機(jī)電一體化技術(shù)在礦山機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用

徐 濤/中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司

機(jī)電一體化技術(shù)在礦山機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用

徐 濤/中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司

近年來，機(jī)電一體化技術(shù)在礦山機(jī)電設(shè)備的應(yīng)用問題得到了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注，研究其相關(guān)課題有著重要意義。本文首先對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)相關(guān)內(nèi)容做了概述，分析了機(jī)電一體化技術(shù)在煤礦開采中的應(yīng)用問題，并結(jié)合相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)分別從多個(gè)角度與方面，就礦山機(jī)電一體化的創(chuàng)新問題展開了研究，闡述了個(gè)人對(duì)此的幾點(diǎn)看法與認(rèn)識(shí)，望有助于相關(guān)工作的實(shí)踐。

機(jī)電一體化；礦山機(jī)電設(shè)備；應(yīng)用

前言

作為礦山機(jī)電設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中的一項(xiàng)重要方面，對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)的探討占據(jù)著極為關(guān)鍵的地位。該項(xiàng)課題的研究，將會(huì)更好地提升對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用的分析與掌控力度，從而通過合理化的措施與途徑，進(jìn)一步優(yōu)化礦山機(jī)電設(shè)備的最終整體效果。

一、機(jī)電一體化技術(shù)概述

先進(jìn)的機(jī)電一體化技術(shù)是有機(jī)整合了控制功能、主功能與動(dòng)力功能，并在此基礎(chǔ)上，引進(jìn)微電子技術(shù)、智能軟件技術(shù)，相互結(jié)合，相互滲透，而并非集中技術(shù)的簡(jiǎn)單相加。機(jī)電一體化技術(shù)是使信息、計(jì)算機(jī)、機(jī)械、微電子等先進(jìn)技術(shù)結(jié)合成最佳匹配系統(tǒng)。將先進(jìn)的機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用于煤礦機(jī)械中，將在很大程度上提高煤礦開采的安全生產(chǎn)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善工作環(huán)境。

先進(jìn)的機(jī)電一體化技術(shù)可以分為3個(gè)階段：第一階段是20世紀(jì)60年代以前的發(fā)展時(shí)期，在這一發(fā)展階段，由于軍事原因在很大程度上促進(jìn)了電子技術(shù)與機(jī)械系統(tǒng)的相結(jié)合，機(jī)電一體化產(chǎn)品的開發(fā)研制總體上處于自發(fā)水平，然而，當(dāng)時(shí)的電子技術(shù)水平的局限，機(jī)電一體化技術(shù)的研發(fā)產(chǎn)品不能廣泛推廣，無(wú)法深入發(fā)展；第二階段是從20世紀(jì)70年代開始的，這一發(fā)展階段中，計(jì)算機(jī)、通信、控制技術(shù)的飛速發(fā)展，為機(jī)電一體化產(chǎn)品的研制提供了外部技術(shù)基礎(chǔ)。其中微型計(jì)算機(jī)、大規(guī)模集成電路的研發(fā)，為機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展提供了物質(zhì)條件。上世紀(jì)90年代開始，智能化是機(jī)電一體化技術(shù)的主要發(fā)展方向。這一階段是其第三發(fā)展時(shí)期。微細(xì)加工技術(shù)、光學(xué)技術(shù)等滲透到了機(jī)電一體化技術(shù)中，出現(xiàn)了一些新的機(jī)電一體化技術(shù)分支。

二、機(jī)電一體化技術(shù)在煤礦開采中的應(yīng)用

（一）煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)

煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)是一項(xiàng)最能夠表現(xiàn)煤礦機(jī)電一體化技術(shù)的系統(tǒng)，在我國(guó)的發(fā)展相對(duì)較晚。我國(guó)自上世紀(jì)80年代研究國(guó)外的先進(jìn)煤礦監(jiān)控技術(shù)，通過消化吸收，自行研制出煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，促進(jìn)了我國(guó)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展。例如煤炭科學(xué)總院研制開發(fā)的KJ95、KJ90系統(tǒng)，就對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)智能水平進(jìn)一步提升。安全監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用在礦生產(chǎn)中，經(jīng)長(zhǎng)期實(shí)踐，在采煤安全方面發(fā)揮了重要作用。

