煤矿救援履带车关键技术研究

作     者：王志同 

作者单位：太原理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：牛志刚

授予年度：2018年

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 

主      题：煤矿救援履带车 防爆壳体 中继器弹射系统 自动回撤 

摘      要：煤矿灾害发生以后,灾害现场的环境非常复杂,有大量的有毒有害气体和易燃易爆气体,并且可能发生瓦斯爆炸、冒顶、片帮等二次灾害危险,因此当矿难发生以后如何在第一时间进行救援,成为救援人员实施救援任务的一大难题。可代替救援人员预先进入灾害现场的煤矿探测履带的研制对降低搜救人员在灾难现场中发生二次伤害具有非常重要的现实意义。限于目前的技术水平,探测履带车很难完全自主地完成所有的作业任务,以遥控为主、局部自主的控制模式被目前救援履带车普遍采用。在这种模式下,操作人员如何确保履带车可以到达指定救援位置,将对整个救援过程起着决定性的作用。本文分别从机动性能、防爆性能、通信条件三个方面对煤矿救援履带车的关键性技术进行研究。针对煤矿井下的特殊环境,设计了一种六履带四摆臂式机构的移动履带车。履带车的行走传动机构整体采用轴对称的形式,四台独立电机分别控制左右主动轮和前后摆臂的运动。本文详细介绍了履带车关键零部件:驱动电机、同步带轮、同步带、轴类零件的选型和设计过程,并对所设计的驱动主轴进行了有限元分析和强度校验。然后,介绍了履带车的实体装配过程和相关防腐密封处理。分析各种防爆形式及履带车的防爆要求,选择采用主体隔爆兼部分本安的防爆型式作为本文所设计救援履带车的防爆型式。针对电气设备的防爆要求并参考相关标准,设计了煤矿救援履带车的整车隔爆壳体及电池箱隔爆壳体。通过在隔爆壳体外侧加加强筋的方式来增加其耐压能力。并经过有限元分析对隔爆壳体相关应力、强度等进行校核。最后经水压实验验证所设计的防爆壳体满足防爆要求。针对煤矿救援履带车井下作业时的通信问题,设计了车载中继器部放装置和具有可自动回撤功能的煤矿救援履带车的。在无线控制信号减弱时,履带车可以将车载中继器模块弹射,利用中继器模块来搭建煤矿灾后的无线通信网络,从而延长其无线通信距离。当发生突发事件导致无线控制信号突然中断时,履带车将启动自动回撤功能,根据探测过程中已经记录的传感器数据按原路径回撤,直到返回到通讯信号恢复正常的位置。此外,本文自动回撤功能采用编码器与激光传感器集成数据的方法,且基于ICP算法进行双重数据匹配,来逐步调整机器人的位置和方向角,避免了由于仅仅依靠编码器获得的位置信息带来的较大累积误差,从而可以达到较高的自动回撤精度。最后经实验验证表明本文所设计的中继器部放装置及回撤功能可以起到延长履带车无线通信距离并在通信信号中断时可以回撤到具有信号的安全位置。