【摘 要】
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煤炭是我国主要能量来源,采煤机是煤炭开采工作面的重要设备,其稳定性是安全高效开采的中心环节。摇臂传感器对采煤机工作的稳定性具有重要影响,传统采煤机摇臂传感器大多采用有线供电或者电池供电的方式,在煤矿井下恶劣的工况环境中,可靠性不高,难以为采煤机传感器提供可靠电能,针对采煤机摇臂传感器供电方式可靠性较低的现状,本文提出了一种基于能量收集技术的采煤机摇臂无线传感器供电方式。本文首先对采煤机摇臂可收集的
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煤炭是我国主要能量来源,采煤机是煤炭开采工作面的重要设备,其稳定性是安全高效开采的中心环节。摇臂传感器对采煤机工作的稳定性具有重要影响,传统采煤机摇臂传感器大多采用有线供电或者电池供电的方式,在煤矿井下恶劣的工况环境中,可靠性不高,难以为采煤机传感器提供可靠电能,针对采煤机摇臂传感器供电方式可靠性较低的现状,本文提出了一种基于能量收集技术的采煤机摇臂无线传感器供电方式。本文首先对采煤机摇臂可收集的振动能量和热能进行分析,验证了这两种环境能量可作为能量收集技术中的可靠环境能量来源。其次对振动能与热能收集方式特点进行分析,针对煤矿工作面环境特点采用了压电式振动能量收集方式与温差发电方式,并建立数学模型,为能量收集提供理论依据。再次通过有限元分析法对压电发电片的性能进行分析,设计了一种在低频振动频段内具有多谐振点的新型双层结构压电发电片,提高振动能量收集效率,并通过COMSOL软件对其进行仿真,对比分析了几种不同结构模型压电发电片的发电性能差异;对温差发电系统进行了改良,设计了一种适用于采煤机摇臂的温差发电片冷端散热装置,提高了散热效果,并对温差发电片做了隔热减振设计,保证了在采煤机工况环境中的适应性。然后介绍了LTC3588-1振动能量收集电路和LTC3108温差发电能量收集电路,对两种能量收集方式产生的电能进行收集管理,为传感器提供稳定的电能。最后通过实验验证了压电发电片与温差发电片的发电性能,证明了压电式振动能量收集和温差能量收集可以作为可靠的能量获取方式,为采煤机摇臂无线传感器提供可靠的能量来源。
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