煤矿井下磁耦合谐振WPT系统优化设计

针对煤矿井下复杂环境,为了提高其WPT(Wireless Power Transmission无线电能传输)功率并降低发射端线圈电压,改进了井下WPT发射端的线圈结构,并提出了适合井下WPT的传输模型。根据电路互感耦合理论,推导出WPT系统传输功率与传输效率的数学表达式,分别阐述了耦合系数、输入频率、负载大小对传输功率与传输效率的影响。设计过程中应用Or CAD与Matlab软件对传输系统各个影响因素进行仿真分析,在此基础上设计并制作了实验平台。实验分析得出此传输系统存在最佳功率传输距离和最佳效率传输距离,总体实验结果与理论仿真结果一致,最后通过与典型WPT系统做对比实验分析,得出改进WPT系统提高了传输功率,可为实际井下WPT提供理论参考。     

共轴非平行非对称线圈结构对MCR-WPT效率的影响

磁耦合谐振式无线电能传输是一种全新的电能传输方式,为工业、生活及医疗等领域带来了极大便利。但传统的对称线圈结构已制约了无线输电技术在矿井、医疗等具有特殊需求领域的应用。综合前人提出的共轴非平行结构及非对称线圈结构的无线输电系统,分析了两共轴非平行线圈传输距离半径比、线圈半径比与偏移角对无线电能传输效率的影响,并分析了各因素对效率的相互影响。仿真结果显示传输距离半径比越大效率保持基本不变的偏移角度范围越小,偏移角对传输效率的影响越平缓。随传输距离半径比的增加效率先增加后逐渐降低,偏移角度在80°附近时,传输距离半径比对效率的影响最大。线圈半径比对传输效率的影响与偏移角度、传输距离等有关。试验验证了该理论分析的正确性,为研究复杂环境下的无线电能传输提供了理论基础,也为进一步开发无线电能传输系统提供了参考。     

收发线圈水平侧移对磁耦合谐振式无线电能传输系统的影响

针对在磁耦合谐振式无线输电系统中发射线圈和接收线圈之间发生平行不共轴的水平侧移问题,分别采用互感耦合理论和二端口网络理论对其进行建模分析,并通过数学推导得出用s参数表示的归一化功率和传输效率表达式。运用HFSS软件仿真了系统在过耦合、临界耦合和欠耦合状态下,水平侧移量对系统传输性能的影响;提出一种用于改善系统的优化结构。最后,通过实验验证了仿真结果,并验证所提出的优化结构可有效消除侧移所带来的负面影响,改善系统传输效率。     

井下通信线圈的谐振频率自适应检测技术研究

常规旋转导向的井下无线短传是磁耦合式定频传输的，存在通信线圈的谐振频率随环境变化的现象，容易导致接收信号强度随钻进过程浮动，严重时可能收不到信号，甚至造成乱码。本文提出了基于自动窗口算法自适应检测井下通信线圈谐振频率的技术，先从井下通信线圈谐振频率自检原理入手；然后对比4种自适应选频算法，确定自动窗口算法是更合理的自适应选频算法；最后采用自适应选频和扫频2种方法，对定制的两批井下线圈进行谐振频率检测，论证了自动窗口选频技术的可靠性。该技术能够自动适应井下环境，为井下无线短传提供可靠的谐振频率参数。井下旋转变压器的电能传输效率与谐振频率密切相关，该技术也可推广至井下旋转变压器的变形设计，优化钻进过程的电能传输效率。     

井下环状金属结构等效多圈小环天线接收电磁波能量安全性分析

在井下狭小的巷道空间内金属结构集中,如存在长导线、铁轨、绞车钢丝、支架、铁丝环等不同的金属结构形式。井下金属结构可能会通过磁耦合或接收辐射电磁波的方式接收发射天线的电磁波能量。若金属结构存在断点,则在断点处可产生感应电压;若金属结构断点处发生刮擦,则会在断点处以刮擦放电的形式以很低的电压产生刮擦放电火花,有点燃并引爆井下瓦斯气体的危险。金属结构的不同形式如环状金属结构、柱状金属结构等对耦合电磁波能量具有不同的特性。小型环状金属结构在井下广泛存在,具有体积小、摆放与安装自由度大的特点,井下小型环状金属结构等效为环状接收天线接收发射天线电磁波能量的安全性值得关注与研究。本文针对井下环状金属结构电磁波能量的安全性进行了研究,分析了将井下环状金属结构等效为多圈小环接收天线接收电磁波能量的安全性。建立了环状金属结构等效多圈小环接收天线的等效电路,求出了环状金属结构等效多圈小环接收天线负载上消耗的功率。当环状金属结构等效多圈小环接收天线谐振时,小环接收天线的输入阻抗恰好为阻性,可利用环状金属结构等效多圈小环接收天线等效电路求出负载上消耗的最大功率,以及环状金属结构等效多圈小环接收天线与发射天线之间...     

