機(jī)電一體化技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用

2020-02-21 21:29宋志海

山西冶金 2020年3期

宋志海

（山西汾西礦業(yè)水峪煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西孝義 032300）

伴隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，簡(jiǎn)單的機(jī)械難以達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)的需要。在這樣的需求條件下，很大程度上促進(jìn)了不同學(xué)科的交叉及滲透，從而使工程領(lǐng)域朝著微電子學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷地邁進(jìn)?？茖W(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展已逐漸演變成一個(gè)新術(shù)語—機(jī)電一體化。這項(xiàng)綜合技術(shù)使機(jī)械行業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，功能和組成、生產(chǎn)方法和管理體系產(chǎn)生了巨大變化，該行業(yè)已進(jìn)入了由“機(jī)械電氣化”到“機(jī)電一體化”的發(fā)展階段。

1 機(jī)電一體化技術(shù)的論述

機(jī)電一體化是一種交叉集成的技術(shù)，結(jié)合了包括機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)等多種技術(shù)。機(jī)電一體化是一種新興的集成技術(shù)，它將計(jì)算機(jī)和電子技術(shù)引入機(jī)械的主要功能、動(dòng)力功能和控制功能當(dāng)中，并將機(jī)械設(shè)備，電子設(shè)備和軟件等技術(shù)相互融合，形成了相互交叉的一門綜合性的新興技術(shù)。其實(shí)質(zhì)不僅是利用電子技術(shù)來取代或者簡(jiǎn)化機(jī)械功能，重點(diǎn)是將機(jī)械系統(tǒng)，微電子學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，信息技術(shù)構(gòu)成了完美的系統(tǒng)。

機(jī)電一體化技術(shù)具備以下優(yōu)點(diǎn)：使使用的安全性和可靠性提升，并使性能更卓越。機(jī)電一體化產(chǎn)品均具備自動(dòng)監(jiān)控、診斷和報(bào)警等功能，對(duì)步驟進(jìn)行了極大的優(yōu)化且靈活方便；應(yīng)用范圍廣，生產(chǎn)率高，工作效率高。機(jī)電產(chǎn)品的不同功能對(duì)于場(chǎng)合和領(lǐng)域的適應(yīng)性較強(qiáng)，具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，大大提高了控制以及檢測(cè)的靈敏度和準(zhǔn)確性；機(jī)電一體化產(chǎn)品它復(fù)合功能強(qiáng)，同樣具備調(diào)整和維護(hù)的功能。，其自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)監(jiān)視功能可以自動(dòng)采取措施來應(yīng)對(duì)工作中面臨的故障進(jìn)行防護(hù)，使得工作能夠順利開展。

2 機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展過程和當(dāng)前趨勢(shì)

機(jī)電一體化技術(shù)有四個(gè)不同的發(fā)展過程：準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，計(jì)算機(jī)的問世標(biāo)致著機(jī)電一體化技術(shù)的出現(xiàn)。在1960 年左右，日本率先提出了這個(gè)術(shù)語，但由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平較低，這項(xiàng)技術(shù)很難得到廣泛推廣及應(yīng)用。在起步過程，信息技術(shù)，微電子技術(shù)以及第四代電子產(chǎn)品的推廣使得這個(gè)技術(shù)得以面向社會(huì)。在這一反正發(fā)展過程中，機(jī)電一體化不斷擴(kuò)張其影響力并取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。在1980 年左右，機(jī)電一體化技術(shù)已經(jīng)被全世界的專家所關(guān)注。機(jī)電一體化所帶來的技術(shù)和產(chǎn)品不斷產(chǎn)生。在繁榮時(shí)期，自1990 年左右以來出現(xiàn)了各種新技術(shù)的問世也帶來了創(chuàng)新性的進(jìn)展，飛速的變化和發(fā)展也使的機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品影響到人們的生活并且進(jìn)入到各個(gè)領(lǐng)域當(dāng)中。中國(guó)制造的機(jī)電產(chǎn)品都擁有智能化，程序化和信息化的特點(diǎn)，并且體積小容易進(jìn)行操作的維護(hù)，保護(hù)功能強(qiáng)且性能可靠。

機(jī)電產(chǎn)品的大量使用也使勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低。提高了生產(chǎn)率并且產(chǎn)生了很大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。但是，中國(guó)的機(jī)電一體化技術(shù)仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，發(fā)展趨勢(shì)未來將是：

