礦井提升裝備是連通井上和井下的重要工具,其運行狀態(tài)直接影響礦井正常生產(chǎn)和人員安全。相比正常工況,礦井提升裝備遇到過卷、卡罐等情況時,會引起提升機(jī)滾筒表面應(yīng)力顯著變化,因此可以通過監(jiān)測滾筒表面應(yīng)力變化,來判斷礦井提升裝備運行狀態(tài)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有部署靈活、自組織的特點,特別適合于滾筒表面應(yīng)力監(jiān)測。然而,應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對滾筒表面進(jìn)行應(yīng)力監(jiān)測卻存在著能量受限與持續(xù)高質(zhì)量監(jiān)測的矛盾。對于淺煤層礦井,滾筒旋轉(zhuǎn)速度較低,應(yīng)力監(jiān)測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)無法有效收集環(huán)境能量。該網(wǎng)絡(luò)無法實現(xiàn)監(jiān)測節(jié)點剩余電量的長期預(yù)測,且無法在節(jié)約能量的同時兼顧傳輸數(shù)據(jù)的優(yōu)先級;對于深井和超深井,滾筒旋轉(zhuǎn)速度較高,可以在一定程度上補充監(jiān)測節(jié)點電能。但是,該網(wǎng)絡(luò)不能有效平衡監(jiān)測節(jié)點能耗和監(jiān)測數(shù)據(jù)服務(wù)質(zhì)量的關(guān)系,實現(xiàn)監(jiān)測的持續(xù)性。因此,本文開展了適應(yīng)于滾筒表面應(yīng)力監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量管理方法研究。主要工作內(nèi)容包括:1)作為全文的基礎(chǔ),設(shè)計了一種應(yīng)用于滾筒表面應(yīng)力監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。首先,討論了礦井提升裝備異常運行狀態(tài)的主要類型,利用ANSYS Workbench軟件分析了滾筒表面應(yīng)力變化和礦井提升裝備運行狀態(tài)的關(guān)系;然后... 

【文章來源】：中國礦業(yè)大學(xué)江蘇省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：115 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

四種不同運行狀態(tài)下，滾筒等效應(yīng)力云圖(a)勻速(b)加速(c)過卷(d)卡罐Figure2-2Stressnephogramofadrumatfourdifferentoperatingconditions(a)Constantspeed(b)

在并聯(lián)方式下可以輸出雙倍電流，因此選取雙晶結(jié)構(gòu)，實物圖如圖2-4(a)所示。為了使得壓電懸臂梁裝置產(chǎn)生共振，達(dá)到最大收集效率，需要改變壓電片的固有頻率。本文采取改變壓電片長寬比的方式[25]；在電路連接方面，由于壓電收集的能量輸出電壓一般在 10V 左右，足以對監(jiān)測節(jié)點電池進(jìn)行充電，但是壓電片輸出的電流一般在mA級別，所以選用并聯(lián)連接方式以輸出2倍電流；在壓電片固定方式上，因為懸臂支撐方式可產(chǎn)生最大的撓曲和柔順系數(shù)[107]，從而可以輸出更高的電能，所以將能量收集裝置的一端固定于滾筒表面，實現(xiàn)懸臂支撐。值得注意的是，滾筒在提升過程中，很長的時間內(nèi)保持旋轉(zhuǎn)速度恒定不變，此時如果直接采用經(jīng)典的壓電能量收集裝置[108]，壓電片所受到的離心力基本保持不變，壓電片基本不會發(fā)生物理形變，也基本不會產(chǎn)生電能。為了解決此問題，本節(jié)利用卡門渦街原理[109,110]

博士學(xué)位論文PZ11PZ22CAP3Vin4SW5PGOOD10D09D18Vin27Vout6GND11U1LTC3588-1R115K10KR24.7uFC2D10uH 5 610KR3NTCBIAS1NTC2ADJ3HBO4VcBAGNLBSEGND9U2LTC4071壓電片存儲電路調(diào)理電路能量轉(zhuǎn)換圖 2-5 壓電能量收集電路Figure 2-5 Piezoelectric energy harvesting circuit

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]我國超深立井鑿井提升面臨的問題及建議[J]. 范文博.  煤炭工程. 2018(06)
[2]煤礦主提升機(jī)發(fā)生事故的主要原因及預(yù)防措施[J]. 趙京惠.  能源與節(jié)能. 2018(04)
[3]基于最小生成樹的非均勻分簇路由協(xié)議[J]. 廖福保,張文梅.  傳感技術(shù)學(xué)報. 2017(09)
[4]鋰電池開路電壓的預(yù)估及SOC估算[J]. 鄧曄,胡越黎,滕華強(qiáng).  儀表技術(shù). 2015(02)
[5]礦井提升機(jī)過卷問題探討[J]. 張慶宇,閆益歐,伍岳.  科技致富向?qū)? 2014(36)
[6]基于電池能量狀態(tài)估計和車輛能耗預(yù)測的電動汽車?yán)m(xù)駛里程估計方法研究[J]. 劉光明,歐陽明高,盧蘭光,韓雪冰,谷靖.  汽車工程. 2014(11)
[7]面向混合業(yè)務(wù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量有效接入策略[J]. 王亞松,張欽宇,李云鶴,韓晶.  通信學(xué)報. 2013(09)
[8]基于粒子群優(yōu)化的非均勻分簇路由算法[J]. 鄒杰,史長瓊,姬文燕.  計算機(jī)應(yīng)用. 2012(01)
[9]一種基于預(yù)測開路電壓的SOC估算方法[J]. 徐欣歌,楊松,李艷芳,陳文薌.  電子設(shè)計工程. 2011(14)
[10]基于動態(tài)能量管理的無線傳感網(wǎng)絡(luò)動目標(biāo)定位跟蹤方法[J]. 林金朝,李國軍,周曉娜,周道軍,蔣勇.  通信學(xué)報. 2010(12)

博士論文
[1]基于李雅普諾夫方法的衛(wèi)星通信系統(tǒng)的容量、能量、時延的分析與優(yōu)化[D]. 李虎.北京郵電大學(xué) 2014

碩士論文
[1]立井提升鋼帶過卷緩沖裝置特性與匹配研究[D]. 張帥鵬.安徽理工大學(xué) 2017
[2]大型旋轉(zhuǎn)體表面風(fēng)致振動壓電能量收集研究[D]. 李志翔.中國礦業(yè)大學(xué) 2017
[3]面向提升機(jī)滾筒應(yīng)力檢測傳感器節(jié)點的風(fēng)致振動壓電能量收集技術(shù)[D]. 黃玲花.中國礦業(yè)大學(xué) 2014
[4]摩擦提升機(jī)卡罐動力學(xué)特性分析[D]. 丁燕.太原理工大學(xué) 2014
[5]基于無味卡爾曼濾波的電動汽車動力電池SOC估計[D]. 柏慶文.吉林大學(xué) 2013
[6]磷酸鐵鋰電池建模及SOC算法研究[D]. 陳勇軍.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2011



本文編號：3418678