機電一體化技術(shù)在煤礦機械中的應(yīng)用

賈文忠 于林成

【摘 要】機電一體化是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。近年來，機電一體化技術(shù)得到迅猛發(fā)展，機電一體化技術(shù)在煤礦中運用，大大改善了煤礦生產(chǎn)的勞動強度、工作環(huán)境及安全系數(shù)，同時實現(xiàn)了高效、安全、機械化采煤。隨著國家對煤礦安全生產(chǎn)的重視 ， 煤礦設(shè)備投入的不斷增加，機電一體化技術(shù)在煤礦機械中的應(yīng)用將更加廣泛。鑒于此，本文對機電一體化技術(shù)在煤礦機械中的應(yīng)用進行了探討。

【關(guān)鍵詞】煤礦機械；機電一體化技術(shù)；應(yīng)用

一、前言

機電一體化又稱機械電子工程學(xué)，是一門跨學(xué)科的綜合性高技術(shù)。機電一體化是集機械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、軟件編程技術(shù)等多學(xué)科的交叉綜合，它的發(fā)展和進步也促進了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進步。機電一體化技術(shù)從 20 世紀 70 年代中期開始在國外機械上得到應(yīng)用。20 世紀80 年代以微電子技術(shù)為核心的高新技術(shù)的興起，推動了機械制造技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是隨著微型計算機及微處理技術(shù)、傳感與檢測技術(shù)、信息處理技術(shù)等的發(fā)展及其在機械上的應(yīng)用，極大促進了煤礦機電產(chǎn)品的性能，使煤礦機械進入了一個飛躍的發(fā)展時期。由于煤炭生產(chǎn)是將數(shù)百、數(shù)千萬噸煤炭從地層深處采掘、運送到地面，因此需采用大量的機電設(shè)備才能實現(xiàn)這一目標(biāo)，而機電一體化煤礦產(chǎn)品則是實現(xiàn)高產(chǎn)高效的最好選擇。采用機電一體化產(chǎn)品將大大改善煤礦生產(chǎn)的勞動強度、工作環(huán)境及安全系數(shù)，同時在降低能耗、保證安全生產(chǎn)方面也實現(xiàn)了特定的價值。目前，我國煤礦機電一體化技術(shù)的研究和應(yīng)用領(lǐng)域均有重大突破， 在煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控、大型固定設(shè)備的后備保護等方面已取得了喜人的成績。但與國外發(fā)達國家相比，還有不小差距。

二、機電一體化技術(shù)在煤礦機械中的應(yīng)用

1、機電一體化技術(shù)在采煤機中的應(yīng)用

近年來， 我國電牽引采煤機的研發(fā)取得了長足的進步， 在消化吸收國外引進采煤機技術(shù)的基礎(chǔ)上， 進行二次開發(fā)， 擁有了許多具有自主知識產(chǎn)權(quán)的換代產(chǎn)品， 在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， 完全采用國產(chǎn)裝備的高產(chǎn)高效工作面不斷涌現(xiàn)。傳統(tǒng)的采煤機結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且體積比較大，移動不便，使用范圍也比較局限。目前采用的電牽引采煤機結(jié)構(gòu)簡單，體積小，尺寸小，重量輕，其在為采煤機提供前進牽引力過程中，克服了采煤機移動時產(chǎn)生的阻力，不僅提高了生產(chǎn)效率，而且有效的提高了煤礦產(chǎn)量，充分發(fā)揮了機電一體化的絕對優(yōu)勢。比如，在煤礦開采過程中，隨著開采深度的進一步加深，經(jīng)常會遇到大傾角的煤層，有的呈現(xiàn)40～50°的傾斜角，由于傾角大，要求采煤機要具備良好的制動性，坡度陡的特點對采煤機的要求十分嚴格。利用機電一體化的設(shè)備在電動機的軸端安置了防滑制動器，該裝置有很好的停電設(shè)置功能，可有效將電動機的轉(zhuǎn)矩提升1.6—2倍，避免采煤機出現(xiàn)下滑的情況發(fā)生，同時將剩下的電能返回到電網(wǎng)中。國內(nèi)研發(fā)的采煤機大多能夠熟練的使用機電一體化技術(shù)，例如MGD150N W 型采煤機，在其實際應(yīng)用過程中就取得了較好的效果。

