1、在煤礦生產中保障煤礦排水管道正常工作是安全生產的重要環(huán)節(jié)，但由于礦井水中含有煤泥與難溶鹽類等物質，經常致使管道結垢，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不同區(qū)域的安全性與結垢難易程度，據此設計了一種可很好地適應管道內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壁的結垢區(qū)域主要分布在彎管內壁內外側以及直彎管內壁上側交界區(qū)域，結垢難易程度為：彎管內壁區(qū)域＞直管內壁區(qū)域，彎管內壁內外側區(qū)域＞直彎管內壁交界區(qū)域，直管內壁上側區(qū)域＞直管內壁下側區(qū)域。粗糙的煤礦排水管道內壁的結垢區(qū)域主要在分布在彎管內壁內外側凸起區(qū)域，結垢難易程度為：

3、管道內壁凸起區(qū)域＞管道內壁凹陷區(qū)域，彎管內壁凸起區(qū)域＞直管內壁凸起區(qū)域，彎管內壁外側凸起區(qū)域＞彎管內壁內側凸起區(qū)域，彎管內壁外側凹陷區(qū)域＞彎管內壁內側凹陷區(qū)域。
　?。?）設計了一種可很好地適應管道內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節(jié)范圍為-50～+50mm，輪組伸縮機構對管徑的調節(jié)范圍為-7.7～+7.7mm；MDCR虛擬樣機具有較強的彎管通過性，經過了進入階段、通過階段與離開階段，實現了過渡階段→旋轉階段→過渡階