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淺析機電一體化技術(shù)在煤礦的應(yīng)用論文
“機電一體化”(Mechatronics)這個名詞起源于日本。日本《機械設(shè)計》雜志1984年增刊文章中指出：“機電一體化就是利用微電子技術(shù)，最大限度地發(fā)揮機械能力的一種技術(shù)”。日本機械振興協(xié)會經(jīng)濟(jì)研究所1981年3月的解釋是：“機電一體化乃是機械的主要功能、動力功能、信息功能和控制功能上引進(jìn)微電子技術(shù)，并將機械裝置與電子裝置相關(guān)軟件有機結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱”。概括地講：機電一體化是機械工程學(xué)與電子學(xué)在機械產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)中的有機結(jié)合，是微電子技術(shù)和信息處理技術(shù)最大限度地融入機械本體的結(jié)果。由于微電子技術(shù)的迅速發(fā)展和應(yīng)用，產(chǎn)生了第三次技術(shù)革命，出現(xiàn)了一系列具有各種優(yōu)異功能的技術(shù)和產(chǎn)品，使機電設(shè)備的面貌一新。國內(nèi)外大量實踐證明：發(fā)展機電一體化，是開發(fā)新產(chǎn)品、改造老設(shè)備行之有效的技術(shù)措施。
機電一體化技術(shù)就是機械、計算機、信息處理和自動控制技術(shù)綜合運用的復(fù)合技術(shù)。機電一體化技術(shù)順應(yīng)了當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展的規(guī)律，顯示了強大的生命力。由于煤炭生產(chǎn)是將數(shù)百、數(shù)千萬噸煤炭從地層深處采掘、運送到地面，因此需采用大量的機電設(shè)備才能實現(xiàn)這一目標(biāo)，而采用機電一體化產(chǎn)品則是實現(xiàn)高產(chǎn)高效的最好選擇。機電一體化將機械與電子技術(shù)融為一體，使物流、能流、信息流融為一體。近年來，隨著微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、軟件技術(shù)、傳感器技術(shù)和自動化技術(shù)的飛快發(fā)展，信息流成為機電一體化的主要特色。其產(chǎn)品實現(xiàn)自動化、數(shù)字化、智能化，在性能和功能方面均實現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。例如，英國、日本、美國和我國煤機廠生產(chǎn)的電牽引采煤機，都裝備了以計算機為核心的控制和工況檢測與故障診斷系統(tǒng)。它是由安裝在采煤機上的計算機，配合多種傳感器，對采煤機的運行工況及參數(shù)進(jìn)行采集、處理、顯示、存貯和運輸，提供操作指導(dǎo)或控制采煤機作出相應(yīng)的處理，并對電機、軸承等部件進(jìn)行故障自動診斷。這不僅大大提高了采煤機的開機率，而且可以保證設(shè)備在最佳狀態(tài)下工作。液壓支架則向電液控制方向發(fā)展，將計算機技術(shù)與液壓控制有機結(jié)合，實現(xiàn)定壓雙向鄰架或成組自動移架，避免對頂板和支架產(chǎn)生沖擊載荷。我國神華集團(tuán)大柳塔礦采用從德國和美國引進(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支架的工作狀態(tài)。此外，引進(jìn)的工作面供電設(shè)備采用了微機控制技術(shù)，實現(xiàn)故障查尋、閉鎖、先導(dǎo)保護(hù)和控制功能，也是一種典型的機電一體化產(chǎn)品。
煤礦運輸設(shè)備的機電一體化進(jìn)程也十分迅速。由于帶式輸送機已成為我國煤流運輸?shù)闹饕O(shè)備，因此，近幾年來帶式輸送機的機電一體化成為重點研究對象，并取得可喜的成績。引進(jìn)的電液控制軟啟動(CST技術(shù))，在機電一體化技術(shù)的應(yīng)用方面達(dá)到很高水平。它利用計算機與液壓技術(shù)相結(jié)合，不僅具有良好的啟動、停車、調(diào)速和功率平衡等功能，而且能檢測設(shè)備各部分的工況，對不正常狀態(tài)進(jìn)行保護(hù)，顯示故障類型，該設(shè)備在大柳塔礦應(yīng)用效果良好。
我國研制成功的鋼絲繩帶式輸送機全數(shù)字控制系統(tǒng)，具有完善的保護(hù)和自診功能，已有十余套在全國高產(chǎn)高效礦井中應(yīng)用，良好的性能受到用戶的歡迎。帶式輸送機配合傳感器形成完整的帶式輸送機自動化裝置，其中KJ42-1型帶式輸送機控制裝置還具有顯示和通信功能，在兗州興隆莊礦實現(xiàn)了地面遠(yuǎn)程集中控制井下膠帶機運輸。該系統(tǒng)投入使用后，減少了33名崗位工，帶式輸送機運力從1000t/h提高到1200t/h，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。礦井提升機是實現(xiàn)機電一體化較好的礦山大型設(shè)備，全數(shù)字化，交、直流提升機。尤其是內(nèi)裝式提升機，從結(jié)構(gòu)上將滾筒和驅(qū)動合為一個整體，機械結(jié)夠大大簡化，是典型的機電一體化設(shè)備，充分體現(xiàn)了機械-電力電子-計算機-自動控制的綜合體。全數(shù)字提升機高度可靠，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，以及簡單而快速的通信功能;采用總線方式，大大簡化電氣安裝;硬件配置簡單，互相兼容，零備件少;可以方便地實現(xiàn)軟啟動、軟件控制和改變瞬間加速度�！熬盼濉逼陂g，國產(chǎn)全數(shù)字化直流提升機已成為煤礦提升機的首選機型。我國研制成功的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的全數(shù)字化直流提升機，其核心部分ASCS是由雙CPU構(gòu)成的計算機系統(tǒng)。
此外，我國還應(yīng)用SIMADYND和S7研制成功了第一臺交-交變頻器供電的交流提升機。該系統(tǒng)2000年11月在焦作古漢山礦投入運行，情況良好。由于采用了計算機技術(shù)，提升機的安全保護(hù)系統(tǒng)更為完善。其特點是：采用兩臺計算機裝置，每臺都有自己獨立的測量、傳感裝置和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。它們同步工作，互相檢測，互為備用，對提升行程實現(xiàn)直接測量和間接測量容器位置相結(jié)合的方式，對兩者進(jìn)行比較、校正，實現(xiàn)行程自動控制。由于采用了計算機對安全回路、制動回路、電源和驅(qū)動回路進(jìn)行實時檢測，實現(xiàn)故障記憶，因此提升機安全性能大大提高。
此外，機器人也是一種典型的機電一體化產(chǎn)品。世界各國都十分重視煤礦機器人的研究，例如美國、英國研究的無人工作面，其設(shè)備操控均實現(xiàn)機器人化;日本研究的帶式輸送機巡檢機器人，我國研究的噴漿機器人和機器人化自動鉆機等等，都是先進(jìn)的研究成果。由于煤礦工作環(huán)境惡劣、自然條件復(fù)雜，上述煤礦機器人達(dá)到實用階段，還需要做許多工作。盡管如此，煤礦機器人仍然是煤礦機電一體化技術(shù)今后研究的重點之一。
機電一體化產(chǎn)品是綜合各項高新技術(shù)于一體的復(fù)雜產(chǎn)品，而其主要支撐技術(shù)：微電子、計算機、自動控制、人工智能、傳感產(chǎn)品可靠性等等，都是當(dāng)今迅速發(fā)展的學(xué)科。
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