根据样本数据学习获得 ) ； 结合煤岩硬度普氏系数与截割电机电压电流数学模型， 得到温度参数和普氏系数的关 系式为 ： 其中 截割电机绕组温度与电机功

20、率相关系数， ( 根据样本数据获得 )。 0022 截割电机转矩信息确定截割煤岩性状特征值分析方法 采煤机截割电机属于大功率、 大力矩输出设备， 电机的转矩传感器通常不能得到准确 的转矩信息， 因此配合其他多信息数据融合判别煤岩性状更为科学合理。 利用转矩传感器的信息 T传感器与阻转矩 TL的近似比关系， 跟据如下推算公式 ： F滚筒切向作用力 ； Rhead滚筒平均半径 ； 滚筒在截割煤岩时， 旋转方向的切向作用力对煤岩的压强 ： Pa煤岩所受压强 ； A参与截割的截齿投影面积之和 ； 0023 上述的一种基于采煤机截割电机多参数的煤岩性状识别系统及方法根据截割电 机的电压、 电流、 温度、

21、 扭矩信息， 以及牵引电机的电压、 电流、 温度、 转速、 转矩等信息， 通过 多传感器信息融合技术的主分量分析方法判断截割煤岩的硬度范围， 方法如下 ： (1) 确定煤岩硬度特征矩阵 X 以及截割电机的多参数矩阵 Xcut和牵引电机的多参数矩 说 明 书 CN 104329091 A 7 5/9 页 8 阵 Xwalk； (2) 根据特征值矩阵并计算协方差确定 PCA， 得到协方差矩阵 ； (3) 根据特征矩阵的降维结果后特征值判断煤岩硬度普氏系数。 0024 本发明是这样实现的 ： 一种基于采煤机截割电机多参数的煤岩性状识别系统， 其 组成 由大容量数据存储设备， 采煤机电气主控制器、 本

22、质安全型振动加速度传感器、 振动 数据传输电缆、 通信数据传输线， 采煤机机载电源组成。 0025 本质安全型振动加速度传感器采集设备工作状态下的振动信号， 并由其结构内的 信号调理模块调理该振动信号。 再由大容量数据存储设备内的数据采集卡接收经过调理后 的振动信号， 送至大容量数据存储设备内的嵌入式计算机主板， 经处理存储至主机内的大 容量固态硬盘中。采集设备的振动信号主要研究意义在于 : (1) 可用于设备的状态监测和健康诊断 ； (2) 可用于煤岩分界识别的研究， 长期以来该问题始终未能得到解决， 是最终实现自动 化无人综采工作面的技术瓶颈之一 ； (3) 可用于设备载荷谱识别的研究 ；

23、 0026 大容量数据存储设备通过其内部的嵌入式主板上的串口连接设备自身的控制单 元， 通过设定通讯数据协议， 实现交互通讯， 将设备自身控制单元采集的各个工作状态参数 发送到大容量数据存储设备内的嵌入式计算机主板上， 经处理， 将数据存储在大容量数据 存储设备内的大容量固态硬盘中。 0027 本发明的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。 附图说明 0028 图 1 是本发明系统结构示意图 0029 图 2 是煤岩硬度普氏系数与修正值比值的概率密度分布图 图 1 中 ： 1 ： 大容量数据存储设备 2 ： 嵌入式计算机主板 3 ： 大容量固态硬盘 4 ： 串口通信模块 5 ： 电机信息采

24、集模块 6 ： 油缸信息采集模块 7 ： 牵引电机信息采集模块 8 ： 采煤机 9 ： 振动信息采集模块 具体实施方式 0030 为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效 , 以下结 合附图及较佳实施例， 对依据本发明提出的一种基于采煤机截割电机多参数的煤岩性状识 别系统及方法的具体实施方式、 结构、 特征及其功效， 详细说明如下。 0031 有关本发明的前述及其他技术内容、 特点及功效， 在以下配合参考图式的较佳实 施例的详细说明中将可清楚呈现。通过具体实施方式的说明 , 当可对本发明为达成预定目 的所采取 的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解， 然而所附图式仅是提供

25、参考与 说明之用， 并非用来对本发明加以限制。 0032 本发明较佳实施例的一种基于采煤机截割电机多参数的煤岩性状识别系统， 如图 说 明 书 CN 104329091 A 8 6/9 页 9 1 所示， 由包括大容量数据存储设备， 采煤机电气主控制器、 本质安全型振动加速度传感器、 振动数据传输电缆、 通信数据传输线， 采煤机机载电源组成。 0033 所述的大容量数据存储设备安装在采煤机自身的电控箱中， 由电控箱中供电模块 供电， 提供 24 伏直流供电。该大容量数据存储设备由嵌入式计算机主板、 串口通信模块、 大 容量固态硬盘紧凑组合而成， 并对外提供多个通讯接口， 完成数据的传输。 所述

