機電一體化技術(shù)的發(fā)展及在煤礦的應(yīng)用

李增愚

（山西汾西礦業(yè)集團中盛煤業(yè)公司 山西 靈石 031309）

一、機電一體化技術(shù)及其作用

當前，隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展以及對煤礦生產(chǎn)安全高效的要求，煤礦企業(yè)在機電一體化應(yīng)用方面取得顯著的進展。尤其是隨著煤炭挖掘越來越向深部發(fā)展，要從地底深處挖掘上千萬噸煤炭，并安全輸送到地表，對煤炭機械的要求越來越高，沒有現(xiàn)代機電設(shè)備的支撐是不可能完成的。所謂機電一體化技術(shù)就是將電子技術(shù)有效的運用到機械設(shè)備中，將物流、信息流有機結(jié)合起來，從而有效提高煤炭生產(chǎn)的質(zhì)量和安全系數(shù)，獲得更加顯著的技術(shù)、經(jīng)濟和社會效益。其主要意義在于：一是保障安全。據(jù)統(tǒng)計，中國每百萬噸煤炭開采死亡人數(shù)位居世界前列，在煤炭開采中，工人長時間位于礦井中，環(huán)境充滿煤塵，對他們的身心健康帶來極大的損害。而且地下挖掘條件復(fù)雜，一旦出現(xiàn)意外，將直接造成生命安全。而采用機電一體化技術(shù)后，不僅有效減輕工人的勞動強度，而且降低了安全事故的發(fā)生次數(shù)。二是提高勞動效率。隨著煤礦機械應(yīng)用機電一體化技術(shù)后，舊設(shè)備被逐漸淘汰，勞動生產(chǎn)率明顯得到提高，尤其是微處理技術(shù)與自動化技術(shù)的普及和采用，使得勞動生產(chǎn)率有了大幅度提高，使得煤礦業(yè)的產(chǎn)量逐年增加。

二、機電一體化技術(shù)在煤炭生產(chǎn)中的應(yīng)用

1、機電一體化技術(shù)在采煤機中的應(yīng)用

煤礦業(yè)生產(chǎn)過程中最重要的一個機械產(chǎn)品就是采煤機，采煤機的機電一體化應(yīng)用主要體現(xiàn)在將傳統(tǒng)的液壓牽引方式轉(zhuǎn)化為現(xiàn)代的電牽引方式。傳統(tǒng)的采煤機結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而且體積比較大，移動不便，使用范圍也比較局限。目前采用的電牽引采煤機結(jié)構(gòu)簡單，體積小，尺寸小，重量輕，其在為采煤機提供前進牽引力過程中，克服了采煤機移動時產(chǎn)生的阻力，不僅提高了生產(chǎn)效率，而且有效的提高了煤礦產(chǎn)量，充分發(fā)揮了機電一體化的絕對優(yōu)勢。比如，在煤礦開采過程中，隨著開采深度的進一步加深，經(jīng)常會遇到大傾角的煤層， 有的呈現(xiàn) 40～50 °的傾斜角，由于傾角大，要求采煤機要具備良好的制動性，坡度陡的特點對采煤機的要求十分嚴格。利用機電一體化的設(shè)備在電動機的軸端安置了防滑制動器，該裝置有很好的停電設(shè)置功能，可有效將電動機的轉(zhuǎn)矩提升1.6—2 倍，避免采煤機出現(xiàn)下滑的情況發(fā)生，同時將剩下的電能返回到電網(wǎng)中。國內(nèi)研發(fā)的采煤機大多能夠熟練的使用機電一體化技術(shù)，例如MGD150N W 型采煤機，在其實際應(yīng)用過程中就取得了較好的效果。

2、機電一體化技術(shù)在輸送機中的應(yīng)用

輸送機的使用是煤炭生產(chǎn)機電一體化的有力體現(xiàn)。目前現(xiàn)代化綜合機械化采煤主要以皮帶式輸送為主，帶式輸送機作為煤礦采集中的主要應(yīng)用設(shè)備，由兩個端點滾筒和緊套在上面的閉合輸送帶組合而形成的。一直以來由于其輸送量大、效率高的優(yōu)點，成為煤礦井下輸送煤炭的主要設(shè)備。然而，其弊端也是顯而易見的，帶式輸送速度慢、運行也不穩(wěn)定等問題一直困擾著工作人員。將機電一體化技術(shù)應(yīng)用于輸送機，可以有效克服上述弊端，提高速度和效率，增強長距離輸送的容量和穩(wěn)定性。當前，我國關(guān)于帶式輸送機方面的核心技術(shù)方面的研究與新產(chǎn)品的開發(fā)相繼取得了較好的進展，研發(fā)出了很多類型的帶式輸送機。同時，還開展了帶式輸送機的核心技術(shù)與關(guān)鍵元部件的理論研究及產(chǎn)品開發(fā)活動，很多運輸機具有及時故障診斷和自我保護等功能，在使用過程中如果出現(xiàn)軸承溫度過高、跑偏以及斷帶等故障，可以自行進行保護。例如目前應(yīng)用比較廣泛的機、電、液一體化的 CST 可控軟啟動裝置，這種裝置適用于運用平滑起動來輸送荷載大、慣性強的材料或設(shè)備，可以說是專門為煤礦長距離皮帶運輸機設(shè)計的軟驅(qū)動裝置。一臺帶式輸送機可同時受到一臺或幾臺CST 驅(qū)動，解決了帶式輸送機的大運量、長距離的驅(qū)動難題，促進了煤礦開采的進度和步伐。

