倾斜井巷防爆救生艇的设计与研究

发布时间：2018-04-28 17:47

本文选题：倾斜井巷 + 防爆救生艇　；参考：《太原理工大学》2017年硕士论文

【摘要】：煤炭行业是我国的支柱产业。矿井安全是煤矿生产的灵魂,在煤矿开采过程中煤矿水患灾害的影响颇大。当倾斜井巷发生透水事故时,由于井下人员流动性大和工作环境复杂,很难掌握井下被困矿工的确切数量、每个人所处的具体位置及其生命状态,给救援工作带来极大困难,常常延误营救的最佳时机,造成严重后果。这就需要一个在抽排水过程中可以提前到达被困人员处的抢险救生装置。因此提出设计矿用防爆救生艇是很有必要的。本文在对当前矿井水害现状及国内外主要救援方式研究的基础上,瞄准煤矿倾斜井巷透水工况,设计和研究矿用防爆救生艇,阐述了防爆救生艇相对其他救援手段更加便捷有效,对于保障矿工生命安全具有重要作用,为矿井水灾害救援提供了新的思路。根据矿用防爆救生艇使用特点完成橡胶舷筒、铝合金加强板及防爆驱动系统总成设计研究,并利用Pro/E建立矿用防爆救生艇三维模型。在此基础上,依据阿基米德原理对矿用防爆救生艇悬浮特性进行了理论分析,通过计算其浮心与静水力曲线,并对充气艇船体的刚度,强度以及充气气压进行讨论,得到了衡量救生艇承载能力的相关参数。根据救生艇使用环境特点,对其主要动力零部件螺旋桨进行设计,以满足小空间,大推力,高灵活度等使用要求。依据现代化船舶螺旋桨设计方法对其主要推进装置螺旋桨的数目,螺旋桨桨叶数目,螺旋桨转速,直径以及螺旋桨外形和桨叶切面形状等展开讨论,确定矿用防爆救生艇可以适用的推进装置形式。然后对螺旋桨桨叶叶曲面型值计算方法进行分析,总结桨叶叶曲面型值三维坐标转换公式;并利用PropCAD设计出螺旋桨面轮廓曲线,结合Solidworks建立MAU型螺旋桨三维模型,实现PropCAD与Solidworks联合建立MAU型螺旋桨。最后利用上述所建立数字化螺旋桨模型进行数值分析,以CFD理论为基础,使用多重参考系模型,分别建立动网格与静网格,对数字化螺旋桨模型进行模拟敞水试验,利用Fluent分别分析了1号螺旋桨与2号螺旋桨的动力特性、叶面最大静载荷以及最大推力,并进行对比分析,以优化设计,设计出最适合矿用防爆救生艇所使用的螺旋桨。以具有良好鲁棒性的无刷直流电机作为控制研究对象,进一步开展相应的研究工作。分析无刷直流电机无位置传感器控制原理,并在此基础上,采用经典力学建模方法建立系统的数学模型。根据所建立的数学模型设计相应的控制算法,并在MATLAB/Simulink中搭建仿真环境验证控制算法的正确性。此外,完成控制电路的硬件设计,对主要的微控制器、驱动电路、位置检测电路展开讨论,并设计控制程序;利用Altium designer软件完成控制器PCB板设计。最后将所完成的矿用防爆救生艇进行水面初步航行试验,试验结果表明此防爆救生艇具有承载能力大,动力强,操纵性良好的特点,可以满足倾斜井巷透水事故的应急救援。
[Abstract]:In this paper , it is necessary to design and study the floating characteristics of mine explosion - proof lifeboats . Based on the research of the present situation of mine explosion - proof lifeboat and the complex of working environment , it is difficult to know the exact quantity of mine - mine explosion - proof lifeboats , and to design and study the three - dimensional model of mine explosion - proof lifeboats . A simulation environment verification control algorithm is set up in MATLAB / Simulink . In addition , the hardware design of the control circuit is completed , the main micro - controller , the driving circuit , the position detection circuit are discussed , and the control program is designed . The design of the controller PCB is finished by using the Altium designer software . Finally , the completed mine explosion - proof lifeboat is used for preliminary navigation test . The test results show that the explosion - proof lifeboat has the characteristics of large bearing capacity , strong power and good maneuverability , and can meet the emergency rescue of the water - permeable accident of inclined shaft .

【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TD774

【参考文献】