機(jī)電一體化技術(shù)在礦山機(jī)械中的應(yīng)用

邵 帥

（庫車縣榆樹嶺煤礦有限責(zé)任公司，新疆 阿克蘇 842000）

機(jī)電一體化技術(shù)具有綜合性的特點(diǎn)，其涵蓋專業(yè)學(xué)科內(nèi)容較多，如機(jī)械電子、電子技術(shù)、通信技術(shù)等，應(yīng)用范圍廣泛，得到了諸多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，尤其是在機(jī)械工程中全面普及，通過與其他先進(jìn)技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，能夠有效發(fā)揮自動(dòng)化功能。在礦山機(jī)械中應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)能夠提高機(jī)械系統(tǒng)的集成化水平，為終端控制提供便利，另外為礦山開采作業(yè)的安全性提供保障。對(duì)礦山開采作業(yè)進(jìn)行分析，為了提高作業(yè)效率，確保開采的安全性，需要認(rèn)真分析開采要素，加強(qiáng)對(duì)礦山機(jī)械設(shè)備應(yīng)用的重視。現(xiàn)如今機(jī)電一體化技術(shù)在礦山機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用廣泛，能夠有效提高設(shè)備應(yīng)用水平與開采效率。

1 機(jī)電一體化技術(shù)概述

機(jī)電一體化技術(shù)屬于新型、復(fù)合技術(shù)的一種，實(shí)現(xiàn)機(jī)械、電子與信息科學(xué)三項(xiàng)技術(shù)的有效融合，同時(shí)也是工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)制造過程中，機(jī)械工程與電子、智能計(jì)算機(jī)的集成協(xié)同。通過該項(xiàng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)電一體化產(chǎn)品的開發(fā)，是目前推動(dòng)機(jī)電行業(yè)發(fā)展的有效途徑，利用該項(xiàng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)模式的突破，不斷提高生產(chǎn)、管理、技術(shù)水平，促進(jìn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整。其關(guān)鍵技術(shù)主要包括機(jī)械技術(shù)、檢測技術(shù)、信息處理技術(shù)等，具有結(jié)構(gòu)最優(yōu)化、系統(tǒng)控制智能化與操作性能柔性化等特點(diǎn)。

對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，與傳統(tǒng)礦山機(jī)械控制模式相比，機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但是在實(shí)際控制階段，受到諸多因素的影響，目前機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用效果并不理想。對(duì)部分企業(yè)來說，因此使用的礦山機(jī)械設(shè)備型號(hào)較老，長期未對(duì)設(shè)備進(jìn)行更新，導(dǎo)致設(shè)備難以搭載機(jī)電一體化技術(shù)，并且不同機(jī)械設(shè)備之間的系統(tǒng)存在明顯差異，機(jī)電一體化技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一集成應(yīng)用，對(duì)技術(shù)的應(yīng)用造成一定的阻礙。該項(xiàng)技術(shù)對(duì)操作者專業(yè)能力的要求較高，因此企業(yè)需要具備專業(yè)技術(shù)人才開展相關(guān)工作，這樣才能保證技術(shù)的應(yīng)用效果，但是部分企業(yè)為未認(rèn)識(shí)到人才資源的重要性，導(dǎo)致機(jī)電一體化技術(shù)存在盲目應(yīng)用的情況，并未結(jié)合實(shí)際情況充分發(fā)揮技術(shù)的作用，因此整體應(yīng)用效果不理想。

雖然越來越多的企業(yè)開始引進(jìn)機(jī)電一體化技術(shù)，并將其應(yīng)用于生產(chǎn)作業(yè)過程中，但是該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用缺乏充足的經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)以及完善的管理體系，因此應(yīng)用階段發(fā)生的相關(guān)問題無法得到有效解決。另外企業(yè)工作人員多依靠自身經(jīng)驗(yàn)開展工作，缺乏有效、專業(yè)的技術(shù)指導(dǎo)，對(duì)技術(shù)應(yīng)用效果造成影響，甚至引發(fā)嚴(yán)重的故障問題。最后，機(jī)電一體化技術(shù)與其他先進(jìn)、前沿技術(shù)相同，是不斷發(fā)展、更新和升級(jí)的，但是部分企業(yè)專業(yè)人才匱乏，未認(rèn)識(shí)到技術(shù)及時(shí)更新升級(jí)的重要性，技術(shù)始終處于停滯不前的狀態(tài)，對(duì)其應(yīng)用效果造成影響。

