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淺析機(jī)電一體化技術(shù)在煤礦的應(yīng)用論文
“機(jī)電一體化”(Mechatronics)這個(gè)名詞起源于日本。日本《機(jī)械設(shè)計(jì)》雜志1984年增刊文章中指出：“機(jī)電一體化就是利用微電子技術(shù)，最大限度地發(fā)揮機(jī)械能力的一種技術(shù)”。日本機(jī)械振興協(xié)會(huì)經(jīng)濟(jì)研究所1981年3月的解釋是：“機(jī)電一體化乃是機(jī)械的主要功能、動(dòng)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(jī)械裝置與電子裝置相關(guān)軟件有機(jī)結(jié)合而構(gòu)成系統(tǒng)的總稱”。概括地講：機(jī)電一體化是機(jī)械工程學(xué)與電子學(xué)在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)中的有機(jī)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(jī)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(jī)電設(shè)備的面貌一新。國(guó)內(nèi)外大量實(shí)踐證明：發(fā)展機(jī)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(jī)電一體化技術(shù)就是機(jī)械、計(jì)算機(jī)、信息處理和自動(dòng)控制技術(shù)綜合運(yùn)用的復(fù)合技術(shù)。機(jī)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(qiáng)大的生命力。由于煤炭生產(chǎn)是將數(shù)百、數(shù)千萬(wàn)噸煤炭從地層深處采掘、運(yùn)送到地面，因此需采用大量的機(jī)電設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，而采用機(jī)電一體化產(chǎn)品則是實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的最好選擇。機(jī)電一體化將機(jī)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(lái)，隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件技術(shù)、傳感器技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)的飛快發(fā)展，信息流成為機(jī)電一體化的主要特色。其產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化，在性能和功能方面均實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。例如，英國(guó)、日本、美國(guó)和我國(guó)煤機(jī)廠生產(chǎn)的電牽引采煤機(jī)，都裝備了以計(jì)算機(jī)為核心的控制和工況檢測(cè)與故障診斷系統(tǒng)。它是由安裝在采煤機(jī)上的計(jì)算機(jī)，配合多種傳感器，對(duì)采煤機(jī)的運(yùn)行工況及參數(shù)進(jìn)行采集、處理、顯示、存貯和運(yùn)輸，提供操作指導(dǎo)或控制采煤機(jī)作出相應(yīng)的處理，并對(duì)電機(jī)、軸承等部件進(jìn)行故障自動(dòng)診斷。這不僅大大提高了采煤機(jī)的開機(jī)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(jì)算機(jī)技術(shù)與液壓控制有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)定壓雙向鄰架或成組自動(dòng)移架，避免對(duì)頂板和支架產(chǎn)生沖擊載荷。我國(guó)神華集團(tuán)大柳塔礦采用從德國(guó)和美國(guó)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(cè)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(jī)控制技術(shù)，實(shí)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(jī)電一體化產(chǎn)品。
煤礦運(yùn)輸設(shè)備的機(jī)電一體化進(jìn)程也十分迅速。由于帶式輸送機(jī)已成為我國(guó)煤流運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備，因此，近幾年來(lái)帶式輸送機(jī)的機(jī)電一體化成為重點(diǎn)研究對(duì)象，并取得可喜的成績(jī)。引進(jìn)的電液控制軟啟動(dòng)(CST技術(shù))，在機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用方面達(dá)到很高水平。它利用計(jì)算機(jī)與液壓技術(shù)相結(jié)合，不僅具有良好的啟動(dòng)、停車、調(diào)速和功率平衡等功能，而且能檢測(cè)設(shè)備各部分的工況，對(duì)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(guó)研制成功的鋼絲繩帶式輸送機(jī)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(guó)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(jī)配合傳感器形成完整的帶式輸送機(jī)自動(dòng)化裝置，其中KJ42-1型帶式輸送機(jī)控制裝置還具有顯示和通信功能，在兗州興隆莊礦實(shí)現(xiàn)了地面遠(yuǎn)程集中控制井下膠帶機(jī)運(yùn)輸。該系統(tǒng)投入使用后，減少了33名崗位工，帶式輸送機(jī)運(yùn)力從1000t/h提高到1200t/h，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。礦井提升機(jī)是實(shí)現(xiàn)機(jī)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(jī)。尤其是內(nèi)裝式提升機(jī)，從結(jié)構(gòu)上將滾筒和驅(qū)動(dòng)合為一個(gè)整體，機(jī)械結(jié)夠大大簡(jiǎn)化，是典型的機(jī)電一體化設(shè)備，充分體現(xiàn)了機(jī)械-電力電子-計(jì)算機(jī)-自動(dòng)控制的綜合體。全數(shù)字提升機(jī)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(jiǎn)單而快速的通信功能;采用總線方式，大大簡(jiǎn)化電氣安裝;硬件配置簡(jiǎn)單，互相兼容，零備件少;可以方便地實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)、軟件控制和改變瞬間加速度。“九五”期間，國(guó)產(chǎn)全數(shù)字化直流提升機(jī)已成為煤礦提升機(jī)的首選機(jī)型。我國(guó)研制成功的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全數(shù)字化直流提升機(jī)，其核心部分ASCS是由雙CPU構(gòu)成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。
此外，我國(guó)還應(yīng)用SIMADYND和S7研制成功了第一臺(tái)交-交變頻器供電的交流提升機(jī)。該系統(tǒng)2000年11月在焦作古漢山礦投入運(yùn)行，情況良好。由于采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)，提升機(jī)的安全保護(hù)系統(tǒng)更為完善。其特點(diǎn)是：采用兩臺(tái)計(jì)算機(jī)裝置，每臺(tái)都有自己獨(dú)立的測(cè)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(cè)，互為備用，對(duì)提升行程實(shí)現(xiàn)直接測(cè)量和間接測(cè)量容器位置相結(jié)合的方式，對(duì)兩者進(jìn)行比較、校正，實(shí)現(xiàn)行程自動(dòng)控制。由于采用了計(jì)算機(jī)對(duì)安全回路、制動(dòng)回路、電源和驅(qū)動(dòng)回路進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)故障記憶，因此提升機(jī)安全性能大大提高。
此外，機(jī)器人也是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。世界各國(guó)都十分重視煤礦機(jī)器人的研究，例如美國(guó)、英國(guó)研究的無(wú)人工作面，其設(shè)備操控均實(shí)現(xiàn)機(jī)器人化;日本研究的帶式輸送機(jī)巡檢機(jī)器人，我國(guó)研究的噴漿機(jī)器人和機(jī)器人化自動(dòng)鉆機(jī)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(jī)器人達(dá)到實(shí)用階段，還需要做許多工作。盡管如此，煤礦機(jī)器人仍然是煤礦機(jī)電一體化技術(shù)今后研究的重點(diǎn)之一。
機(jī)電一體化產(chǎn)品是綜合各項(xiàng)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(jì)算機(jī)、自動(dòng)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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