機(jī)電一體化技術(shù)在煤礦機(jī)械中的應(yīng)用

李晨

【摘 ?要】煤礦機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用及管理直接影響煤礦的安全生產(chǎn)。通過對煤礦機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用分析，說明機(jī)電一體化技術(shù)在煤礦企業(yè)的研究與應(yīng)用非常重要，是煤礦企業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。

【關(guān)鍵詞】機(jī)電一體化;煤礦機(jī)械;應(yīng)用

1煤礦機(jī)電一體化技術(shù)綜述

就煤礦機(jī)電一體化技術(shù)而言，其屬于多個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)技術(shù)的集成，比如采掘環(huán)節(jié)、運(yùn)輸環(huán)節(jié)及安全監(jiān)管環(huán)節(jié)等，而并非將一些機(jī)械技術(shù)、數(shù)控技術(shù)及微電子技術(shù)等簡單地相加，只有將這些技術(shù)有效融合，進(jìn)行科學(xué)合理的協(xié)調(diào)配合，才能使煤礦機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用最終實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)，達(dá)到安全高效生產(chǎn)的目的。具體來看，在煤礦生產(chǎn)作業(yè)中，機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用大致可分為兩個(gè)方面，即硬件方面和軟件方面。其中，硬件方面的應(yīng)用可分為采煤機(jī)方面的應(yīng)用、互感器方面的應(yīng)用、傳輸裝置方面的應(yīng)用及提升裝置方面的應(yīng)用，而軟件方面的應(yīng)用主要指應(yīng)用硬件時(shí)所用到的各種軟件的情況。

對于硬件方面機(jī)電一體化技術(shù)的研究，主要集中在以下幾方面：a）在采煤機(jī)方面，人們較重視大功率電牽引技術(shù)的研究;b）互感器方面的研究較重視集成化、數(shù)字化及信息化非接觸式互感器的研究;c）傳輸裝置方面的研究主要以節(jié)能降耗、長距離傳輸為主;d）對于提升裝置方面的研究，則主要集中在超限速保護(hù)以及人員、物的更安全、更高效升降方面。而對于軟件方面的研究，則應(yīng)與硬件更新速度相匹配，努力推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化程式，讓系統(tǒng)配置逐步實(shí)現(xiàn)程序化、系統(tǒng)化和標(biāo)準(zhǔn)化[2]。

2機(jī)電一體化技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中的具體應(yīng)用

2.1應(yīng)用于綜合采煤機(jī)械設(shè)備中

在煤礦開采作業(yè)中，人們所用的電牽引采煤機(jī)中就應(yīng)用了大量的機(jī)電一體化技術(shù)。該種采煤機(jī)具有較大的牽引力和較好的調(diào)速平穩(wěn)性，且電牽引的各項(xiàng)電控參數(shù)都能很好地適應(yīng)微機(jī)控制，有助于實(shí)施微機(jī)自動(dòng)控制作業(yè)。由于電牽引采煤機(jī)不但易操作、易維護(hù)，而且反應(yīng)迅速，適用能力強(qiáng)，因此其在現(xiàn)代化采煤作業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛。而電牽引采煤機(jī)各項(xiàng)優(yōu)良功能的實(shí)現(xiàn)大多離不開機(jī)電一體化技術(shù)。在液壓牽引式采煤機(jī)中也應(yīng)用了大量的機(jī)電一體化技術(shù)。該種采煤機(jī)屬于一種傳統(tǒng)式采煤機(jī)，其與電牽引采煤機(jī)相比，機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用水平相對較低，牽引力相對較弱，采煤作業(yè)的連續(xù)性、可靠性也相對較差，且采煤作業(yè)中設(shè)備故障率也相對較高。滾筒式采煤機(jī)中也應(yīng)用了大量的機(jī)電一體化技術(shù)，成為煤礦日常生產(chǎn)作業(yè)中應(yīng)用較多的一種機(jī)電一體化采煤設(shè)備。在實(shí)際生產(chǎn)作業(yè)中，為提高大功率采煤機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)效能，近年來相關(guān)人員越來越注重科學(xué)合理地設(shè)計(jì)采煤機(jī)牽引部傳動(dòng)箱的結(jié)構(gòu)形式，進(jìn)一步優(yōu)化了行星齒輪與相應(yīng)直齒齒輪傳動(dòng)比的科學(xué)分配。采煤機(jī)牽引部減速器是其主要的功率傳輸構(gòu)件，可通過在采煤機(jī)中裝設(shè)多級行星減速器來進(jìn)一步增大減速器傳動(dòng)比，減少齒輪數(shù)量，簡化減速器結(jié)構(gòu)?？紤]到采煤機(jī)牽引部作業(yè)環(huán)境惡劣，時(shí)常要進(jìn)入狹小空間作業(yè)，因此不宜將采煤機(jī)牽引部外形設(shè)計(jì)得過大，同時(shí)應(yīng)科學(xué)合理地設(shè)計(jì)采煤機(jī)牽引部總傳動(dòng)比。

