機電一體化在機械采煤中的應用與發展

馬亞東

（神華集團神東煤炭公司，陜西 神木 719315）

前言

到2010年，大型煤礦采掘機械化程度達到95%以上，中型煤礦達到80%以上，小型煤礦機械化、半機械化程度達到40%，這是中國煤礦發展的一大目標。煤礦機械化程度的提高將大大帶動煤機行業的機械化程度，煤機行業將迎來"黃金發展期"。煤炭行業普遍認為，煤炭機械需求的三個驅動因素分別是：新開工煤礦的生產需求、已有設備的更新需求和機械化技改需求。煤炭機械的需求在"十一五"期間仍將維持快速增長的態勢。從新建煤礦投資構成來看，70%屬于固定資產投資，煤炭機械設備投資占固定資產投資的50%，因此，煤炭設備投資額占新建煤礦投資總額的35%。根據煤炭工業協會的數據，"十一五"期間，煤炭行業新建煤礦投資總額為2200億元，因此，新增產能需要的煤炭機械設備投資約為770億元。另外，據中國煤炭工業協會預測，"十一五"期間由于機械化水平的提升，產生的設備需求共為150億元左右，除此之外，國家還將投資約60億元用于技改。煤礦機械屬于專用機械，應用環境非常惡劣，產品自動化技術要求非常高，行業特點決定了只有技術領先的公司才有可能成為煤礦機械行業的領頭羊。業內人士指出，中國煤炭機械行業呈現多元化和差異化的競爭格局。

煤礦機電一體化技術在這一時期顯得尤為重要,它使機械、電子技術和液壓控制技術有機的結合,極大地提高了煤礦機械的各種性能,如安全性、經濟性、可靠性、操作舒適性以及作業精度、作業效率、使用壽命、方便安裝拆除、便于維護等。目前以微機或微處理器為核心的電子(微電腦)控制裝置(系統)在煤礦機械中的應用已很普及,電子控制技術已深入到煤礦機械的許多領域,如提升機和采煤機,提升機的PLC系統,采煤機的變頻控制系統和PLC系統操作等,煤礦機械的在線狀態監控與故障自診、故障報警等。隨著科學技術的不斷發展,對煤礦機械的性能要求也在不斷提高,電子(微機)控制裝置在煤礦機械上的應用將更加廣泛,結構將更加復雜、維護也將更加專業化。特別是,隨著我國進口及國產煤礦機械數量的逐年增加,如何用好,管好這些價格昂貴的煤礦機械,使其發揮最大的效率,是煤礦機電部門所面臨的一個重要的問題。為幫助煤礦機械使用人員、維修人員、管理人員對煤礦機械中的電氣與電子控制裝置的功能、類別及特性有一些初步的了解和掌握,下面我就這些做一下介紹與淺述。

1 煤礦生產中,煤礦機械的性能自動化程度及其經濟性等可以說直接影響到生產;也直接影響到煤礦供電、排水、通風、提升等的安全運行。而煤礦機械電氣與電子控制系統部分質量的好壞與性能的優劣又直接影響到機械的動力性、經濟性、可靠性,從而影響施工質量、生產效率及使用壽命等。電子(微電腦)控制系統已成為煤礦現代機械不可缺少的組成部分,同時也是評價煤礦現代機械技術水平的一個重要依據。隨著科學技術的不斷發展,以及對煤礦機電產品性能要求不斷提高,電子(微電腦)控制系統在煤礦機械中所占的比重越來越大,其功能將會越來越強,應用范圍也將越來越廣,而其復雜程度也隨之提高,這樣就對使用與維修維護這些設備的煤礦工作人員提出了更高的要求,對煤礦職工的培訓工作和對煤礦設備的管理工作也顯得尤為重要。

2 煤礦生產施工要求煤礦機械具有以下性能:皮實耐用且維修簡單、生產效率高且節能降耗,自動化程度高且操作簡單,施工質量好,精度高;性能穩定,工作可靠,安全性高,使用壽命長;具有較好的經濟性,即高的技術價格比和低的制造與使用成本;工人勞動強度低,操作員的工作條件好;具有在線運行狀態監視,故障自診及自動故障報警功能,能及時準確地指出故障部位,減少停機維修時間。

