基于氣缸式發(fā)電的瓦斯監(jiān)測與照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、基于氣缸式發(fā)電的瓦斯監(jiān)測與照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)阮學(xué)云1，張強(qiáng)2，蔣耀1，王滿滿1（1.安徽理工大學(xué)，機(jī)械學(xué)院，安徽 淮南 ；2.中國三正集團(tuán)，安徽 淮南 ）摘要：針對煤礦生產(chǎn)安全的需求，設(shè)計(jì)了一種基于氣缸式發(fā)電的瓦斯監(jiān)測與照明兩用系統(tǒng)，該系統(tǒng)以壓縮空氣作為動力源，采用氣缸作為執(zhí)行元件，帶動發(fā)電機(jī)工作，其輸出端三相交流電壓經(jīng)整流濾波后直接提供給防爆燈實(shí)現(xiàn)照明功能；同時輸出電壓通過穩(wěn)壓模塊穩(wěn)壓后提供給單片機(jī)系統(tǒng)和瓦斯傳感器，實(shí)現(xiàn)瓦斯超標(biāo)時防爆燈閃爍和蜂鳴器報(bào)警功能。本系統(tǒng)基于氣缸式發(fā)電，經(jīng)濟(jì)安全、氣體利用率高、噪音小、方便安裝，適合在煤礦推廣使用。關(guān)鍵詞：、氣缸；瓦斯監(jiān)測；防爆燈；照明中圖分類號：TD62

2、 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：BDesign of Gas Monitoring and Lighting system Based on the Cylinder -type Power GenerationRUAN Xue-yun1,ZHANG Qiang2,JIANG Yao1,WANG Man-man1(1. Anhui University of Science and Technology ,School of Mechanical Engineering, Anhui Huainan;,China.2. San Zheng Group, Anhui Huainan;,China)Abstract

3、：In order to meet the demand of safety in production of coal mine, A gas monitoring and lighting system was designed based on the cylinder -type power generation.This system adopts air as power supply and takes cylinders as actuator to generate electricity. By rectifying and filtering of the output

4、voltage, the direct voltage is provided for lamp to realize lighting function,meanwhile the output voltage is provided for the microcontroller system and a gas sensor after the voltage regulator module processing,which can realize lamp shining and buzzer alarming function Once the gas concentration

5、overweight. The system based on the cylinder-type power generation is economic security, high gas utilization rate,small noise, convenient installation, so it is suitable for use in coal mines in the promotion.Key words：cylinder ; gas monitoring; flameproof luminaire;lighting1 緒言 近年來因?yàn)橥咚贡ㄔ斐傻拿旱V事故給國家

6、帶來巨大的損失，對礦工的生命安全構(gòu)成了極大地威脅。面對日益緊缺的能源問題，各種新型發(fā)電的開發(fā)和應(yīng)用，對緩解能源壓力有很重要的作用?？諝馐且环N新型能源，資源不盡，尤其在礦下主要巷道內(nèi)基本上都鋪設(shè)了風(fēng)壓管路，利用這些風(fēng)壓來進(jìn)行發(fā)電非常方便快捷。目前，礦用的照明燈，基本上供電都要經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換室，雖然其本身具有一定的防爆功能，但線路使用過程中可能會產(chǎn)生火花引起爆炸事故，不能從根本上解決問題。據(jù)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)已有采用氣動的防爆燈，但其不足之處是其采用渦輪作為驅(qū)動載體給防爆燈供電，氣體利用率低且整機(jī)工作噪音大，嚴(yán)重影響工人身心健康。2 瓦斯監(jiān)測與照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)為解決現(xiàn)有氣動防爆燈功能單一、氣體利用率低、噪音大

7、等問題，由此設(shè)計(jì)一種基于氣缸式發(fā)電的瓦斯監(jiān)測與照明兩用系統(tǒng)，該系統(tǒng)可巧妙地將瓦斯監(jiān)測和防爆燈結(jié)合在一起，既能照明又能安全檢測，實(shí)現(xiàn)照明和瓦斯超標(biāo)預(yù)警功能，尤其適用于一些特殊的應(yīng)急場合，如井下掘進(jìn)面、采煤工作面機(jī)頭機(jī)尾處。2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖1為該系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分示意圖。1氣缸 2.圓盤 3.發(fā)電機(jī) 6.活塞桿 7.連桿 8.連接桿 9.軸 11.軸承 12.支架 13.聯(lián)軸器 21.緊軸螺母圖1 系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)部分示意圖如圖1所示，該系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括氣缸、圓盤、支架、發(fā)電機(jī)，根據(jù)氣缸1的進(jìn)氣孔和排氣孔的循環(huán)交換實(shí)現(xiàn)氣缸的上下運(yùn)動進(jìn)而帶動圓盤2的圓周運(yùn)動，圓盤2的圓周運(yùn)動通過軸9、聯(lián)軸

