淺談機電一體化技術(shù)在煤礦生產(chǎn)的應(yīng)用及推廣

劉菊青 方 斌

(1.安徽淮北煤電技師學(xué)院 機電工程系，安徽 淮北 235000；2.安徽礦業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電工程系，安徽 淮北235000)

0 概述

機電一體化技術(shù)是綜合應(yīng)用了機械、微電子、信息處理、自動控制、檢測、電力電子及系統(tǒng)總體技術(shù)等群體技術(shù)，從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，使整個系統(tǒng)有機結(jié)合和綜合集成，在高質(zhì)量、高精度、高可靠性、低能耗的意義上實現(xiàn)多種技術(shù)功能復(fù)合的最佳功能價值的系統(tǒng)工程技術(shù)。

由于機電一體化技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展符合科學(xué)發(fā)展的客觀規(guī)律，因而在各行各業(yè)中均顯示出強大的生命力。

對于煤礦，其進行生產(chǎn)的主要任務(wù)是將大量儲存在地層深處的煤炭資源通過勘探、采掘、運輸送到地面，在整個生產(chǎn)過程中必須借助各種各樣的機械設(shè)備才能完成目標(biāo)。由于煤礦生產(chǎn)工作環(huán)境的特機電一體化技術(shù)在殊，井下作業(yè)條件艱苦惡劣，這就要求煤礦施工生產(chǎn)用的機械設(shè)備要具備一系列特殊的性能要求：要結(jié)實耐用且維修簡單、生產(chǎn)效率高且節(jié)能降耗、自動化程度高且操作簡單、性能穩(wěn)定可靠且安全性高?？傊?，要具有較好的經(jīng)濟性，盡量降低工人勞動強度,創(chuàng)造良好的工作條件。而這些要求僅僅依靠機械和液壓技術(shù)已經(jīng)無法滿足。

以微電子技術(shù)為核心的包括微處理技術(shù)、傳感與檢測技術(shù)、信息處理技術(shù)等在機械上的應(yīng)用,使煤礦機械進入了一個蓬勃的發(fā)展時期。而煤礦機電一體化技術(shù)使機械、電子技術(shù)和液壓控制技術(shù)有機的結(jié)合,極大地提高設(shè)備的性能,如安全性、經(jīng)濟性、可靠性、操作舒適性以及作業(yè)精度、作業(yè)效率、使用壽命、方便安裝拆除、便于維護等。煤炭系統(tǒng)也在利用機電一體化技術(shù)改造舊設(shè)備和開發(fā)新產(chǎn)品方面做了大量的工作，取得一定的成效。機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品的發(fā)展，是實現(xiàn)高效、安全、機械化采煤和煤礦機電產(chǎn)品更新?lián)Q代的重要途徑。

1 機電一體化技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用

1.1 機電一體化技術(shù)在采煤機中的應(yīng)用

目前，煤礦應(yīng)用較多的一種采煤機—電牽引采煤機是機電一體化技術(shù)典型應(yīng)用。它與舊式采煤設(shè)備相比，它具有以下特點:①牽引特性好。可以在采煤機前進時提供牽引力，使其克服阻力移動，也可以在采煤機下滑時進行發(fā)電制動，向電網(wǎng)反饋電能。②大傾角煤層也可適用。由于此種采煤機機內(nèi)裝有防止機器下滑的制動器，使得新型的電牽引采煤機可用在40°～50°傾角的煤層，而不需要其它防滑裝置。③響應(yīng)特性良好，靈敏度高。由于其電控系統(tǒng)能及時自動調(diào)整各種參數(shù)，可有效防止超載運行。④機械傳動簡單、易于實現(xiàn)、工作性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長。電牽引采煤機機械裝置的傳動結(jié)構(gòu)比較簡單、總體尺寸小、重量輕，能量轉(zhuǎn)換只需一次轉(zhuǎn)換，效率高，能量損失少。一般電牽引除電動機的電刷和整流子有磨損外，其它元件較少磨損，因此比較可靠，故障少，壽命長，維修工作量小。

經(jīng)過近20年的研制開發(fā)，我國煤礦綜合機械化采煤工作面國產(chǎn)采煤機已經(jīng)占據(jù)主導(dǎo)地位。

1.2 機電一體化技術(shù)在礦井提升設(shè)備中的應(yīng)用

因為現(xiàn)代化煤礦發(fā)展的需要，對井下、井上的運輸和提升系統(tǒng)的要求越來越高。在國外一些技術(shù)比較先進的國家，采用機電一體化技術(shù)將電機和滾筒做成一體，即內(nèi)裝式提升機，機械結(jié)構(gòu)大大簡化，充分體現(xiàn)了機械、電子、電力、自動控制等技術(shù)的綜合應(yīng)用。而全數(shù)字化提升機高度可靠，采用總線方式，大大簡化了電器安裝，此外，硬件配置簡單，互相兼容。我國，大多數(shù)煤礦井下生產(chǎn)已經(jīng)實現(xiàn)了皮帶化。計算機控制系統(tǒng)的應(yīng)用也非常迅速，它們具有很多種及時故障診斷和自我保護等功能，雖然在使用上還不完善，但是從煤礦機械發(fā)展歷史的總體角度看，這畢竟也是機電一體化技術(shù)發(fā)展前進的腳步。

