關于機電一體化在礦山機械中的應用

盧贊宇

（廣西河池市桌泰建筑工程有限責任公司大新分公司，廣西崇左 532315）

我國經濟的高速發展，使很多行業領域都對礦產資源有了更大需求，這使礦山生產面臨到前所未有的壓力和挑戰。在這種局勢下，如果依然沿用傳統的生產及管理技術，將無法滿足現實要求。而機電一體化技術的出現，猶如為礦山生產注入新鮮血液和強大動力，徹底改變以往粗獷式的生產及管理模式，在保證生產效率和質量的同時，更好地保證了安全，而且還能良好適應未來進一步發展。

1 機電一體化優勢

機電一體化指的是將包含機械、電工電子、微電子、信息、傳感器、接口與信號變換等在內的不同技術通過有機結合，在實際生產過程中均得以應用的一項綜合技術，現在基本上所有自動生產設備均屬于機電一體化設備范疇。在機電一體化各類相關技術不斷發展的作用下，很多機電產品不僅外觀得到很大的改善，而且功能也變得更強大，重量與體積也不斷減小。相較于傳統機電產品，實行機電一體化后的機電產品，主要具有下列幾個方面的優勢：

（1）功能得到大幅增強，且應用范圍更加廣泛。對于實行機電一體化后的產品，其最顯著的優勢特點在于突破了以往產品單一技術與功能方面的限制，把不同技術和功能集為一體，使功能變得更為強大[1]。另外，還能適用更多場合及領域，良好滿足不同用戶的需求，并具有很強的應變能力。

（2）精度得到極大的提升。機電一體化的實行使機構得以簡化，傳動部件大量減少，能顯著降低由于磨損或受力變形等原因造成的誤差，并且在計算機檢測及控制技術的支持下，還能減少由于干擾產生的動態誤差，最終達到傳統技術與設備均無法達到的工作精度。

（3）安全性與可靠性更高。產品通常都具備很多安全功能，如自動監控和報警、自動診斷與保護等，在這些功能的支持下，可以有效防止人身傷害事故，也能使設備更加安全與可靠運行。

（4）改善操作。產品的控制方式從以往的手動變為計算機控制，所有動態參數都能以數字的形式動態顯示，并能提供良好人機界面，省去手柄或按鈕，使設備操作性能得以有效的改善，幫助企業減少用于人員培訓方面的費用，還能避免由于人為操作失誤造成的誤差或威脅。

（5）增強柔性。柔性是指可借助軟件對機器工作程序進行有目的性的更改，進而適應不同的情況和需要[2]。比如，對于工業機器人，它的運動自由度很多，其手爪部分可更換很多種不同的工具，通過對控制程序的更改實現不同的運動姿態及軌跡，進而更好地適應生產，滿足當下越來越多的作業要求。

最后，提高生產能力，保證工作質量。

2 礦山中機電一體化技術具體應用

2.1 機電一體化采礦機

在采礦機方面，機電一體化產品以電牽引采煤機最具代表性，如圖1所示，相比傳統的液壓牽引采礦機，電牽引采礦機具有下列優勢特點：

圖1 電牽引采煤機

（1）牽引性能更好，在前進的過程中提供足夠牽引力，從而更好地克服阻力，在下滑過程中也能實現發電制動。

（2）可以在傾角較大的礦層中使用。在牽引電動機中安裝了停機時能有效避免下滑的制動裝置，由于其制動力矩可以達到電動機自身額定轉矩近2倍，即便礦層傾角達到40°～50°，也能在無須其他防滑措施的情況下正常使用[3]。

（3）可靠性強，壽命長。不同于傳統的液壓牽引方式，電牽引只是電刷與整流子存在一定程度的磨損，而其他元件基本沒有磨損，所以其運行可靠性更強，不容易發生故障，延長設備的使用壽命，減少維修方面的成本和工作量。

（4）反應速度快，有良好的動態特性。采用電控系統可以隨時對各項技術參數進行調整，避免設備超載運行。

（5）設備結構比較簡單，且運行效率高。對于電牽引采礦機，其傳動部分的結構更加簡單，且尺寸小、輕便，僅需一次轉換即可以使電能轉換成機械能，傳動效率可以達到90%以上，而傳統的液壓方式最高不超過70%，這在節能減排方面也有很大的優勢。

