機電一體化技術(shù)在煤礦的應(yīng)用

◎王義輝

一、機電一體化技術(shù)在煤礦中的主要應(yīng)用

1.機電一體化技術(shù)在提升機中的應(yīng)用礦井提升機是目前煤礦機電一體化、自動化水平最高的設(shè)備，全數(shù)字化交直流提升機。尤其是內(nèi)裝式提升機，從結(jié)構(gòu)上將滾筒和驅(qū)動合為一體，機械結(jié)構(gòu)大大簡化，充分體現(xiàn)了機械-電力電子-計算機-自動控制的綜合體。而全數(shù)字化提升機高度可靠，采用總線方式，大大簡化了電器安裝，此外，硬件配置簡單，互相兼容。“九五”期間，國產(chǎn)數(shù)字化直流提升機已成為煤礦提升機的首選機型。我國研制成功的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的全數(shù)字化提升機，其核心部分ASCS 是由雙CPU 構(gòu)成的計算機系統(tǒng)，其性能先進(jìn)、操作簡便、準(zhǔn)確可靠。此外，我國還應(yīng)用SIMADYND 和S7 研制成功了第一臺交-交變頻器供電的交流提升機。目前，最大裝機容量已達(dá)到5000kW，主、副井提升機可做到全自動化，不需要專門的絞車司機。

2.機電一體化技術(shù)在采煤機中的應(yīng)用電牽引采煤機是機電一體化技術(shù)在采煤機的一個典型應(yīng)用。與液壓牽引相比，它具有一下特點：（1）良好的牽引特性：可以在采煤機前進(jìn)時提供牽引力，使其克服阻力移動，也可以在采煤機下滑時進(jìn)行發(fā)電制動，向電網(wǎng)反饋電能。（2）可用于大傾角煤層：牽引電動機軸端裝有停機時防止機器下滑的制動器，因為它的設(shè)計制動力矩為電動機額定轉(zhuǎn)矩的1.6～2.0 倍，所以電牽引采煤機可用在40°～50°傾角的煤層，而不需要其它防滑裝置。（3）運行可靠，使用壽命長，電牽引和液壓牽引不同，前者除電動機的電刷和整流子有磨a 損外，其它元件均無磨損，因此工作可靠，故障少，壽命長，維修工作量小。（4）反應(yīng)靈敏，動態(tài)特性好：電控系統(tǒng)能及時調(diào)整各種參數(shù)，防止采煤機超載運行。（5）結(jié)構(gòu)簡單、效率高：電牽引采煤機機械傳動結(jié)構(gòu)簡單、尺寸小、重量輕，電能轉(zhuǎn)換為機械能只做一次轉(zhuǎn)換，效率可達(dá)99%，而液壓采煤機的效率只有65%-70%左右。

1991年煤炭總院上海分院與波蘭瑪克公司合作，研制成功我國第一臺采用交流變頻調(diào)速MG344-PWD 型薄煤層強力爬底板電牽引采煤機以來，我國的電牽引采煤機有了較快的發(fā)展。國內(nèi)上海天地公司、太原礦山機械廠、西安煤機廠、雞西煤機廠等都生產(chǎn)交流變頻和直流電牽引采煤機，而且得到了廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過近20年的研制開發(fā)，我國的電牽引采煤機一逐步走向成熟，為煤礦生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步起到了積極的推動作用。

3.機電一體化技術(shù)在帶式輸送機中的應(yīng)用 帶式輸送機由于長距離連續(xù)輸送、輸送量大、運行可靠、效率高和易于實現(xiàn)自動化等特點，已成為我國煤礦井下原煤輸送系統(tǒng)的主要運輸設(shè)備。因此，成為近幾年來機電一體化技術(shù)的研究重點。目前主要采用機、電、液一體化的CST 可控軟啟動裝置。它是一種專門為平滑起動運送大慣性載荷，如煤炭或金屬礦石的長距離皮帶運輸機而設(shè)計的軟驅(qū)動裝置。一條皮帶運輸機可以由一臺或幾臺CST 驅(qū)動。由于尚未解決動態(tài)分析和在線監(jiān)控技術(shù)以及啟動延遲技術(shù)，我國帶式輸送機的中間驅(qū)動點不能不知過多，一般為3 點驅(qū)動，這樣就限制了輸送機的單機長度和運量。而且，輸送機的監(jiān)控設(shè)備功能少、可靠性較差、靈敏度和壽命都較低，和發(fā)達(dá)國家相比存在顯著的差距。

4.其他煤礦機電一體化裝置 液壓支架則向電液控制方向發(fā)展，將計算機技術(shù)與液壓控制有機結(jié)合，實現(xiàn)定壓雙向鄰架或成組自動移架，避免對頂板和支架產(chǎn)生沖擊載荷。我國神華集團(tuán)大柳塔礦采用從德國和美國引進(jìn)的電液控制的支架，移架速度為6～8s/架，最快的移架速度達(dá)3s/架。電液控制裝置還可檢測支架的工作狀態(tài)。煤礦供電的特點是供電要可靠，質(zhì)量要高，能滿足大功率設(shè)備的要求。因此應(yīng)該推廣節(jié)能型產(chǎn)品。高壓開關(guān)柜采用維護(hù)量小，使用壽命長的真空開關(guān)。采用集中補償和就地補償相結(jié)合的辦法提高功率因數(shù)，減少供電系統(tǒng)無功電流，減少無功功率損耗。目前高、低開關(guān)柜普遍采用了“微機保護(hù)”，具備網(wǎng)絡(luò)功能，可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控、遙測、遙信和遙調(diào)。

二、煤礦機電一體化技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展趨勢

我國自造的煤礦機電一體化設(shè)備都具有智能化、程序化、信息化的特點，以及設(shè)備體積小、操作、維護(hù)方便、保護(hù)齊全、性能可靠等優(yōu)點。這些設(shè)備在煤炭生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，不僅減輕了操作人員的勞動強度，而且極大地提高了煤礦的生產(chǎn)水平和能力，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。但是，我國的煤礦機電一體化技術(shù)與發(fā)達(dá)國家相比，還有一定的差距，因此還有很多的工作需要繼續(xù)研究，其未來的發(fā)展趨勢是：（1）開發(fā)有自主知識產(chǎn)權(quán)的以煤礦開采技術(shù)及配套裝備為主導(dǎo)的核心技術(shù)，研究具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心裝置；（2）增加產(chǎn)品的通信功能，以適應(yīng)綜合自動化的需要；（3）開發(fā)以微處理器和微機為基礎(chǔ)的礦井設(shè)備工況和健康監(jiān)測以及微處理器、計算機和專家系統(tǒng)的應(yīng)用等；（4）煤礦機器人仍然是煤礦機電一體化技術(shù)今后研究的重點之一。

三、結(jié)束語

近年來，隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、軟件技術(shù)、傳感器技術(shù)和自動化技術(shù)的飛快發(fā)展，信息流成為機電一體化的主要特色。其產(chǎn)品實現(xiàn)自動化、數(shù)字化、智能化，在性能和功能方面均實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。因此，機電一體化技術(shù)是企業(yè)信息化的重要支撐技術(shù)，是礦山綜合自動化的基礎(chǔ)。機電一體化技術(shù)在煤礦采、掘、運裝備的應(yīng)用和推廣，極大地提升了我國煤礦生產(chǎn)的綜合實力，為實現(xiàn)高效、安全、潔凈、結(jié)構(gòu)優(yōu)化的煤炭工業(yè)生產(chǎn)打下了扎實的基礎(chǔ)。