煤礦工程機械中機電一體化的科學(xué)運用

蘆景英

（中共平頂山天安煤業(yè)股份有限公司五礦,河南 平頂山 467000）

近年來，隨著生產(chǎn)工作持續(xù)的向深部方向發(fā)展，煤礦對生產(chǎn)的控制水平、實現(xiàn)規(guī)模、工作效率和效果的要求也越來越高。在這種情況下，煤炭工程機械的使用和性能就成為實現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵所在。但是，為了達(dá)到這一目標(biāo)，單純的依靠機械技術(shù)與液壓技術(shù)使顯然不夠的，無法在現(xiàn)有的條件下扭轉(zhuǎn)局面，也無法在既定的時期內(nèi)實現(xiàn)目標(biāo)。因此，有必要將電子控制技術(shù)，即“機電一體化”技術(shù)引入到相關(guān)的作業(yè)范圍，提升工作效率。機電一體化屬于機械電子工程學(xué)范疇，是一門典型的較差學(xué)科，它涉及到微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)、自動控制技術(shù)、機械技術(shù)、液壓技術(shù)等，并將這些技術(shù)進(jìn)行整合，使其發(fā)揮更為廣泛和高效的功能。在煤礦的生產(chǎn)作業(yè)中，加入了機電一體化的工程機械在性能和自動化方面都將得到不同程度的提高，也將會對煤礦的供電、排水、通風(fēng)、提升等作業(yè)提供有效的支持。而在現(xiàn)代煤礦工程中，機械性能的優(yōu)劣、是否具有較高的經(jīng)濟(jì)型等因素，能夠?qū)γ旱V工程的效率和效果產(chǎn)生直接而重要的影響。而機電一體化水平的高低以及其質(zhì)量和性能的優(yōu)劣，又與煤礦工程機械的動力性、可靠性、高效性、穩(wěn)定性直接相關(guān)。因此，在煤礦工程機械中引入機電一體化技術(shù)和思想，對提升煤礦工程作業(yè)效率與質(zhì)量是十分必要的。本文從這一視角出發(fā)，對煤礦工程機械中機電一體化的應(yīng)用問題進(jìn)行了研究，分析了煤礦工程機械機電一體化的含義、意義和功能，探討了煤礦工程機械中機電一體化的設(shè)計與應(yīng)用。

1 煤礦工程機械機電一體化的含義、意義和作用

1.1 煤礦工程機械機電一體化概述

隨著科學(xué)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展和社會進(jìn)程的不斷加快，生產(chǎn)企業(yè)對資源的配置效率和效果直接關(guān)系到企業(yè)的存在價值。對煤礦企業(yè)而言，其工程機械性能的高低，直接影響著其參與市場競爭的能力。在這種情況下，各類電子控制裝置開始深入到煤礦企業(yè)之中，其中機電一體化技術(shù)在煤礦工程機械上的應(yīng)用開始顯現(xiàn)了良好的效果。作為機械工程、電子技術(shù)與液壓控制技術(shù)等多項技術(shù)的有機結(jié)合，煤礦機電一體化技術(shù)能夠在很大程度上提高煤礦工程機械的工作效率，優(yōu)化其性能。

1.2 煤礦工程機械機電一體化的意義

煤礦工程機械機電一體化的意義主要表現(xiàn)在以下方面：（1）機電一體化應(yīng)用于煤礦工程機械能夠使其更加堅固和耐用，并且在需要維修時，能夠通過簡單的程序方便和低成本的進(jìn)行；（2）通過應(yīng)用機電一體化，煤礦工程機械的生產(chǎn)效率得到了大幅度的提高，需要的能夠也得到了不同程度的減低；（3）由于機電一體化技術(shù)的使用，煤礦工程機械的自動化程度實現(xiàn)了較大的突破，并且操作的過程相對簡單，施工的質(zhì)量和精度都有了更為堅實的保證；（4）機電一體化使得煤礦機械的性能更加穩(wěn)定，工作的可靠性和安全性更高，使用壽命也得到了有效的延長；（5）在煤礦工程機械中應(yīng)用機電一體化技術(shù)，能夠有效的減低運行的成本，其經(jīng)濟(jì)性相對突出，能夠節(jié)約大量的生產(chǎn)和運行成本；（6）由于機電一體化技術(shù)的引入，工人的勞動強度實現(xiàn)的了明顯的降低，同時也改善了操作員的工作條件，這對工人來說是有一定的激勵作用的。

1.3 煤礦工程機械機電一體化的作用

煤礦工程機械機電一體化的作用主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）在煤炭工程機械中加入機電一體化技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)實時的在線狀態(tài)監(jiān)視，對機械故障能偶實現(xiàn)自查、自診，及時報警，有效的減少了停機和維修的時間；（2）有利于勞動安全保障。在煤礦工程機械中引入機電一體化技術(shù)，能夠?qū)Σ删颉⑻嵘?、運輸?shù)让旱V工程產(chǎn)生積極的促進(jìn)作用，不但能夠有效的減輕礦工的工作負(fù)擔(dān)和勞累程度，還能夠使安全保障系數(shù)獲得一定程度的提升，降低各種安全事故的發(fā)生概率，這對保障礦工的生命安全是十分重要的；（3）與傳統(tǒng)的煤礦工程機械相比，應(yīng)用機電一體化技術(shù)的煤礦工程機械使煤礦的生產(chǎn)方式發(fā)生了較大的變化，尤其是同時應(yīng)用了微處理技術(shù)與自動化技術(shù)的煤礦工程機械產(chǎn)品，其勞動效率得到了明顯的提高，這對提升煤礦企業(yè)的產(chǎn)品產(chǎn)量是有重要作用的；（4）在煤礦企業(yè)快速發(fā)展的時代背景下，將機電一體化技術(shù)引入到工程機械之中，能夠有效的帶動煤炭企業(yè)的周邊行業(yè)獲得快速的發(fā)展，而這將對區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到重要的促進(jìn)作用。

2 煤礦工程機械機電一體化的功能原理

2.1 通過計算機技術(shù)的引入提高生產(chