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(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，使很多行業(yè)領(lǐng)域都對(duì)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(shì)下，如果依然沿用傳統(tǒng)的生產(chǎn)及管理技術(shù)，將無(wú)法滿足現(xiàn)實(shí)要求。而機(jī)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(qiáng)大動(dòng)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(shí)，更好地保證了安全，而且還能良好適應(yīng)未來(lái)進(jìn)一步發(fā)展。

1 機(jī)電一體化優(yōu)勢(shì)

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

（1）功能得到大幅增強(qiáng)，且應(yīng)用范圍更加廣泛。對(duì)于實(shí)行機(jī)電一體化后的產(chǎn)品，其最顯著的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)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(qiáng)大[1]。另外，還能適用更多場(chǎng)合及領(lǐng)域，良好滿足不同用戶的需求，并具有很強(qiáng)的應(yīng)變能力。

（2）精度得到極大的提升。機(jī)電一體化的實(shí)行使機(jī)構(gòu)得以簡(jiǎn)化，傳動(dòng)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(jì)算機(jī)檢測(cè)及控制技術(shù)的支持下，還能減少由于干擾產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)誤差，最終達(dá)到傳統(tǒng)技術(shù)與設(shè)備均無(wú)法達(dá)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(dòng)監(jiān)控和報(bào)警、自動(dòng)診斷與保護(hù)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(yùn)行。

（4）改善操作。產(chǎn)品的控制方式從以往的手動(dòng)變?yōu)橛?jì)算機(jī)控制，所有動(dòng)態(tài)參數(shù)都能以數(shù)字的形式動(dòng)態(tài)顯示，并能提供良好人機(jī)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(fèi)用，還能避免由于人為操作失誤造成的誤差或威脅。

（5）增強(qiáng)柔性。柔性是指可借助軟件對(duì)機(jī)器工作程序進(jìn)行有目的性的更改，進(jìn)而適應(yīng)不同的情況和需要[2]。比如，對(duì)于工業(yè)機(jī)器人，它的運(yùn)動(dòng)自由度很多，其手爪部分可更換很多種不同的工具，通過(guò)對(duì)控制程序的更改實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)及軌跡，進(jìn)而更好地適應(yīng)生產(chǎn)，滿足當(dāng)下越來(lái)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(jī)電一體化技術(shù)具體應(yīng)用

2.1 機(jī)電一體化采礦機(jī)

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

圖1 電牽引采煤機(jī)

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

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

（3）可靠性強(qiáng)，壽命長(zhǎng)。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(yùn)行可靠性更強(qiáng)，不容易發(fā)生故障，延長(zhǎng)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(dòng)態(tài)特性。采用電控系統(tǒng)可以隨時(shí)對(duì)各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，避免設(shè)備超載運(yùn)行。

（5）設(shè)備結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，且運(yùn)行效率高。對(duì)于電牽引采礦機(jī)，其傳動(dòng)部分的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)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(jī)械能，傳動(dòng)效率可以達(dá)到90%以上，而傳統(tǒng)的液壓方式最高不超過(guò)70%，這在節(jié)能減排方面也有很大的優(yōu)勢(shì)。

2.2 機(jī)電一體化輸送機(jī)

帶式輸送機(jī)因其輸送距離較長(zhǎng)、輸送量大且運(yùn)行穩(wěn)定，所以是現(xiàn)階段礦物最常用的輸送設(shè)備，同時(shí)也是機(jī)電一體化主要研究熱點(diǎn)之一。當(dāng)前主要采用的是CST可控軟啟動(dòng)裝置。該裝置的作用在于為平滑起動(dòng)提供大慣性載荷，比如為礦山長(zhǎng)距離皮帶運(yùn)輸機(jī)專門設(shè)計(jì)一種軟啟動(dòng)裝置。一臺(tái)輸送機(jī)既可以由一個(gè)CST控制，也可以由多個(gè)控制。因?yàn)檫€沒有從根本上解決動(dòng)態(tài)分析問題與在線監(jiān)控問題，所以帶式輸送機(jī)不能有太多中間驅(qū)動(dòng)點(diǎn)，通常采用三點(diǎn)驅(qū)動(dòng)的方式，但這樣會(huì)對(duì)輸送機(jī)實(shí)際長(zhǎng)度與運(yùn)量帶來(lái)很大的限制。另外，輸送機(jī)普遍缺乏動(dòng)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(guò)機(jī)電一體化改善和升級(jí)，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(jī)電一體化監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)

井下綜合自動(dòng)化系統(tǒng)指的是采用包含計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和光纖通信等在內(nèi)的各項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)建立在環(huán)境惡劣、作業(yè)人員與機(jī)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(dá)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(gè)開放協(xié)議的工業(yè)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以此實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、安全檢測(cè)及各類信息的處理和存儲(chǔ)，為井下管理提供一個(gè)完善的信息交互平臺(tái)，這對(duì)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(dòng)化產(chǎn)品，使礦井的每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)都能實(shí)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(gè)統(tǒng)一平臺(tái)上，以此形成一個(gè)完整機(jī)體[5]。采用以上這種簡(jiǎn)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(yùn)行更加高效與可靠。

2.4 機(jī)電一體化礦井支護(hù)

目前，液壓支架正在向電液控制領(lǐng)域不斷發(fā)展，通過(guò)對(duì)計(jì)算機(jī)和液壓控制兩項(xiàng)技術(shù)的結(jié)合，既可以實(shí)現(xiàn)成組自動(dòng)移架，也能做到定壓雙向鄰架，這樣能從根本上防止對(duì)頂板或支架造成太大的沖擊。比如從美國(guó)與德國(guó)進(jìn)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(dá)到3s/架，同時(shí)還能動(dòng)態(tài)檢測(cè)支架實(shí)際工作狀態(tài)[6]。對(duì)于礦山供電，對(duì)可靠性的要求往往更高，以此滿足一系列大功率設(shè)備運(yùn)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(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮維護(hù)量較少且使用壽命更長(zhǎng)的類型；通過(guò)對(duì)就地補(bǔ)償與集中補(bǔ)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(gè)供電系統(tǒng)中的無(wú)功電流，進(jìn)而避免產(chǎn)生太大的無(wú)功損耗。另外，現(xiàn)在很多高壓與低壓開關(guān)柜都引入微機(jī)保護(hù)，提供網(wǎng)絡(luò)功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程狀態(tài)下的四遙。早在2009年末，某集團(tuán)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(hào)為ZY17000/33/75D），正常運(yùn)行時(shí)工作阻力可以達(dá)到17000kN，可提供1.46MPa左右的支護(hù)強(qiáng)度，最大支護(hù)高度可以達(dá)到7.5m，創(chuàng)造當(dāng)時(shí)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(guó)礦物生產(chǎn)機(jī)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(shí)力也都達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先的水平，能為我國(guó)今后開采更復(fù)雜的礦層提供可靠支撐，進(jìn)一步拉近了和高產(chǎn)高效綜合機(jī)械化開采目標(biāo)的距離[7]。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，機(jī)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(gè)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控及管理提供有效的技術(shù)解決方案，同時(shí)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(jìn)我國(guó)礦產(chǎn)事業(yè)的發(fā)展，適應(yīng)各行業(yè)領(lǐng)域發(fā)展對(duì)礦產(chǎn)資源提出的新需要。