機電一體化的創新及發展方向探析

劉浩

摘要：機電一體化技術在自動化和機械設備以及電子工程領域應用廣泛，但在實際應用過程中還存在一些缺陷和不足。本文主要分析了機電一體化技術的應用創新，舉例在礦山開采中的應用現狀，重點介紹了對當前機電一體化技術的創新方法。通過該應用研究，不斷的改革并且創新機電一體化已經成為了目前我們所面臨的主要問題之一。為了更好的實現機電一體化的創新，必須要不斷的發展新技術，加大對于機電一體化技術創新的資金投入力度。

關鍵詞：機電一體化;創新;建議

引言

機電一體化工程專注于自動化機器的設計。它基于機械、電子和軟件工程的組合，但對于這三者來說是一個明顯不同的學科。機電一體化工程與自動化工程的不同之處在于其從業人員對復雜機器的性能分析和設計有著深刻的理解。它與機械工程的不同之處在于其從業人員了解如何自動化設計并將其非常有效地集成到機器中以實現互補的結果。機電工程師還在項目工程、可靠性工程和動力工程方面發揮作用，他們的跨學科知識為他們提供機械或電氣工程師的優勢。機電一體化工程師可以與電氣和機械系統一起工作，解決跨學科界限的問題為專業計算機系統和微控制器編寫和測試軟件是許多機電工程師工作的重要組成部分[1]。在最基本的層面上，能夠設計、建模和測試包括連接到單個微控制器或PLC的機械和電氣組件的“簡單”機電一體化系統。一個例子是連接到變速箱的直流電機，通過傳感器驅動負載質量，從而實現位置和速度的反饋控制。

1礦山機電設備

1.1 采礦模擬器

采礦模擬器是用于復制采礦作業要素的系統，用于效率分析。采礦模擬應用的范圍可以從純粹的統計分析到比例模型，一直到安裝在氣動執行機構上的采礦機械副本艙都被顯示三維圖像的屏幕所環繞。這些模擬器依靠物理引擎和地理數據來準確地模擬環境的動態。

1.2 爆破機器

爆破機器或爆炸裝置是便攜式電流源，可靠地發射爆炸帽以觸發主要爆炸裝藥。它主要用于采礦。一種典型的“電容放電”爆破機器的工作原理是通過給電池充電，然后通過外部電路（稱為火線）對電容器放電，以便對爆破帽進行發射。在機器閑置時，在輸出端子之間連接一個“內部分流器”，以便在外部電路中感應的任何雜散電壓在沒有觸發爆炸帽的情況下無害地短路[2]。這些機器通常還包括一個“放棄”功能，在不觸發瓶蓋的情況下釋放內部電容器。磁感應爆破機包括一個被推倒的T型手柄;手柄的下端是一個驅動小齒輪的齒條，可以驅動高壓磁鐵，引爆爆炸帽所需的高電壓。

爆破墊是通常由用繩索、電纜或鏈條捆綁在一起的切割橡膠輪胎制成的墊子。它們在巖石爆破過程中用來抑制爆炸，防止飛行石塊和粉塵。

1.3 挖掘機

在礦山開發過程中會使用多種挖掘機。鏟斗鏈式挖掘機是用于地表采礦和挖泥的重型設備。它使用旋轉鏈條上的鏟斗去除大量物料。它具有與斗輪挖掘機和挖溝機相似的特征。它們從運動平面的下方移除材料，如果坑底不穩定或在水下時這種挖掘機能起到很好的效果。

斗輪式挖掘機（BWE）是用于地面開采的重型設備。BWE的主要功能是作為大型露天采礦作業中的連續式挖掘機[3]。除了其他大型采礦設備之外，BWE的使用還包括使用由連續模式的鏟斗組成的大型砂輪，用于在砂輪轉向時鏟取材料。

卸料臂通過上部結構從切割臂上接收物料，并將其從機器中運走，并經常送到外部輸送機系統。配重動臂可以平衡切割臂，并懸掛在上部結構的下部或上部。在較大的BWE中，所有3個吊桿都由穿過塔架頂部的塔架的電纜支撐。

在上層建筑之下鋪設運動系統。在較舊的型號上，這些將成為機器沿行駛的軌道，但較新的BWE通常配備爬行器，這為履帶提供了更大的運動靈活性。為了完成其任務，BWE的上層結構能夠圍繞垂直軸旋轉（回轉）。切割臂可以上下傾斜（提升）。這些操作的速度分別為30m/min和5m/min。回轉由大齒輪驅動，而起升通常使用電纜系統。

