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基于機電一體化技術在煤礦生產中的應用
摘要: 本文對機電一體化技術進行了概述, 簡要介紹了機電一體化技術的發展歷程和趨勢, 論述了機電一體化技術的研究在煤礦生產中的重要意義, 重點介紹了機電一體化技術在煤礦生產中的應用。
關鍵詞:煤礦 機電一體化 意義 應用
1 機電一體化技術的概述“ 機電一體化”(Mechatronics)是集機械、電子、計算機和信息技術等多種技術有機結合的一門交叉綜合技術。機電一體化是在機械的主功能、動力功能和控制功能上引進計算機和電子技術,將機械裝置和電子設備以及軟件等緊密結合起來,相互滲透,相互融合而形成的一門新興的綜合技術。它的本質不僅是單純地利用電子技術來簡化或替代機械,更重要的是將機械系統、微電子和計算機技術、信息技術組成了最佳系統。
機電一體化技術具有下述優勢:提高使用的安全性和可靠性、改善使用性能。機電一體化產品均具有自動監視、報警、診斷等功能,大大簡化了操作步驟并且簡單、方便;適用面廣、生產能力強、工作質量高。機電一體化產品的各種自動功能適用于不同的場合和領域,應變能力強,很大程度提高了控制和檢測的靈敏度和精度;具有復合功能、調整和維護方便。機電一體化產品具有復合技術和復合功能,它的它的自動化檢驗和自動監視功能可對工作過程中出現的故障自動采取措施,使工作恢復正常。
2 機電一體化技術的發展歷程和趨勢總體說來,機電一體化技術經歷了四個發展階段:準備階段,計算機的出現標準著機電一體化技術的產生。上個世紀六十年代,日本首先提出這個名詞,但是限于當時的技術水平,該技術無法得到廣泛的推廣和應用;起步階段,信息技術,微電子技術的發展成熟和第四代電子產品的商品化是機電一體化這一設想變成了現實,在這一時期,機電一體化的影響不斷擴大,并取得了較大發展;發展時期,進入八十年代,機電一體化技術已為全世界學者所囑目,機電一體化技術和產品已像雨后春筍般出現;蓬勃發展時期,九十年代至今,各種新技術出現并取得突破性的發展,日新月異的變化使機電一體化技術和產品擴展到人們生活的各個領域。
我國制造的機電一體化產品都具有智能化、程序化、信息化的特點,以及設備體積小、操作、維護方便、保護齊全、性能可靠等優點,機電一體化產品的廣泛應用減輕了勞動強度,提高了生產力水平,創造了巨大的經濟和社會效益。然而,我國的機電一體化技術與發達國家相比差距還很大,其未來的發展趨勢是:
開發有自主知識產權的核心技術,研究具有自主知識產權的核心裝置;增加產品的通信功能,以適應綜合自動化的需要;開發以微處理器和微機為基礎的礦井設備工況和健康監測以及微處理器、計算機和專家系統的應用等;機器人仍然是機電一體化技術今后研究的重點之一。
3 機電一體化技術的研究在煤礦生產中的重要意義3.1 提高勞動效率機電一體化產品的應用使過去落后的生產方式得到極大的改變,大量新型自動化電子設備的使用徹底轉變了煤礦的作業模式,明顯降低了工人的勞動強度,大幅提升了勞動生產率,極大地提高了勞動效率。
3.2 提高了勞動安全保障傳統的煤礦工作環境非常惡劣,在潮濕、充滿煤塵的環境中長時間、高負荷地工作嚴重影響到礦工的身體健康和生活質量,某些情況下還會危及到他們的人身安全。采用機電一體化設備進行煤炭的采掘、運輸、提升等,不僅可以使礦工從繁重的體力勞動中解脫出來,而且還能降低發生事故和危險的幾率,防止工傷和職業病的發生,保證了礦工的生命安全。
3.3 增加了經濟效益和礦工的勞動收入煤礦機電一體化技術的運用使得煤炭的產量大幅提高,增加了企業的經濟效益,同樣使礦工的勞動收入有所提高,改善礦工的生活質量。煤礦企業的快速發展帶動了其它相關行業的快速發展,對地方經濟的快速發展起到積極的推動作用。
4 機電一體化技術在煤礦中的應用4.1 機電一體化技術在采煤機中的應用機電一體化技術在采煤機的一個典型應用就是電牽引采煤機。它具有許多液壓牽引采煤機不具備的優勢和特點:良好的牽引特性。在采煤機前進時它可以提供牽引力,在采煤機下滑時它還可以進行發電制動;可用于大傾角煤層。牽引電動機軸端裝有停機時防止機器下滑的制動器,可用在40°～50°傾角的煤層,而不需要其它防滑裝置;運行可靠,使用壽命長。與液壓牽引不同是電牽引采煤機除電動機的電刷和整流子有磨損外,其它元件沒有磨損,因此運行可靠,使用壽命長,維修量小;反應靈敏,動態特性好;結構簡單、效率高。電牽引采煤機機械傳動結構輕便簡單,只做一次轉換電能轉換為機械能,轉換效率可高達99%,而液壓采煤機的電能轉換機械能的轉換效率只有65%～70%左右。
4.2 機電一體化技術在提升機中的應用目前煤礦機電一體化、自動化水平最高的設備是礦井提升機,為全數字化交直流提升機。尤其是內裝式提升機,在結構上將滾筒和驅動合二為一,大大簡化了機械結構,充分體現了機械～電力電子～計算機～自動控制的綜合體。而全數字化提升機高度可靠,采用總線方式,使電器安裝大大簡化,此外,硬件配置簡單,互相兼容。我國研制成功的具有自主知識產權的全數字化提升機,其核心部分ASCS是由雙CPU構成的計算機系統,其性能先進、操作簡便、準確可靠。
4.3 機電一體化技術在帶式輸送機中的應用帶式輸送機是我國煤礦井下輸送系統的主要運輸設備,具有長距離連續輸送、輸送量大、運行可靠、效率高和易于實現自動化等特點。因此,近幾年來帶式輸送機已成為機電一體化技術的研究重點。目前主要采用機、電、液一體化的CST可控軟啟動裝置。它是一種專門為煤炭或金屬礦石的長距離皮帶運輸機而設計的軟驅動裝置。一條皮帶運輸機可以由一臺或幾臺CST驅動。由于尚未解決動態分析和在線監控技術以及啟動延遲技術,我國帶式輸送機一般為3點驅動,對輸送機的單機長度和運量存在一定的限制。而且,輸送機的監控設備的功能、可靠性、靈敏度和壽命都與發達國家相比存在顯著的差距。
4.4 其他煤礦機電一體化設備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。煤礦供電要求是供電要可靠,質量要高,能滿足大功率設備。因此應該推廣節能型產品。高壓開關柜采用維護量小,使用壽命長的真空開關。目前高、低開關柜普遍采用了“微機保護”,具備網絡功能,可以實現遠程遙控、遙測、遙信和遙調。
機電一體化技術是企業信息化的重要支撐技術,目前已經成為礦山綜合自動化的基礎。機電一體化技術在煤礦采、掘、運裝備的應用和推廣,極大地提升了我國煤礦生產的綜合實力,為實現高效、安全、潔凈、結構優化的煤炭工業生產打下了扎實的基礎。
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