井下风窗风量自动调节控制装置的研究

摘要

调节风窗作为目前使用最普遍的巷道风量调节装置，其对巷道风量调节的稳定性和可靠性是决定整个矿井通风系统能否安全有效完成通风任务的技术基础。现有调节风窗的手动风量调节过程存在不能实现对巷道风量实时检测和调节、风量调节精度不高，手动调节费时费力工程浩大的缺陷，调风过程存在安全隐患。因此，对调节风窗技术进行研究是十分必要的。
　　本文针对现有调节风窗技术的缺陷，提出了对由卷帘风窗窗体部分、液压系统、电气控制系统和信号采集系统四大部分组成的井下风窗风量自动调节控制装置的研究，在介绍了装置的组成和工作原理以及完成了其工作状态的分析后，又对装置的电气控制系统进行了详细研究。为了突出装置对巷道风量的调节作用，针对煤矿生产过程中工作面风量不足的问题，提出在运输大巷的两个工作面之间安装该装置，利用装置的巷道风量自动调节功能来成功解决该问题，装置对巷道风量的整个调节过程采用Fluent技术进行可视化研究，验证了装置具有能自动分配和调节井底风流的功能。
　　为了装置能够成功实践到工程应用中，本文对井下风窗风量自动调节控制装置的关键技术进行了研究。提出了装置的窗体结构与材质优化技术、连接杆保水平技术、风窗卷帘正常启闭防卡死技术、风窗开度双重限位技术、低震荡高精度微变实时自动调风技术，这五大技术是装置顺利实现预期功能的保障。
　　利用AMESim软件对液压驱动系统进行了仿真分析，通过对相应参数的设置，得到了与实际相符的运动学曲线。利用ADAMS软件对装置进行仿真分析，设置了与装置实际所受动载荷相对应的驱动和负载函数，得到了符合装置预期设计要求的微变调风的效果。
　　在理论研究的基础上，成功制作一套装置的样机，并对该样机进行了实验室试验和工业现场试验，对不同试验采集到的大量试验数据进行了分析，分析结果验证了装置具有对巷道风量实时自动检测和调节的功能。试验成功后，该装置被成功推广应用于长治某煤矿。
　　本课题的研究结果表明:该装置结构合理、性能可靠，可以通过对巷道风量的实时自动检测与调节，实现风量调节过程完全无需人工干预，而且装置风量调节过程可以实现近似微变自动调节，使得调风过程具有风量震荡幅值小、调节精度高的优点。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 矿井通风系统的重要性

1．1．1 矿井通风过程简述

1．1．2 矿井通风系统与煤矿安全生产

1．2 矿井巷道风量调节技术

1．2．1 矿井通风系统与矿井局部风量调节技术

1．2．2 矿井巷道风量调节技术的重要性

1．2．3 调节风窗技术

1．3 调节风窗技术国内外研究动态

1．4 研究内容及技术路线

1．5 本章小结

第二章 装置方案研究

2．1 装置的组成及工作原理

2．1．1 装置的组成

2．1．2 装置的工作原理

2．2 装置的工作状态分析

2．3 装置电气控制系统方案研究

2．3．1 供电电源

2．3．2 PLC控制模块

2．3．3 触摸屏及其组态编辑软件

2．4 本章小结

第三章 装置对巷道风量调节作用的研究

3．1 问题研究

3．2 基于Fluent技术的装置风量调节作用可视化研究

3．2．1 Gambit巷道模型建立

3．2．2 理论分析

3．2．3 Fluent相关参数及仿真结果

3．2．4 Fluent后处理

3．3 本章小结

第四章 装置关键技术的研究

4．1 窗体结构与材质优化技术的研究

4．1．1 卷帘风窗窗体结构

4．1．2 卷帘风窗窗体材料

4．2 连接杆保水平技术的研究

4．2．1 连接杆保水平安装技术

4．2．2 风窗卷帘启闭过程连接杆保水平技术

4．3 风窗卷帘正常启闭防卡死技术的研究

4．4 风窗开度双重限位技术的研究

4．5 低震荡高精度微变实时自动调风技术的研究

4．5．1 PID控制数学模型

4．5．2 低震荡微变风量调节的高精度特性分析

4．6 本章小结

第五章 装置动力学分析

5．1 基于AMESim软件的液压驱动系统研究

5．1．1 AMESim软件在本课题中的应用

5．1．2 液压驱动系统的建模

5．1．3 液压驱动系统仿真计算

5．2 基于ADAMS的装置运动学仿真分析

5．2．1 装置的建模

5．2．2 基于ADAMS／view的机械机构虚拟样机的建立

5．2．3 将简化模型导入ADAMS

5．2．4 装置的运动学仿真过程

5．3 本章小结

第六章 试验研究

6．1 装置实验室试验研究

6．1．1 搭建试验系统

6．1．2 试验及结果分析

6．2 装置工业现场试验研究

6．3 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 主要结论

7．2 进一步工作与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文