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        機電一體化技術(shù)在礦山機械中的應(yīng)用

        2021-03-08 04:00:08
        中國金屬通報 2021年24期
        關(guān)鍵詞:礦山機械提升機機械設(shè)備

        邵 帥

        (庫車縣榆樹嶺煤礦有限責任公司,新疆 阿克蘇 842000)

        機電一體化技術(shù)具有綜合性的特點,其涵蓋專業(yè)學科內(nèi)容較多,如機械電子、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,尤其是在機械工程中全面普及,通過與其他先進技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用,能夠有效發(fā)揮自動化功能。在礦山機械中應(yīng)用機電一體化技術(shù)能夠提高機械系統(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。對礦山開采作業(yè)進行分析,為了提高作業(yè)效率,確保開采的安全性,需要認真分析開采要素,加強對礦山機械設(shè)備應(yīng)用的重視?,F(xiàn)如今機電一體化技術(shù)在礦山機械設(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 機電一體化技術(shù)概述

        機電一體化技術(shù)屬于新型、復(fù)合技術(shù)的一種,實現(xiàn)機械、電子與信息科學三項技術(shù)的有效融合,同時也是工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)、設(shè)計制造過程中,機械工程與電子、智能計算機的集成協(xié)同。通過該項技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)機電一體化產(chǎn)品的開發(fā),是目前推動機電行業(yè)發(fā)展的有效途徑,利用該項技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)模式的突破,不斷提高生產(chǎn)、管理、技術(shù)水平,促進產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整。其關(guān)鍵技術(shù)主要包括機械技術(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。

        對機電一體化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀進行分析,與傳統(tǒng)礦山機械控制模式相比,機電一體化技術(shù)的應(yīng)用具有明顯的優(yōu)勢,但是在實際控制階段,受到諸多因素的影響,目前機電一體化技術(shù)的應(yīng)用效果并不理想。對部分企業(yè)來說,因此使用的礦山機械設(shè)備型號較老,長期未對設(shè)備進行更新,導(dǎo)致設(shè)備難以搭載機電一體化技術(shù),并且不同機械設(shè)備之間的系統(tǒng)存在明顯差異,機電一體化技術(shù)難以實現(xiàn)統(tǒng)一集成應(yīng)用,對技術(shù)的應(yīng)用造成一定的阻礙。該項技術(shù)對操作者專業(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)為未認識到人才資源的重要性,導(dǎo)致機電一體化技術(shù)存在盲目應(yīng)用的情況,并未結(jié)合實際情況充分發(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)開始引進機電一體化技術(shù),并將其應(yīng)用于生產(chǎn)作業(yè)過程中,但是該項技術(shù)的應(yīng)用缺乏充足的經(jīng)驗指導(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)驗開展工作,缺乏有效、專業(yè)的技術(shù)指導(dǎo),對技術(shù)應(yīng)用效果造成影響,甚至引發(fā)嚴重的故障問題。最后,機電一體化技術(shù)與其他先進、前沿技術(shù)相同,是不斷發(fā)展、更新和升級的,但是部分企業(yè)專業(yè)人才匱乏,未認識到技術(shù)及時更新升級的重要性,技術(shù)始終處于停滯不前的狀態(tài),對其應(yīng)用效果造成影響。

        2 機電一體化技術(shù)在礦山機械中的應(yīng)用價值

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

        2.1 提高生產(chǎn)效率

        將機電一體化技術(shù)應(yīng)用于礦山機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)機械設(shè)備相比,通過應(yīng)用機電一體化技術(shù)能夠確保機械設(shè)備的高效、穩(wěn)定運行,表現(xiàn)出更強的執(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、周圍地勢條件復(fù)雜,伴隨一定的風險隱患,在礦山機械中應(yīng)用機電一體化技術(shù)能夠為生產(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,在礦山機械中采用機電一體化技術(shù)能夠保證其安全、穩(wěn)定的運行,減少故障問題發(fā)生風險,創(chuàng)造良好的開采條件,降低事故發(fā)生率。

        2.3 提高經(jīng)濟效益

        不斷提高經(jīng)濟效益是礦山企業(yè)發(fā)展的主要目標,將機電一體化技術(shù)應(yīng)用于礦山機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,進而提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。另外,機電一體化技術(shù)的應(yīng)用能夠有效控制成本,實現(xiàn)對資源的合理配置,全面分析礦山機械開采情況,避免資金浪費情況,減少安全事故發(fā)生風險,對開采流程進行優(yōu)化,降低成本的同時提高經(jīng)濟效益。

        2.4 減少能耗

        礦山機械設(shè)備在實際運行階段會消耗大量的能量,如果能夠減少機械設(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)備運行階段需要大量的電力支撐,同時存在一定的無用功情況,導(dǎo)致電能的大量浪費[2]。通過應(yīng)用機電一體化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對機械設(shè)備的精準操作,避免一些不必要的操作流程,進而有效減少設(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 機電一體化技術(shù)在礦山機械中的應(yīng)用分析

