徐 濤/中煤科工集團西安研究院有限公司

機電一體化技術(shù)在礦山機電設(shè)備的應(yīng)用

徐 濤/中煤科工集團西安研究院有限公司

近年來，機電一體化技術(shù)在礦山機電設(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。本文首先對機電一體化技術(shù)相關(guān)內(nèi)容做了概述，分析了機電一體化技術(shù)在煤礦開采中的應(yīng)用問題，并結(jié)合相關(guān)實踐經(jīng)驗分別從多個角度與方面，就礦山機電一體化的創(chuàng)新問題展開了研究，闡述了個人對此的幾點看法與認識，望有助于相關(guān)工作的實踐。

機電一體化；礦山機電設(shè)備；應(yīng)用

前言

作為礦山機電設(shè)備在實際應(yīng)用中的一項重要方面，對機電一體化技術(shù)的探討占據(jù)著極為關(guān)鍵的地位。該項課題的研究，將會更好地提升對機電一體化技術(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，進一步優(yōu)化礦山機電設(shè)備的最終整體效果。

一、機電一體化技術(shù)概述

先進的機電一體化技術(shù)是有機整合了控制功能、主功能與動力功能，并在此基礎(chǔ)上，引進微電子技術(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)的簡單相加。機電一體化技術(shù)是使信息、計算機、機械、微電子等先進技術(shù)結(jié)合成最佳匹配系統(tǒng)。將先進的機電一體化技術(shù)應(yīng)用于煤礦機械中，將在很大程度上提高煤礦開采的安全生產(chǎn)，降低勞動強度，改善工作環(huán)境。

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

二、機電一體化技術(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)是一項最能夠表現(xiàn)煤礦機電一體化技術(shù)的系統(tǒng)，在我國的發(fā)展相對較晚。我國自上世紀80年代研究國外的先進煤礦監(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)，促進了我國監(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)，就對監(jiān)控系統(tǒng)智能水平進一步提升。安全監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用在礦生產(chǎn)中，經(jīng)長期實踐，在采煤安全方面發(fā)揮了重要作用。

（二）機電一體化技術(shù)在采煤機方面的應(yīng)用

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

（三）在帶式輸送機方面的應(yīng)用

我國重點實施煤礦生產(chǎn)項目，促進了在帶式輸送機方面廣泛應(yīng)用機電一體化技術(shù)，使得大功率、長距離的井下帶式輸送機產(chǎn)品、技術(shù)進步、發(fā)展迅速。目前我國自行研制開發(fā)的帶式輸送機有很多種類，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、軟啟動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)動系統(tǒng)可以更有效開展工作。

（四）機電一體化技術(shù)在提升機方面的應(yīng)用

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

（五）在支護設(shè)備中的應(yīng)用

液壓支架是煤礦采煤工作中應(yīng)用的支護設(shè)備，目前正向電液控制方向發(fā)展，利用先進的計算機技術(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，不但能實現(xiàn)1架/3s的最快速度，還可檢測支架的工作狀態(tài)。乳化液泵是提供液壓支護設(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)合用液量進行自行調(diào)控。我國研制開發(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、自動配液系統(tǒng)兩部分，可實現(xiàn)油箱、油位高度的自行檢測，自主配液；還能進行乳化液濃度的在線自動檢測、調(diào)節(jié)，一旦發(fā)現(xiàn)濃度不符合規(guī)定值，會發(fā)出聲光警報；另外，具有定時反沖洗功能，控制、監(jiān)督實際用液量，遠程傳輸功能良好。

三、礦山機電一體化的創(chuàng)新

（一）創(chuàng)新產(chǎn)品造型

客戶在選購產(chǎn)品時，首先關(guān)注的是產(chǎn)品外在形象，對產(chǎn)品造型加以創(chuàng)新，使其外觀得以優(yōu)化的同時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。要創(chuàng)造出新穎的產(chǎn)品造型，可以優(yōu)先選擇計算機軟件設(shè)計的方法，不僅設(shè)計成果可視，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，一方面是對已有的產(chǎn)品進行功能創(chuàng)新和完善，這是對產(chǎn)品已有功能的擴充和延展，風(fēng)險相當?shù)停踔量梢院雎?，不需要投入過多的資金與技術(shù)就能實現(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)實際出發(fā)，根據(jù)需要進行新產(chǎn)品的研發(fā)，使其功能能滿足實際生產(chǎn)的需求，這一層面就需要企業(yè)投入相當一部分資金與技術(shù)，換個角度分析，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)具有實際應(yīng)用價值的新型機電一體化設(shè)備和產(chǎn)品，是企業(yè)快速、高效運轉(zhuǎn)的強有力保障。

（三）創(chuàng)新產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

產(chǎn)品創(chuàng)新的一項關(guān)鍵內(nèi)容就是結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新。機電一體化產(chǎn)品在設(shè)計中進行結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，通常體現(xiàn)在物理機械結(jié)構(gòu)、傳動方式、動力裝置以及周邊設(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、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，機電產(chǎn)品性能直接影響著控制系統(tǒng)，如對執(zhí)行機構(gòu)位移、速度及加速度的控制；另一方面，傳感技術(shù)和傳感儀器也是機電一體化的重要內(nèi)容，對傳感器的檢測技術(shù)進行創(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。當前，機電產(chǎn)品智能化尚處于低級階段，加快微處理器的研發(fā)進度，使機電產(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電產(chǎn)品技術(shù)研發(fā)面臨的重要課題。

四、結(jié)束語

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

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