煤礦排水管道除垢清洗機器人虛擬樣機研究.pdf

1、在煤礦生產(chǎn)中保障煤礦排水管道正常工作是安全生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，但由于礦井水中含有煤泥與難溶鹽類等物質(zhì)，經(jīng)常致使管道結垢，引起管徑與流通截面面積變小，造成能源浪費。鑒于上述背景，本文采用正交實驗與仿真模擬相結合的方法確定煤礦排水管道內(nèi)不同區(qū)域的安全性與結垢難易程度，據(jù)此設計了一種可很好地適應管道內(nèi)徑變化以及垢物厚度變化的MDCR虛擬樣機，并測試其性能。本文的主要研究結論包括以下方面：
　　（1）采用流體動力學模擬煤礦排水管道內(nèi)流體流動工

2、況，設計了一組四因素三水平的正交實驗（L9(34)），得出煤礦排水管道在已結垢區(qū)域更加容易產(chǎn)生附著的垢物，尤其是彎管處以及直管與彎管的交界區(qū)域最為明顯。光滑的煤礦排水管道內(nèi)壁的結垢區(qū)域主要分布在彎管內(nèi)壁內(nèi)外側以及直彎管內(nèi)壁上側交界區(qū)域，結垢難易程度為：彎管內(nèi)壁區(qū)域＞直管內(nèi)壁區(qū)域，彎管內(nèi)壁內(nèi)外側區(qū)域＞直彎管內(nèi)壁交界區(qū)域，直管內(nèi)壁上側區(qū)域＞直管內(nèi)壁下側區(qū)域。粗糙的煤礦排水管道內(nèi)壁的結垢區(qū)域主要在分布在彎管內(nèi)壁內(nèi)外側凸起區(qū)域，結垢難易程度為：

3、管道內(nèi)壁凸起區(qū)域＞管道內(nèi)壁凹陷區(qū)域，彎管內(nèi)壁凸起區(qū)域＞直管內(nèi)壁凸起區(qū)域，彎管內(nèi)壁外側凸起區(qū)域＞彎管內(nèi)壁內(nèi)側凸起區(qū)域，彎管內(nèi)壁外側凹陷區(qū)域＞彎管內(nèi)壁內(nèi)側凹陷區(qū)域。
　　（2）設計了一種可很好地適應管道內(nèi)徑變化以及垢物厚度變化的MDCR虛擬樣機，驅動機構為電機驅動方式，移動機構為輪式移動方式，傳動機構為齒輪傳動方式，除垢方法為垢物切削與清洗機構，管徑自適應機構為管徑伸縮機構與輪組伸縮機構，箱體結構為一體化箱體，供電方式為外部線纜與蓄電

4、池組供電相結合，監(jiān)控機構為設置在殼體上的多個攝像機、不同機構上的傳感器及設定在排水管道外側的控制器，控制系統(tǒng)設置在管道外，遠程控制樣機完成對垢物的清除與清洗作業(yè)。
　　（3）通過仿真證明MDCR虛擬樣機具有較好的管徑適應性，管徑伸縮機構對管徑的調(diào)節(jié)范圍為-50～+50mm，輪組伸縮機構對管徑的調(diào)節(jié)范圍為-7.7～+7.7mm；MDCR虛擬樣機具有較強的彎管通過性，經(jīng)過了進入階段、通過階段與離開階段，實現(xiàn)了過渡階段→旋轉階段→過渡階