        3.1 在綜合采礦機械中的應(yīng)用

        綜合采礦機械的主要組別部分為礦井提升機、牽引采礦機、傳輸機等。在綜合采礦機械中應(yīng)用機電一體化技術(shù),同時采用液壓技術(shù),能夠有效提高綜合采礦機械的智能化、自動化水平。不但能夠大幅降低工作人員的工作強度,同時有助于提高整體生產(chǎn)效率,進而實現(xiàn)對采礦成本的有效控制。通過對機電一體化技術(shù)的合理應(yīng)用,能夠保證綜合采礦機械中牽引采礦機具備更大的牽引角度,進而使采礦的范圍得到有效擴大,并且對于提升機、傳輸機來說,能夠?qū)崿F(xiàn)全程數(shù)字化靈活控制,確保機械設(shè)備的安全穩(wěn)定運行[3]。在綜合采礦機械中應(yīng)用機電一體化技術(shù),不但能夠提高機械操作的靈活性,同時能夠在數(shù)控技術(shù)的監(jiān)督下,保證其始終處于穩(wěn)定的運行狀態(tài)下,保證開采過程的安全性。例如對礦井提升機來說,通過應(yīng)用機電一體化技術(shù)能夠優(yōu)化其結(jié)構(gòu),將驅(qū)動和滾筒由傳統(tǒng)的內(nèi)裝式提升機融合為整體,簡化其整體結(jié)構(gòu),充分體現(xiàn)綜合性的特點。圖1為礦井提升機結(jié)構(gòu)示意圖。全數(shù)字化的礦井提升機具有極強的穩(wěn)定性,同時具備診斷功能,能夠?qū)崿F(xiàn)對故障的有效診斷,并且其通訊功能完善。因為采用總線的方式,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,能夠有效改變瞬時加速度,通過軟件對其進行控制。直流提升機是提升機的首選機型,具備全數(shù)字化的特點。信息化技術(shù)的應(yīng)用能夠優(yōu)化與完善提升機的安全保護系統(tǒng),具體運行階段采用兩臺計算機裝置,進行獨立的數(shù)據(jù)處理、傳感與監(jiān)測,同時兩者互為備用,互相監(jiān)測,有效提高機械設(shè)備的安全性能。另外,將機電一體化技術(shù)應(yīng)用于采煤機中,能夠有效提高其牽引力,同傳統(tǒng)液壓式牽引采煤機相比,具備更好的牽引性能,采煤機下滑能夠進行發(fā)電制動,及時將電能反饋至電網(wǎng),有效節(jié)約能源,為采煤機的運行提供牽引力,實現(xiàn)對大傾角的牽引,停機過程中避免機器下滑,同時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發(fā)生磨損等故障問題,后期維護保養(yǎng)的工作量較小,故障發(fā)生風險較低,工作穩(wěn)定性較好。對采煤機來說,超載運行的情況較為普遍,但是通過利用機電一體化技術(shù)能在電控系統(tǒng)中對各項參數(shù)進行合理調(diào)整,避免故障問題,電能轉(zhuǎn)換為機械能的效率非常高。

        圖1 礦井提升機結(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)用機電一體化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)在復(fù)雜環(huán)境下對機械設(shè)備的全面、實時監(jiān)測,保證全部機械設(shè)備處于安全、穩(wěn)定的運行狀態(tài)下。通過互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)有效連接被監(jiān)測機械設(shè)備與監(jiān)測主機,如果監(jiān)測系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)異常情況,控制中心能夠及時進行合理調(diào)整,對相關(guān)數(shù)據(jù)進行全面分析與整理,采取有效的處理措施,減少故障問題對設(shè)備運行造成的影響,為開采作業(yè)的安全性提供保障[4]。利用機電一體化技術(shù)能夠在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上實現(xiàn)設(shè)備之間的有效連接,對機械設(shè)備的運行情況進行記錄并上傳至系統(tǒng)平臺,工作人員可通過比較數(shù)據(jù)評估設(shè)備是否國難財故障問題,為設(shè)備的穩(wěn)定運行夯實基礎(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 在運輸機械設(shè)備中的應(yīng)用