2.2 機電一體化輸送機

帶式輸送機因其輸送距離較長、輸送量大且運行穩定，所以是現階段礦物最常用的輸送設備，同時也是機電一體化主要研究熱點之一。當前主要采用的是CST可控軟啟動裝置。該裝置的作用在于為平滑起動提供大慣性載荷，比如為礦山長距離皮帶運輸機專門設計一種軟啟動裝置。一臺輸送機既可以由一個CST控制，也可以由多個控制。因為還沒有從根本上解決動態分析問題與在線監控問題，所以帶式輸送機不能有太多中間驅動點，通常采用三點驅動的方式，但這樣會對輸送機實際長度與運量帶來很大的限制。另外，輸送機普遍缺乏動態監控，加之本身可靠性不高，所以壽命較短，與預期水平還有一定差距[4]。但通過機電一體化改善和升級，這些問題將得到有效解決，不再成為煤礦生產效率和安全的短板。

2.3 機電一體化監測監控系統

井下綜合自動化系統指的是采用包含計算機網絡和光纖通信等在內的各項先進技術建立在環境惡劣、作業人員與機械設備分布分散且安裝要求較高的環境中滿足防爆安全要求的速度可以達到1000Mbps以上的互聯網系統。該系統的核心在于在礦山不同領域建立一個開放協議的工業數字網絡系統，以此實現數據傳輸、安全檢測及各類信息的處理和存儲，為井下管理提供一個完善的信息交互平臺，這對保證生產安全和提高管理水平都有十分重要的作用。按照管控一體化基本思想，可采取三層網絡結構，與各種新理論和技術相結合，并借助現階段成熟可靠的自動化產品，使礦井的每個生產環節都能實現信息化，并將現有和正處在建設狀態的礦井都集成在一個統一平臺上，以此形成一個完整機體[5]。采用以上這種簡單清晰的網絡結構，并輔以以太網協議，能使系統運行更加高效與可靠。

2.4 機電一體化礦井支護

目前，液壓支架正在向電液控制領域不斷發展，通過對計算機和液壓控制兩項技術的結合，既可以實現成組自動移架，也能做到定壓雙向鄰架，這樣能從根本上防止對頂板或支架造成太大的沖擊。比如從美國與德國進口的新型電液控制支架，其移架速度基本都保持在6～8s/架，某些情況下甚至可以達到3s/架，同時還能動態檢測支架實際工作狀態[6]。對于礦山供電，對可靠性的要求往往更高，以此滿足一系列大功率設備運行要求?；诖?，應不斷研發和推廣具有較高節能水平的產品。比如，為高壓開關柜選擇真空開關時，應優先考慮維護量較少且使用壽命更長的類型；通過對就地補償與集中補償兩者充分結合，能起到提高功率因數的作用，減少整個供電系統中的無功電流，進而避免產生太大的無功損耗。另外，現在很多高壓與低壓開關柜都引入微機保護，提供網絡功能，進而實現遠程狀態下的四遙。早在2009年末，某集團就成功研發了新一代采用電液控制方式的大采高支架（其型號為ZY17000/33/75D），正常運行時工作阻力可以達到17000kN，可提供1.46MPa左右的支護強度，最大支護高度可以達到7.5m，創造當時的世界紀錄。這一新型支架的出現和使用，標志著我國礦物生產機械設備自主研發能力取得大幅提升，且相應的制造技術和綜合實力也都達到了國際領先的水平，能為我國今后開采更復雜的礦層提供可靠支撐，進一步拉近了和高產高效綜合機械化開采目標的距離[7]。

3 結語

綜上所述，機電一體化技術的出現和應用從根本上改變了礦山的生產與管理，不僅能提高礦山生產效率，還能為整個生產過程的監控及管理提供有效的技術解決方案，同時還能為條件更復雜、難度更高的礦層開采提供技術支持，從而促進我國礦產事業的發展，適應各行業領域發展對礦產資源提出的新需要。