機電一體化技術在煤礦機械中的應用

李晨

【摘 ?要】煤礦機電一體化技術的應用及管理直接影響煤礦的安全生產。通過對煤礦機電一體化技術的應用分析，說明機電一體化技術在煤礦企業(yè)的研究與應用非常重要，是煤礦企業(yè)實現可持續(xù)發(fā)展的必然選擇。

【關鍵詞】機電一體化;煤礦機械;應用

1煤礦機電一體化技術綜述

就煤礦機電一體化技術而言，其屬于多個生產環(huán)節(jié)技術的集成，比如采掘環(huán)節(jié)、運輸環(huán)節(jié)及安全監(jiān)管環(huán)節(jié)等，而并非將一些機械技術、數控技術及微電子技術等簡單地相加，只有將這些技術有效融合，進行科學合理的協(xié)調配合，才能使煤礦機電一體化技術的應用最終實現節(jié)能降耗的目標，達到安全高效生產的目的。具體來看，在煤礦生產作業(yè)中，機電一體化技術的應用大致可分為兩個方面，即硬件方面和軟件方面。其中，硬件方面的應用可分為采煤機方面的應用、互感器方面的應用、傳輸裝置方面的應用及提升裝置方面的應用，而軟件方面的應用主要指應用硬件時所用到的各種軟件的情況。

對于硬件方面機電一體化技術的研究，主要集中在以下幾方面：a）在采煤機方面，人們較重視大功率電牽引技術的研究;b）互感器方面的研究較重視集成化、數字化及信息化非接觸式互感器的研究;c）傳輸裝置方面的研究主要以節(jié)能降耗、長距離傳輸為主;d）對于提升裝置方面的研究，則主要集中在超限速保護以及人員、物的更安全、更高效升降方面。而對于軟件方面的研究，則應與硬件更新速度相匹配，努力推進標準化程式，讓系統(tǒng)配置逐步實現程序化、系統(tǒng)化和標準化[2]。

2機電一體化技術在煤礦生產中的具體應用

2.1應用于綜合采煤機械設備中

在煤礦開采作業(yè)中，人們所用的電牽引采煤機中就應用了大量的機電一體化技術。該種采煤機具有較大的牽引力和較好的調速平穩(wěn)性，且電牽引的各項電控參數都能很好地適應微機控制，有助于實施微機自動控制作業(yè)。由于電牽引采煤機不但易操作、易維護，而且反應迅速，適用能力強，因此其在現代化采煤作業(yè)中的應用越來越廣泛。而電牽引采煤機各項優(yōu)良功能的實現大多離不開機電一體化技術。在液壓牽引式采煤機中也應用了大量的機電一體化技術。該種采煤機屬于一種傳統(tǒng)式采煤機，其與電牽引采煤機相比，機電一體化技術應用水平相對較低，牽引力相對較弱，采煤作業(yè)的連續(xù)性、可靠性也相對較差，且采煤作業(yè)中設備故障率也相對較高。滾筒式采煤機中也應用了大量的機電一體化技術，成為煤礦日常生產作業(yè)中應用較多的一種機電一體化采煤設備。在實際生產作業(yè)中，為提高大功率采煤機的實際生產效能，近年來相關人員越來越注重科學合理地設計采煤機牽引部傳動箱的結構形式，進一步優(yōu)化了行星齒輪與相應直齒齒輪傳動比的科學分配。采煤機牽引部減速器是其主要的功率傳輸構件，可通過在采煤機中裝設多級行星減速器來進一步增大減速器傳動比，減少齒輪數量，簡化減速器結構。考慮到采煤機牽引部作業(yè)環(huán)境惡劣，時常要進入狹小空間作業(yè)，因此不宜將采煤機牽引部外形設計得過大，同時應科學合理地設計采煤機牽引部總傳動比。

為了使采煤機牽引部長度達標，可在采煤機牽引部多裝設幾個惰輪，同時應留有足夠的空間，以便多部電機可橫向布置。將計算機控制技術應用于采煤機電控系統(tǒng)中，這樣一方面可縮小采煤機體積，簡化采煤機結構;另一方面還有助于實現標準化的操控、維護作業(yè)。

2.2礦井運輸

礦井運輸同樣屬于機電一體化技術的重要應用領域，這是由于煤礦現代化發(fā)展對井下、井上的煤礦運輸提出了較高的要求。強力帶式運輸機在我國煤礦領域的應用極為廣泛，而隨之發(fā)展的計算機控制系統(tǒng)便屬于礦井運輸領域機電一體化技術應用的典型，這類計算機控制系統(tǒng)多具備故障診斷、自我保護等功能，煤礦運輸的質量、安全性由此就能夠實現長足提升。例如，某設計能力300萬t/a大型現代礦井的主井采用了1.4m強力皮帶、3×560kW功率的驅動電機、美國羅克韋爾公司生產的750K型可控起動傳輸裝置、天地科技公司KJ型膠帶輸送機成套電控裝置。使用可控起動傳輸裝置后，該煤礦的礦井運輸實現了皮帶機緩慢而均勻地預拉伸加速、延長停車時間的功能，而這就使得整個運輸系統(tǒng)各部件的使用壽命有效延長。此外，可控起動傳輸裝置還能夠通過軟鎖定離合器，實現對驅動系統(tǒng)聯(lián)軸器、齒輪等部件的沖擊與過載保護，由此，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和使用壽命延長得到了有效保障。