        運輸效率是對礦產(chǎn)資源開采效率形成影響的直接因素,只有保證運輸效率才能有效提高開采效率。在運輸設(shè)備中采用機電一體化技術(shù)能夠有效提高運輸設(shè)備的機械化、智能化與自動化水平,進而有效提高設(shè)備的運輸效率。目前帶式輸送機在礦山開采中應(yīng)用廣泛,在合理應(yīng)用機電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)上,能夠?qū)崿F(xiàn)對傳輸過程的準確控制,充分發(fā)揮機械的功能與作用[5]。例如帶式傳輸機的樞紐技術(shù)水平顯著提高,各項新產(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,并且通過對機電一體化技術(shù)的應(yīng)用,形成了以PLC為核心以及多軟件啟動的可編程電控裝置,驅(qū)動系統(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已得到礦山作業(yè)的廣泛應(yīng)用。

        3.4 在支護設(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)與計算機技術(shù),實現(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行情況,避免支架及頂板受到?jīng)_擊負載[6]。高壓液體裝置通過乳化液泵提供至液壓支護設(shè)備,需要保證其具備良好的供液能力,同時液壓支護設(shè)備的用液量能夠?qū)嶋H情況自動調(diào)節(jié)。通過運用機電一體化技術(shù),能夠在系統(tǒng)中實現(xiàn)自動化配液,對高低液位進行自動化控制,實現(xiàn)對乳化液液度的實時檢測。如果設(shè)定值范圍的濃度不符合要求,能夠自動化沖洗,具備一定的遠距離傳輸功能,對實際用液量進行在線監(jiān)控。對于乳化液的油位、液位、流量計量情況等,能夠通過液晶顯示器有效顯示。

        圖3 液壓支架示意圖

        3.5 在安全防護中的應(yīng)用

        礦山開采生產(chǎn)階段應(yīng)用機電一體化技術(shù)還需要充分考慮安全防護工作,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工作涉及大量的機械設(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。例如液壓機械在礦山開采中十分常見,為了確保其安全穩(wěn)定運行,不但需要提高其運行性能,確保其能夠滿足礦山開采要求,同時還需要加強監(jiān)控,及時掌握設(shè)備的運行狀態(tài),如果發(fā)生異常情況能夠及時解決,避免發(fā)生安全事故。

        3.6 機電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢

        現(xiàn)如今隨著我國社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展,機電一體化技術(shù)的應(yīng)用范圍也在不斷擴大,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)對機電一體化技術(shù)的應(yīng)用提出了更高的要求。未來發(fā)展階段,智能化是機電一體化技術(shù)的主要發(fā)展趨勢,能夠?qū)崿F(xiàn)的機械涉筆的智能化控制,對故障問題進行智能化診斷;同時數(shù)字化也是未來機電一體化技術(shù)的主要發(fā)展趨勢,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)及時傳輸至控制中心,而遠程化的發(fā)展趨勢能夠進一步提高機電一體化技術(shù)對機械設(shè)備的控制能力。最后,集成化也是機電一體化技術(shù)的主要發(fā)展趨勢,該項技術(shù)本身具有綜合性的特點,是多項先進技術(shù)融合的產(chǎn)物,集成化的發(fā)展目標不斷提高提高技術(shù)應(yīng)用水平,同時能夠?qū)崿F(xiàn)對多道工序的檢測,有效提高整體工作效率。

        4 優(yōu)化機電一體化技術(shù)的應(yīng)用措施

        4.1 加強專業(yè)人才隊伍建設(shè)

        在礦產(chǎn)開采階段應(yīng)用機電一體化技術(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)將會更加復(fù)雜,因此對工作人員的專業(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。因此企業(yè)需要注重對專業(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,確保機電一體化技術(shù)在機械設(shè)備中的合理、高效應(yīng)用。同時,對礦產(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,機械設(shè)備難免會出現(xiàn)故障問題,因此需要加強專業(yè)維修隊伍的建設(shè),確保維修人員具備豐富的工作經(jīng)驗以及較強的專業(yè)能力,能夠及時發(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,建立科學合理的培訓機制,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)人才隊伍的建設(shè),同時還需要建立完善的管理體系,確保技術(shù)措施的有效落實,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,同時結(jié)合開采環(huán)境建立相應(yīng)的管理制度,確保每一個工作環(huán)節(jié)均能夠?qū)崿F(xiàn)機電一體化技術(shù)的高效應(yīng)用,避免因為管理體系落后導(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)人員進行監(jiān)督,保證機電一體化技術(shù)的合理應(yīng)用,及時發(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)如今機電一體化技術(shù)發(fā)展迅速,已得到礦山機械中開采設(shè)備、監(jiān)控系統(tǒng)、運輸機械等的廣泛應(yīng)用,具有極高的應(yīng)用價值,不僅能夠保證礦產(chǎn)開采作業(yè)的安全性,同時能夠有效增加開采量,擴大開采范圍,提高開采效率,具備降本增效的優(yōu)勢。另外,為了能夠進一步提高機電一體化技術(shù)在礦山機械中的應(yīng)用水平,相關(guān)企業(yè)需要加大技術(shù)研發(fā)力度,引進先進技術(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。

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