面向提升机滚筒应力检测传感器节点的风致振动压电能量收集技术-机械电子工程专业毕业论文.docx

学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文《面向提升机滚筒应力检测传感器节点的风致振动压电能量收集技术》,是本人在导师指导下,在中国矿业大学攻读学位期间进行的研究工作所取得的成果。据我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名:年 月 日67论文审阅认定书研究生 在规定的学****年限内,按照研究生培养方案的要求,完成了研究生课程的学****成绩合格;在我的指导下完成本学位论文,经审阅,论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同,论文撰写格式符合学校的相关规定,同意将本论文作为学位申请论文送专家评审。导师签字:年 月 日致谢本论文的研究和撰写是在导师周公博副教授的直接指导和严格要求下完成的。从选题、查阅资料、开题至论文的定稿审阅,导师都付出了很多的心血。周老师严谨求实的治学态度、积极灵活的处事方式、乐观豁达的为人态度、以及对事业孜孜不倦的追求精神永远是我学****的榜样。三年的学****生活中,导师不仅在科研中处处严格要求我,而且在生活中也时时言传身教,这段时间是我最忙碌充实的阶段,从导师令人钦佩的人格魅力中学到了很多,也成长了很多,在此向周老师致以崇高的敬意和衷心的感谢!其次要感谢我的师弟们、同学们。张朋师弟和蔡志雄师弟在本论文的研究工作过程中也做了大量的实验工作,他们经常与我讨论课题,每当我遇到困难的时候,他们无私地向我提供帮助。然后要感谢我的家人,是他们一直以来对我的最坚定支持和帮助才使我能顺利完成学业。最后,衷心地感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家、教授!摘要矿井提升机是提升矿石、煤炭、矸石,下放材料、升降人员和设备的关键装备,素有矿井咽喉之称。随着矿山资源开采向着深部化、大型化的方向不断发展,矿井深度已达千米以上,复杂的地质条件、时变的运行环境增大了提升容器脱离导轨或断绳坠落等重大恶性事故的可能性。因此,及早发现提升系统中潜在的故障和缺陷,实时监测其健康状态,对提高矿井提升系统的可靠性、保障生命财产安全和国家煤炭能源供应,显得尤为重要。通过实时监测滚筒应力场来反映提升机的运行状态,是目前较为先进的一种大型提升系统状态监测方法。但在实际应用中,由于应力信号频率高、传输数据量大,导致应力检测节点的电池寿命短。因此,设法通过获取周围环境中蕴含的能量,为电池实时充电,从而提高电池的使用寿命,是亟需解决的问题之一。本文结合提升机运行时的工作特征,提出了滚筒幅板表面风致振动压电能量收集技术,用于收集风能为电池充电。主要工作内容包括:1、在详细分析国内外微型风力发电机现状的基础上,结合旋转体的运动特征,提出了通过实时收集风致振动压电能量对滚筒应力场检测传感器节点供电系统动态充电的思想。2、在掌握提升机滚筒表面风致振动特性的基础上,建立了风致振动压电悬臂梁振动理论模型,进而分析了压电双晶悬臂梁的机电耦合性能。3、利用ANSYS软件,建立了压电双晶悬臂梁的有限元模型,并对其进行了静力、模态以及压电谐响应分析,讨论了压电双晶悬臂梁的结构及末端质量块等对其输出性能的影响。4、利用AltiumDesignerSummer软件,设计了悬臂梁式压电双晶能量收集装置的能量收集电路,并利用LTspice软件对压电能量收集电路的输出信号进行了仿真分析。5、开展了滚筒幅板表面风致振动压电能量收集模拟实验,对压电能量收集系统进行了实验验证。实验结果表明:所设计的压电能量收集系统能够实现对锂电池的充电,也可以直接驱动降压转换器为应力无线传感器供电。本论文有图50幅,表4个,参考文献94篇。关键词:风致振动;压电;悬臂梁;能量收集IAbstractMinehoist,hroat,isthecriticalequipmenttoascendminerals,coals,gangues,decentralizematerials,,large-,ident,plicatedgeologicalconditionsandtime-,itisparticularlyimportanttodetectthepotentialmalfunctionsanddefectsinhoistingsystemearlyandreal-timemonitortherunningstateforthepurposeo