煤矿井下人员定位无线传感器网络路由算法的研究

分析了煤矿井下人员定位无线传感器网络固定节点特定拓扑结构,提出了一种基于路由表的地理位置路由算法GRBT。该算法采用一种基于网络梯度和位置信息的策略构建路由表,既简化了数据传输过程,又建立了最优数据传输路径。仿真结果表明,该算法下的网络具有较低的数据传输延迟和较好的鲁棒性和可扩展性,能够满足煤矿井下人员定位无线传感器网络实时传输信息的应用需求。     

基于无线mesh网的井下安全监控系统设计与实现

设计了一种无线mesh网和光纤网络相结合的适用于煤矿井下的安全监控系统,该系统实现了对井下环境参数及工作人员位置信息的实时监控。其中无线mesh网络由以XBee_PRO无线通信芯片和单片机为核心的无线信标节点和人员佩戴的便携节点构成,所有节点都将由传感器得到的井下环境参数通过网络上传给地面监控机,同时根据节点间信号传输的RSSI值对人员进行定位,地面监控机实时显示这些环境参数和人员位置信息。通过实验验证,该系统是一个低成本且实现简单、快速的井下实用性监控系统。     

一种基于BPSK的井下无线短传系统

井下无线短传技术可以解决井下近钻头附近的传感器测量数据难以跨越井下螺杆传输的难题,这样就可以将传感器集中安放在靠近钻头的位置上,实现近钻头测量,这样能够更及时地发现地层岩性变化,发现储层位置,实时测量钻头附近的地层情况,有利于根据地质信息及时调整井眼轨迹,控制钻具穿行在油藏最佳位置,适合于在石油工程中进行地质导向。详细叙述了基于BPSK的井下无线短传系统,包括井下无线电磁短传原理、信号调制解调原理及仪器构成等方面,详细描述了井下无线短传的实现过程,最终给出了该无线短传的试验效果。     

基于无线视频的机车监控系统设计

研究了一种基于无线视频的井下机车监控系统。系统采用无线视频摄录与信号发射技术、无线视频接收分站光电转换技术以及光纤传输技术对机车进行实时监控,摄录仪与车载无线视频发射器安装在机车头部靠近铁轨的地方,机车运行时摄录仪记录机车周边信息,随之将采集的图像信息由车载无线视频发射器发送至无线视频接收分站,再由无线视频接收分站通过光纤传输至服务器并显示及存储。利用该系统,可以使井下机车监控工作更加灵活、精确、高效。     

基于MSP430的井下瓦斯测量及无线传输系统设计

针对目前井下煤矿瓦斯监测人员采用便携式仪器现场测量瓦斯效率低和不安全的现状,提出了基于MSP430的井下瓦斯测量及无线传输系统。该系统具有成本低、功耗低、精度高的特点。通过实验运行,该系统工作稳定,能够达到实时监测的功能。     

厚壁组合线圈在磁选设备中的应用与实践

摘要:磁选柱是一种新型高效的磁重选设备,通过磁聚合-分散及旋转上升水流作用,使磁铁矿颗粒受到磁力和流体力的联合作用,能有效破坏磁团聚,分离出单体脉石和夹杂的连生体,提高精矿品位和降低SiO2含量。磁选柱的电磁磁系是由几组均匀电流密度厚壁线圈组合而成,通过几组线圈的有效配置,产生特殊的磁场。本研究从分析磁选柱的厚壁线圈入手,首先介绍了三种常规线圈的结构、电流密度特征及其功率因子的大小,然后以均匀电流密度线圈为例对线圈的组合方式进行了简要分析,在此基础上研究了磁选柱励磁线圈的磁场特性及选分原理。磁选柱应用在本钢南芬选矿厂铁精矿提铁降硅改造中,改造后精矿品位由67.50%提高到69%以上,SiO2含量由6.5%降低到4.5%以下,证实了其在磁铁矿选矿厂工艺流程中的巨大作用。      

电线成圈机排线传动系统的动力学分析

在分析CQ-110型电线成圈机排线传动系统的运动关系的基础上,建立了排线传动系统的动力学模型,进行了动力学分析,根据电线成圈过程中排线张力的变化情况,分析了成圈速度对电线成圈质量的影响,得到了合理的运行参数。     

