摘要：近年來(lái)，我國(guó)各行各業(yè)競(jìng)相發(fā)展，依靠機(jī)電一體化技術(shù)，大幅度地提高產(chǎn)品的性能、質(zhì)量和可靠性，提高制造水平，增加產(chǎn)品的應(yīng)變能力，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)約大量能源和材料消耗。煤炭系統(tǒng)也在利用機(jī)電一體化技術(shù)改造舊設(shè)備和開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品方面做了大量的工作，取得一定的成效。它已使人們清楚地認(rèn)識(shí)到，機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品的發(fā)展，是實(shí)現(xiàn)高效、安全、機(jī)械化采煤和煤礦機(jī)電產(chǎn)品更新?lián)Q代的重要途徑。本文對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用進(jìn)行闡述，并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析。
關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化技術(shù) 煤礦 應(yīng)用 發(fā)展趨勢(shì)
1. 概述
機(jī)電一體化技術(shù)就是機(jī)械、計(jì)算機(jī)、信息處理和自動(dòng)控制技術(shù)綜合運(yùn)用的復(fù)合技術(shù)，是微電子技術(shù)向傳統(tǒng)機(jī)械工程滲透而形成的融合機(jī)械工程、電氣工程、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)等為一體的新興綜合技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)順應(yīng)了當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展的規(guī)律，顯示了強(qiáng)大的生命力。由于煤炭生產(chǎn)是將數(shù)百、數(shù)千萬(wàn)噸煤炭從地層深處采掘、運(yùn)送到地面，因此需采用大量的機(jī)電設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，而機(jī)電一體化煤礦產(chǎn)品則是實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的最好選擇。機(jī)電一體化將機(jī)械與電子技術(shù)融為一體。
2. 機(jī)電一體化技術(shù)在煤礦中的主要應(yīng)用
2.1 機(jī)電一體化技術(shù)在提升機(jī)中的應(yīng)用 礦井提升機(jī)是目前煤礦機(jī)電一體化、自動(dòng)化水平最高的設(shè)備，全數(shù)字化交直流提升機(jī)。尤其是內(nèi)裝式提升機(jī)，從結(jié)構(gòu)上將滾筒和驅(qū)動(dòng)合為一體，機(jī)械結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化，充分體現(xiàn)了機(jī)械-電力電子-計(jì)算機(jī)-自動(dòng)控制的綜合體。而全數(shù)字化提升機(jī)高度可靠，采用總線方式，大大簡(jiǎn)化了電器安裝，此外，硬件配置簡(jiǎn)單，互相兼容。國(guó)產(chǎn)數(shù)字化直流提升機(jī)已成為煤礦提升機(jī)的首選機(jī)型。我國(guó)研制成功的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全數(shù)字化提升機(jī)，其核心部分ASCS是由雙CPU構(gòu)成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其性能先進(jìn)、操作簡(jiǎn)便、準(zhǔn)確可靠。此外，我國(guó)還應(yīng)用SIMADYND和S7研制成功了第一臺(tái)交-交變頻器供電的交流提升機(jī)。目前，最大裝機(jī)容量已達(dá)到5000kW，主、副井提升機(jī)可做到全自動(dòng)化，不需要專(zhuān)門(mén)的絞車(chē)司機(jī)。
2.2 機(jī)電一體化技術(shù)在采煤機(jī)中的應(yīng)用 電牽引采煤機(jī)是機(jī)電一體化技術(shù)在采煤機(jī)的一個(gè)典型應(yīng)用。與液壓牽引相比，它具有一下特點(diǎn):①良好的牽引特性:可以在采煤機(jī)前進(jìn)時(shí)提供牽引力，使其克服阻力移動(dòng)，也可以在采煤機(jī)下滑時(shí)進(jìn)行發(fā)電制動(dòng)，向電網(wǎng)反饋電能。②可用于大傾角煤層:牽引電動(dòng)機(jī)軸端裝有停機(jī)時(shí)防止機(jī)器下滑的制動(dòng)器，因?yàn)樗脑O(shè)計(jì)制動(dòng)力矩為電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的1.6～2.0倍，所以電牽引采煤機(jī)可用在40°~50°傾角的煤層，而不需要其它防滑裝置。③運(yùn)行可靠，使用壽命長(zhǎng)，電牽引和液壓牽引不同，前者除電動(dòng)機(jī)的電刷和整流子有磨a損外，其它元件均無(wú)磨損，因此工作可靠，故障少，壽命長(zhǎng)，維修工作量小。④反應(yīng)靈敏，動(dòng)態(tài)特性好:電控系統(tǒng)能及時(shí)調(diào)整各種參數(shù)，防止采煤機(jī)超載運(yùn)行。⑤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高:電牽引采煤機(jī)機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小、重量輕，電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能只做一次轉(zhuǎn)換，效率可達(dá)99%，而液壓采煤機(jī)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(guó)第一臺(tái)采用交流變頻調(diào)速M(fèi)G344-PWD型薄煤層強(qiáng)力爬底板電牽引采煤機(jī)以來(lái)，我國(guó)的電牽引采煤機(jī)有了較快的發(fā)展。國(guó)內(nèi)上海天地公司、太原礦山機(jī)械廠、西安煤機(jī)廠、雞西煤機(jī)廠等都生產(chǎn)交流變頻和直流電牽引采煤機(jī)，而且得到了廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過(guò)近2010年的研制開(kāi)發(fā)，我國(guó)的電牽引采煤機(jī)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(dòng)作用。