2.3安全生產監(jiān)控系統(tǒng)

安全生產監(jiān)控系統(tǒng)屬于煤礦機電一體化技術的典型應用，在上世紀90年代世界監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展潮流影響下，安全生產監(jiān)控系統(tǒng)已在我國當下多數煤礦實現應用。我國學術界在該領域的自主研究也取得了不俗的成果。一般情況下，煤礦安全生產監(jiān)控系統(tǒng)由環(huán)境安全監(jiān)測監(jiān)控、礦井人員定位、軌道運輸監(jiān)控、膠帶運輸監(jiān)控、提升運輸監(jiān)控、排水監(jiān)控、供電監(jiān)控共7個子系統(tǒng)組成，各子系統(tǒng)功能如下：①環(huán)境安全監(jiān)測監(jiān)控子系統(tǒng)。負責實時監(jiān)測一氧化碳、二氧化碳、氧氣、瓦斯氣體含量，風機開停、風門風窗開閉、聲光報警、風機斷電報警、礦井火災報警則屬于該子系統(tǒng)具體功能。②礦井人員定位子系統(tǒng)。日常考勤、跟蹤定位是該子系統(tǒng)主要功能，其能夠為煤礦生產的日常管理、精細化管理、科學施救提供有力支持。③軌道運輸監(jiān)控子系統(tǒng)：信號機運行狀態(tài)、機車編號與位置、運行速度等參數均屬于該系統(tǒng)監(jiān)控范圍，由此實現的遠程調度、控制能夠為煤礦開采的安全水平提升提供有力支持。④膠帶運輸監(jiān)控子系統(tǒng)。堆煤情況、皮帶運行速度與縱橫向撕裂情況、運行裝置軸溫、電動機運行狀態(tài)屬于該子系統(tǒng)監(jiān)控范圍，提供相應安全保護屬于該子系統(tǒng)的主要功能。⑤提升運輸監(jiān)控子系統(tǒng)。罐籠位置、搖臺狀態(tài)、安全門開閉狀態(tài)、提升速度屬于該子系統(tǒng)監(jiān)控范疇，推車、提升閉鎖控制則屬于其主要控制功能。⑥排水監(jiān)控子系統(tǒng)。負責水倉水位、水泵開停、運行狀態(tài)、閥門開啟情況的監(jiān)測，控制閥門開關、地面遠程控制等屬于該子系統(tǒng)控制功能。

2.4應用于礦井提升機中

近年來，在礦井提升機逐步朝著大容量發(fā)展的情形下，人們?yōu)榱烁玫馗纳苽鹘y(tǒng)提升機裝設的交流繞線式電動機通過串電阻調速存在的不足，想方設法借助變頻調速技術來對礦井提升機進行科學合理的改造。經改造，可實現0Hz～50Hz全頻率內的無極轉換，進而進行恒轉矩控制;同時調速性較好，諧波污染相對較小且具有較高功率因數的交—交變頻器和交—直—交變頻器，已成為礦井提升機機電一體化發(fā)展的主要應用技術，被廣泛應用至提升機設計作業(yè)中。此外，借助整流設備及相關逆變設備，可更好地輔助礦井提升機的運行。正常情況下，整流設備及逆變設備都處于獨立工作狀態(tài)，此時礦井提升機可實現全速運行。如果礦井提升機系統(tǒng)突發(fā)電路損壞故障致使某設備出現停運現象，則可把提升機運行系統(tǒng)迅速調整為緊急模式，借助另一設備成功實現提升機的半速運行，這樣一方面提高了提升機實際運行效率，另一方面進一步提升了提升機運行的安全性。

結束語

為使機電一體化技術在煤礦生產中的應用更科學、更合理，需進一步提高煤礦生產工作的機械化、自動化水平，同時需更好地保障礦井安全生產。基于機電一體化技術自身的內涵和特點，充分結合煤礦生產現實發(fā)展需求，深入研究了機電一體化技術在煤礦采煤機、安全生產監(jiān)控系統(tǒng)和提升機中的具體應用，以期對相關工作者有所助益。

參考文獻：

[1]任林枝.煤礦機械中機電一體化技術探討[J].機械管理開發(fā)，2017，32（12）：166-167.

[2]李云.煤礦機電一體化技術淺析[J].內蒙古煤炭經濟，2017（24）：38+59.

[3]聶少莉.機電一體化技術在礦山機械的應用及發(fā)展趨勢[J].科技創(chuàng)新與應用，2017（36）：112-113.

[4]韓培麗.煤礦機械機電一體化數控技術的應用[J].機械管理開發(fā)，2017，32（11）：92-93+106.

（作者單位：新疆煤田地質局161煤田地質勘探隊）