淺析機電一體化技術在煤礦的應用論文
“機電一體化”(Mechatronics)這個名詞起源于日本。日本《機械設計》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，最大限度地發揮機械能力的一種技術”。日本機械振興協會經濟研究所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微電子技術，并將機械裝置與電子裝置相關軟件有機結合而構成系統的總稱”。概括地講：機電一體化是機械工程學與電子學在機械產品設計開發中的有機結合，是微電子技術和信息處理技術最大限度地融入機械本體的結果。由于微電子技術的迅速發展和應用，產生了第三次技術革命，出現了一系列具有各種優異功能的技術和產品，使機電設備的面貌一新。國內外大量實踐證明：發展機電一體化，是開發新產品、改造老設備行之有效的技術措施。
機電一體化技術就是機械、計算機、信息處理和自動控制技術綜合運用的復合技術。機電一體化技術順應了當今科學技術發展的規律，顯示了強大的生命力。由于煤炭生產是將數百、數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備才能實現這一目標，而采用機電一體化產品則是實現高產高效的最好選擇。機電一體化將機械與電子技術融為一體，使物流、能流、信息流融為一體。近年來，隨著微電子技術、計算機技術、軟件技術、傳感器技術和自動化技術的飛快發展，信息流成為機電一體化的主要特色。其產品實現自動化、數字化、智能化，在性能和功能方面均實現了質的飛躍。例如，英國、日本、美國和我國煤機廠生產的電牽引采煤機，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。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進行采集、處理、顯示、存貯和運輸，提供操作指導或控制采煤機作出相應的處理，并對電機、軸承等部件進行故障自動診斷。這不僅大大提高了采煤機的開機率，而且可以保證設備在最佳狀態下工作。液壓支架則向電液控制方向發展，將計算機技術與液壓控制有機結合，實現定壓雙向鄰架或成組自動移架，避免對頂板和支架產生沖擊載荷。我國神華集團大柳塔礦采用從德國和美國引進的電液控制的支架，移架速度為6-8s/架，最快的移架速度達3s/架。電液控制裝置還可檢測支架的工作狀態。此外，引進的工作面供電設備采用了微機控制技術，實現故障查尋、閉鎖、先導保護和控制功能，也是一種典型的機電一體化產品。
煤礦運輸設備的機電一體化進程也十分迅速。由于帶式輸送機已成為我國煤流運輸的主要設備，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。引進的電液控制軟啟動(CST技術)，在機電一體化技術的應用方面達到很高水平。它利用計算機與液壓技術相結合，不僅具有良好的啟動、停車、調速和功率平衡等功能，而且能檢測設備各部分的工況，對不正常狀態進行保護，顯示故障類型，該設備在大柳塔礦應用效果良好。
我國研制成功的鋼絲繩帶式輸送機全數字控制系統，具有完善的保護和自診功能，已有十余套在全國高產高效礦井中應用，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了地面遠程集中控制井下膠帶機運輸。該系統投入使用后，減少了33名崗位工，帶式輸送機運力從1000t/h提高到1200t/h，取得了良好的經濟效益和社會效益。礦井提升機是實現機電一體化較好的礦山大型設備，全數字化，交、直流提升機。尤其是內裝式提升機，從結構上將滾筒和驅動合為一個整體，機械結夠大大簡化，是典型的機電一體化設備，充分體現了機械-電力電子-計算機-自動控制的綜合體。全數字提升機高度可靠，具有可重復性故障尋址、完整的診斷設施和自診斷功能，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;可以方便地實現軟啟動、軟件控制和改變瞬間加速度。“九五”期間，國產全數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權的全數字化直流提升機，其核心部分ASCS是由雙CPU構成的計算機系統。
此外，我國還應用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，提升機的安全保護系統更為完善。其特點是：采用兩臺計算機裝置，每臺都有自己獨立的測量、傳感裝置和數據處理系統。它們同步工作，互相檢測，互為備用，對提升行程實現直接測量和間接測量容器位置相結合的方式，對兩者進行比較、校正，實現行程自動控制。由于采用了計算機對安全回路、制動回路、電源和驅動回路進行實時檢測，實現故障記憶，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，其設備操控均實現機器人化;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，都是先進的研究成果。由于煤礦工作環境惡劣、自然條件復雜，上述煤礦機器人達到實用階段，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今后研究的重點之一。
機電一體化產品是綜合各項高新技術于一體的復雜產品，而其主要支撐技術：微電子、計算機、自動控制、人工智能、傳感產品可靠性等等，都是當今迅速發展的學科。
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