為適應煤礦機械對性能的要求,僅僅依靠機械和液壓技術的已顯得力不從心。電子(微電腦)控制技術的發展就成了煤礦機械的必要選擇。機電一體化是一項新興的技術,將其引入到煤礦機械中,必將會給煤礦機械帶來了新的技術變革,使其各種性能有了質的飛躍。

3 機電一體化又稱機械電子工程學,是一門跨學科的綜合性高技術,是由微電子技術、計算機技術、信息技術、自動控制技術、機械技術、液壓技術以及其他技術相互融合而成的一門獨立的交叉學科。機電一體化技術從70年代中期開始在國外機械上得到應用。80年代以微電子技術為核心的高新技術的興起,推動了機械制造技術的迅速發展,特別是隨著微型計算機及微處理技術、傳感與檢測技術、信息處理技術等的發展及其在機械上的應用,極大促進了煤礦機電產品的性能,使煤礦機械進入了一個飛躍的發展時期。以微電腦或微處理器為核心的電子控制系統在國外機械上的應用已相當普及,在我國也是發展的方向,已成為機械高性能的體現。目前機械的電子(微機)控制系統主要用以實現如下功能:

3.1 在線監控、自動報警及故障自診,即對煤礦機械的電動機、傳動系統、工作裝置、制動系統和液壓系統等的在線運行狀態監控,出現故障能動報警并準確地指出故障的部位,從而改善操作員的工作條件,提高機器的工作效率,簡化設備維護檢查工作,降低使用維修費用,縮短停機維修時間,延長設備的使用壽命。如采煤機上變頻器就采用PLC控制,可實現多種在線監控和故障自診,還有煤礦用各種電器設備也越來越智能化。

3.2 節能降耗,提高生產效率。例如井下使用的膠帶輸送機、通風機、提升機等,使用變頻起動、PLC控制系統,節電量就為30%左右,同時生產效率也大大提高。

3.3 自動化或半自動化程度的提高

煤礦機械實現自動化或半自動化控制,可以減輕操作者的勞動強度,提高生產效率,并減少因操作者的經驗不足,對作業精度的影響。例如,冀中能源黃沙礦2009年投入使用的一整套薄煤綜采設備,由我國北京天地瑪坷電液控制系統有限公司與德國MARCO公司合作生產的PM31型液壓支架電液控制系統,就是微電腦控制,只要在支架操作控制器上輸入程序,支架使會自動連續動作,也可實現遠程控制和工作面無人操作。

3.4 其他應用

一些國外生產的輸送機、采煤機、綜掘機等采用了電子(微電腦)控制的自動變速器,能夠根據外負荷的變化情況自動改變傳動系的傳動比,從而改變功率,這不僅充分利用了電動機功率,大大提高了能耗經濟性,而且也簡化了操作,降低了勞動強度,提高了設備的安全性能,提高作業人員操作的安全性,目前我國在綜合機械化采煤機上采用電子(微電腦)控制。可實現無人操作,使機械能在危險地帶或人無法接近的地點進行作業,也配備了無線遙控裝置,可遠程遙控也可微電腦編程控制。

電子(微電腦)系統的可靠性是煤礦機械非常重要的一項性能指標。由于煤礦機械一般井下作業,其直接受到潮氣、煤塵、通風、石塊、地質變化等的侵襲,此外還受到采煤振動和沖擊以及各種電、磁等的干擾,工作環境非常惡劣,因此電子(微電腦)控制系統必須滿足井下性能環境要求,能在井下環境溫度下可靠、穩定地工作;抗壓強度高、抗老化,具有較長的使用壽命;密封性能好,能防止水分和污物的侵入;較好耐沖擊和抗振性能;較強的抗干擾能力,系統能在各種干擾下可靠地工作。

[1]肖德成.電氣自動化在機械采煤中的應用.今日科苑，2010-02-23期刊.