馬亞東

（神華集團(tuán)神東煤炭公司，陜西 神木 719315）

前言

到2010年，大型煤礦采掘機(jī)械化程度達(dá)到95%以上，中型煤礦達(dá)到80%以上，小型煤礦機(jī)械化、半機(jī)械化程度達(dá)到40%，這是中國煤礦發(fā)展的一大目標(biāo)。煤礦機(jī)械化程度的提高將大大帶動(dòng)煤機(jī)行業(yè)的機(jī)械化程度，煤機(jī)行業(yè)將迎來"黃金發(fā)展期"。煤炭行業(yè)普遍認(rèn)為，煤炭機(jī)械需求的三個(gè)驅(qū)動(dòng)因素分別是：新開工煤礦的生產(chǎn)需求、已有設(shè)備的更新需求和機(jī)械化技改需求。煤炭機(jī)械的需求在"十一五"期間仍將維持快速增長的態(tài)勢。從新建煤礦投資構(gòu)成來看，70%屬于固定資產(chǎn)投資，煤炭機(jī)械設(shè)備投資占固定資產(chǎn)投資的50%，因此，煤炭設(shè)備投資額占新建煤礦投資總額的35%。根據(jù)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)，"十一五"期間，煤炭行業(yè)新建煤礦投資總額為2200億元，因此，新增產(chǎn)能需要的煤炭機(jī)械設(shè)備投資約為770億元。另外，據(jù)中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)預(yù)測，"十一五"期間由于機(jī)械化水平的提升，產(chǎn)生的設(shè)備需求共為150億元左右，除此之外，國家還將投資約60億元用于技改。煤礦機(jī)械屬于專用機(jī)械，應(yīng)用環(huán)境非常惡劣，產(chǎn)品自動(dòng)化技術(shù)要求非常高，行業(yè)特點(diǎn)決定了只有技術(shù)領(lǐng)先的公司才有可能成為煤礦機(jī)械行業(yè)的領(lǐng)頭羊。業(yè)內(nèi)人士指出，中國煤炭機(jī)械行業(yè)呈現(xiàn)多元化和差異化的競爭格局。

煤礦機(jī)電一體化技術(shù)在這一時(shí)期顯得尤為重要,它使機(jī)械、電子技術(shù)和液壓控制技術(shù)有機(jī)的結(jié)合,極大地提高了煤礦機(jī)械的各種性能,如安全性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性、操作舒適性以及作業(yè)精度、作業(yè)效率、使用壽命、方便安裝拆除、便于維護(hù)等。目前以微機(jī)或微處理器為核心的電子(微電腦)控制裝置(系統(tǒng))在煤礦機(jī)械中的應(yīng)用已很普及,電子控制技術(shù)已深入到煤礦機(jī)械的許多領(lǐng)域,如提升機(jī)和采煤機(jī),提升機(jī)的PLC系統(tǒng),采煤機(jī)的變頻控制系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)操作等,煤礦機(jī)械的在線狀態(tài)監(jiān)控與故障自診、故障報(bào)警等。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,對煤礦機(jī)械的性能要求也在不斷提高,電子(微機(jī))控制裝置在煤礦機(jī)械上的應(yīng)用將更加廣泛,結(jié)構(gòu)將更加復(fù)雜、維護(hù)也將更加專業(yè)化。特別是,隨著我國進(jìn)口及國產(chǎn)煤礦機(jī)械數(shù)量的逐年增加,如何用好,管好這些價(jià)格昂貴的煤礦機(jī)械,使其發(fā)揮最大的效率,是煤礦機(jī)電部門所面臨的一個(gè)重要的問題。為幫助煤礦機(jī)械使用人員、維修人員、管理人員對煤礦機(jī)械中的電氣與電子控制裝置的功能、類別及特性有一些初步的了解和掌握,下面我就這些做一下介紹與淺述。

1 煤礦生產(chǎn)中,煤礦機(jī)械的性能自動(dòng)化程度及其經(jīng)濟(jì)性等可以說直接影響到生產(chǎn);也直接影響到煤礦供電、排水、通風(fēng)、提升等的安全運(yùn)行。而煤礦機(jī)械電氣與電子控制系統(tǒng)部分質(zhì)量的好壞與性能的優(yōu)劣又直接影響到機(jī)械的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性,從而影響施工質(zhì)量、生產(chǎn)效率及使用壽命等。電子(微電腦)控制系統(tǒng)已成為煤礦現(xiàn)代機(jī)械不可缺少的組成部分,同時(shí)也是評價(jià)煤礦現(xiàn)代機(jī)械技術(shù)水平的一個(gè)重要依據(jù)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,以及對煤礦機(jī)電產(chǎn)品性能要求不斷提高,電子(微電腦)控制系統(tǒng)在煤礦機(jī)械中所占的比重越來越大,其功能將會(huì)越來越強(qiáng),應(yīng)用范圍也將越來越廣,而其復(fù)雜程度也隨之提高,這樣就對使用與維修維護(hù)這些設(shè)備的煤礦工作人員提出了更高的要求,對煤礦職工的培訓(xùn)工作和對煤礦設(shè)備的管理工作也顯得尤為重要。

2 煤礦生產(chǎn)施工要求煤礦機(jī)械具有以下性能:皮實(shí)耐用且維修簡單、生產(chǎn)效率高且節(jié)能降耗,自動(dòng)化程度高且操作簡單,施工質(zhì)量好,精度高;性能穩(wěn)定,工作可靠,安全性高,使用壽命長;具有較好的經(jīng)濟(jì)性,即高的技術(shù)價(jià)格比和低的制造與使用成本;工人勞動(dòng)強(qiáng)度低,操作員的工作條件好;具有在線運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視,故障自診及自動(dòng)故障報(bào)警功能,能及時(shí)準(zhǔn)確地指出故障部位,減少停機(jī)維修時(shí)間。

