機電一體化技術在礦山機電設備的應用

徐 濤/中煤科工集團西安研究院有限公司

機電一體化技術在礦山機電設備的應用

徐 濤/中煤科工集團西安研究院有限公司

近年來，機電一體化技術在礦山機電設備的應用問題得到了業(yè)內(nèi)的廣泛關注，研究其相關課題有著重要意義。本文首先對機電一體化技術相關內(nèi)容做了概述，分析了機電一體化技術在煤礦開采中的應用問題，并結合相關實踐經(jīng)驗分別從多個角度與方面，就礦山機電一體化的創(chuàng)新問題展開了研究，闡述了個人對此的幾點看法與認識，望有助于相關工作的實踐。

機電一體化；礦山機電設備；應用

前言

作為礦山機電設備在實際應用中的一項重要方面，對機電一體化技術的探討占據(jù)著極為關鍵的地位。該項課題的研究，將會更好地提升對機電一體化技術應用的分析與掌控力度，從而通過合理化的措施與途徑，進一步優(yōu)化礦山機電設備的最終整體效果。

一、機電一體化技術概述

先進的機電一體化技術是有機整合了控制功能、主功能與動力功能，并在此基礎上，引進微電子技術、智能軟件技術，相互結合，相互滲透，而并非集中技術的簡單相加。機電一體化技術是使信息、計算機、機械、微電子等先進技術結合成最佳匹配系統(tǒng)。將先進的機電一體化技術應用于煤礦機械中，將在很大程度上提高煤礦開采的安全生產(chǎn)，降低勞動強度，改善工作環(huán)境。

先進的機電一體化技術可以分為3個階段：第一階段是20世紀60年代以前的發(fā)展時期，在這一發(fā)展階段，由于軍事原因在很大程度上促進了電子技術與機械系統(tǒng)的相結合，機電一體化產(chǎn)品的開發(fā)研制總體上處于自發(fā)水平，然而，當時的電子技術水平的局限，機電一體化技術的研發(fā)產(chǎn)品不能廣泛推廣，無法深入發(fā)展；第二階段是從20世紀70年代開始的，這一發(fā)展階段中，計算機、通信、控制技術的飛速發(fā)展，為機電一體化產(chǎn)品的研制提供了外部技術基礎。其中微型計算機、大規(guī)模集成電路的研發(fā)，為機電一體化技術的發(fā)展提供了物質(zhì)條件。上世紀90年代開始，智能化是機電一體化技術的主要發(fā)展方向。這一階段是其第三發(fā)展時期。微細加工技術、光學技術等滲透到了機電一體化技術中，出現(xiàn)了一些新的機電一體化技術分支。

二、機電一體化技術在煤礦開采中的應用

（一）煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)

煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)是一項最能夠表現(xiàn)煤礦機電一體化技術的系統(tǒng)，在我國的發(fā)展相對較晚。我國自上世紀80年代研究國外的先進煤礦監(jiān)控技術，通過消化吸收，自行研制出煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)，促進了我國監(jiān)控系統(tǒng)技術的應用發(fā)展。例如煤炭科學總院研制開發(fā)的KJ95、KJ90系統(tǒng)，就對監(jiān)控系統(tǒng)智能水平進一步提升。安全監(jiān)控系統(tǒng)應用在礦生產(chǎn)中，經(jīng)長期實踐，在采煤安全方面發(fā)揮了重要作用。

（二）機電一體化技術在采煤機方面的應用

機電一體化技術應用于采煤機的典例就是成功研制出了電牽引采煤機。與傳統(tǒng)液壓牽引采煤機不同，電牽引采煤機具有更強的牽引力，采煤機下滑時，能夠進行發(fā)電制動，有效節(jié)約了能源，可以在大傾角煤層進行牽引，可靠性好、效率高、動態(tài)特性良好、磨損小、維修量小。而且電牽引采煤機的傳動結構十分簡單，具有較高的能量轉(zhuǎn)化效率。

（三）在帶式輸送機方面的應用

我國重點實施煤礦生產(chǎn)項目，促進了在帶式輸送機方面廣泛應用機電一體化技術，使得大功率、長距離的井下帶式輸送機產(chǎn)品、技術進步、發(fā)展迅速。目前我國自行研制開發(fā)的帶式輸送機有很多種類，在研發(fā)核心技術產(chǎn)品基礎上，研制開發(fā)了PLC為核心的多種制動、軟啟動裝置和可編程控制設備等。通過利用調(diào)速型液力耦合器、行星齒輪減速器等，確保驅(qū)動系統(tǒng)可以更有效開展工作。

（四）機電一體化技術在提升機方面的應用

煤礦機械的一體化技術應用的最高水平典例就是交直流全數(shù)字化提升機。有機結合滾筒、驅(qū)動的機械結構，應用在內(nèi)裝式提升機上，充分整合機械、通信、電力電子及自動控制等先進技術。全數(shù)字化提升機應用總線方式，極大的實現(xiàn)了電器安裝的簡化，效果高度可靠，而且硬件配置簡單，相互間的兼容功能很好。我國研制開發(fā)的全數(shù)字化提升機，應用雙處理器組成核心系統(tǒng)部分，性能可靠、先進，具有較高的準確性。