8、器13將扭矩傳遞給發(fā)電機(jī)3進(jìn)而帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電；為避免圓盤的軸向移動以及連桿和圓盤的運(yùn)動干涉，緊軸螺母21設(shè)計(jì)于圓盤的中心部位的沉槽中。 其中氣缸活塞的往復(fù)速度大小由氣缸進(jìn)氣口處的流量閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而控制發(fā)電機(jī)輸出電壓等級。2.2 控制電路設(shè)計(jì)圖2為本系統(tǒng)控制部分的電路結(jié)構(gòu)示意圖。3.發(fā)電機(jī) 4.單片機(jī)系統(tǒng) 5.防爆燈14整流器. 15.濾波器 16.穩(wěn)壓模塊 17.瓦斯傳感器 18.場效應(yīng)管 19.驅(qū)動電路 20.蜂鳴器圖2 控制部分的電路結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示，發(fā)電機(jī)3輸出電壓經(jīng)過整流濾波之后分為兩路，一路作為防爆燈5與驅(qū)動電路19的工作電壓；另一路經(jīng)穩(wěn)壓模塊16之后作為單片機(jī)與瓦斯傳感器的工

9、作電源。當(dāng)瓦斯?jié)舛瘸瑯?biāo)時，瓦斯傳感器17輸出高電平給單片機(jī)主控芯片；通過已編寫的程序來檢測瓦斯傳感器17信號輸入引腳，來定時控制場效應(yīng)管18工作，使防爆燈5照明回路適時地閉合和斷開，實(shí)現(xiàn)防爆燈5的不斷閃爍；同時使蜂鳴器20工作從而達(dá)到警報(bào)提醒作用。當(dāng)瓦斯?jié)舛鹊竭_(dá)正常范圍之內(nèi)，瓦斯傳感器17輸出低電平給單片機(jī)；通過已編寫的程序來檢測瓦斯傳感器17信號輸入引腳，使場效應(yīng)管18處于常開狀態(tài)，點(diǎn)亮防爆燈5，同時關(guān)閉蜂鳴器20，達(dá)到安全檢測的效果。其中整流器采用三組兩兩串聯(lián)的整流二極管，濾波器采用濾波電容，三組兩兩串聯(lián)的整流二極管與濾波電容相互并聯(lián)。現(xiàn)場實(shí)際使用時，只需將風(fēng)管接入本系統(tǒng)即可開始工作。當(dāng)瓦

10、斯?jié)舛瘸瑯?biāo)時，通過單片機(jī)定時控制場效應(yīng)管工作，使防爆燈照明回路適時地閉合和斷開，實(shí)現(xiàn)防爆燈的不斷閃爍；同時使蜂鳴器工作從而達(dá)到警報(bào)提醒作用。當(dāng)瓦斯?jié)舛鹊竭_(dá)正常范圍之內(nèi)，通過檢測瓦斯傳感器信號輸入引腳，使場效應(yīng)管處于常開狀態(tài)，點(diǎn)亮防爆燈；同時自動關(guān)閉蜂鳴器。3 該系統(tǒng)的特點(diǎn)本系統(tǒng)的突出特點(diǎn)：（1）創(chuàng)新意：以井下壓縮空氣為動力源，安全可靠且環(huán)保；（2）適應(yīng)性強(qiáng)：基于井下壓縮空氣管網(wǎng)，可適應(yīng)于井下所有場所以及一些應(yīng)急場所；（3）先進(jìn)性：智能化控制科實(shí)現(xiàn)瓦斯的實(shí)時監(jiān)測和超標(biāo)預(yù)警功能；（4） 性價比高：投入成本低，在滿足照明使用要求的基礎(chǔ)上還可以實(shí)現(xiàn)瓦斯監(jiān)測功能。4 結(jié)語基于氣缸式發(fā)電的瓦斯監(jiān)測與照明系統(tǒng)通過瓦斯傳感器、防爆燈和蜂鳴器的配合使用，使防爆燈在已有照明的基礎(chǔ)上，增設(shè)了瓦斯監(jiān)測工作，系統(tǒng)更加安全可靠；同時由于采用氣缸輸出動力，氣體利用率高且系統(tǒng)噪音小。該系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)安全、便捷、多功能、無污染、氣體利用率高、噪音小、方便安裝，適合井下煤礦推廣使用。參考文獻(xiàn)1范維唐，盧鑒章，申寶宏.煤礦災(zāi)害防治的技術(shù)與對策M(jìn).徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,2007.2濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）M.北京：高等教育出版社，2001.3姜繼海，宋錦春.液壓與氣壓傳動M.北京：高等教