王 永

（山西西山晉興能源有限責任公司斜溝煤礦， 山西 呂梁 033602）

引言

機電一體化又稱為機械電子學，其英文名稱為Mechatronics，由 mechanics（機械學）的前半部分和electronics（電子學）的后半部分組合而成，最早出現(xiàn)在1971年的日本雜志《機械設(shè)計》副刊上。機電一體化技術(shù)最早起源于20世紀70年代，后伴隨著電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，特別是傳感技術(shù)、傳輸技術(shù)和微型計算機的發(fā)展。使得機械一體化同電子信息技術(shù)相融合，發(fā)展成為現(xiàn)在的機電一體化技術(shù)，并推動了煤炭、鋼鐵等行業(yè)的生產(chǎn)改革[1-3]。

因此，機電一體化是融合了多門學科的獨立學科，其主要包括計算機技術(shù)、信息技術(shù)、機械技術(shù)、電子技術(shù)、控制技術(shù)和光學技術(shù)等，機電一體化主要發(fā)展方向為智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化、系統(tǒng)化等[4-5]。其功能構(gòu)成如圖1所示。

圖1 機電一體化系統(tǒng)功能構(gòu)成示意圖

1 煤礦機械中機電一體化的應(yīng)用

根據(jù)煤礦機械的主要用途可以將其分為開采、支護、運輸、洗選和礦井救護等五大類[6]，因此，下面分別從這五個方面對機電一體化技術(shù)在煤礦機械中的應(yīng)用進行分析。

1.1 機電一體化技術(shù)在煤礦開采機械中的應(yīng)用

在現(xiàn)代化的煤礦機械中，機電一體化技術(shù)已廣泛應(yīng)用于采掘設(shè)備，以提高煤礦的生產(chǎn)效率。機電一體化在開采機械中應(yīng)用，使綜采工作面的采煤機具有更好的牽引能力、更強的越阻能力，使井下的掘進效率和采煤效率均得到了大幅提升，開采安全性更加可靠，更加符合現(xiàn)在化掘進技術(shù)的發(fā)展需求。

1.2 機電一體化技術(shù)在巷道支護機械中的應(yīng)用

煤礦巷道的支護是煤礦生產(chǎn)過程中的安全保障，煤礦巷道支護經(jīng)歷了從木支護、砌碹支護、型鋼支護到現(xiàn)在的錨桿錨索和液壓支架配合使用的發(fā)展過程。其中機電一體化技術(shù)在液壓支架中的應(yīng)用，使液壓支架能夠根據(jù)綜采工作面的具體情況進行自動調(diào)整，可通過監(jiān)控頂板壓力自適應(yīng)的調(diào)整液壓支架的狀態(tài)，從而保證液壓支架支護的安全可靠性；此外，液壓支架在機電一體化的作用下可平穩(wěn)準確地向前移動，而不必搭建支架。

1.3 機電一體化技術(shù)在煤礦運輸機械中的應(yīng)用

在煤礦生產(chǎn)過程中，帶式輸送機是煤礦運輸機械中的主要設(shè)備，帶式輸送機具有輸送功率大、輸送過程穩(wěn)定等優(yōu)點。帶式輸送機主要由驅(qū)動電機、輸送帶、傳動滾筒、機尾改向滾筒、托輥、張緊裝置、固定機架等組成，如下頁圖2所示。

帶式輸送機上的運煤量具有隨機性、非線性和時變性等特點，因此，如果不對其進行有效的控制帶式輸送機將無法正常工作。機電一體化在帶式輸送機中的應(yīng)用，使帶式輸送機中的液壓調(diào)速軟制動器具備自適應(yīng)能力，能夠自動辨識被控過程參數(shù)、自動整定控制參數(shù)，自動通過變頻器控制驅(qū)動電機來進行功率平衡控制，使帶式輸送機運行更加平穩(wěn)、安全。