3、機電一體化技術(shù)在礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用

礦井安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)是最能體現(xiàn)煤礦機電一體化的技術(shù)之一。我國由于煤礦機電一體化技術(shù)時間還不長，研發(fā)煤礦監(jiān)測、監(jiān)控系統(tǒng)的時間比較短，但成果是比較顯著地。例如煤炭科學研究院研發(fā)的 KJ90 系統(tǒng)、KJ95 系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)都采用了Windows 操作系統(tǒng)，具有網(wǎng)絡(luò)連接功能，使得我國在煤炭安全生產(chǎn)監(jiān)測方面有了長足的進步，無論在軟硬件功能、穩(wěn)定性和可靠性、專業(yè)技術(shù)服務(wù)能力方面都已經(jīng)逐步的與國際上相關(guān)的技術(shù)水平相一致。目前在我國各大、中、小煤礦的高瓦斯或瓦斯突出礦井裝備了礦井監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，有效的實現(xiàn)了在煤炭企業(yè)生產(chǎn)過程中實現(xiàn)在線監(jiān)控、故障自診以及自動報警等功能。在煤礦生產(chǎn)過程中一旦出現(xiàn)機械故障，該安全監(jiān)測系統(tǒng)可以及時進行報警并清楚的顯示出現(xiàn)的故障的部位，大大減少了維修時間。而且由于簡化了機械故障的檢查工序，不像以往檢修設(shè)備要進行停機，提高了工作效率，減少維修的費用，延長機械的使用壽命。

4、機電一體化技術(shù)在礦井提升中的應(yīng)用

礦井提升是將井下煤炭運送至地面的過程，從目前來看，礦井專用提升機是目前煤礦機電一體化、自動化水平最高的設(shè)備。目前國產(chǎn)全數(shù)字化直流提升機已成為各煤礦提升機的首選機型，我國自主研發(fā)的第一臺全數(shù)字化的直交流提升機，核心部分就是利用雙CPU 計算機操作系統(tǒng)，真正做到了主、副提升機的全方位自動化。我國直徑達到兩米以上的提升機有 90% 的都是交流提升機。不僅高度可靠，而且具有可重復(fù)性故障尋址、完整的診斷設(shè)施和自診斷功能。這種全數(shù)字化的提升機采用總線的方式來達到將電氣安裝進一步簡化的目的，可以方便地實現(xiàn)軟啟動、軟件控制和改變瞬間加速度，進一步提高礦井提升機的工作效率。在交流提升機中，最常見的是內(nèi)裝式提升機，內(nèi)裝式提升機占據(jù)了非常重要的地位，該提升機將滾筒和驅(qū)動合為一個整體，是典型的機電一體化設(shè)備，從結(jié)構(gòu)的角度將滾筒與驅(qū)動有機的結(jié)合，機械結(jié)構(gòu)大大簡化，具有硬件配置簡單、互相兼容等特點，是機械-電力電子-計算機-自動控制的綜合體，更好的實現(xiàn)機電一體化。例如德國發(fā)明的內(nèi)裝式交交變頻調(diào)速提升機，就是把電機和滾筒做成一體，采用直流式交流變頻裝置驅(qū)動方式，在機械結(jié)構(gòu)和電氣控制方面都走在世界前列。

三、機電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢

隨著采掘機械化的不斷提高，機電一體化在煤炭生產(chǎn)中的作用越來越明顯，煤礦機電一體化的發(fā)展使得煤礦生產(chǎn)效率得到進一步的提升，不僅可以降低工人工作量，還有效的提高了煤炭生產(chǎn)的安全系數(shù)，為礦業(yè)帶來巨大的價值與效益，可以預(yù)見其在今后的煤炭生產(chǎn)中將得到完善和發(fā)展。盡管如此，縱觀我們當前的煤礦機電一體化現(xiàn)狀可以發(fā)現(xiàn)，與國外行業(yè)相比還有諸多不足之處。隨著諸多的新型機電一體化產(chǎn)品的廣泛使用，今后我們應(yīng)該在在下面幾方面加強研究：一是加強科研，投入資金，積極研發(fā)具有獨立知識產(chǎn)權(quán)的煤礦機電一體化技術(shù)，并將其作為煤炭生產(chǎn)的關(guān)鍵和核心技術(shù)。二是在通信功能上要進一步加強改進，以適應(yīng)煤炭生產(chǎn)的需要。三是積極探索煤礦機器人技術(shù)，這也是國外同行研究的重點之一。

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