基于气缸式发电的瓦斯监测与照明系统设计

1、基于气缸式发电的瓦斯监测与照明系统设计阮学云1，张强2，蒋耀1，王满满1（1.安徽理工大学，机械学院，安徽 淮南 ；2.中国三正集团，安徽 淮南 ）摘要：针对煤矿生产安全的需求，设计了一种基于气缸式发电的瓦斯监测与照明两用系统，该系统以压缩空气作为动力源，采用气缸作为执行元件，带动发电机工作，其输出端三相交流电压经整流滤波后直接提供给防爆灯实现照明功能；同时输出电压通过稳压模块稳压后提供给单片机系统和瓦斯传感器，实现瓦斯超标时防爆灯闪烁和蜂鸣器报警功能。本系统基于气缸式发电，经济安全、气体利用率高、噪音小、方便安装，适合在煤矿推广使用。关键词：、气缸；瓦斯监测；防爆灯；照明中图分类号：TD62

2、 文献标识码：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 绪言 近年来因为瓦斯爆炸造成的煤矿事故给国家

6、带来巨大的损失，对矿工的生命安全构成了极大地威胁。面对日益紧缺的能源问题，各种新型发电的开发和应用，对缓解能源压力有很重要的作用。空气是一种新型能源，资源不尽，尤其在矿下主要巷道内基本上都铺设了风压管路，利用这些风压来进行发电非常方便快捷。目前，矿用的照明灯，基本上供电都要经过电压转换室，虽然其本身具有一定的防爆功能，但线路使用过程中可能会产生火花引起爆炸事故，不能从根本上解决问题。据文献检索发现已有采用气动的防爆灯，但其不足之处是其采用涡轮作为驱动载体给防爆灯供电，气体利用率低且整机工作噪音大，严重影响工人身心健康。2 瓦斯监测与照明系统设计为解决现有气动防爆灯功能单一、气体利用率低、噪音大

7、等问题，由此设计一种基于气缸式发电的瓦斯监测与照明两用系统，该系统可巧妙地将瓦斯监测和防爆灯结合在一起，既能照明又能安全检测，实现照明和瓦斯超标预警功能，尤其适用于一些特殊的应急场合，如井下掘进面、采煤工作面机头机尾处。2.1 机械结构设计 图1为该系统的机械结构部分示意图。1气缸 2.圆盘 3.发电机 6.活塞杆 7.连杆 8.连接杆 9.轴 11.轴承 12.支架 13.联轴器 21.紧轴螺母图1 系统的机械结构部分示意图如图1所示，该系统机械结构主要包括气缸、圆盘、支架、发电机，根据气缸1的进气孔和排气孔的循环交换实现气缸的上下运动进而带动圆盘2的圆周运动，圆盘2的圆周运动通过轴9、联轴

8、器13将扭矩传递给发电机3进而带动发电机发电；为避免圆盘的轴向移动以及连杆和圆盘的运动干涉，紧轴螺母21设计于圆盘的中心部位的沉槽中。 其中气缸活塞的往复速度大小由气缸进气口处的流量阀进行调节，从而控制发电机输出电压等级。2.2 控制电路设计图2为本系统控制部分的电路结构示意图。3.发电机 4.单片机系统 5.防爆灯14整流器. 15.滤波器 16.稳压模块 17.瓦斯传感器 18.场效应管 19.驱动电路 20.蜂鸣器图2 控制部分的电路结构示意图如图2所示，发电机3输出电压经过整流滤波之后分为两路，一路作为防爆灯5与驱动电路19的工作电压；另一路经稳压模块16之后作为单片机与瓦斯传感器的工

9、作电源。当瓦斯浓度超标时，瓦斯传感器17输出高电平给单片机主控芯片；通过已编写的程序来检测瓦斯传感器17信号输入引脚，来定时控制场效应管18工作，使防爆灯5照明回路适时地闭合和断开，实现防爆灯5的不断闪烁；同时使蜂鸣器20工作从而达到警报提醒作用。当瓦斯浓度到达正常范围之内，瓦斯传感器17输出低电平给单片机；通过已编写的程序来检测瓦斯传感器17信号输入引脚，使场效应管18处于常开状态，点亮防爆灯5，同时关闭蜂鸣器20，达到安全检测的效果。其中整流器采用三组两两串联的整流二极管，滤波器采用滤波电容，三组两两串联的整流二极管与滤波电容相互并联。现场实际使用时，只需将风管接入本系统即可开始工作。当瓦

10、斯浓度超标时，通过单片机定时控制场效应管工作，使防爆灯照明回路适时地闭合和断开，实现防爆灯的不断闪烁；同时使蜂鸣器工作从而达到警报提醒作用。当瓦斯浓度到达正常范围之内，通过检测瓦斯传感器信号输入引脚，使场效应管处于常开状态，点亮防爆灯；同时自动关闭蜂鸣器。3 该系统的特点本系统的突出特点：（1）创新意：以井下压缩空气为动力源，安全可靠且环保；（2）适应性强：基于井下压缩空气管网，可适应于井下所有场所以及一些应急场所；（3）先进性：智能化控制科实现瓦斯的实时监测和超标预警功能；（4） 性价比高：投入成本低，在满足照明使用要求的基础上还可以实现瓦斯监测功能。4 结语基于气缸式发电的瓦斯监测与照明系统通过瓦斯传感器、防爆灯和蜂鸣器的配合使用，使防爆灯在已有照明的基础上，增设了瓦斯监测工作，系统更加安全可靠；同时由于采用气缸输出动力，气体利用率高且系统噪音小。该系统经济安全、便捷、多功能、无污染、气体利用率高、噪音小、方便安装，适合井下煤矿推广使用。参考文献1范维唐，卢鉴章，申宝宏.煤矿灾害防治的技术与对策M.徐州:中国矿业大学出版社,2007.2濮良贵，纪名刚.机械设计（第七版）M.北京：高等教育出版社，2001.3姜继海，宋锦春.液压与气压传动M.北京：高等教