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煤礦井下智能式個體防護裝備設(shè)計

文檔作者：李衛(wèi)龍周孟穎張燦明文檔來源：安徽省煤炭科學研究院火災(zāi)熱害研究中心		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年03月03日
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2015年第40卷第4期
能源技術(shù)與管理
 Vol. 40 No.4
 Energy Technology and Management
137
:103in172-92015.04.053
煤礦井下智能式個體防護裝備設(shè)計
李衛(wèi)龍,周孟穎,張燦明
(安徽省煤炭科學研究院火災(zāi)熱害研究中心,安徽合肥230001)
[摘要]針對目前煤礦井下個體降溫裝備存在的熱舒適性問題,設(shè)計了一種智能式煤礦個
計
體防護裝備。溫度傳感器檢測降溫服表面的溫度是否在舒適溫度范圍內(nèi),通過系統(tǒng)
核心控制芯片調(diào)節(jié)直流電機的電壓,從而達到調(diào)節(jié)供冷量,使人體處于最佳舒適溫
度的環(huán)境中。該系統(tǒng)的設(shè)計簡單實用,能較好地提高煤礦井下工作人員的高溫保健
水平。
[關(guān)鍵詞]煤礦井下;個體防護裝備;智能式降溫
[中圖分類號]TD793[文獻標識碼]B【文章編號]1672-9943(2015)04-0137-02
0引言
據(jù)不完全統(tǒng)計,全國已有130多對礦井采掘
工作面夏季風流溫度達到30℃以上,部分礦井
甚至達到38℃。熱害問題不僅影響礦井生產(chǎn)產(chǎn)
量,而且嚴重影響了礦工的身心健康2
目前煤礦通用的降溫措施分為兩種,一種是
集中降溫措施,通過管道將地面制冰站制成的冰
水混合物輸送到工作面,將冰水混合物的冷風吹
進工作面讓工作面降溫。但是此方法一般只為采
煤工作面降溫,井下其他地點無法覆蓋;另外該集
循環(huán)泵熱交換冰/水袋
中降溫成本高昂,設(shè)備成本高,設(shè)備維護使用費用
也高,因此煤礦井下集中降溫措施并不可取。另一
背包
種則為降溫服,作為個體防護裝備,其裝備、使用、
維護成本比集中降溫措施具有很大優(yōu)勢,另外降
調(diào)速電源
溫服不受條件制約,可覆蓋全礦各個地點、崗位,
提高煤礦井下工作人員的高溫保健水平。因此設(shè)
圖1背包式降溫服結(jié)構(gòu)圖
計一種適合井下工作人員穿著的降溫服有重要意
義。
2調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計
1降溫服設(shè)計
降溫服循環(huán)水泵所使用的電機為直流永磁式
電機。永磁式直流電機轉(zhuǎn)速計算公式為:
煤礦井下智能式個體防護裝備是基于背包式
降溫服設(shè)計而成。背包中的蓄冷袋通過冷水向降
 n=(U-IR)
溫服輸送冷量,使人體皮膚表面的溫度維持在一
式中:n為電機轉(zhuǎn)速,r/min;U為電樞電壓,;
定的范圍內(nèi),管道輸送的冷水速度在于管道循環(huán)為電樞電流,A;R為電樞回路的電阻,Q2;K為
泵的轉(zhuǎn)速,循環(huán)泵轉(zhuǎn)速慢,冷水流動速度就慢,供電機常數(shù)。
冷速率小;循環(huán)泵轉(zhuǎn)速快,冷水流動速度就快,供
式中U、R為變量,由此可以得到電機的兩種
冷速率大因此想要控制降溫服的溫度,只要控制調(diào)速方法。第一種是改變直流電機的電樞電壓來
循環(huán)泵的轉(zhuǎn)速。
調(diào)速,第二種是電樞回路串電阻調(diào)速。通過綜合分
背包降溫服結(jié)構(gòu)如圖1所示。
析比較,本設(shè)計選用第一種調(diào)速方法即改變電樞
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2015年8月
138
李衛(wèi)龍,等煤礦井下智能式個體防護裝備設(shè)計