為適應(yīng)煤礦機(jī)械對性能的要求,僅僅依靠機(jī)械和液壓技術(shù)的已顯得力不從心。電子(微電腦)控制技術(shù)的發(fā)展就成了煤礦機(jī)械的必要選擇。機(jī)電一體化是一項(xiàng)新興的技術(shù),將其引入到煤礦機(jī)械中,必將會(huì)給煤礦機(jī)械帶來了新的技術(shù)變革,使其各種性能有了質(zhì)的飛躍。

3 機(jī)電一體化又稱機(jī)械電子工程學(xué),是一門跨學(xué)科的綜合性高技術(shù),是由微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、液壓技術(shù)以及其他技術(shù)相互融合而成的一門獨(dú)立的交叉學(xué)科。機(jī)電一體化技術(shù)從70年代中期開始在國外機(jī)械上得到應(yīng)用。80年代以微電子技術(shù)為核心的高新技術(shù)的興起,推動(dòng)了機(jī)械制造技術(shù)的迅速發(fā)展,特別是隨著微型計(jì)算機(jī)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(jī)械上的應(yīng)用,極大促進(jìn)了煤礦機(jī)電產(chǎn)品的性能,使煤礦機(jī)械進(jìn)入了一個(gè)飛躍的發(fā)展時(shí)期。以微電腦或微處理器為核心的電子控制系統(tǒng)在國外機(jī)械上的應(yīng)用已相當(dāng)普及,在我國也是發(fā)展的方向,已成為機(jī)械高性能的體現(xiàn)。目前機(jī)械的電子(微機(jī))控制系統(tǒng)主要用以實(shí)現(xiàn)如下功能:

3.1 在線監(jiān)控、自動(dòng)報(bào)警及故障自診,即對煤礦機(jī)械的電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、工作裝置、制動(dòng)系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等的在線運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控,出現(xiàn)故障能動(dòng)報(bào)警并準(zhǔn)確地指出故障的部位,從而改善操作員的工作條件,提高機(jī)器的工作效率,簡化設(shè)備維護(hù)檢查工作,降低使用維修費(fèi)用,縮短停機(jī)維修時(shí)間,延長設(shè)備的使用壽命。如采煤機(jī)上變頻器就采用PLC控制,可實(shí)現(xiàn)多種在線監(jiān)控和故障自診,還有煤礦用各種電器設(shè)備也越來越智能化。

3.2 節(jié)能降耗,提高生產(chǎn)效率。例如井下使用的膠帶輸送機(jī)、通風(fēng)機(jī)、提升機(jī)等,使用變頻起動(dòng)、PLC控制系統(tǒng),節(jié)電量就為30%左右,同時(shí)生產(chǎn)效率也大大提高。

3.3 自動(dòng)化或半自動(dòng)化程度的提高

煤礦機(jī)械實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化或半自動(dòng)化控制,可以減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度,提高生產(chǎn)效率,并減少因操作者的經(jīng)驗(yàn)不足,對作業(yè)精度的影響。例如,冀中能源黃沙礦2009年投入使用的一整套薄煤綜采設(shè)備,由我國北京天地瑪坷電液控制系統(tǒng)有限公司與德國MARCO公司合作生產(chǎn)的PM31型液壓支架電液控制系統(tǒng),就是微電腦控制,只要在支架操作控制器上輸入程序,支架使會(huì)自動(dòng)連續(xù)動(dòng)作,也可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和工作面無人操作。

3.4 其他應(yīng)用

一些國外生產(chǎn)的輸送機(jī)、采煤機(jī)、綜掘機(jī)等采用了電子(微電腦)控制的自動(dòng)變速器,能夠根據(jù)外負(fù)荷的變化情況自動(dòng)改變傳動(dòng)系的傳動(dòng)比,從而改變功率,這不僅充分利用了電動(dòng)機(jī)功率,大大提高了能耗經(jīng)濟(jì)性,而且也簡化了操作,降低了勞動(dòng)強(qiáng)度,提高了設(shè)備的安全性能,提高作業(yè)人員操作的安全性,目前我國在綜合機(jī)械化采煤機(jī)上采用電子(微電腦)控制?？蓪?shí)現(xiàn)無人操作,使機(jī)械能在危險(xiǎn)地帶或人無法接近的地點(diǎn)進(jìn)行作業(yè),也配備了無線遙控裝置,可遠(yuǎn)程遙控也可微電腦編程控制。

電子(微電腦)系統(tǒng)的可靠性是煤礦機(jī)械非常重要的一項(xiàng)性能指標(biāo)。由于煤礦機(jī)械一般井下作業(yè),其直接受到潮氣、煤塵、通風(fēng)、石塊、地質(zhì)變化等的侵襲,此外還受到采煤振動(dòng)和沖擊以及各種電、磁等的干擾,工作環(huán)境非常惡劣,因此電子(微電腦)控制系統(tǒng)必須滿足井下性能環(huán)境要求,能在井下環(huán)境溫度下可靠、穩(wěn)定地工作;抗壓強(qiáng)度高、抗老化,具有較長的使用壽命;密封性能好,能防止水分和污物的侵入;較好耐沖擊和抗振性能;較強(qiáng)的抗干擾能力,系統(tǒng)能在各種干擾下可靠地工作。

[1]肖德成.電氣自動(dòng)化在機(jī)械采煤中的應(yīng)用.今日科苑，2010-02-23期刊.