關(guān)于機電一體化在礦山機械中的應(yīng)用

盧贊宇

（廣西河池市桌泰建筑工程有限責(zé)任公司大新分公司，廣西崇左 532315）

我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，使很多行業(yè)領(lǐng)域都對礦產(chǎn)資源有了更大需求，這使礦山生產(chǎn)面臨到前所未有的壓力和挑戰(zhàn)。在這種局勢下，如果依然沿用傳統(tǒng)的生產(chǎn)及管理技術(shù)，將無法滿足現(xiàn)實要求。而機電一體化技術(shù)的出現(xiàn)，猶如為礦山生產(chǎn)注入新鮮血液和強大動力，徹底改變以往粗獷式的生產(chǎn)及管理模式，在保證生產(chǎn)效率和質(zhì)量的同時，更好地保證了安全，而且還能良好適應(yīng)未來進一步發(fā)展。

1 機電一體化優(yōu)勢

機電一體化指的是將包含機械、電工電子、微電子、信息、傳感器、接口與信號變換等在內(nèi)的不同技術(shù)通過有機結(jié)合，在實際生產(chǎn)過程中均得以應(yīng)用的一項綜合技術(shù)，現(xiàn)在基本上所有自動生產(chǎn)設(shè)備均屬于機電一體化設(shè)備范疇。在機電一體化各類相關(guān)技術(shù)不斷發(fā)展的作用下，很多機電產(chǎn)品不僅外觀得到很大的改善，而且功能也變得更強大，重量與體積也不斷減小。相較于傳統(tǒng)機電產(chǎn)品，實行機電一體化后的機電產(chǎn)品，主要具有下列幾個方面的優(yōu)勢：

（1）功能得到大幅增強，且應(yīng)用范圍更加廣泛。對于實行機電一體化后的產(chǎn)品，其最顯著的優(yōu)勢特點在于突破了以往產(chǎn)品單一技術(shù)與功能方面的限制，把不同技術(shù)和功能集為一體，使功能變得更為強大[1]。另外，還能適用更多場合及領(lǐng)域，良好滿足不同用戶的需求，并具有很強的應(yīng)變能力。

（2）精度得到極大的提升。機電一體化的實行使機構(gòu)得以簡化，傳動部件大量減少，能顯著降低由于磨損或受力變形等原因造成的誤差，并且在計算機檢測及控制技術(shù)的支持下，還能減少由于干擾產(chǎn)生的動態(tài)誤差，最終達到傳統(tǒng)技術(shù)與設(shè)備均無法達到的工作精度。

（3）安全性與可靠性更高。產(chǎn)品通常都具備很多安全功能，如自動監(jiān)控和報警、自動診斷與保護等，在這些功能的支持下，可以有效防止人身傷害事故，也能使設(shè)備更加安全與可靠運行。

（4）改善操作。產(chǎn)品的控制方式從以往的手動變?yōu)橛嬎銠C控制，所有動態(tài)參數(shù)都能以數(shù)字的形式動態(tài)顯示，并能提供良好人機界面，省去手柄或按鈕，使設(shè)備操作性能得以有效的改善，幫助企業(yè)減少用于人員培訓(xùn)方面的費用，還能避免由于人為操作失誤造成的誤差或威脅。

（5）增強柔性。柔性是指可借助軟件對機器工作程序進行有目的性的更改，進而適應(yīng)不同的情況和需要[2]。比如，對于工業(yè)機器人，它的運動自由度很多，其手爪部分可更換很多種不同的工具，通過對控制程序的更改實現(xiàn)不同的運動姿態(tài)及軌跡，進而更好地適應(yīng)生產(chǎn)，滿足當(dāng)下越來越多的作業(yè)要求。

最后，提高生產(chǎn)能力，保證工作質(zhì)量。

2 礦山中機電一體化技術(shù)具體應(yīng)用

2.1 機電一體化采礦機

在采礦機方面，機電一體化產(chǎn)品以電牽引采煤機最具代表性，如圖1所示，相比傳統(tǒng)的液壓牽引采礦機，電牽引采礦機具有下列優(yōu)勢特點：

圖1 電牽引采煤機

（1）牽引性能更好，在前進的過程中提供足夠牽引力，從而更好地克服阻力，在下滑過程中也能實現(xiàn)發(fā)電制動。

（2）可以在傾角較大的礦層中使用。在牽引電動機中安裝了停機時能有效避免下滑的制動裝置，由于其制動力矩可以達到電動機自身額定轉(zhuǎn)矩近2倍，即便礦層傾角達到40°～50°，也能在無須其他防滑措施的情況下正常使用[3]。

（3）可靠性強，壽命長。不同于傳統(tǒng)的液壓牽引方式，電牽引只是電刷與整流子存在一定程度的磨損，而其他元件基本沒有磨損，所以其運行可靠性更強，不容易發(fā)生故障，延長設(shè)備的使用壽命，減少維修方面的成本和工作量。

（4）反應(yīng)速度快，有良好的動態(tài)特性。采用電控系統(tǒng)可以隨時對各項技術(shù)參數(shù)進行調(diào)整，避免設(shè)備超載運行。

