采煤机载荷的测试与数据处理方法.pdf

文章编号 1 I H 1 0 8 7 4 2 1 1 0 1 0 1 0 0I 9 - 0 3 煤 矿机电 2 H 2 年第 l 期 采煤机载荷的测试与数据处理方法 李俊 ， 王立 宝 ， 彭第 煤炭科学研 究总院 E 海分院， 上海 2 0 0 0 3 0 ； 2 枣『 F 煤业集川公 司罔陈煤矿 ． 山尔 枣 2 7 7 0 0 0 3 枣庄煤业集团公 司设备管理中心 ． 东 枣庄 2 7 7 l 0 0 摘要 卒又采用试验 约 云． 对丢蠼机载昔进行 了 叫 试 ， 土对测试结果进 亍了数握处堙 ． 鸯采 机 屿爰 究提 供最据 关键词 最嵯机 载荷 中图分类号 T D 4 2 I ． 6 1 测试 ； 数据处堙 文献标识码 A L oa d Te s t i ng an d Da t a Pr o c e s s i n g f or She ar er L I且 l n n Ⅲg 。 WA～ L i m ， 1 l i n g 1 Ch i n a Co a l RP t r r 1 h I r l s l i t u l e S h a n g h a I 1 ． 1 d S h a n g h a i 2 0 0 0 3 0， t , i r l t 2 r i a , ． 。 h e n Co a l Mi n e ．Z a o z h u a n g Ca M l n d u t r y , r o u p Co r p o r a t i o n．Za o z h l t a n g 2 7 7 0 0 0 Ch i n a； 3 F C l U i p me n t Co n t r o l e n t e r Z a a z h u a n g Co a l I n du s t ry “ ； r o n p Co r l o r a t i o 1] ．Za o z ] n mn g 2 7 71 O 0． ] h i ml 1 Ab s t r a c t A t e s t 】 e a r l i e d o u t f o r t e s t i n g t h e l le s e d．wh i h [ I r r x i d e s h a ms r s h e a r e r d e s i g n K e y wo r d s h e a r e r ； l o a dt e s t d a t a p r o 1引 言 滚 筒式 采煤机 以其灵活 、 大功 率 、 牵 引 速度 商 高效 率等 特点 ，已成 为 1 今 采煤 机 的主要 机利r ， 也 是高 产高效综 采 1 ． 作 面的核心设 备 、 但 山于诸 多随 机 固 素的 影响 ． 使 得 栗煤 机 在截 割 过 程 巾 ． 受 力不 均匀 ． 致使 采煤 机 出现颤 振 现象 ． 加 剧采 煤 机 部 件的损坏 ． 影 响采煤 机的生产 效率 、 山于采煤 机 滚筒 负荷 的 随机特性 ． 理 论 对 采 煤机 负荷的表达仅限于经验公式 ， 而实际情况耍复 杂 的多因此 ． 以潜的形式束 描述 要好 得多 。 但煤矿 用采 燥 机 ， 山 于井 F条 件恶 劣 ． 许 多 仪器 受 防爆 要 求的 制． 使得外载荷的测定十分网难戴荷讲 的 获得难 以碍到解 决 、 煤科 总 院 r 海分 院测 试 巾 采 煤 机 整机 验窜 的 人造 煤 带 为模 拟 截割 信 采集 提 r良好f 『 条件 就随机性而言 ． 由丁受 采煤 【 作 而 I ． 条件 的影 响如地 压变 化 、 哉割 过程遇 到夹 杂物 和 夹矸 、 底板 的 不平 度 、 层 理 和 节理 发育 稃 度 的变化 、 煤 的脆性 变 化 牵 』 速 度的 波动 等 采煤机 在 一时 刻的载 倚是 不确定 和随机 的虽 然地 面的 模拟哉割不具备上述的省多随机冈素， 由 t 【 某体 具 仃相 同的脆 性破 坏性 质 ． 使 僻这种 随机 过 稃的模 拟 且 - -忏 性 2 测试 删 试l 勺容 1 在滚 筒转速 ,r t 2 7 ． 8 r ／ m i n时 ， 删 水旧牵 ‘ l 速度下的电机输入功率和滚筒哉割转矩 2 1在 滚 筒转速 n - 5 0 ． 7 r ／ mi n时 ． 删 币旧牵引 速度 F的I 机输入功率和滚筒哉剖转矩 3 删 试审戟状 态 f ， - 5 0 7 r ／ r n i n 】 ． 电机 输 入 功率 和滚筒 截割转 矩 l 2 1 螂试条什 人 造燥 壁 下均 抗 压 强 度 7 2 2 MP 比 重 1 ． 