2 機(jī)電一體化技術(shù)在礦山機(jī)械中的應(yīng)用價(jià)值

礦山進(jìn)行生產(chǎn)、開采等作業(yè)的過程中，機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用效果對(duì)于作業(yè)效率有決定性影響，現(xiàn)如今礦山開采機(jī)械化水平顯著提升，因此需要加強(qiáng)對(duì)機(jī)械設(shè)備應(yīng)用的重視，同時(shí)全面引進(jìn)機(jī)電一體化技術(shù)，充分發(fā)揮礦山機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用價(jià)值。

2.1 提高生產(chǎn)效率

將機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用于礦山機(jī)械中能夠有效提高整體生產(chǎn)效率，保證礦山的開采量，確保礦山開采與基本要求相符。同傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備相比，通過應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)能夠確保機(jī)械設(shè)備的高效、穩(wěn)定運(yùn)行，表現(xiàn)出更強(qiáng)的執(zhí)行力。另外能夠在一定程度上減少工作人員的工作量，縮短整體工作時(shí)間，滿足開采工作要求，提高工作效率[1]。

2.2 為生產(chǎn)的安全性提供保障

礦山生產(chǎn)、開采作業(yè)環(huán)境惡劣、周圍地勢(shì)條件復(fù)雜，伴隨一定的風(fēng)險(xiǎn)隱患，在礦山機(jī)械中應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)能夠?yàn)樯a(chǎn)的安全性提供保障。礦山開采極易受到外界環(huán)境、地形、氣候等因素的影響，易發(fā)生安全事故，在礦山機(jī)械中采用機(jī)電一體化技術(shù)能夠保證其安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，減少故障問題發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，創(chuàng)造良好的開采條件，降低事故發(fā)生率。

2.3 提高經(jīng)濟(jì)效益

不斷提高經(jīng)濟(jì)效益是礦山企業(yè)發(fā)展的主要目標(biāo)，將機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用于礦山機(jī)械中有助于提高開采效率，保證礦產(chǎn)資源開采量的不斷提高，進(jìn)而提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。另外，機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用能夠有效控制成本，實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的合理配置，全面分析礦山機(jī)械開采情況，避免資金浪費(fèi)情況，減少安全事故發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)開采流程進(jìn)行優(yōu)化，降低成本的同時(shí)提高經(jīng)濟(jì)效益。

2.4 減少能耗

礦山機(jī)械設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行階段會(huì)消耗大量的能量，如果能夠減少機(jī)械設(shè)備的能耗一直是困擾礦山開采企業(yè)的一大問題。另外設(shè)備運(yùn)行階段需要大量的電力支撐，同時(shí)存在一定的無用功情況，導(dǎo)致電能的大量浪費(fèi)[2]。通過應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備的精準(zhǔn)操作，避免一些不必要的操作流程，進(jìn)而有效減少設(shè)備做無用功的情況，減少能耗，節(jié)約資源，提高企業(yè)的綜合效益。