1.3 機電一體化技術(shù)在運輸設(shè)備中的應(yīng)用

我國煤礦井下原煤輸送系統(tǒng)的主要運輸設(shè)備為帶式輸送機。由于生產(chǎn)實際中需要輸送距離長、輸送量大、而帶式輸送機具有運行可靠、效率高和易于實現(xiàn)自動化等特點滿足生產(chǎn)的需求，因此，煤礦井下用大功率、長距離帶式輸送機的關(guān)鍵技術(shù)研究和新產(chǎn)品的研發(fā)工作成為近幾年來機電一體化技術(shù)的研究重點，也取得了很大的進步。如大傾角長距離帶式輸送機成套設(shè)備、高產(chǎn)高效工作面順槽可伸縮帶式輸送機等、多種軟起動和制動裝置以及以PLC為核心的可編程電控裝置、驅(qū)動系統(tǒng)采用調(diào)速型液力偶合器和行星齒輪減速器。目前我國已經(jīng)自行生產(chǎn)制造了多個品種和多種類型的帶式輸送機。

1.4 機電一體化技術(shù)在礦井安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

我國煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)是煤炭行業(yè)內(nèi)部機電一體化技術(shù)推廣應(yīng)用最快的典型產(chǎn)品。礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)的性能是否完善穩(wěn)定是最能體現(xiàn)一個煤礦的機電一體化的技術(shù)的綜合應(yīng)用實力的指標(biāo)。自20世紀(jì)80年代初，對國外煤礦監(jiān)控技術(shù)進行大規(guī)模的考察和引進工作之后，國內(nèi)監(jiān)控技術(shù)的有了飛躍的發(fā)展。我國先后研制出KJ2，KJ4等系統(tǒng)并通過了鑒定。到20世紀(jì)90年代，緊跟世界監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展，我國自行研制開發(fā)出了一批具有世界先進水平的監(jiān)控系統(tǒng)，如KJ90系統(tǒng)、KJ95系統(tǒng)等。這些監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)能在線監(jiān)控、自動報警及故障自診,即對煤礦機械的電動機、傳動系統(tǒng)、工作裝置、制動系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等在線運行狀態(tài)監(jiān)控,出現(xiàn)故障能動報警并準(zhǔn)確地指出故障的部位。

2 關(guān)于我國煤礦機電一體化技術(shù)的應(yīng)用一點思考

我國煤礦機電一體化技術(shù)的起步較晚。近年來，雖然在許多煤礦生產(chǎn)中努力將先進的機電一體化技術(shù)刻意與傳統(tǒng)的煤礦機械加以結(jié)合改造取得較大的改觀，同時取得了一些可喜的成果，但是我們更要看到與國外先進煤礦的差距。

例如，從多數(shù)煤礦使用監(jiān)控系統(tǒng)的效果來看，機電一體化技術(shù)的應(yīng)用還存在一些問題，例如傳感器的不足，使用過程中，其穩(wěn)定性較差，使用壽命不足。傳感器技術(shù)是我們煤礦機電一體化技術(shù)發(fā)展的薄弱環(huán)節(jié)。雖然目前在這方面進行了大量的研究，也實施多次改進措施，但仍然沒有得到預(yù)期的效果。

因而，要使我國煤礦機電一體化技術(shù)達到世界先進技術(shù)之列，就必須打開視野，掌握信息時代機電一體化技術(shù)的特點和發(fā)展的動態(tài)，時刻關(guān)注國內(nèi)外高新技術(shù)的發(fā)展，將高新技術(shù)用于煤礦機電一體化產(chǎn)品，從而提高煤礦自動化生產(chǎn)水平。此外，要提高產(chǎn)品的“四化”：標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、通用化、系列化，還要重視礦用傳感器的研發(fā)工作，進一步提高礦用傳感器的可靠性和壽命期，使其在井下惡劣的環(huán)境中能準(zhǔn)確測量信號，并具有智能化功能。

3 結(jié)束語

隨著煤礦生產(chǎn)的不斷發(fā)展，對煤礦生產(chǎn)中使用的各類機械設(shè)備的機電一體化要求不斷提高，這些需求又會加速機電一體化技術(shù)的發(fā)展和進步。今后網(wǎng)絡(luò)、光纖、人工智能、生物工程等高新技術(shù)將不斷地滲入到煤礦機電一體化技術(shù)中，使煤礦機電一體化產(chǎn)品功能更加完善，性能更加卓越，使煤礦企業(yè)獲得更大的技術(shù)、經(jīng)濟和社會效益。

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