研究具備自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，生產(chǎn)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心設(shè)備；提高產(chǎn)品的通訊功能，以滿足集成自動(dòng)化的需求；基于微處理器和微型計(jì)算機(jī)為條件的礦山運(yùn)行狀況的設(shè)備的和健康監(jiān)控系統(tǒng)和處理器以及計(jì)算機(jī)和專家系統(tǒng)的操作設(shè)備等；機(jī)器人將繼續(xù)是機(jī)電一體化技術(shù)未來研究的重要內(nèi)容。

3 加大機(jī)電一體化技術(shù)的研究對(duì)于煤礦生產(chǎn)的重大作用

1）大大提升勞動(dòng)效率。機(jī)電一體化產(chǎn)品的應(yīng)用大大改善了落后的生產(chǎn)方式這一面貌。高新技術(shù)的自動(dòng)化電子設(shè)備的使用也徹底改變了煤礦的傳統(tǒng)作業(yè)模式，大大減輕了工人們的勞動(dòng)強(qiáng)度，大大提高了生產(chǎn)力，勞動(dòng)效率也得以提升。

2）更加使勞動(dòng)安全得到很好的保障。傳統(tǒng)煤礦的工作環(huán)境相對(duì)較差。在潮濕以及充滿煤的環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間和高負(fù)荷工作會(huì)對(duì)礦工的健康和生活品質(zhì)產(chǎn)生較大的影響，在特殊情況下，還會(huì)對(duì)礦工的人身安全產(chǎn)生威脅。將機(jī)電一體化設(shè)備用于煤礦的開采，運(yùn)輸，不但可以降低礦工繁重的體力勞動(dòng)壓力，還可以很大程度減少發(fā)生事故的概率，有效預(yù)防與工作有關(guān)的傷病和職業(yè)病，并確保礦工的生命安全的到保障。

3）提高了經(jīng)濟(jì)效益與礦工的收入。煤礦機(jī)電一體化技術(shù)的使用大大提高了煤炭的產(chǎn)量，使企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益提升，還促進(jìn)了礦工的收入提升。煤礦企業(yè)的快速發(fā)展也推動(dòng)了其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)的產(chǎn)生和發(fā)展，對(duì)促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)增收和建設(shè)起到了重要的作用。

4 機(jī)電一體化技術(shù)在煤礦中的運(yùn)用

1）機(jī)電一體化技術(shù)在采煤機(jī)中的應(yīng)用。在采煤機(jī)的某個(gè)重要用途中，電牽引采煤機(jī)作為機(jī)電一體化技術(shù)。它包含液壓牽引采煤機(jī)無法獲得的多數(shù)特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)：牽引上的良好功能。在采煤機(jī)運(yùn)行時(shí)它容易產(chǎn)生牽引力，在采煤機(jī)出現(xiàn)下滑現(xiàn)象時(shí)它依然容易展開發(fā)電制動(dòng)工作；能適合大角度煤層。牽引電動(dòng)機(jī)軸端包含停機(jī)時(shí)避免機(jī)具下滑的一些制動(dòng)器，無需某些防滑設(shè)備，而容易適用于40°～50°角度的煤層；應(yīng)用期限長(zhǎng)，操作可靠。除了電動(dòng)機(jī)的整流子與電刷存在磨損以外，和液壓牽引的差距在于電牽引采煤機(jī)的部分元件無磨損，由此應(yīng)用期限長(zhǎng)，維修度較小，操作可靠；效率較高、框架單一；動(dòng)態(tài)效果不錯(cuò)，反應(yīng)特別靈活。電牽引采煤機(jī)機(jī)械僅僅展開一項(xiàng)電能轉(zhuǎn)換工作，進(jìn)而向機(jī)械能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，傳動(dòng)體系簡(jiǎn)便，轉(zhuǎn)換效率容易達(dá)到99%，不過對(duì)于液壓采煤機(jī)來講，當(dāng)電能向機(jī)械能進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，其轉(zhuǎn)換效率僅可以處在65%左右，最高不超過70%。