4 t ／ S P a _ 星 一 ㈨_ 三 S f 维普资讯 2 0 0 2年第 】 期 煤矿 机电 3 测 点布置 和测试方 法 电机输 人功率 电压 日 感器和电流 感器直接 与 电动 机的动 力电源线 相接 截割转矩 扭矩传感器接在滚筒的输轴上。 牵 引速 度 的测 量 利 用 秒 表 1技测 茸行 走 距 离来 进行粗 略估算 。 4测试 系统 I 1电机输 人功率 电压 目 ‘ 感 器 和 电流 感 器一三 相功率 变 送 器一滤 渡器一微 机一打 印机 2 截割转矩 转 矩 传 感 器一 载 频 放 大 器一 滤 波 器一微 机一 打印机 l 5 数据采样 数据的采样过程就是把连续 的模拟信号转换 为离散时间序列的过程。一般按等间隔 A￡ 取值 ， At 的 大 小 决 定 了 采样 的 质 量 和 数 据处 理 的 总 时 间 一 Af 太 小 ，增 加 了数 据 处理 的工 作 量 ， At 太 大， 会在原始数据中引起低频和高频分量 的混淆 ， 不能真正反映原信号 的全部情况 ． 影响分析精度一 l 根据 N y q u i s l 定律 A ≤寺 ， 为截止频率 采煤 叫． 机载 简信号 为低频信 号 ，估计 其截止频 率为 3 0Hz ． 则 A， ≤O 0 1 6 6 ％．在实 际采 样 中，采 样 间隔取 为 △t 0 ． 01 0 5 6 s 3 载荷的数 据处理 及分 析 采煤机的截割过程是_ - 一 个随机过程 ， 只有当截 割过 程 满足 各 志历 经 时 ，可 以通 过 个别 的过 程 实 现 来 判断 过程 已实现 的总集 合的境 t t - 特征 因此 必须对信 号数据进行平稳性 、周期性 和正态性检 验 1 j平稳 眭检验 所谓平稳性是指信号的统计参数， 不随时间的 推移而 变化 。 在统计 时 ， 用轮 次检验法 ， 由子 样来 推 断总体， 对试验数据 进行 了检验 ， 结果表明， 被检 验数据是 平稳 的 。 2 周期性检验 随机信 号的概率分布为正态分布的钟形 ， 若为 正弦信 g - 与随机信号的造加， 概率密度分布曲线的 顶部出现凹陷，凹陷程度反映了周期分量的强弱 图 1 为截割转矩的概率密度图 ， 从中看出采煤机的 截割信 号具 有很强 的周期性 。 围 1 截割转矩概率密度圈 此外 ． 还对截割信号进行 了自相关 和互相关分 析。从 自相关分析得 出， 截割 电机的功率信号和滚 筒的扭矩信号均是周期性的， 有一个共同的周期信 号即滚筒的转速频率 ，不管滚筒转速如何改变 ， 都 包含有其它的频率信号 ， 这些频率信号与滚筒截齿 的配置有关 从互相关分析 ， 两者的互相关系数 达到 o 8 1 ． 说明两者高度相关 ，电机功率信号比截 割转矩信号少了一些高频成分 ， 而低频分量是一致 的， 均反映了截齿配置关系。当截割信号难以测试 时 ， 利用 电机功率 信 号来研 究 截齿 配置对 载 荷谱 的 影响是可行的 3 正态 性检验 正态检验采用卡埃平方拟合优度检验法对试 验数据进行了检验 ． 结果表 明， 测试的截割数据符 合正 态分 布。 4 数据 的频谱 分析 通 过 计算 机 编 程 ， 运用 傅 立 叶 变 换 ， 得 出测 试 信 号的频谱 图 ， 如 图 2 、 图 3 。 围 2 M G 1 5 0 w采煤机频谱围 图 3 ／ t,1 G3 4 4 一 D采煤机频谱 围 下转第 1 6 页 维普资讯 2 0 0 2 年第 1 期 煤 矿 机 电 控 制 ； 重介 分选 的 自动控制 等等 。 选用在线测灰仪、 超声波料位计 、 浓度计 、 核子 称 、 电磁流量计 、 物位限位开关 、 电接点压力表 、 液 位控制器等计量仪表实现生产过程灰分 、浓度 、 流 量 、 数量、 仓位 、 液位的实时监测 ； 选用粉尘监测仪、 瓦斯监测仪 、 火灾报警器 、 光电定 位器 、 胶带防跑 偏 、 防打滑、 防撕裂等监测保护装置实现对生产过 程进行可靠监测及有效控制。上述仪表仪器可通过 通讯接 口、通讯适配器与上位机连接或直接接人 P L C系统。 4 结语 企业管理监控信息网络系统的建立 ， 实现了生 产监控系统与管理信息 网络的互联 ， 可充分利用系 统资源， 完成生产过程数据 的实时采集 、 处理和通 信，并提供强有力的过程动态监测和信息管理功 能，从而使生产信息系统从单元化走向多元化， 对 过程优化、 生产效率提高及产品质量改善起到关键 作用。管理监控信息网络 系统的建立及运行 ， 可使 企业管理体制合理化 、 管理方法有效化 、 管理效果 最优化、 基础数据科学化。 