2、機電一體化技術(shù)在輸送機中的應(yīng)用

輸送機的使用是煤炭生產(chǎn)機電一體化的有力體現(xiàn)。當(dāng)前，我國關(guān)于帶式輸送機方面的核心技術(shù)方面的研究與新產(chǎn)品的開發(fā)相繼取得了較好的進展，我國已自行生產(chǎn)制造了多個品種和多種類型的帶式輸送機，極大地提高了帶式輸送機的技術(shù)水平， 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)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均填補了國內(nèi)此項技術(shù)的空白。同時，還開展了帶式輸送機的核心技術(shù)與關(guān)鍵元部件的理論研究及產(chǎn)品開發(fā)活動，很多運輸機具有及時故障診斷和自我保護等功能，在使用過程中如果出現(xiàn)軸承溫度過高、跑偏以及斷帶等故障，可以自行進行保護。例如目前應(yīng)用比較廣泛的機、電、液一體化的CST 可控軟啟動裝置，這種裝置適用于運用平滑起動來輸送荷載大、慣性強的材料或設(shè)備，可以說是專門為煤礦長距離皮帶運輸機設(shè)計的軟驅(qū)動裝置。一臺帶式輸送機可同時受到一臺或幾臺CST驅(qū)動，解決了帶式輸送機的大運量、長距離的驅(qū)動難題，促進了煤礦開采的進度和步伐。

3、機電一體化技術(shù)在礦井提升中的應(yīng)用

在煤礦生產(chǎn)中，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)的要求也就越來越高。礦井提升是將井下煤炭運送至地面的過程，提升效率與安全度是關(guān)系礦井效益的重要環(huán)節(jié)。礦井專用提升機是目前煤礦機電一體化、自動化水平最高的設(shè)備。目前國產(chǎn)全數(shù)字化直流提升機已成為各煤礦提升機的首選機型，我國自主研發(fā)的第一臺全數(shù)字化的直交流提升機，核心部分就是利用雙CPU計算機操作系統(tǒng)，真正做到了主、副提升機的全方位自動化。我國直徑達到兩米以上的提升機有 90% 的都是交流提升機。不僅高度可靠，而且具有可重復(fù)性故障尋址、完整的診斷設(shè)施和自診斷功能。這種全數(shù)字化的提升機采用總線的方式來達到將電氣安裝進一步簡化的目的，可以方便地實現(xiàn)軟啟動、軟件控制和改變瞬間加速度，進一步提高礦井提升機的工作效率。在交流提升機中，最常見的是內(nèi)裝式提升機，內(nèi)裝式提升機占據(jù)了非常重要的地位，該提升機將滾筒和驅(qū)動合為一個整體，是典型的機電一體化設(shè)備，從結(jié)構(gòu)的角度將滾筒與驅(qū)動有機的結(jié)合，機械結(jié)構(gòu)大大簡化，具有硬件配置簡單、互相兼容等特點，是機械-電力電子-計算機-自動控制的綜合體，更好的實現(xiàn)機電一體化。

4、機電一體化技術(shù)在煤礦掘進中的應(yīng)用

煤炭生產(chǎn)過程主要包括“掘進、采煤、裝、運輸、提升”等幾大系統(tǒng)。掘進作為煤礦開采的基礎(chǔ)工作，掘進的效率影響采煤的效率，為此在現(xiàn)代化礦井中將機電一體化技術(shù)應(yīng)用于掘進中是必然的。掘進機是目前大多數(shù)煤礦廣泛使用的掘進機械，其電氣部分普遍采用了由礦用隔爆兼本質(zhì)安全型開關(guān)箱、礦用本質(zhì)安全型操作箱、礦用隔爆型電鈴、礦用隔爆型壓扣控制按鈕、隔爆照明燈、掘進機用隔爆型三相異步電動機、GJC4 低濃度甲烷傳感器等組成的掘進機電氣系統(tǒng)。與液壓系統(tǒng)配合操作可實現(xiàn)整機的各種生產(chǎn)作業(yè)。其控制系統(tǒng)將控制和保護功能模塊化（主控制器）、有故障記憶功能、有應(yīng)急遙控功能（遙控器）、操作箱液晶屏與開關(guān)箱顯示儀表同步顯示、開關(guān)箱與操作箱之間的通訊采用動力載波技術(shù)，僅用兩芯通訊電纜便可實現(xiàn)，通訊電纜采用快速插頭連接方式。 整個電氣系統(tǒng)具有設(shè)計理念新、保護功能全、顯示功能強大、內(nèi)部元件配置高、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、可靠性高等特點。 以可編程控制器 PLC 為核心，對油泵、截割、欠壓、短路、超溫、過載、過流、三相不平衡、電機絕緣進行監(jiān)控和保護，同時顯示各電機運行狀態(tài)、工作電壓、截割電機負荷和各種故障信息。

三、結(jié)語

總之，機電一體化在煤炭生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，不僅減輕了操作人員的勞動強度，而且極大地提高了煤礦的生產(chǎn)水平和能力，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。但是，我國的煤礦機電一體化技術(shù)與發(fā)達國家相比，還有一定的差距。隨著諸多的新型機電一體化產(chǎn)品的廣泛使用，今后我們應(yīng)該在在下面幾方面加強研究：一是加強科研，投入資金，積極研發(fā)具有獨立知識產(chǎn)權(quán)的煤礦機電一體化技術(shù)，并將其作為煤炭生產(chǎn)的關(guān)鍵和核心技術(shù)。二是在通信功能上要進一步加強改進，以適應(yīng)煤炭生產(chǎn)的需要。

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