（二）機(jī)電一體化技術(shù)在采煤機(jī)方面的應(yīng)用

機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用于采煤機(jī)的典例就是成功研制出了電牽引采煤機(jī)。與傳統(tǒng)液壓牽引采煤機(jī)不同，電牽引采煤機(jī)具有更強(qiáng)的牽引力，采煤機(jī)下滑時(shí)，能夠進(jìn)行發(fā)電制動(dòng)，有效節(jié)約了能源，可以在大傾角煤層進(jìn)行牽引，可靠性好、效率高、動(dòng)態(tài)特性良好、磨損小、維修量小。而且電牽引采煤機(jī)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，具有較高的能量轉(zhuǎn)化效率。

（三）在帶式輸送機(jī)方面的應(yīng)用

我國(guó)重點(diǎn)實(shí)施煤礦生產(chǎn)項(xiàng)目，促進(jìn)了在帶式輸送機(jī)方面廣泛應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，使得大功率、長(zhǎng)距離的井下帶式輸送機(jī)產(chǎn)品、技術(shù)進(jìn)步、發(fā)展迅速。目前我國(guó)自行研制開發(fā)的帶式輸送機(jī)有很多種類，在研發(fā)核心技術(shù)產(chǎn)品基礎(chǔ)上，研制開發(fā)了PLC為核心的多種制動(dòng)、軟啟動(dòng)裝置和可編程控制設(shè)備等。通過利用調(diào)速型液力耦合器、行星齒輪減速器等，確保驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)可以更有效開展工作。

（四）機(jī)電一體化技術(shù)在提升機(jī)方面的應(yīng)用

煤礦機(jī)械的一體化技術(shù)應(yīng)用的最高水平典例就是交直流全數(shù)字化提升機(jī)。有機(jī)結(jié)合滾筒、驅(qū)動(dòng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，應(yīng)用在內(nèi)裝式提升機(jī)上，充分整合機(jī)械、通信、電力電子及自動(dòng)控制等先進(jìn)技術(shù)。全數(shù)字化提升機(jī)應(yīng)用總線方式，極大的實(shí)現(xiàn)了電器安裝的簡(jiǎn)化，效果高度可靠，而且硬件配置簡(jiǎn)單，相互間的兼容功能很好。我國(guó)研制開發(fā)的全數(shù)字化提升機(jī)，應(yīng)用雙處理器組成核心系統(tǒng)部分，性能可靠、先進(jìn)，具有較高的準(zhǔn)確性。

（五）在支護(hù)設(shè)備中的應(yīng)用

液壓支架是煤礦采煤工作中應(yīng)用的支護(hù)設(shè)備，目前正向電液控制方向發(fā)展，利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，結(jié)合液壓控制，形成定壓雙向鄰架，能夠降低并減去對(duì)頂板、支架產(chǎn)生的沖擊荷載。應(yīng)用在煤礦開采工作中的電液控制支架，不但能實(shí)現(xiàn)1架/3s的最快速度，還可檢測(cè)支架的工作狀態(tài)。乳化液泵是提供液壓支護(hù)設(shè)備高壓液體的裝置，因此必須具備大流量供液能力及高壓，還應(yīng)結(jié)合用液量進(jìn)行自行調(diào)控。我國(guó)研制開發(fā)的智能型乳化液泵站系統(tǒng)包括智能型乳化液泵站供液、自動(dòng)配液系統(tǒng)兩部分，可實(shí)現(xiàn)油箱、油位高度的自行檢測(cè)，自主配液；還能進(jìn)行乳化液濃度的在線自動(dòng)檢測(cè)、調(diào)節(jié)，一旦發(fā)現(xiàn)濃度不符合規(guī)定值，會(huì)發(fā)出聲光警報(bào)；另外，具有定時(shí)反沖洗功能，控制、監(jiān)督實(shí)際用液量，遠(yuǎn)程傳輸功能良好。

