傾斜井巷防爆救生艇的設(shè)計(jì)與研究.pdf

1、煤炭行業(yè)是我國的支柱產(chǎn)業(yè)。礦井安全是煤礦生產(chǎn)的靈魂，在煤礦開采過程中煤礦水患災(zāi)害的影響頗大。當(dāng)傾斜井巷發(fā)生透水事故時(shí)，由于井下人員流動(dòng)性大和工作環(huán)境復(fù)雜，很難掌握井下被困礦工的確切數(shù)量、每個(gè)人所處的具體位置及其生命狀態(tài)，給救援工作帶來極大困難，常常延誤營救的最佳時(shí)機(jī)，造成嚴(yán)重后果。這就需要一個(gè)在抽排水過程中可以提前到達(dá)被困人員處的搶險(xiǎn)救生裝置。因此提出設(shè)計(jì)礦用防爆救生艇是很有必要的。
　　本研究在對(duì)當(dāng)前礦井水害現(xiàn)狀及國內(nèi)外主要救援

2、方式研究的基礎(chǔ)上，瞄準(zhǔn)煤礦傾斜井巷透水工況，設(shè)計(jì)和研究礦用防爆救生艇，闡述了防爆救生艇相對(duì)其他救援手段更加便捷有效，對(duì)于保障礦工生命安全具有重要作用，為礦井水災(zāi)害救援提供了新的思路。根據(jù)礦用防爆救生艇使用特點(diǎn)完成橡膠舷筒、鋁合金加強(qiáng)板及防爆驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)總成設(shè)計(jì)研究，并利用Pro/E建立礦用防爆救生艇三維模型。在此基礎(chǔ)上，依據(jù)阿基米德原理對(duì)礦用防爆救生艇懸浮特性進(jìn)行了理論分析，通過計(jì)算其浮心與靜水力曲線，并對(duì)充氣艇船體的剛度，強(qiáng)度以及充氣氣壓

3、進(jìn)行討論，得到了衡量救生艇承載能力的相關(guān)參數(shù)。根據(jù)救生艇使用環(huán)境特點(diǎn)，對(duì)其主要?jiǎng)恿α悴考菪龢M(jìn)行設(shè)計(jì)，以滿足小空間，大推力，高靈活度等使用要求。依據(jù)現(xiàn)代化船舶螺旋槳設(shè)計(jì)方法對(duì)其主要推進(jìn)裝置螺旋槳的數(shù)目，螺旋槳槳葉數(shù)目，螺旋槳轉(zhuǎn)速，直徑以及螺旋槳外形和槳葉切面形狀等展開討論，確定礦用防爆救生艇可以適用的推進(jìn)裝置形式。然后對(duì)螺旋槳槳葉葉曲面型值計(jì)算方法進(jìn)行分析，總結(jié)槳葉葉曲面型值三維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式；并利用PropCAD設(shè)計(jì)出螺旋槳面輪廓曲線

4、，結(jié)合Solidworks建立MAU型螺旋槳三維模型，實(shí)現(xiàn)PropCAD與Solidworks聯(lián)合建立MAU型螺旋槳。最后利用上述所建立數(shù)字化螺旋槳模型進(jìn)行數(shù)值分析，以CFD理論為基礎(chǔ)，使用多重參考系模型，分別建立動(dòng)網(wǎng)格與靜網(wǎng)格，對(duì)數(shù)字化螺旋槳模型進(jìn)行模擬敞水試驗(yàn)，利用Fluent分別分析了1號(hào)螺旋槳與2號(hào)螺旋槳的動(dòng)力特性、葉面最大靜載荷以及最大推力，并進(jìn)行對(duì)比分析，以優(yōu)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出最適合礦用防爆救生艇所使用的螺旋槳。以具有良好魯棒性

5、的無刷直流電機(jī)作為控制研究對(duì)象，進(jìn)一步開展相應(yīng)的研究工作。分析無刷直流電機(jī)無位置傳感器控制原理，并在此基礎(chǔ)上，采用經(jīng)典力學(xué)建模方法建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。根據(jù)所建立的數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制算法，并在MATLAB/Simulink中搭建仿真環(huán)境驗(yàn)證控制算法的正確性。此外，完成控制電路的硬件設(shè)計(jì)，對(duì)主要的微控制器、驅(qū)動(dòng)電路、位置檢測電路展開討論，并設(shè)計(jì)控制程序；利用Altium designer軟件完成控制器PCB板設(shè)計(jì)。最后將所完成的礦用防爆