26、的大容量数 据存储设备提供的对外数据接口为串口通信模块和振动信号采集模块， 通过该串口通信模 块连接采煤机的电控箱中的主控单元， 设定统一的数据通讯协议， 在大容量数据存储设备 和采煤机均开启后， 即刻通过该串口通信模块完成数据的通信 ； 通过振动信号采集模块对 外连接本质安全型振动加速度传感器， 采集经本质安全型振动加速度传感器信号调理模块 调理后的设备关键部位振动信号。 在设备上电开启时， 大容量数据存储设备随即启动， 其内 部的用户程序启动运行， 开始数据的采集和存储。 0034 所述的嵌入式计算机主板， 安装在大容量数据存储设备内， 是既防高温又防高湿 的低功耗的主板， 可运行 Win

27、dows XP 等主流操作系统， 也可运行 XP Embedded 或 Windows CE等具有掉电保护的嵌入式操作系统。 该嵌入式计算机主板通过串口通信模块实现同采煤 机通信。所述的串口通信模块为板载的 RS232/RS485 接口， 通过 RS232/RS485 接口连接采 煤机电控单元的串口通信模块， 从而实现同机电设备通信， 可挂载大容量存储设备。 该嵌入 式计算机主板是该系统的核心控制模块， 运行嵌入式操作系统， 通过运行开发的用户程序 完成数据的采集和记录， 记录的每条数据可精确至毫秒级别。 0035 所述的振动信息采集模块， 安装在大容量数据存储设备内， 能够实现多通道采集，

28、硬件可调的单双端信号输入， 软件可调的采样频率， 与主板 USB 接口连接， 并由该接口提供 供电， 实现高速采集振动加速度信号， 并通过主板 USB 接口将信号传入嵌入式计算机主板， 并通过嵌入式计算机主板将振动加速度信号实时的存入大容量固态硬盘 (3) 中。 0036 所述的大容量固态硬盘， 其非易失性存储特性和抗振特性， 能够保证稳定的实时 的存储来自采煤机的振动信号和采煤机的状态信号， 其大容量的存储空间能够完成长时间 的存储这些信号。根据图 1 中的大容量固态硬盘的数据存储中， 其存储的数据的一个实例 是 ： 将数据存储到文件 csv 格式的文本文件中 ； 将串口通信模块采集的数据存

29、储到嵌入式 数据库 SQLite 中， 它主要设计用于嵌入式开发环境， 不用安装， 代码开源， 最大支持 2TB 容 量。建立的数据库有第三方软件提供可视化界面供查询和修改数据库。我们可以将该数据 库的代码直接移 植到我们自己的程序设计中。 每条数据记录的基本条目包括 ： 时间(年月 日时分秒 )， 能够精确至毫秒 ； 设备状态参数信息 ( 电压、 电流、 振动加速度 )。 0037 所述的本质安全型振动加速度传感器， 其本质安全特性可以使其在要求本质安全 工作环境的采煤机上工作， 一个实例是将本质安全型振动加速度传感器安装在井下煤矿设 备的多个关键部位， 在采煤机工作时， 记录设备关键部位的

30、振动特性。 0038 所述的采煤机， 它自身的机电设备电控箱中的主控单元通过采集自身的截割电机 和牵引电机的电压、 电流、 温度、 转矩、 转速， 油缸传感器等的信号， 将其作为设备自身工作 状态参数传输到大容量数据存储设备中处理和记录。 0039 本发明较佳实施例的一种基于采煤机截割电机多参数的煤岩性状识别系统和 方法， 通过实例中型号为 MG400/940-WD 的采煤机， 采用电动机摇臂行星齿轮传 动滚筒结构， 这种传动方式采用了纵向输出轴的单独电机， 使电动机轴与滚筒轴平行， 说 明 书 CN 104329091 A 9 7/9 页 10 因而取消了承载大、 易损耗的锥齿轮， 使截割部

31、更为简化。 采用这种传动方式可获得较大的 调高范围， 并使采煤机机身长度进一步缩短。 0040 机械的传递效率是指机械做功的过程中 “输出” 与 “输入” 的比， 对于采煤机的机 械效率应主要考虑电机的效率、 齿轮的传动效率、 轴承效率等主要因素。在本论文中， 电机 采用的是三相异步电机， 其效率一般为 91.5； 齿轮的传递效率与齿轮的类型、 加工精度以 及润滑情况都有关， 可根据齿轮的制造精度、 润滑条件查表查出的传递效率， 对于普通的七 级圆柱齿轮其效率为 0.97 ； 再将每一对啮合齿轮效率相乘就齿轮传递部分总的传递效率， 一般情况下圆柱直齿轮传动的效率为 0.9 0.99， 常用 8