3 機(jī)電一體化技術(shù)在礦山機(jī)械中的應(yīng)用分析

3.1 在綜合采礦機(jī)械中的應(yīng)用

綜合采礦機(jī)械的主要組別部分為礦井提升機(jī)、牽引采礦機(jī)、傳輸機(jī)等。在綜合采礦機(jī)械中應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，同時(shí)采用液壓技術(shù)，能夠有效提高綜合采礦機(jī)械的智能化、自動(dòng)化水平。不但能夠大幅降低工作人員的工作強(qiáng)度，同時(shí)有助于提高整體生產(chǎn)效率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)采礦成本的有效控制。通過對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)的合理應(yīng)用，能夠保證綜合采礦機(jī)械中牽引采礦機(jī)具備更大的牽引角度，進(jìn)而使采礦的范圍得到有效擴(kuò)大，并且對(duì)于提升機(jī)、傳輸機(jī)來說，能夠?qū)崿F(xiàn)全程數(shù)字化靈活控制，確保機(jī)械設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行[3]。在綜合采礦機(jī)械中應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，不但能夠提高機(jī)械操作的靈活性，同時(shí)能夠在數(shù)控技術(shù)的監(jiān)督下，保證其始終處于穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)下，保證開采過程的安全性。例如對(duì)礦井提升機(jī)來說，通過應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)能夠優(yōu)化其結(jié)構(gòu)，將驅(qū)動(dòng)和滾筒由傳統(tǒng)的內(nèi)裝式提升機(jī)融合為整體，簡化其整體結(jié)構(gòu)，充分體現(xiàn)綜合性的特點(diǎn)。圖1為礦井提升機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。全數(shù)字化的礦井提升機(jī)具有極強(qiáng)的穩(wěn)定性，同時(shí)具備診斷功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)故障的有效診斷，并且其通訊功能完善。因?yàn)椴捎每偩€的方式，電氣安裝得到了明顯的優(yōu)化；零部件較少，整體聽見配置互相兼容，簡單高效，能夠有效改變瞬時(shí)加速度，通過軟件對(duì)其進(jìn)行控制。直流提升機(jī)是提升機(jī)的首選機(jī)型，具備全數(shù)字化的特點(diǎn)。信息化技術(shù)的應(yīng)用能夠優(yōu)化與完善提升機(jī)的安全保護(hù)系統(tǒng)，具體運(yùn)行階段采用兩臺(tái)計(jì)算機(jī)裝置，進(jìn)行獨(dú)立的數(shù)據(jù)處理、傳感與監(jiān)測，同時(shí)兩者互為備用，互相監(jiān)測，有效提高機(jī)械設(shè)備的安全性能。另外，將機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用于采煤機(jī)中，能夠有效提高其牽引力，同傳統(tǒng)液壓式牽引采煤機(jī)相比，具備更好的牽引性能，采煤機(jī)下滑能夠進(jìn)行發(fā)電制動(dòng)，及時(shí)將電能反饋至電網(wǎng)，有效節(jié)約能源，為采煤機(jī)的運(yùn)行提供牽引力，實(shí)現(xiàn)對(duì)大傾角的牽引，停機(jī)過程中避免機(jī)器下滑，同時(shí)不需要配備其他防滑裝置，可應(yīng)用于40°～50°傾角的煤層開采，具有較長的使用壽命。另外不同于液壓牽引，通常情況下電牽引的元件不會(huì)發(fā)生磨損等故障問題，后期維護(hù)保養(yǎng)的工作量較小，故障發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)較低，工作穩(wěn)定性較好。對(duì)采煤機(jī)來說，超載運(yùn)行的情況較為普遍，但是通過利用機(jī)電一體化技術(shù)能在電控系統(tǒng)中對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行合理調(diào)整，避免故障問題，電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的效率非常高。

圖1 礦井提升機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 在監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

安全生產(chǎn)是煤礦生產(chǎn)的最基本原則，需要始終將安全生產(chǎn)作為各項(xiàng)作業(yè)的基礎(chǔ)。因此開發(fā)礦產(chǎn)資源的過程中，需要確保作業(yè)的安全性，這也是應(yīng)用其他技術(shù)的重要基礎(chǔ)。在監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)在復(fù)雜環(huán)境下對(duì)機(jī)械設(shè)備的全面、實(shí)時(shí)監(jiān)測，保證全部機(jī)械設(shè)備處于安全、穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)下。通過互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)有效連接被監(jiān)測機(jī)械設(shè)備與監(jiān)測主機(jī)，如果監(jiān)測系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)異常情況，控制中心能夠及時(shí)進(jìn)行合理調(diào)整，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析與整理，采取有效的處理措施，減少故障問題對(duì)設(shè)備運(yùn)行造成的影響，為開采作業(yè)的安全性提供保障[4]。利用機(jī)電一體化技術(shù)能夠在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的有效連接，對(duì)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行記錄并上傳至系統(tǒng)平臺(tái)，工作人員可通過比較數(shù)據(jù)評(píng)估設(shè)備是否國難財(cái)故障問題，為設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行夯實(shí)基礎(chǔ)。圖2為礦山監(jiān)測設(shè)備示意圖。

