Оптимизационная конструкция механизма регулировки высоты барабана машины для добычи угля на основе алгоритма роя частиц

Цель – оптимизация конструкции механизма регулировки высоты барабана угледобывающей машины путем изменения размера и угла механизма регулировки для повышения надежности работы механизма в тяжелых эксплуатационных условиях. В работе использован метод оптимизации роя частиц. В качестве опорных параметров были выбраны значения длины большого рычага, длины малого рычага и максимального угла поворота коромысла. При условии ограничения рабочей высоты и длины коромысла установлена многоцелевая оптимизационная модель с углом качания и напряжением цилиндра барабана в качестве целевых функций и переведена в одноцелевую функцию (при помощи линейных весовых коэффициентов). Граничные условия оптимизации получены на основе анализа рабочих характеристик каждой части механизма регулировки рабочей высоты угледобывающей машины – угол качания, ход цилиндра, нагрузка на цилиндр и коромысло, ограничение по высоте и длине коромысла и рычагов. Алгоритм оптимизации роя частиц использован для оптимизации ключевых размерных и угловых параметров коромысла. Результаты оптимизации проверены для оценки их точности. Установлено, что по сравнению с исходными параметрами удалось достичь следующих изменений оптимизируемых величин: ход цилиндра сократился на 17,9%, длина цилиндра сократилась на 8,94%, угол качания уменьшился на 2,83%, напряжение цилиндра уменьшилось на 12,1%, на 6,83% увеличился изгибающий момент коромысла. Таким образом, предложены рекомендации по оптимизации конструкции системы регулировки высоты коромысла угледобывающей машины, способствующие повышению надежности ее работы в сложных условиях.

1. Wang G.F., Zhang D.S. Innovation practice and development prospect of intelligent fully mechanized technology for coal mining // International Journal of Mining Science and Technology. 2018. Vol. 47. No. 3. P. 459–467.

2. Su X.P., Zhu L.K., Li W. Development of loading experiment table for shearer-drum-height mechanism // Machine Design. 2015. Vol. 32. No. 2. P. 83–86.

3. Liu C.S., Ren C.Y. Optimised design of the coal miner drum height adjustment mechanism // Colliery Mechanical & Electrical Technology. 1990. No. 1. P. 12–17.

4. Zhao L.J., Fan S.M., Liu X.D. Optimization design of coal mining height-regulating mechanism based on similarity theory // Machine Design. 2017. Vol. 34. No. 5. P. 94–98.

5. Wang Y.D., Zhao L.J., Zhang M.C. Research on self-adaptive height adjustment control strategy of shearer // Journal of Coal Science and Engineering. 2022. Vol. 47. No. 9. P. 3505–3522.

6. Li Q.F. Dynamic analysis of height-regulating structure of shearer’s cutting unit based on Matlab/Simulink // Coal mining technology. 2015. Vol. 20. No. 4. P. 52–55.

7. Ji C. Research on dynamic characteristics of height adjustment system of drum shearer // Coal Mine Machinery. 2020. Vol. 41. No. 9. P. 53–55.

8. Peng T.H., Zhang Y.L., Wang G.Y., et al. Simulation study on hydraulic-mechanical coupling adjusted by electro-hydraulic proportional of coal shearer // Coal Science & Technology. 2016. Vol. 44. No. 9. P. 127–133.

9. Jaśkowiec K., Pirowski Z., Głowacki M., Bisztyga-Szklarz M., Bitka A., Małysza M., et al. Analyze the wear mechanism of the longwall shearer haulage system // Materials (Basel). 2023. Vol. 16. No. 8. P. 3090. https://doi.org/10.3390/ma16083090.

10. Dziurzyński W., Krach A., Pałka T., Wasilewski S. The impact of cutting with a shearer on the conditions of longwall ventilation // Energies. 2021. Vol. 14. No. 21. P. 6907. https://doi.org/10.20944/preprints202106.0054.v1.

11. Babokin G.I.., Shpreher D.M., Zelenkov A.V. A software product for improving efficiency control of the electric drive of a shearer // Russian Electrical Engineering. 2022. Vol. 93. No. 1. P. 26–33. https://doi.org/10.3103/S1068371222010035. EDN: CRWKCK.

12. Jaszczuk M., Pawlikowski A., Grzegorzek W., Szweda S. Prediction of the potential daily output of a shearer-loader // Energies. 2021. Vol. 14. Iss. 6. P. 1647. https://doi.org/10.3390/en14061647.

13. Zhao Jiang-bin, Liang Meng-tao, Zhang Zao-yan, Cui Jian, Cao Xian-gang. Fault analysis of shearer-cutting units driven by integrated importance measure // Applied Sciences. 2023. Vol. 13. Iss. 4. P. 2711. https://doi.org/10.3390/app13042711.

14. Kęsek M., Ogrodnik R. Method for determining the utilization rate of thin-deck shearers based on recorded electromotor loads // Energies. 2021. Vol. 14. Iss. 13. P. 4059. https://doi.org/10.3390/en14134059.

15. Ratanavilisagul C. Dynamic population size and mutation round strategy assisted modified particle swarm optimization with mutation and reposition // Procedia Computer Science. 2016. Vol. 86. P. 449–452. https://doi.org/10.1016/j.procs.2016.05.078.

16. Stefenon S.F., Neto C.S.F., Coelho T.S., Nied A., Yamaguchi C.K, Yow K.-С. Particle swarm optimization for design of insulators of distribution power system based on finite element method // Electrical Engineering. 2022. Vol. 104. No. 2. P. 615–622. https://doi.org/10.1007/s00202-021-01332-3.

17. Valencia-Rodríguez D.C., Coello C.A.C. Influence of the number of connections between particles in the performance of a multi-objective particle swarm optimizer // Swarm and Evolutionary Computation. 2023. Vol. 77. Iss. 3. P. 101231. https://doi.org/10.1016/j.swevo.2023.101231.

18. Иванов А.Ю., Матросова Е.Р. Техногенная грифонная активность в северо-западной части Черного моря по данным съемок из космоса // Экология и промышленность России. 2019. № 8. С. 57–63. https://doi.org/10.18412/1816-0395-2019-8-57-63. EDN: QSAUVP.

19. Линник Ю.Н., Шерсткин В.В., Линник В.Ю. Интегральный показатель оценки разрушаемости угольных пластов // Горный журнал. 2015. № 8. С. 37–41. EDN: UHKOSZ.

20. Кантович Л.И., Григорьев С.М., Григорьев А.С. Результаты исследования продавливающих установок для бестраншейной технологии строительства подземных инженерных коммуникаций // Горное оборудование и электромеханика. 2008. № 2. С. 2–7. EDN: HPLIIC.