現代煤礦機械中機電一體化技術綜述

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，最早出現在1971年的日本雜志《機械設計》副刊上。機電一體化技術最早起源于20世紀70年代，后伴隨著電子信息技術的快速發展，特別是傳感技術、傳輸技術和微型計算機的發展。使得機械一體化同電子信息技術相融合，發展成為現在的機電一體化技術，并推動了煤炭、鋼鐵等行業的生產改革[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、信息技術、機械技術、電子技術、控制技術和光學技術等，機電一體化主要發展方向為智能化、模塊化、網絡化、微型化、系統化等[4-5]。其功能構成如圖1所示。

圖1 機電一體化系統功能構成示意圖

1 煤礦機械中機電一體化的應用

根據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在煤礦機械中的應用進行分析。

1.1 機電一體化技術在煤礦開采機械中的應用

在現代化的煤礦機械中，機電一體化技術已廣泛應用于采掘設備，以提高煤礦的生產效率。機電一體化在開采機械中應用，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，更加符合現在化掘進技術的發展需求。

1.2 機電一體化技術在巷道支護機械中的應用

煤礦巷道的支護是煤礦生產過程中的安全保障，煤礦巷道支護經歷了從木支護、砌碹支護、型鋼支護到現在的錨桿錨索和液壓支架配合使用的發展過程。其中機電一體化技術在液壓支架中的應用，使液壓支架能夠根據綜采工作面的具體情況進行自動調整，可通過監控頂板壓力自適應的調整液壓支架的狀態，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準確地向前移動，而不必搭建支架。

1.3 機電一體化技術在煤礦運輸機械中的應用

在煤礦生產過程中，帶式輸送機是煤礦運輸機械中的主要設備，帶式輸送機具有輸送功率大、輸送過程穩定等優點。帶式輸送機主要由驅動電機、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用，使帶式輸送機中的液壓調速軟制動器具備自適應能力，能夠自動辨識被控過程參數、自動整定控制參數，自動通過變頻器控制驅動電機來進行功率平衡控制，使帶式輸送機運行更加平穩、安全。

圖2 帶式輸送機的組成

1.4 機電一體化技術在選煤機械中的應用

選煤就是從原煤中分選出符合用戶質量要求精煤的過程。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用，使前饋控制和反饋控制相結合（控制圖如圖3所示），從而實時調節濃縮池中絮凝劑的濃度，保證了其在一定范圍內的穩定。

圖3 濃縮機絮凝劑添加控制原理圖

1.5 機電一體化技術在礦井救護機械中的應用

以礦山救援設備為實例，礦山救援設備主要有救生鉆機、排水設備、救護裝備等。該設備包括快速反應操作系統、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用的效果

1）提高煤礦生產過程中的安全性和可靠性。通過運用機電一體化技術，可以對井下作業的各種機械的電動機、液壓系統、傳動裝置、制動裝置等運行狀況進行在線監控與遠程控制；通過實時數據與預定值進行比較，發現異常后可自動對故障原因進行診斷，并發出警報，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。機電一體化技術在煤礦機械中的應用，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，使煤礦生產的各個環節運行更加快速，提高了煤礦的生產效率。通過智能控制，使煤礦設備根據具體的生產情況自動調節設備運行情況，節約能耗。

4 煤礦機械中機電一體化的發展趨勢

1）智能化。機電一體化與傳統機械之間最大的區別就在于智能化和自動化，隨著科學技術的發展，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，也提高了生產效率。

2）網絡化。隨著現代信息技術的發展，網絡越來越多的被應用在各種機械設備中，以實現遠程操控、提高工作效率，機電一體化在煤礦機械中的發展趨勢必會向網絡化靠攏。

3）微型化。機電一體化技術的應用，使越來越多體積龐大的傳統機械機構被小型的機電一體化結構所替代，使設備本身的尺寸越來越小。

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

5）綠色化。可持續發展是未來社會發展的主題，一切生產都要遵從這個主題，同樣，機電一體化在煤礦機械中的應用也需要考慮到對環境的保護，盡可能的做到設備的循環利用和可回收。

5 結語

通過機電一體化技術在煤礦的開采、支護、運輸、洗選和礦井救護五個方面的應用，說明了機電一體化技術可提高煤礦生產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效率，同時降低能耗。未來煤礦機械中的機電一體化技術將向智能化、網絡化、微型化、高性能化和綠色化的方向發展。