為了使采煤機(jī)牽引部長度達(dá)標(biāo)，可在采煤機(jī)牽引部多裝設(shè)幾個(gè)惰輪，同時(shí)應(yīng)留有足夠的空間，以便多部電機(jī)可橫向布置。將計(jì)算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用于采煤機(jī)電控系統(tǒng)中，這樣一方面可縮小采煤機(jī)體積，簡化采煤機(jī)結(jié)構(gòu);另一方面還有助于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的操控、維護(hù)作業(yè)。

2.2礦井運(yùn)輸

礦井運(yùn)輸同樣屬于機(jī)電一體化技術(shù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域，這是由于煤礦現(xiàn)代化發(fā)展對井下、井上的煤礦運(yùn)輸提出了較高的要求。強(qiáng)力帶式運(yùn)輸機(jī)在我國煤礦領(lǐng)域的應(yīng)用極為廣泛，而隨之發(fā)展的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)便屬于礦井運(yùn)輸領(lǐng)域機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用的典型，這類計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)多具備故障診斷、自我保護(hù)等功能，煤礦運(yùn)輸?shù)馁|(zhì)量、安全性由此就能夠?qū)崿F(xiàn)長足提升。例如，某設(shè)計(jì)能力300萬t/a大型現(xiàn)代礦井的主井采用了1.4m強(qiáng)力皮帶、3×560kW功率的驅(qū)動(dòng)電機(jī)、美國羅克韋爾公司生產(chǎn)的750K型可控起動(dòng)傳輸裝置、天地科技公司KJ型膠帶輸送機(jī)成套電控裝置。使用可控起動(dòng)傳輸裝置后，該煤礦的礦井運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)了皮帶機(jī)緩慢而均勻地預(yù)拉伸加速、延長停車時(shí)間的功能，而這就使得整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)各部件的使用壽命有效延長。此外，可控起動(dòng)傳輸裝置還能夠通過軟鎖定離合器，實(shí)現(xiàn)對驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)聯(lián)軸器、齒輪等部件的沖擊與過載保護(hù)，由此，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和使用壽命延長得到了有效保障。

2.3安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)