矿用钢丝绳监测系统电磁干扰性耦合规律研究

针对目前矿用钢丝绳监测系统的抗干扰技术,缺乏可以参考和实施的电磁兼容性标准和规范,不能满足煤矿安全的技术发展需求,提出矿用钢丝绳监测系统电磁干扰性耦合规律研究。分析了矿用监测系统产品的测试项目和标准,得出要进行系统产品的抗干扰测试,首先要分析干扰源。为此建立了干扰源多导体传输线计算模型,运用有限差分法分别求解了传输线长度、动力电缆与监测信号线的间距等参数改变时信号回路S,L两端的差模干扰电压。结果表明：矿井电力电缆耦合到信号线上的干扰随传输导体长度的增加而增大;随动力电缆与信号线间距的增加而减小;随两信号线间距的增加而近似线性增大;随传输导体离地面间距的增加先增大后逐渐减小,存在一个最大干扰极值拐点。     

电气化铁路用铜包钢接触线制造技术

介绍并分析比较电镀法、浸涂上引法以及连续挤压包覆法等几种铜包钢线生产方法。电镀法设备体积小，投资少，但只能生产薄镀层细线，并存在环境污染；浸涂上引法的产品界面结合强度高，长度不限，但工艺复杂，设备庞大，技术难度较大，生产效率较低；连续挤压包覆技术设备投资少，生产率高，铜包覆层厚度均匀、无露点、无焊缝，内在质量好，导电率高，成本低，是理想的生产工艺。     

双绳缠绕式煤矿深井提升系统钢丝绳张力主动控制方法

针对双绳缠绕式煤矿深井提升系统运行过程中钢丝绳张力不平衡问题,提出了钢丝绳张力主动控制方法。首先,分析双绳缠绕式煤矿深井提升系统钢丝绳张力与浮动天轮液压缸负载力之间的关系,考虑系统存在的非线性问题,建立了提升系统钢丝绳张力主动控制模型;其次,由于煤矿深井提升环境恶劣,因此钢丝绳张力反馈信号通过无线装置进行采集,考虑提升系统运行过程中钢丝绳张力反馈信号通过无线传输存在不确定延时问题,基于系统控制模型构建了钢丝绳张力主动控制矩阵,设计了钢丝绳张力无线反馈信号传输延时补偿观测器,证明了包含延时补偿观测器的钢丝绳张力主动控制模型的稳定性;然后,考虑钢丝绳张力主动控制模型是一种严格反馈模型,存在输出约束问题,提出了反步控制和障碍李雅普诺夫函数相结合的钢丝绳张力主动控制方法,并证明了钢丝绳张力控制下的提升系统稳定性;最后,利用双绳缠绕式煤矿深井提升试验台对提出的传输延时补偿观测器及钢丝绳张力主动控制方法开展了实验验证,实验结果表明,延时补偿观测器可有效减小由于无线传输造成的钢丝绳张力反馈信号滞后量,与传统的被动式钢丝绳张力调节装置相比,在高速和低速工况下,提出的钢丝绳张力主动控制方法均可以更有效地减小2根钢丝绳张力差,进一步保证提升系统的安全运行。     

矿井柔性提升系统运行过程中钢丝绳横向振动的特性研究

针对矿井提升系统运行过程中钢丝绳长度变化的柔性特征,结合Kelvin黏弹性模型,建立了基于Hamliton原理的柔性提升系统钢丝绳横向振动的控制方程。利用无线加速度位置传感器在多个煤矿开展了现场试验,并对钢丝绳横向振动数据进行了无线采集,详细分析了横向振动振幅分别与测点位置和提升高度的关系。结果表明：现场试验得到的测试数据与数值模型仿真结果的变化规律基本一致,验证了柔性提升系统钢丝绳横向振动的准确性。越靠近罐笼处钢丝绳横向振动越大,且随着矿井深度的增加振动会大幅度增大。通过比较提升系统运行方向对振动的影响发现钢丝绳上行运行的振动较下行运行大。     

丰峪矿架空乘人装置钢丝绳缺陷检测系统研究

架空乘人装置钢丝绳承担动力传输及乘人载荷,使用时会出现磨损、锈蚀、断丝等缺陷,给架空乘人装置使用安全带来一定的不利影响。为了提升架空乘人装置使用安全性,实现钢丝绳缺陷快速、精准监测,在基于磁平衡原理、股波定位基础上,提出一种钢丝绳缺陷检测系统,并对系统探测原理,结构、软件构成等进行详细阐述。现场应用表明,该缺陷检测系统检测精度高、检测数据重复率达98%,检测结果可为钢丝绳保养、维修、更换提供依据。