煤炭是我国的主体能源,露天煤炭是我国煤炭资源的重要组成部分。与其他主要产煤国相比,我国露天煤炭的年生产能力在全国煤炭生产能力中所占比例一直不高,一方面是因为我国独特的煤层赋存条件,另一方面是因为我国露天煤矿采掘装备制造能力跟不上、技术水平与国外相差很大。全液压露天采煤机是集高效截割、连续运输和煤块破碎为一体的新一代大型露天煤炭采掘装备,能够实现高效、连续、集中化开采。截割机构是全液压露天采煤机的主要工作机构,其工作特性对全液压露天采煤机的整机性能影响巨大。本课题以全液压露天采煤机截割机构的工作特性及其共性技术为研究对象,选题具有广泛的工程应用背景和重要的学术研究价值。本文提出了一种"可变阻尼式蓄能器+区间式转速控制器"的控制策略以解决截割液压系统的压力冲击和滚筒失速问题。为了使启动控制器、恒功率控制器、区间式转速控制器等多个控制器能够协调工作,提出了多模式控制器切换策略:截割液压系统启动选用启动控制器,截割液压系统正常采煤选用恒功率控制器,当截割滚筒遇到较重负载或较轻负载时选用区间式转速控制器。采用所提出的控制策略后,数值模拟结果表明系统压力峰值由51.3MPa减小至39.6MPa,降低了 22.81%;滚筒转速的负载适应性明显增强,滚筒转速变化范围减小了 12.33%,滚筒转速保障能力提高了 59.72%。为了定量评估截割牵引轨迹的装载效果,本文提出了"煤堆位置平均距离"的概念,并给出了计算公式。以大臂与主机架连接销轴所在的竖直平面为参考,煤块落地地点与计算参考之间的平均距离即为"煤堆位置平均距离"。当被剥离的煤块以平拋运动离开煤层时,"煤堆位置平均距离"与煤块的脱离高度、脱离切向速度相关。当截割牵引轨迹分别为外圆弧、直线、内圆弧时,煤堆位置平均距离分别为4.195m、3.594m、3.265m。从装载效果、结构干涉、牵引速度等方面综合评价三种典型截割牵引轨迹,得到直线牵引轨迹效果最佳的结论。为了提高流量软测量精度以缩短截割机构空行程时间,本文提出了一种基于"逆向补偿方法"的流量软测量算法,其基本思想是:利用理想流量计(无限频响)进行一次离线的蓄能器流量闭环控制,然后提取离线仿真时经过流量控制主阀的流量,并用于逆向计算流量控制主阀阀芯位移和先导阀压力,弥补原有流量软测量算法中先导阀压力的计算误差,以提高流量软测量的计算精度。该方法提高了流量软测量的计算精度,实现了蓄能器流量的闭环控制,使截割空行程的时间由30s缩短至25s,截割空行程运动效率提高16.67%。在全液压露天采煤机其他工作行程用时不变的情况下,单次截割循环的时间由180s缩短至175s,整机工作效率提高2.78%。本论文的结构和主要研究内容如下:第一章,介绍了国内外露天开采工艺和装备现状,指出全液压露天采煤机共性技术的范畴,并总结了截割机构、全液压技术、复杂煤层模拟、截割负载、液压系统压力冲击、流量软测量技术的研究现状,分析了本课题的研究背景和意义,并给出了研究内容和难点。第二章,介绍了全液压露天采煤机的结构组成和工作流程,设计了全液压驱动系统。对含有岩石夹层、包裹体和裂隙的复杂煤层进行了计算机模拟,并在此基础上,对镐型截齿和截割滚筒的受力进行分析,获得滚筒开采复杂煤层时的截割负载。第三章,对截割液压系统进行了热平衡计算分析,提出了 "可变阻尼式蓄能器+区间式转速控制器"的控制策略,给出了多模式控制器切换策略的原则。对截割液压系统进行改进设计,分析评估了所提控制策略的有效性。第四章,对截割牵引机构进行了运动学与动力学分析,计算了典型工况下牵引机构的运动参数变化。给出了外圆弧、直线、内圆弧三种典型的截割牵引轨迹,提出了"煤堆位置平均距离"以评估不同截割牵引轨迹的装载效果。对大臂油缸和小臂油缸进行位置闭环控制,实现了截割牵引机构的直线牵引轨迹。第五章,对截割空行程快速运动进行研究,提出采用蓄能器补偿空行程快速运动时流量不足的方案。采用流量软测量技术对蓄能器输出流量进行闭环控制,基于"逆向补偿方法"提高流量软测量的精度,实现了蓄能器输出流量的准确控制和截割空行程的快速运动。第六章,总结了本论文的研究工作,给出了主要的研究结论,指出了本课题的创新性,并对未来的研究工作进行展望。