（五）在支護設備中的應用

液壓支架是煤礦采煤工作中應用的支護設備，目前正向電液控制方向發(fā)展，利用先進的計算機技術，結合液壓控制，形成定壓雙向鄰架，能夠降低并減去對頂板、支架產(chǎn)生的沖擊荷載。應用在煤礦開采工作中的電液控制支架，不但能實現(xiàn)1架/3s的最快速度，還可檢測支架的工作狀態(tài)。乳化液泵是提供液壓支護設備高壓液體的裝置，因此必須具備大流量供液能力及高壓，還應結合用液量進行自行調(diào)控。我國研制開發(fā)的智能型乳化液泵站系統(tǒng)包括智能型乳化液泵站供液、自動配液系統(tǒng)兩部分，可實現(xiàn)油箱、油位高度的自行檢測，自主配液；還能進行乳化液濃度的在線自動檢測、調(diào)節(jié)，一旦發(fā)現(xiàn)濃度不符合規(guī)定值，會發(fā)出聲光警報；另外，具有定時反沖洗功能，控制、監(jiān)督實際用液量，遠程傳輸功能良好。

三、礦山機電一體化的創(chuàng)新

（一）創(chuàng)新產(chǎn)品造型

客戶在選購產(chǎn)品時，首先關注的是產(chǎn)品外在形象，對產(chǎn)品造型加以創(chuàng)新，使其外觀得以優(yōu)化的同時而不影響其功能的正常發(fā)揮，這是產(chǎn)品造型創(chuàng)新的基本要求。要創(chuàng)造出新穎的產(chǎn)品造型，可以優(yōu)先選擇計算機軟件設計的方法，不僅設計成果可視，還能提高造型創(chuàng)新的效率。

（二）創(chuàng)新產(chǎn)品功能

利用機電一體化技術生產(chǎn)出的產(chǎn)品，功能創(chuàng)新主要側重于兩方面，一方面是對已有的產(chǎn)品進行功能創(chuàng)新和完善，這是對產(chǎn)品已有功能的擴充和延展，風險相當?shù)停踔量梢院雎裕恍枰度脒^多的資金與技術就能實現(xiàn)產(chǎn)品功能的改造和完善；另一方面是從礦山開采的生產(chǎn)實際出發(fā)，根據(jù)需要進行新產(chǎn)品的研發(fā)，使其功能能滿足實際生產(chǎn)的需求，這一層面就需要企業(yè)投入相當一部分資金與技術，換個角度分析，也是企業(yè)創(chuàng)新能力和研發(fā)技術的較量，成功開發(fā)具有實際應用價值的新型機電一體化設備和產(chǎn)品，是企業(yè)快速、高效運轉(zhuǎn)的強有力保障。

（三）創(chuàng)新產(chǎn)品結構

產(chǎn)品創(chuàng)新的一項關鍵內(nèi)容就是結構的創(chuàng)新。機電一體化產(chǎn)品在設計中進行結構創(chuàng)新，通常體現(xiàn)在物理機械結構、傳動方式、動力裝置以及周邊設備的搭接形式等方面的創(chuàng)新。

（四）創(chuàng)新產(chǎn)品材料

產(chǎn)品材料方面的創(chuàng)新大體分為：一是研發(fā)用于產(chǎn)品制造的新型材料，如納米材料、高分子聚合材料等；二是選用剛度強、重量和體積都偏小，并且具有抗震性、耐高溫和耐腐蝕等優(yōu)良性能的材料。

（五）創(chuàng)新控制和傳感

一方面，機電產(chǎn)品性能直接影響著控制系統(tǒng)，如對執(zhí)行機構位移、速度及加速度的控制；另一方面，傳感技術和傳感儀器也是機電一體化的重要內(nèi)容，對傳感器的檢測技術進行創(chuàng)新，研發(fā)性能更加優(yōu)良的傳感器，甚至是供礦山開采的專用型傳感器，都是企業(yè)自主創(chuàng)新的制勝法寶。當前，機電產(chǎn)品智能化尚處于低級階段，加快微處理器的研發(fā)進度，使機電產(chǎn)品在模糊控制以及網(wǎng)絡控制等方面得到大幅度提升是機電產(chǎn)品技術研發(fā)面臨的重要課題。

四、結束語

綜上所述，加強對機電一體化技術在礦山機電設備應用的研究分析，對于其良好實踐效果的取得有著十分重要的意義，因此在今后的機電一體化技術應用過程中，應該加強對其關鍵環(huán)節(jié)與重點要素的重視程度，并注重其具體實施措施與方法的科學性。

[1]董曉燕，徐珊珊.闡述礦山機械中應用機電一體化技術的作用[J].城市建設理論研究.2016（10）：60-62.

[2]張玲，徐陽，李建輝等.機電一體化在礦山機械中的應用思路構建[J].硅谷.2017（01）：115-116.

[3]丁建峰.機電一體化技術在煤礦機械中的應用[J].科技風.2016（09）：88-89.