三、礦山機(jī)電一體化的創(chuàng)新

（一）創(chuàng)新產(chǎn)品造型

客戶在選購(gòu)產(chǎn)品時(shí)，首先關(guān)注的是產(chǎn)品外在形象，對(duì)產(chǎn)品造型加以創(chuàng)新，使其外觀得以優(yōu)化的同時(shí)而不影響其功能的正常發(fā)揮，這是產(chǎn)品造型創(chuàng)新的基本要求。要?jiǎng)?chuàng)造出新穎的產(chǎn)品造型，可以優(yōu)先選擇計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)的方法，不僅設(shè)計(jì)成果可視，還能提高造型創(chuàng)新的效率。

（二）創(chuàng)新產(chǎn)品功能

利用機(jī)電一體化技術(shù)生產(chǎn)出的產(chǎn)品，功能創(chuàng)新主要側(cè)重于兩方面，一方面是對(duì)已有的產(chǎn)品進(jìn)行功能創(chuàng)新和完善，這是對(duì)產(chǎn)品已有功能的擴(kuò)充和延展，風(fēng)險(xiǎn)相當(dāng)?shù)?，甚至可以忽略，不需要投入過多的資金與技術(shù)就能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能的改造和完善；另一方面是從礦山開采的生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，根據(jù)需要進(jìn)行新產(chǎn)品的研發(fā)，使其功能能滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求，這一層面就需要企業(yè)投入相當(dāng)一部分資金與技術(shù)，換個(gè)角度分析，也是企業(yè)創(chuàng)新能力和研發(fā)技術(shù)的較量，成功開發(fā)具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的新型機(jī)電一體化設(shè)備和產(chǎn)品，是企業(yè)快速、高效運(yùn)轉(zhuǎn)的強(qiáng)有力保障。

（三）創(chuàng)新產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

產(chǎn)品創(chuàng)新的一項(xiàng)關(guān)鍵內(nèi)容就是結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新。機(jī)電一體化產(chǎn)品在設(shè)計(jì)中進(jìn)行結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，通常體現(xiàn)在物理機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)方式、動(dòng)力裝置以及周邊設(shè)備的搭接形式等方面的創(chuàng)新。

（四）創(chuàng)新產(chǎn)品材料

產(chǎn)品材料方面的創(chuàng)新大體分為：一是研發(fā)用于產(chǎn)品制造的新型材料，如納米材料、高分子聚合材料等；二是選用剛度強(qiáng)、重量和體積都偏小，并且具有抗震性、耐高溫和耐腐蝕等優(yōu)良性能的材料。

（五）創(chuàng)新控制和傳感

一方面，機(jī)電產(chǎn)品性能直接影響著控制系統(tǒng)，如對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)位移、速度及加速度的控制；另一方面，傳感技術(shù)和傳感儀器也是機(jī)電一體化的重要內(nèi)容，對(duì)傳感器的檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，研發(fā)性能更加優(yōu)良的傳感器，甚至是供礦山開采的專用型傳感器，都是企業(yè)自主創(chuàng)新的制勝法寶。當(dāng)前，機(jī)電產(chǎn)品智能化尚處于低級(jí)階段，加快微處理器的研發(fā)進(jìn)度，使機(jī)電產(chǎn)品在模糊控制以及網(wǎng)絡(luò)控制等方面得到大幅度提升是機(jī)電產(chǎn)品技術(shù)研發(fā)面臨的重要課題。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，加強(qiáng)對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)在礦山機(jī)電設(shè)備應(yīng)用的研究分析，對(duì)于其良好實(shí)踐效果的取得有著十分重要的意義，因此在今后的機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用過程中，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)其關(guān)鍵環(huán)節(jié)與重點(diǎn)要素的重視程度，并注重其具體實(shí)施措施與方法的科學(xué)性。

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