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   摘 要:随着我国现代科学技术的急速发展,较大程度低推动了不同学科的交叉和渗透,出现了工程领域中的技术新革命----机电一体化技术。它的出现是机械技术和微电子技术、信息技术等互相渗透的产物,在各种领域中被广泛应用。目前,机电一体化在煤矿的采、掘等的应用和推广就是其中一例,较大地提升了我国煤矿生产的综合实力,为煤炭工业的生产打下了坚实的基础。文章结合笔者多年来的工作经验,分析了煤矿机械中机电一体化设计特点、应用及它的发展趋势,仅为同行参考。

   关键词:煤矿机械;机电一体化;设计应用;发展趋势

  

   1. 机电一体化概述及由来

   按学科的分类来说,机电一体化又称机械电子工程学科, 是一门跨学科的综合性高技术,是由微电子技术、计算机技术、信息技术、自动控制技术、机械技术、液压技术以及其他技术相互融合的一门独立的交叉学科。纵观它的发展,机电一体化技术是从 70 年代中期开始在国外机械上得到应用,80 年代以微电子技术为核心的高新技术的兴起,推动了机械制造技术的迅速发展,特别是随着微型计算机及微处理技术、传感与检测技术等的发展及其在机械上的应用,极大促进了煤矿机电产品的性能。

  2. 煤矿机械中机电一体化特点

   上面我们说了机电一体化它的特点,那么在煤矿机械中,机电一体化又赋予了什么样的特点呢,总结几点如下:

   2.1 它能实现在线监控和自动报警及故障的自身检查。具体说来,它的这种功能是对煤矿机械中的电动机、传动系统等的在线运行状态的监控,出现故障能报警并准确地指出故障的部位,从而改善操作员的工作条件,提高机器的工作效率,简化设备维护检查工作等。如煤矿中采煤机上变频器如采用 plc控制,可实现多种在线监控和故障自诊,还有煤矿用各种电器设备也越来越智能化。

   2.2 它的自动化半自动化程度较高。实际生产中煤矿机械实现自动化或半自动化控制,可以减轻操作者的劳动强度,提高生产效率,并减少因操作者的经验不足,对作业精度的影响。举例来说,某能源黄沙矿投入使用的一整套薄煤综采设备,由北京天地玛坷电液控制系统有限公司与德国 MARCO 公司合作生产的 PM31 型液压支架电液控制系统,就是

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微电脑控制,只要在支架操作控制器上输入程序,支架使会自动连续动作,也可实现远程控制和工作面无人操作。

   2.3 它能提高节能降耗,实现生产效率的不断提高。例如我们井下使用的胶带输送机、通风机等,使用变频起动、PLC 控制系统,节电量就为30%左右,同时生产效率也大大提高,很受广大的煤矿企业采用。

   3.煤矿机械中机电一体化设计应用

   3. 1 它在带式输送机中应用。根据带式输送机具有长距离连续输送、输送量大、效率高和易于实现自动化等诸多特点,已成为我国煤矿井下原煤输送系统的主要运输设备。因此在我国大多数煤矿井下生产已经实现了皮带化生产。另外计算机控制系统发展也非常迅速,它们具有很多种及时故障诊断和自我保护等功能,但是从发展的角度来看,这是好事。据笔者所知,目前我国直径在两米以上的提升机有 1700 多台,其中 90%为交流提升机,并且均是采用转差功率消耗型的转子串电阻调速,电控系统部分绝大多数仍采用继电器----接触器系统,只有一小部分采用可控制编程器。而 PLC 可编程控制器使用比较简单,程序设计起来也比较容易,不需要一些复杂的输入输出接口装置,抵抗外界的干扰能力也很强,因此,它能在环境比较恶劣的情况下进行长时间工作。

   3.2 它在矿井提升机中的应用。在采煤中,矿井提升机是一种实现机电一体化较好的矿山大型设备,全数字化,交、直流提升机。特别是内装式提升机,从结构上将滚筒和驱动合为一个整体,大大简化了机械结构,是典型的机电一体化设备,充分体现了机械-电力电子-计算机-自动控制的综合体。全数字提升机高度可靠,具有可重复性故障寻址、完整的诊断设施和自诊断功能,以及简单而快速的通信功能;它采用总线方式,大大简化电气安装;硬件配置简单,互相兼容,零备件少;可以方便地实现软启动、软件控制和改变瞬间加速度。

   3.3 它在支护设备中的应用。液压支架是煤矿综合机械化采煤工作面的支护设备,目前正向电液控制方向发展,将计算机技术与液压控制有机结合,实现定压双向邻架或成组自动移架,避免对顶板和支架产生冲击载荷。我国神华团大柳塔矿采用的电液控制的支架,移架速度为6~8s/架,最快的移架速度达 3s,架。电液控制装置还可检测支架的工作状态。乳化液泵站是为液压支护设备提供高压液体的装置。要求其具有高压、大流量的供液能力。并能根据工作面液压支护设备的用液量自动调节供液量。我国生产的智能型乳化液泵站系统由智能型乳化液泵站自动配液系统和智能型乳化液泵站供液系统两部分组成。具有自动检测油箱油位高度,自动配液,高、低液位自动控制,在线检测乳化液浓度,自动校正乳化液浓度(可选定 1.5 度~5 度),当浓度达不到设定值时声、光报警,定时自动反冲洗,能够监控实际用液量,具有远距离传输功能,采用液晶显示器,具有实时显示乳化液浓度、液位、油位、流量计量、自动配液状态功能。

   4. 煤矿机械中机电一体化发展趋势

   在文章的开头部分笔者从时间的演变顺序浅析了机电一体化的发展过程。但随着我国目前科学技术的阔步发展和煤矿企业自身需求的增加,这就促使着我国的煤矿机械机电一体化的快速发展,以便更好推动煤矿企业的经济发展。在此笔者根据工作经验所得,展望了煤矿机械机电一体化未来的发展趋势。

   4.1 向网络化方向发展。回首 20 世纪 90年代,计算机技术等的突出成就是网络技术。网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产等等都带来了巨大的变革。煤矿机电一体化新产品一旦研制出来,只要其功能独到,质量可靠,很快就会畅销全球。由于网络的普及,基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾,而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。

   4.2 向智能化方向发展。我们都知道,智能化是21 世纪机电一体化技术发展的主要方向。这里所说的"智能化"是对机器行为的描述,是在控制理论的基础上,吸收人工智能、运筹学等新思想、新方法,模拟人类智能,使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力,以求得到更高的控制目标。

   4.3 向绿色化方向发展。纵观我们工业的发展它给人们生活带来了巨大变化。假如我们能设计绿色的机电一体化产品,那么在不久的将来会具有发展前景。我们所说的机电一体化产品的绿色化主要是指,使用时不污染生态环境,报废后能回收利用。这是因为绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中,符合特定的环境保护和人类健康的要求,对生态环境无害或危害极少,资源利用率极高。

  随着计算机和传感器技术的推广应用,新材料、新工艺的不断发展,煤矿机械一体化将向着网络化、智能化、绿色化的方向发展。高新技术是煤矿机械的发展趋势,技术创新是煤矿机械的生命。面对煤矿现代化、科学化生产的需要,煤矿机械将实现电子化、自动化成为计算机控制,传感系统,液压系统的机电液一体化系统。随着科学技术水平的进步和国家对煤矿机械设备研发能力的投入的增大,煤矿机械设备一体化的发展必将走上科学化的发展之路。
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