32、 级圆柱直齿轮传动为 0.97 ； 对于 轴承的效率， 滚动轴承的效率一般在 0.98-0.99， 传动效率较高。 0041 截割电机线电压 UL， 截割电机线电流 IL通过基于采煤机截割电机多参数的煤岩性 状识别系统采集和记录， 截割电机功率因素根据电机出厂参数确定， 电机负荷系数 Kp 为常数 ( 电机运行时的实际功率和额定功率的比 )。其中机械传动效率 、 截割电机转速 ( 单位 rad/s)、 滚筒平均半径 Rhead( 单位 m)、 参与截割的截齿投影面积之和 A( 约整半个 滚筒截割截齿 ) 可以根据采煤机说明书获得相应参数。 0042 截割部选用的 YBCS4 400 的三相鼠笼

33、异步防爆电动机， 其主要参数如下 ： 该电动机输出轴上带有渐开线花键， 通过该花键电机将输出的动力传递给摇臂的齿轮 减速机构。 0043 确定各轴的转速 n、 功率 P、 转矩 T 1) 确定各轴转速 n n1 n电机 1470r/min n2 n1 1470r/min n3 n2/i1 1470/1.77 830r/min n4 n3/i2 830/1.76 472r/min n5 n4 472r/min n6 n5/i3 472/2.238 211r/min n7 n6/i行星 211/6 35r/min 2) 确定各轴输入额定功率 P P1 400kW P2 P1 400kW P3 P2

34、12 4000.970.99 384kW P4 P312 3840.970.99 369kW P5 P4 369kW P6 P512 3690.970.99 354kW 说 明 书 CN 104329091 A 10 8/9 页 11 P7 P6 354kW 式中 ： 1齿轮啮合效率， 1 0.97 ； 2轴承效率， 2 0.99. 经过上述计算， 得到经验公式 1.6 的参数具体值， 如表 1 和式 1.7 所示。 表 1 经验公式的参数具体值 0044 功率因素随负载变化而变化， 一般标准取值为满载时的功率因素， 通常情况 下， 负载越低， 功率因素越小， 本论文着重研究滚筒截割顶地板岩层

35、时高负载下的截割电机 工作参数的变化， 根据实际采煤机工作经验可知， 截割电机过载情况较少， 在不影响研究目 的且结合实际情况条件按下， 简化计算， 取功率因素为满载时的标准值。 0045 由公式得到截割电机功率与表征煤岩硬度的普氏系数 关系 公式， 代入表 3.4 中的常量值， 得到式 (1.12) 其中 Kp近似取截割电机 YBCS4 400 满载时额定效率 0.915。 由公式可得 ： 0046 如图 2 中 ： (1) 数据点 4 处的普氏系数与修正值的比值 f/K 为 3740。考虑到数据点 4 的概率分布 P(X(f/K 3740) 98.36。所以认为数据点 4 为采煤机截割介质

36、最硬的 f/K 的值。 (2) 第二个主波段 (f/K 3164， 3740) 为采煤机滚筒截割煤岩介质的正常 f/K 的值 范围， 工作面顶板良好， 平整。 采煤机滚筒正常工作一般不接触顶板， 因此， 实际工作面的煤 硬度普氏系数 f 2 3。本次截割工作修正值 K (2/3740)， (3/3164) 0.0005， 0.0009。 0047 鉴于数据解释的重复性， 下面例子中对于截割电机电流、 电压、 功率及煤岩硬度普 氏系数与修正值比值 f/K 的解释不再赘述， 第一主波段为采煤机空载， 第二主波段为采煤 机实际负载截割煤岩， 重点通过样本训练修正值 K 的取值范围。 0048 为验证

37、根据修正系数K推断普氏系数f具有分辨性， 取K1010-4， 实现了基于 采煤机截割电机的多参数 ( 截割电机和牵引电机的电压、 电流、 温度、 扭矩信息 ) 信息融合 识别煤岩硬度方法的实例验证。 0049 如上所述是本发明的基本构思。 但是， 在本发明的技术领域内， 只要具备最基本的 知识， 可以对本发明的其他可操作的实施例进行改进。在本发明中对实质性技术方案提出 说 明 书 CN 104329091 A 11 9/9 页 12 了专利保护请求， 其保护范围应包括具有上述技术特点的一切变化方式。 0050 以上所述， 仅是本发明的较佳实施例而已， 并非对本发明作任何形式上的限制， 虽 然本发明已以较佳实施例揭露如上， 然而并非用以限定本发明 , 任何熟悉本专业的技术人 员， 在不脱离本发明技术方案范围内 , 当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰 为等同变化的等效实施例 , 但凡是未脱离本发明技术方案的内容， 依据本发明的技术实质 对以上实施例所作的任何简单修改、 等同变化与修饰， 均仍属于本发明技术方案的范围内。 说 明 书 CN 104329091 A 12 1/1 页 13 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 104329091 A 13