面向采煤机的全方向压电自俘能无线监测系统研究.pdf

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1、2014NO．1重型机械·41·面向采煤机的全方向压电自俘能无线监测系统研究张旭辉，姜俊英，同娟(1．西安科技大学机械工程学院，陕西西安710054；2．中国重型机械研究院股份公司，陕西西安710032)摘要：针对采煤机状态监测中传感器布线难引起的通信和能源供给问题，研究一种振动能量供电的无线监测系统，将采煤机械工作时振动能量转化为电能，给工况监测用传感器及信息传输用无线通信模块供电，实现工况监测传感器自供电和智能检测。通过对系统组成功能模块分析，提出了全方向压电能量收集及无线监测系统方案，介绍了全方向能量收集装置结构设计及优化、低功耗能量收集电路设计、俘能器集能效率建模以及

2、无线传感器网络节点能耗分析等模块。研究对解决采煤机在线监测传感器布线难、通信难、能源供给难等问题，改善采煤机工况监测水平具有重要意义。关键词：振动能量收集；无线传感器网络；状态监测；电牵引采煤机中图分类号：TD421文献标识码：A文章编号：1001—196X(2014)0l一0041—05Wirelessconditionmonitoringsystembasedonomni-directionalactivePEHf0rcoalshearerZHANGXu．hui，JIANGJun．ying，TONGJuan(1．CollegeofMechanicalEngineering

3、，Xi’anUniversityofScienceandTechnology，Xi’an710054，China；2．ChinaNationalHeavyMachineryResearchInstituteCo，，Ltd．，Xi’an710032，China)Abstract：Toovercomethecommuncationandenergysupplydificultiescausedbywiringofthesensorsintheconditionmonitoring，aconditionmonitoringsystembasedonPEH(piezoelectric

4、energyharvesting)andWSN(wirelesssensornetwork)wasdeveloped，whichcouldconve~vibrationenergygeneratedduringtheoperationofthecoalshearerintoelectricenergytosupplypowertotheworkingconditionmonitoringsensorsandthewire-lesscommuncationmodule．Basedonanalysisofthesystemfunctionalmodules，aschemeofco

5、nditionmonito—ringsystembasedonomni—directionalPEHandWSNisproposedinthispaper．Thedevelopingprogressofthestructuredesignofomni·directionalenergycollectiondevice，lowpowerenergyharvestingcircuitandwirelesscommunicationmoduleareintroduced．Thisresearchsolvedtheproblemsofsensorwiring，communicatio

6、n，powersupplywhichhadtobefacedintheorigionalcoalshearergworkingconditionmonitoring．Ithasextremelyimportantsignificanceforimprovingtheconditionmonitoringlevelofcoalshearer．Keywords：Piezoelectricenergyharvesting；WSN；conditionmonitoring；electricaltractionshearer估和维护决策的基础。当前煤矿采煤机械工况监0前言测主要集中在电气

7、、液压和采煤机位姿(如采煤采煤机械状态监测是实施科学的健康状态评机在工作面位置、仰俯角和倾角、摇臂高度)等方面，缺少机械方面的性能监测，对采煤装备机收稿日期：2013—09—05；修订日期：2013—09—28械部分的维护还停留在定期保养，升井检修这种基金项目：国家自然科学基金委员会一神华集团有限公司煤炭落后模式。缺少机械部分特别是传动系统监测数联合基金资助项目(U1361121)；据，科研人员就难以对装备实施科学的健康状态陕西自然科学基础研究计划项目(2012JMB093)；评估和维护决策，降低了设备