圖2 帶式輸送機的組成

1.4 機電一體化技術(shù)在選煤機械中的應(yīng)用

選煤就是從原煤中分選出符合用戶質(zhì)量要求精煤的過程。選煤機械主要包括破碎機械、篩分機械和分選機械。分選機械中的濃縮機是選煤過程中的重要設(shè)備，其絮凝劑添加是一道重要的工序。機電一體化在絮凝劑自動添加控制中的應(yīng)用，使前饋控制和反饋控制相結(jié)合（控制圖如圖3所示），從而實時調(diào)節(jié)濃縮池中絮凝劑的濃度，保證了其在一定范圍內(nèi)的穩(wěn)定。

圖3 濃縮機絮凝劑添加控制原理圖

1.5 機電一體化技術(shù)在礦井救護機械中的應(yīng)用

以礦山救援設(shè)備為實例，礦山救援設(shè)備主要有救生鉆機、排水設(shè)備、救護裝備等。該設(shè)備包括快速反應(yīng)操作系統(tǒng)、救援提升救援艙和起重裝置，具有二次逃生的功能。

2 煤礦機械中機電一體化應(yīng)用的效果

1）提高煤礦生產(chǎn)過程中的安全性和可靠性。通過運用機電一體化技術(shù)，可以對井下作業(yè)的各種機械的電動機、液壓系統(tǒng)、傳動裝置、制動裝置等運行狀況進行在線監(jiān)控與遠程控制；通過實時數(shù)據(jù)與預定值進行比較，發(fā)現(xiàn)異常后可自動對故障原因進行診斷，并發(fā)出警報，有效地提高了煤礦機械的使用壽命和安全可靠性。

2）提高煤礦機械的自動化水平。機電一體化的一個重要特點就是自動化、智能化。機電一體化技術(shù)在煤礦機械中的應(yīng)用，使煤礦機械的自動化水平大幅提高，從主要依靠人力到依靠機器自動化運行工作。

3）提高煤礦的生產(chǎn)效率，降低能耗。機電一體化的運用，提高了煤礦機械的自動化水平，使煤礦生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)運行更加快速，提高了煤礦的生產(chǎn)效率。通過智能控制，使煤礦設(shè)備根據(jù)具體的生產(chǎn)情況自動調(diào)節(jié)設(shè)備運行情況，節(jié)約能耗。

4 煤礦機械中機電一體化的發(fā)展趨勢

1）智能化。機電一體化與傳統(tǒng)機械之間最大的區(qū)別就在于智能化和自動化，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，煤礦機械的智能化也越來越高，不僅解放了人類繁重的勞作，也提高了生產(chǎn)效率。

2）網(wǎng)絡(luò)化。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)越來越多的被應(yīng)用在各種機械設(shè)備中，以實現(xiàn)遠程操控、提高工作效率，機電一體化在煤礦機械中的發(fā)展趨勢必會向網(wǎng)絡(luò)化靠攏。

3）微型化。機電一體化技術(shù)的應(yīng)用，使越來越多體積龐大的傳統(tǒng)機械機構(gòu)被小型的機電一體化結(jié)構(gòu)所替代，使設(shè)備本身的尺寸越來越小。

4）高性能化。生產(chǎn)效率是企業(yè)生存的一大法寶，因此各種技術(shù)的應(yīng)用無一不在提高著設(shè)備的運行效率，機電一體化技術(shù)必會使煤礦機械的運行更加高效和人性化。

5）綠色化?？沙掷m(xù)發(fā)展是未來社會發(fā)展的主題，一切生產(chǎn)都要遵從這個主題，同樣，機電一體化在煤礦機械中的應(yīng)用也需要考慮到對環(huán)境的保護，盡可能的做到設(shè)備的循環(huán)利用和可回收。

5 結(jié)語

通過機電一體化技術(shù)在煤礦的開采、支護、運輸、洗選和礦井救護五個方面的應(yīng)用，說明了機電一體化技術(shù)可提高煤礦生產(chǎn)過程中的安全性和可靠性，提高煤礦機械的自動化水平和生產(chǎn)效率，同時降低能耗。未來煤礦機械中的機電一體化技術(shù)將向智能化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化、高性能化和綠色化的方向發(fā)展。