煤礦井下探測機器人防爆電機與動力電源研究.pdf

1、煤礦井下環(huán)境復(fù)雜多變，極易發(fā)生險情，利用遙控式機器人進行井下環(huán)境探測是開展煤礦安全生產(chǎn)及救災(zāi)救援的迫切需要。移動式煤礦井下探測機器人多采用高速內(nèi)轉(zhuǎn)子式直流無刷電機作為動力元件，依據(jù)煤礦井下電氣產(chǎn)品的防爆設(shè)計要求，電機多被安放于隔爆殼體內(nèi)部，電機的動力從轉(zhuǎn)軸式隔爆接合面輸出。然而電機與隔爆殼體共同構(gòu)成的疊套結(jié)構(gòu)易導(dǎo)致電機散熱困難；高速內(nèi)轉(zhuǎn)子式直流無刷電機的扭矩較小，需使用減速機構(gòu)放大電機的扭矩，但減速機構(gòu)存在功率損耗，降低了機器人動力系統(tǒng)

2、的有效功率。
　　低速外轉(zhuǎn)子式直流無刷電機是一種直驅(qū)式電機，具有安裝結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)速方便、運行效率高的優(yōu)點，已成功應(yīng)用于輕型民用車輛的動力系統(tǒng)。本文從煤礦煤礦井下探測機器人的動力模塊和電源模塊展開研究，設(shè)計了可應(yīng)用于煤礦井下探測機器人的低速外轉(zhuǎn)子式防爆輪轂電機和配套動力電源，開展了相關(guān)研制工作。
　　基于現(xiàn)行防爆國家標(biāo)準(zhǔn)GB3836-2010，研究了復(fù)合型防爆理論及其應(yīng)用條件，設(shè)計了低速外轉(zhuǎn)子式輪轂電機的隔爆型防爆方案，提出了

3、一種以螺紋接合面固定防爆輪轂電機的安裝結(jié)構(gòu)，并分析了防爆輪轂電機的應(yīng)用優(yōu)勢。
　　依據(jù)礦用探測機器人的試行標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計了防爆輪轂電機的基本性能參數(shù)；試制了該款電機的定子繞組，對其性能進行了測試；為防爆輪轂電機設(shè)計并加工了低壓大功率電機驅(qū)動器；設(shè)計并構(gòu)建了防爆輪轂電機的運動控制系統(tǒng)，對該運動控制系統(tǒng)進行了場地測試。
　　按照輪轂電機定子繞組的外形尺寸，對防爆輪轂電機的隔爆接合面進行了詳細(xì)設(shè)計，對隔爆殼體進行了應(yīng)力分析和基本尺寸計

4、算，并完成了隔爆殼體的零部件設(shè)計，構(gòu)建了隔爆殼體的CAD三維模型，并將其將導(dǎo)入ANSYS Workbench軟件中，生成了隔爆殼體的CAE工程模型；定義了該工程模型的材料屬性及邊界條件，實現(xiàn)了模型的網(wǎng)格劃分，從該工程模型內(nèi)部施加1.5 Mpa的靜態(tài)壓力，得到了隔爆殼體的應(yīng)力云圖，對應(yīng)力云圖進行了分析。
　　對試制的防爆輪轂電機樣機進行了防爆性能檢驗，檢測了樣機的隔爆接合面；對樣機分別進行了外殼耐壓試驗和內(nèi)部點燃的不傳爆試驗。檢驗結(jié)