安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)屬于煤礦機(jī)電一體化技術(shù)的典型應(yīng)用，在上世紀(jì)90年代世界監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展潮流影響下，安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)已在我國當(dāng)下多數(shù)煤礦實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。我國學(xué)術(shù)界在該領(lǐng)域的自主研究也取得了不俗的成果。一般情況下，煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)由環(huán)境安全監(jiān)測監(jiān)控、礦井人員定位、軌道運(yùn)輸監(jiān)控、膠帶運(yùn)輸監(jiān)控、提升運(yùn)輸監(jiān)控、排水監(jiān)控、供電監(jiān)控共7個(gè)子系統(tǒng)組成，各子系統(tǒng)功能如下：①環(huán)境安全監(jiān)測監(jiān)控子系統(tǒng)。負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)測一氧化碳、二氧化碳、氧氣、瓦斯氣體含量，風(fēng)機(jī)開停、風(fēng)門風(fēng)窗開閉、聲光報(bào)警、風(fēng)機(jī)斷電報(bào)警、礦井火災(zāi)報(bào)警則屬于該子系統(tǒng)具體功能。②礦井人員定位子系統(tǒng)。日?？记?、跟蹤定位是該子系統(tǒng)主要功能，其能夠?yàn)槊旱V生產(chǎn)的日常管理、精細(xì)化管理、科學(xué)施救提供有力支持。③軌道運(yùn)輸監(jiān)控子系統(tǒng)：信號機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、機(jī)車編號與位置、運(yùn)行速度等參數(shù)均屬于該系統(tǒng)監(jiān)控范圍，由此實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程調(diào)度、控制能夠?yàn)槊旱V開采的安全水平提升提供有力支持。④膠帶運(yùn)輸監(jiān)控子系統(tǒng)。堆煤情況、皮帶運(yùn)行速度與縱橫向撕裂情況、運(yùn)行裝置軸溫、電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)屬于該子系統(tǒng)監(jiān)控范圍，提供相應(yīng)安全保護(hù)屬于該子系統(tǒng)的主要功能。⑤提升運(yùn)輸監(jiān)控子系統(tǒng)。罐籠位置、搖臺(tái)狀態(tài)、安全門開閉狀態(tài)、提升速度屬于該子系統(tǒng)監(jiān)控范疇，推車、提升閉鎖控制則屬于其主要控制功能。⑥排水監(jiān)控子系統(tǒng)。負(fù)責(zé)水倉水位、水泵開停、運(yùn)行狀態(tài)、閥門開啟情況的監(jiān)測，控制閥門開關(guān)、地面遠(yuǎn)程控制等屬于該子系統(tǒng)控制功能。

2.4應(yīng)用于礦井提升機(jī)中

近年來，在礦井提升機(jī)逐步朝著大容量發(fā)展的情形下，人們?yōu)榱烁玫馗纳苽鹘y(tǒng)提升機(jī)裝設(shè)的交流繞線式電動(dòng)機(jī)通過串電阻調(diào)速存在的不足，想方設(shè)法借助變頻調(diào)速技術(shù)來對礦井提升機(jī)進(jìn)行科學(xué)合理的改造。經(jīng)改造，可實(shí)現(xiàn)0Hz～50Hz全頻率內(nèi)的無極轉(zhuǎn)換，進(jìn)而進(jìn)行恒轉(zhuǎn)矩控制;同時(shí)調(diào)速性較好，諧波污染相對較小且具有較高功率因數(shù)的交—交變頻器和交—直—交變頻器，已成為礦井提升機(jī)機(jī)電一體化發(fā)展的主要應(yīng)用技術(shù)，被廣泛應(yīng)用至提升機(jī)設(shè)計(jì)作業(yè)中。此外，借助整流設(shè)備及相關(guān)逆變設(shè)備，可更好地輔助礦井提升機(jī)的運(yùn)行。正常情況下，整流設(shè)備及逆變設(shè)備都處于獨(dú)立工作狀態(tài)，此時(shí)礦井提升機(jī)可實(shí)現(xiàn)全速運(yùn)行。如果礦井提升機(jī)系統(tǒng)突發(fā)電路損壞故障致使某設(shè)備出現(xiàn)停運(yùn)現(xiàn)象，則可把提升機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)迅速調(diào)整為緊急模式，借助另一設(shè)備成功實(shí)現(xiàn)提升機(jī)的半速運(yùn)行，這樣一方面提高了提升機(jī)實(shí)際運(yùn)行效率，另一方面進(jìn)一步提升了提升機(jī)運(yùn)行的安全性。

結(jié)束語

為使機(jī)電一體化技術(shù)在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用更科學(xué)、更合理，需進(jìn)一步提高煤礦生產(chǎn)工作的機(jī)械化、自動(dòng)化水平，同時(shí)需更好地保障礦井安全生產(chǎn)?；跈C(jī)電一體化技術(shù)自身的內(nèi)涵和特點(diǎn)，充分結(jié)合煤礦生產(chǎn)現(xiàn)實(shí)發(fā)展需求，深入研究了機(jī)電一體化技術(shù)在煤礦采煤機(jī)、安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)和提升機(jī)中的具體應(yīng)用，以期對相關(guān)工作者有所助益。

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（作者單位：新疆煤田地質(zhì)局161煤田地質(zhì)勘探隊(duì)）