圖2 礦山監(jiān)測設(shè)備示意圖

3.3 在運(yùn)輸機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用

運(yùn)輸效率是對(duì)礦產(chǎn)資源開采效率形成影響的直接因素，只有保證運(yùn)輸效率才能有效提高開采效率。在運(yùn)輸設(shè)備中采用機(jī)電一體化技術(shù)能夠有效提高運(yùn)輸設(shè)備的機(jī)械化、智能化與自動(dòng)化水平，進(jìn)而有效提高設(shè)備的運(yùn)輸效率。目前帶式輸送機(jī)在礦山開采中應(yīng)用廣泛，在合理應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)上，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)傳輸過程的準(zhǔn)確控制，充分發(fā)揮機(jī)械的功能與作用[5]。例如帶式傳輸機(jī)的樞紐技術(shù)水平顯著提高，各項(xiàng)新產(chǎn)品的研發(fā)力度加大，工作面順槽可伸縮帶式傳輸及具有高效性的特點(diǎn)，并且通過對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用，形成了以PLC為核心以及多軟件啟動(dòng)的可編程電控裝置，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中采用行星齒輪減速器以及調(diào)速型液力耦合器，顯著提高傳輸效率，目前多類型帶式傳輸機(jī)已得到礦山作業(yè)的廣泛應(yīng)用。

3.4 在支護(hù)設(shè)備中的應(yīng)用

支架設(shè)備主要為采煤工作面的液壓支架，如圖3所示，應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)電液控制，有效融合液壓控制技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)成組定向移架與雙向鄰架，通過電液控制裝置能夠有效檢測支架運(yùn)行情況，避免支架及頂板受到?jīng)_擊負(fù)載[6]。高壓液體裝置通過乳化液泵提供至液壓支護(hù)設(shè)備，需要保證其具備良好的供液能力，同時(shí)液壓支護(hù)設(shè)備的用液量能夠?qū)嶋H情況自動(dòng)調(diào)節(jié)。通過運(yùn)用機(jī)電一體化技術(shù)，能夠在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化配液，對(duì)高低液位進(jìn)行自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)乳化液液度的實(shí)時(shí)檢測。如果設(shè)定值范圍的濃度不符合要求，能夠自動(dòng)化沖洗，具備一定的遠(yuǎn)距離傳輸功能，對(duì)實(shí)際用液量進(jìn)行在線監(jiān)控。對(duì)于乳化液的油位、液位、流量計(jì)量情況等，能夠通過液晶顯示器有效顯示。

圖3 液壓支架示意圖

3.5 在安全防護(hù)中的應(yīng)用

礦山開采生產(chǎn)階段應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)還需要充分考慮安全防護(hù)工作，足底啊程度保證生產(chǎn)作業(yè)的安全性，避免發(fā)生安全事故。目前礦山開采安全防護(hù)工作涉及大量的機(jī)械設(shè)備，部分設(shè)備易受到其他因素的營銷發(fā)生故障，導(dǎo)致安全隱患增加。例如液壓機(jī)械在礦山開采中十分常見，為了確保其安全穩(wěn)定運(yùn)行，不但需要提高其運(yùn)行性能，確保其能夠滿足礦山開采要求，同時(shí)還需要加強(qiáng)監(jiān)控，及時(shí)掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，如果發(fā)生異常情況能夠及時(shí)解決，避免發(fā)生安全事故。