2）機(jī)電一體化技術(shù)在提升機(jī)中的用途。目前，礦井提升機(jī)，即全數(shù)字化交直流提升機(jī)，是煤礦機(jī)電自動(dòng)化、以及一體化率最大的裝置。最重要的是內(nèi)裝式提升機(jī),從結(jié)構(gòu)方面把滾筒與驅(qū)動(dòng)相融合，使機(jī)械～計(jì)算機(jī)～電力電子～自動(dòng)控制的綜合體得以全面顯示，迅速改進(jìn)了機(jī)械體系。而全數(shù)字化提升機(jī)運(yùn)用總線方案，完全可靠，使電器配置快速完善，另外，硬件配置彼此兼容，較為簡(jiǎn)便。中國(guó)順利研發(fā)的全數(shù)字化提升機(jī)，包含自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的特征，其操作單一、功能超前、可靠合理，其部分ASCS 是由雙CPU 組成的電腦核心系統(tǒng)。

3）機(jī)電一體化技術(shù)廣泛運(yùn)用于帶式輸送機(jī)中。在國(guó)內(nèi)，帶式輸送機(jī)包含傳輸量多、操作可靠、可形成自動(dòng)化、質(zhì)量高等特征，主要作為煤礦井下傳輸體系的運(yùn)輸裝置。所以在機(jī)電一體化技術(shù)上，帶式輸送機(jī)目前已作為其分析重點(diǎn)。如今，基于機(jī)、液、電一體化的CST 可控軟開啟設(shè)備獲得了大量應(yīng)用。它作為某種軟驅(qū)動(dòng)設(shè)備，專門應(yīng)用于金屬礦石或者煤炭的長(zhǎng)距離皮帶輸送機(jī)。一個(gè)皮帶輸送機(jī)主要由數(shù)臺(tái)或者1 臺(tái)CST 來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。相比發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)傳輸機(jī)的監(jiān)控裝置的可行性與性能、壽命以及敏感度均有所不同。與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)帶式傳輸機(jī)通常進(jìn)行3 點(diǎn)驅(qū)動(dòng)，主要是因?yàn)闆]有解決開啟延遲技術(shù)及監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與動(dòng)態(tài)研究，從傳輸機(jī)角度來看，單機(jī)運(yùn)量及長(zhǎng)度具有限制性。

4）其他。對(duì)于煤礦機(jī)電一體化裝置來講，液壓支架主要向電液控制目標(biāo)前進(jìn), 把液壓控制和電腦技術(shù)融為一體,以免對(duì)支架、以及頂板起到載荷沖擊作用，有助于成組自動(dòng)移架甚至是定壓雙向鄰架得以實(shí)現(xiàn)。煤礦供電要求是容易適用于大功率裝置，效率要高，供電要合理可行。所以需要對(duì)節(jié)能型產(chǎn)品進(jìn)行全面推廣。高壓開關(guān)柜一般運(yùn)用真空開關(guān)，其功能為應(yīng)用期限長(zhǎng)，維護(hù)量不大。如今，“微機(jī)保護(hù)”在低、高開關(guān)柜上得到了具體應(yīng)用，能夠具有遠(yuǎn)程遙測(cè)、遙控、遙調(diào)以及遙信，產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)影響。

電子、機(jī)械等功能各不相同的技術(shù)相結(jié)合的健全系統(tǒng)是機(jī)電一體化系統(tǒng)，特別注重其子系統(tǒng)、組成要素之間的接口，實(shí)際上，機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)則是商品設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中最具變革性的階段之一，也作為接口設(shè)計(jì)概念設(shè)計(jì)，概念設(shè)計(jì)的重點(diǎn)就是原理決策設(shè)計(jì)，對(duì)節(jié)省商品成本、強(qiáng)化商品功能產(chǎn)生決定性作用[1]。國(guó)內(nèi)外目前研制了一些知識(shí)庫或者設(shè)計(jì)知識(shí)目錄，主要可以實(shí)現(xiàn)特殊效能的效能原理解，研制了容易對(duì)于簡(jiǎn)單功能加以求解的測(cè)試系統(tǒng)口，并研究了簡(jiǎn)單功能原理解的智能查詢及系統(tǒng)表達(dá)方案[2]。在接口特征匹配的基礎(chǔ)上，然而很少對(duì)機(jī)電一體化計(jì)算機(jī)原理性能求解進(jìn)行研究。本文在接口特征匹配的基礎(chǔ)上主要對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)原理性能實(shí)現(xiàn)手段及求解方案進(jìn)行了分析。

5 結(jié)語