 Aug.,2015
電壓調(diào)速方法。
的,通過控制開關(guān)調(diào)節(jié)PWM占空比,從而調(diào)節(jié)人
改變電樞電壓采用PWM波通過三極管控制體舒適溫度,系統(tǒng)記錄此溫度,而后系統(tǒng)根據(jù)降溫
電樞電壓的方式實現(xiàn)調(diào)壓調(diào)壓電路如圖2所示。服表面的溫度變化自行調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速來維持此溫
度在一定范圍內(nèi)波動。系統(tǒng)軟件流程如圖4所示。
開始
電機轉(zhuǎn)動
 -R1
1
N
222
5min測量
一次溫度
是
控制開關(guān)
PM占空比
調(diào)節(jié)
溫度(±2℃
記錄舒適
圖2PWM調(diào)壓電路
系統(tǒng)采用型號為 Atmegal16的AVR單片機做
圖4系統(tǒng)軟件流程
主控制芯片,該芯片具有預(yù)分頻器和比較功能的
8位定時器/計數(shù)器,可以根據(jù)傳感器反饋自動調(diào)4實驗結(jié)果及總結(jié)
節(jié)PWM波占空比,實現(xiàn)直流電機給定電壓調(diào)節(jié),
系統(tǒng)經(jīng)過軟件仿真與調(diào)試,多次試驗后得到
達到調(diào)節(jié)直流電機轉(zhuǎn)速的目的,系統(tǒng)硬件框圖如某人體的舒適溫度為18.2℃,系統(tǒng)記住的溫度為
圖3所示。
18.2℃,經(jīng)過1h,測試得的數(shù)據(jù)如表1所示。
表1智能降溫設(shè)備試驗數(shù)據(jù)
8V鋰電池
時間/min10152025303540455055
環(huán)境溫度37.237.337.237.237.237.137.137.237.137.1
780
降溫服溫度18.41518.179868.8897.8177
調(diào)壓電路直流電機
單片機外設(shè)
通過以上測試數(shù)據(jù),可知系統(tǒng)能較可靠地將
 Atmegal6
降溫服表面的溫度控制在穩(wěn)定的設(shè)定范圍內(nèi),系
溫度傳感器降溫服
統(tǒng)簡單可靠。
參考文獻]
控制開關(guān)
舒適溫度調(diào)節(jié)
[1]梁國治,周孟穎,張奮奮,礦用降溫服的研制及熱舒適
性研究[]中國個體防護裝備,2014(3):15-18
圖3系統(tǒng)硬件框圖
[2]周孟穎,馮立品,梁國治礦用降溫服性能試驗研
系統(tǒng)采用+8V鋰電池作為供電電源,通過究]安徽理工大學學報:自然科學版,2012(2):29-
7805芯片轉(zhuǎn)換為+5V給單片機供電,同時通過34
PM調(diào)壓電路給直流電機水泵供電,通過控制3]李衛(wèi)龍,金林,汪青帶式輸送機紅外溫度保護系
M信號的占空比調(diào)節(jié)直流電機的電壓,從而控
統(tǒng)[]煤礦機械,2010(8):164-166.
制其轉(zhuǎn)速51電機轉(zhuǎn)速慢,則冷水流動速度慢,供4]強,梁秀霞,趙佳等基于模糊自整定PD的連
續(xù)退火爐溫度控制系統(tǒng)[]自動化技術(shù)與應(yīng)用,2014
冷量小,降溫服表面溫度高;電機轉(zhuǎn)速快,則冷水
(8):29-31.
流動速度快,供冷量大,降溫服表面溫度低。由于[5陳欣欣基于AVR單片機的直流電機PWM調(diào)速系統(tǒng)
每個人的個體差異,個體感覺舒適溫度也不盡相
設(shè)計J].科技致富向?qū)?2014(8):257-258
同,因此本設(shè)計可以通過控制開關(guān)調(diào)節(jié)舒適溫度。【作者簡介]
3軟件設(shè)計
李衛(wèi)龍(1985-),男,實習研究員,碩士研究生,畢業(yè)于
系統(tǒng)軟件是基于人體舒適度個體差異而設(shè)計安徽理工大學,研究方向為智能降溫
[收稿日期:2015-04-17]

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