2.3　機(jī)電一體化技術(shù)在帶式輸送機(jī)中的應(yīng)用　帶式輸送機(jī)由于長(zhǎng)距離連續(xù)輸送、輸送量大、運(yùn)行可靠、效率高和易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等特點(diǎn)，已成為我國(guó)煤礦井下原煤輸送系統(tǒng)的主要運(yùn)輸設(shè)備。因此，成為近幾年來(lái)機(jī)電一體化技術(shù)的研究重點(diǎn)。目前主要采用機(jī)、電、液一體化的CST可控軟啟動(dòng)裝置。它是一種專(zhuān)門(mén)為平滑起動(dòng)運(yùn)送大慣性載荷，如煤炭或金屬礦石的長(zhǎng)距離皮帶運(yùn)輸機(jī)而設(shè)計(jì)的軟驅(qū)動(dòng)裝置。一條皮帶運(yùn)輸機(jī)可以由一臺(tái)或幾臺(tái)CST驅(qū)動(dòng)。由于尚未解決動(dòng)態(tài)分析和在線監(jiān)控技術(shù)以及啟動(dòng)延遲技術(shù)，我國(guó)帶式輸送機(jī)的中間驅(qū)動(dòng)點(diǎn)不能不知過(guò)多，一般為3點(diǎn)驅(qū)動(dòng)，這樣就限制了輸送機(jī)的單機(jī)長(zhǎng)度和運(yùn)量。而且，輸送機(jī)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(guó)家相比存在顯著的差距。
2.4　其他煤礦機(jī)電一體化裝置　液壓支架則向電液控制方向發(fā)展，將計(jì)算機(jī)技術(shù)與液壓控制有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)定壓雙向鄰架或成組自動(dòng)移架，避免對(duì)頂板和支架產(chǎn)生沖擊載荷。我國(guó)神華集團(tuán)大柳塔礦采用從德國(guó)和美國(guó)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(cè)支架的工作狀態(tài)。 煤礦供電的特點(diǎn)是供電要可靠，質(zhì)量要高，能滿(mǎn)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(kāi)關(guān)柜采用維護(hù)量小，使用壽命長(zhǎng)的真空開(kāi)關(guān)。采用集中補(bǔ)償和就地補(bǔ)償相結(jié)合的辦法提高功率因數(shù)，減少供電系統(tǒng)無(wú)功電流，減少無(wú)功功率損耗。目前高、低開(kāi)關(guān)柜普遍采用了“微機(jī)保護(hù)”，具備網(wǎng)絡(luò)功能，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控、遙測(cè)、遙信和遙調(diào)。
3.　煤礦機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)
我國(guó)自造的煤礦機(jī)電一體化設(shè)備都具有智能化、程序化、信息化的特點(diǎn)，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(diǎn)。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(dòng)強(qiáng)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(jì)效益和社會(huì)效益。但是，我國(guó)的煤礦機(jī)電一體化技術(shù)與發(fā)達(dá)國(guó)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(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是:①開(kāi)發(fā)有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的以煤礦開(kāi)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(shí)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(dòng)化的需要；③開(kāi)發(fā)以微處理器和微機(jī)為基礎(chǔ)的礦井設(shè)備工況和健康監(jiān)測(cè)以及微處理器、計(jì)算機(jī)和專(zhuān)家系統(tǒng)的應(yīng)用等；④煤礦機(jī)器人仍然是煤礦機(jī)電一體化技術(shù)今后研究的重點(diǎn)之一。
4.　結(jié)束語(yǔ)
近年來(lái)，隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件技術(shù)、傳感器技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的飛快發(fā)展，信息流成為機(jī)電一體化的主要特色。其產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化，在性能和功能方面均實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。因此，機(jī)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(dòng)化的基礎(chǔ)。機(jī)電一體化技術(shù)在煤礦采、掘、運(yùn)裝備的應(yīng)用和推廣，極大地提升了我國(guó)煤礦生產(chǎn)的綜合實(shí)力，為實(shí)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(shí)的基礎(chǔ)。
參考文獻(xiàn)： 機(jī)電一體化實(shí)用手冊(cè)[M]
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