（5）設(shè)備結(jié)構(gòu)比較簡單，且運行效率高。對于電牽引采礦機，其傳動部分的結(jié)構(gòu)更加簡單，且尺寸小、輕便，僅需一次轉(zhuǎn)換即可以使電能轉(zhuǎn)換成機械能，傳動效率可以達到90%以上，而傳統(tǒng)的液壓方式最高不超過70%，這在節(jié)能減排方面也有很大的優(yōu)勢。

2.2 機電一體化輸送機

帶式輸送機因其輸送距離較長、輸送量大且運行穩(wěn)定，所以是現(xiàn)階段礦物最常用的輸送設(shè)備，同時也是機電一體化主要研究熱點之一。當(dāng)前主要采用的是CST可控軟啟動裝置。該裝置的作用在于為平滑起動提供大慣性載荷，比如為礦山長距離皮帶運輸機專門設(shè)計一種軟啟動裝置。一臺輸送機既可以由一個CST控制，也可以由多個控制。因為還沒有從根本上解決動態(tài)分析問題與在線監(jiān)控問題，所以帶式輸送機不能有太多中間驅(qū)動點，通常采用三點驅(qū)動的方式，但這樣會對輸送機實際長度與運量帶來很大的限制。另外，輸送機普遍缺乏動態(tài)監(jiān)控，加之本身可靠性不高，所以壽命較短，與預(yù)期水平還有一定差距[4]。但通過機電一體化改善和升級，這些問題將得到有效解決，不再成為煤礦生產(chǎn)效率和安全的短板。

2.3 機電一體化監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)

井下綜合自動化系統(tǒng)指的是采用包含計算機網(wǎng)絡(luò)和光纖通信等在內(nèi)的各項先進技術(shù)建立在環(huán)境惡劣、作業(yè)人員與機械設(shè)備分布分散且安裝要求較高的環(huán)境中滿足防爆安全要求的速度可以達到1000Mbps以上的互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。該系統(tǒng)的核心在于在礦山不同領(lǐng)域建立一個開放協(xié)議的工業(yè)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以此實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、安全檢測及各類信息的處理和存儲，為井下管理提供一個完善的信息交互平臺，這對保證生產(chǎn)安全和提高管理水平都有十分重要的作用。按照管控一體化基本思想，可采取三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，與各種新理論和技術(shù)相結(jié)合，并借助現(xiàn)階段成熟可靠的自動化產(chǎn)品，使礦井的每個生產(chǎn)環(huán)節(jié)都能實現(xiàn)信息化，并將現(xiàn)有和正處在建設(shè)狀態(tài)的礦井都集成在一個統(tǒng)一平臺上，以此形成一個完整機體[5]。采用以上這種簡單清晰的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并輔以以太網(wǎng)協(xié)議，能使系統(tǒng)運行更加高效與可靠。

2.4 機電一體化礦井支護

目前，液壓支架正在向電液控制領(lǐng)域不斷發(fā)展，通過對計算機和液壓控制兩項技術(shù)的結(jié)合，既可以實現(xiàn)成組自動移架，也能做到定壓雙向鄰架，這樣能從根本上防止對頂板或支架造成太大的沖擊。比如從美國與德國進口的新型電液控制支架，其移架速度基本都保持在6～8s/架，某些情況下甚至可以達到3s/架，同時還能動態(tài)檢測支架實際工作狀態(tài)[6]。對于礦山供電，對可靠性的要求往往更高，以此滿足一系列大功率設(shè)備運行要求?；诖耍瑧?yīng)不斷研發(fā)和推廣具有較高節(jié)能水平的產(chǎn)品。比如，為高壓開關(guān)柜選擇真空開關(guān)時，應(yīng)優(yōu)先考慮維護量較少且使用壽命更長的類型；通過對就地補償與集中補償兩者充分結(jié)合，能起到提高功率因數(shù)的作用，減少整個供電系統(tǒng)中的無功電流，進而避免產(chǎn)生太大的無功損耗。另外，現(xiàn)在很多高壓與低壓開關(guān)柜都引入微機保護，提供網(wǎng)絡(luò)功能，進而實現(xiàn)遠程狀態(tài)下的四遙。早在2009年末，某集團就成功研發(fā)了新一代采用電液控制方式的大采高支架（其型號為ZY17000/33/75D），正常運行時工作阻力可以達到17000kN，可提供1.46MPa左右的支護強度，最大支護高度可以達到7.5m，創(chuàng)造當(dāng)時的世界紀(jì)錄。這一新型支架的出現(xiàn)和使用，標(biāo)志著我國礦物生產(chǎn)機械設(shè)備自主研發(fā)能力取得大幅提升，且相應(yīng)的制造技術(shù)和綜合實力也都達到了國際領(lǐng)先的水平，能為我國今后開采更復(fù)雜的礦層提供可靠支撐，進一步拉近了和高產(chǎn)高效綜合機械化開采目標(biāo)的距離[7]。

3 結(jié)語

綜上所述，機電一體化技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用從根本上改變了礦山的生產(chǎn)與管理，不僅能提高礦山生產(chǎn)效率，還能為整個生產(chǎn)過程的監(jiān)控及管理提供有效的技術(shù)解決方案，同時還能為條件更復(fù)雜、難度更高的礦層開采提供技術(shù)支持，從而促進我國礦產(chǎn)事業(yè)的發(fā)展，適應(yīng)各行業(yè)領(lǐng)域發(fā)展對礦產(chǎn)資源提出的新需要。