3.6 機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)如今隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大，技術(shù)水平也在不斷提高，隨著采礦規(guī)模的不斷增加，采礦生產(chǎn)作業(yè)對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用提出了更高的要求。未來發(fā)展階段，智能化是機(jī)電一體化技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)，能夠?qū)崿F(xiàn)的機(jī)械涉筆的智能化控制，對(duì)故障問題進(jìn)行智能化診斷；同時(shí)數(shù)字化也是未來機(jī)電一體化技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)，能夠有效提高技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸效率，使技術(shù)應(yīng)用階段形成的大量數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸至控制中心，而遠(yuǎn)程化的發(fā)展趨勢(shì)能夠進(jìn)一步提高機(jī)電一體化技術(shù)對(duì)機(jī)械設(shè)備的控制能力。最后，集成化也是機(jī)電一體化技術(shù)的主要發(fā)展趨勢(shì)，該項(xiàng)技術(shù)本身具有綜合性的特點(diǎn)，是多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)融合的產(chǎn)物，集成化的發(fā)展目標(biāo)不斷提高提高技術(shù)應(yīng)用水平，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多道工序的檢測，有效提高整體工作效率。

4 優(yōu)化機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用措施

4.1 加強(qiáng)專業(yè)人才隊(duì)伍建設(shè)

在礦產(chǎn)開采階段應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，雖然能夠有效減輕工作人員的工作量，提高工作效率，減少對(duì)傳統(tǒng)人工作業(yè)模式的依賴，降低人力資源成本，但是雖然技術(shù)的不斷發(fā)展革新，新技術(shù)將會(huì)更加復(fù)雜，因此對(duì)工作人員的專業(yè)能力有更高的要求，需要確保其合理使用新技術(shù)與新設(shè)備，充分發(fā)揮技術(shù)的功能與優(yōu)勢(shì)。因此企業(yè)需要注重對(duì)專業(yè)人才的培養(yǎng)，建立完善的人才培養(yǎng)體系，不斷提高人才質(zhì)量，確保機(jī)電一體化技術(shù)在機(jī)械設(shè)備中的合理、高效應(yīng)用。同時(shí)，對(duì)礦產(chǎn)開采作業(yè)來說，隨著使用年限的增加以及受到其他因素的影響，機(jī)械設(shè)備難免會(huì)出現(xiàn)故障問題，因此需要加強(qiáng)專業(yè)維修隊(duì)伍的建設(shè)，確保維修人員具備豐富的工作經(jīng)驗(yàn)以及較強(qiáng)的專業(yè)能力，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并處理問題，最大程度減少故障的影響。企業(yè)的發(fā)展與人才息息相關(guān)，需要注重專業(yè)人才的引進(jìn)，建立科學(xué)合理的培訓(xùn)機(jī)制，為企業(yè)的發(fā)展提供保障。

4.2 完善管理體系

企業(yè)不僅需要注重專業(yè)人才隊(duì)伍的建設(shè)，同時(shí)還需要建立完善的管理體系，確保技術(shù)措施的有效落實(shí)，為相關(guān)工作的順利開展提供保障。首先需要根據(jù)作業(yè)區(qū)的具體情況，配置完善的開采設(shè)備，同時(shí)結(jié)合開采環(huán)境建立相應(yīng)的管理制度，確保每一個(gè)工作環(huán)節(jié)均能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)電一體化技術(shù)的高效應(yīng)用，避免因?yàn)楣芾眢w系落后導(dǎo)致技術(shù)應(yīng)用水平與開采質(zhì)量低下的情況。其次，在生產(chǎn)作業(yè)各環(huán)節(jié)均需要做好監(jiān)督工作，安排專業(yè)人員進(jìn)行監(jiān)督，保證機(jī)電一體化技術(shù)的合理應(yīng)用，及時(shí)發(fā)現(xiàn)工作階段存在的問題，有效解決。

5 結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)如今機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展迅速，已得到礦山機(jī)械中開采設(shè)備、監(jiān)控系統(tǒng)、運(yùn)輸機(jī)械等的廣泛應(yīng)用，具有極高的應(yīng)用價(jià)值，不僅能夠保證礦產(chǎn)開采作業(yè)的安全性，同時(shí)能夠有效增加開采量，擴(kuò)大開采范圍，提高開采效率，具備降本增效的優(yōu)勢(shì)。另外，為了能夠進(jìn)一步提高機(jī)電一體化技術(shù)在礦山機(jī)械中的應(yīng)用水平，相關(guān)企業(yè)需要加大技術(shù)研發(fā)力度，引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)工藝，不斷提高技術(shù)應(yīng)用水平，為礦山開采的順利開展提供保障。