参 考 文献 [ 1 ]刘家彬． 企业同环境下控制软件 的新发展[ J ] ． 微计算机信 息， 1 9 9 8 5 [ 2 1顾洪军 ． 张佐 吴秋峰 控制系统的网络化发展[ J ] 工业 仪表与 自动化装置 ， 2 O 0 0 1 [ 3 ．彭瑜． E I C一体化与现场总线[ J 自动化仪表 ． 1 9 9 9 ， 2 0 【 I I 4 ]李玉良， 四季春． 工业局域信息 网开发及应用[ J ， 煤炭 科学技术， 2 0 0 1 6 [ 5 ]卓敏， 黄道， D c s与微机局域 网的集成[ J ] 自动化仪表 ， 1 9 9 9． 2 0 1 [ 6 ]四季春 许秋霞 选煤厂监测监控 网络系统[ J ] 煤矿 自动 化． 2 O 0 O 增刊 [ 7 ]N i g e l P ．We l d m e n t ， L i r i n gn tr o l t e e h n d o g y w ／ t h y o u r c o m p a n y s b u s i n e s s s t l a t e - ， 1 9 9 7 5 [ 8 ]Z e n g S W．F i e l d b u s T e e l u o l o g y O v e td e w a n d i t s I m p a c t 0 n l n d u s i a l A u t o ma t i e n [ R] ． T e c h n i c a l R e p o r L o f R o y a l s t I 】 o f Te c h n o l o g y ． S we d e n 9 ]缪学勤 工业控制系统用现场总线 [ J ]自动化仪表 ， 1 9 9 8 ， 1 9 I 1 [ I 【 】 ]杨永． 选煤厂全厂监控系统的研究[ J 选煤技术 ， 2 O O O I 作者简介 四季春 1 9 6 8 一 ， 男． 工程师。1 9 9 0年 毕业干中国矿 业大学， 现为 中国矿 业走学在读研究生。 收稿 日期 2 O O l 一 0 7 1 I ； 责任编辑 桃克 上接第 2 】 页 综合对三种采煤机滚筒 M G 2 0 0 一 Q W， MG 1 5 0 - N W， M G 3 4 4 - P WD 在多种牵引速度下的计算结果可知 1 载荷的频谱图反映了滚筒截齿的排列方 式 。不 同的截齿排列有不 同的功率谱 ， 截齿排列的 好坏决定了滚筒负荷的均匀性 。 2 通过对不同牵引速度下， 电机功率频谱幅 值的比较 ，液压牵引采煤机牵引速度在 2 - 8 ～ 3 ． 5 m ／ m i n时 ， 负荷波动较小 ， 随着牵引速度的增加 ， 负荷 波动变大 ； 而 电牵引采煤机 M G 3 4 4 一 P WD 在牵 引 速度大于 4 m ／ m i n 时 ， 其波动却逐渐减小。 4 启 示殛后 续研究 1 评价采煤机零部件的可靠性 ， 须对采煤机 进行型式试验 ， 目前采用的是等幅载荷试验。由于 采煤机承受 的载荷是随机 的， 较好的方法是随机疲 劳试验 ， 将实测 的载荷信号进行谱分析 ， 得到载荷 工作谱估计 ， 将它与预制的实际随机载荷的功率谱 相 比， 给出反馈信息 ， 进行闭环控制使 之逐步接近 实际随机载荷的功率谱密度 。 2 随着采煤机技术的不断发展， 电牵引采煤机 已广泛使用， 电机均是单独受载， 电机功率的信号可以 通过电流的变化来表示， 因此， 是否可以通过电路系统 的设计， 把电机功率的信号记录下来， 这样得到的就是 实际工况的采煤机载荷谱。不仅可以记录前后滚筒的 受力情况 ，通过记录牵引电机功率还可以记录下牵引 力的波动情况。由此得到的功率谱将更有价值。 3 如果上述试验能够完成 ， 便可以以此为依 据 ， 对滚筒负荷的经验公式进行验算和补充。 4 在电牵引状态下， 寻求采煤机负荷波动与 牵引速度的关系。 5 在采煤机设计 中， 壳体的结构也很重要 ， 把壳体作 为一个系统 ， 通过激振响应 ， 可得到壳体 的动态特性 包括 固有频率 、 模态 、 刚度和阻尼等 ， 当其固有频率与外载荷谱的振动频率相同时， 会引 起共振。因此 ， 利用载荷谱可以对壳体结构进行修 改优化， 进而起到优化设计的目的。 参考文 献 [ 1 ]李俊明． 采煤机载荷谱的研究[ D ] 上海 煤炭科学研究总院上 海分院， 1 9 9 4 作者简介- 李俊明 1 9 7 0 - ， 男， 工程师。1 9 9 1 年毕业于中国矿业 大学矿机幕， 现在天地科技股份有限公可上海分公司从事采煤机 的研开发工作． 发表论文5 篇。 收稿日期 2 0 0 1 5 一 I O 维普资讯