BWE的規模差異很大，取決于預期的應用。由蒂森克虜伯設計的緊湊型BWE有6m的懸臂長度，重達50t，并可移動100m3/h的地球。更大的模型達到80m的長度，重13000t，并且移動12500m3/h。

1.4 破巖機

破巖機是一種旨在操縱大型巖石的機器，包括將大塊巖石減少為較小的巖石。它們通常用于采礦業中去除過大的巖石，這些巖石太大或太難以通過破碎機減小尺寸。破巖機由2個主要部件組成，一個液壓錘和一個懸臂（臂）。2種主要類型的破巖機，移動式和固定式，它們通常都被放置在基座或回轉框架上。

1.5 掘進機

也稱為懸臂式掘進機，是一種挖掘設備，該挖掘設備由安裝在懸臂上的切割頭，通常包括輸送機的裝載裝置和履帶行走履帶，可以將整個機器向前移動到巖石表面。切割頭可以是一個通用旋轉滾筒，與吊桿垂直或垂直安裝，也可以是特殊功能頭，如尖頭錘式錘頭，大型隧道掘進機上的壓縮斷裂微型砂輪頭，切片機頭就像用于切割巖石的巨大鏈鋸，或者傳統挖掘機。

2 礦山機電一體化創新建議

2.1 機電集成

機電集成結合了電氣工程和機械工程中的流程和程序。機電學側重于電氣和機械系統整體的相互作用以及2個系統如何相互作用。這個過程在諸如直流電機的系統中尤為突出，其可以被設計和操作以從機械過程（發電機）產生電力或用于為機械效應（電動機）供電。電氣工程在這方面也包含電子工程。

機電裝置是具有電氣和機械過程的裝置。嚴格來說，手動開關是一種機電組件，由于機械運動導致電輸出。機電集成常常涉及電磁原理，例如繼電器，其允許電壓或電流通過機械切換觸點組和電磁閥來控制另一個通常為隔離的電路電壓或電流，通過該電磁閥，電壓可以致動如電磁閥中的移動聯動裝置。

所有基于燃料的發電機都將機械運動轉換為電力。一些可再生能源，例如風力和水力發電，都由機械系統提供動力，這些系統也將運動轉換為電力。集成微控制器電路包含幾百萬個晶體管，以及一個通過邏輯執行相同任務的程序[4]。機電部件只有移動部件，例如機械式電動執行器。這種更可靠的邏輯已經取代了大多數機電設備，因為系統中必須依靠機械運動進行正確操作的任何點都不可避免地會有機械磨損并最終失效。正確設計的電子電路沒有移動部件，幾乎可以無限期地繼續正常工作，并用于大多數簡單的反饋控制系統。另一種機電裝置是壓電裝置，但它們不使用電磁原理。壓電器件可以通過電信號產生聲音或振動，或者從聲音或機械振動產生電信號。

2.2 自動化開采

自動化開采涉及從采礦過程中去除人力。采礦業正在向自動化過渡。自動挖掘是一個涵蓋了2種技術類型。第一種采礦自動化涉及過程和軟件自動化;第二類涉及將機器人技術應用于采礦車輛和設備。

為了獲得對其運營的更多控制，采礦公司可以實施采礦自動化軟件或流程。

遙控采礦設備通常是指采用手持遙控器控制的采礦車輛，如挖掘機或推土機。操作員站在視線范圍內并使用遙控器執行正常的車輛功能。由于機器的可見度和感覺大幅度降低，因此通過使用遙控器，車輛的生產力一般也會降低。遠程控制技術通常用于使采礦設備在諸如不穩定地形、爆炸區域或高風險區域下落碎片或地下采礦等危險條件下運行。遠程控制技術通常是使采礦設備自動化的最經濟方式[5]。

結語

隨著礦山機械的進一步發展，機電一體化水平將得到進一步提升，采礦的效率和質量也將顯著提升，這為煤礦企業的長期有效發展奠定了良好的基礎。

參考文獻

[1]劉開源.礦山機械中應用機電一體化技術的作用分析[J].科技傳播，2013（3）

[2]張叢耀.光機電一體化設備的嵌入式控制技術研究及應用[D].四川大學，2016.

[3]丁樹成.試論機電一體化的創新及發展方向[J].科技視界，2015（24）.

[4]李喆.機電一體化的創新及發展方向[J].科技展望，2016（33）.

[5]居劍文.對機電一體化的創新及發展方向的研究分析[J].山東工業技術，2015（8）：15.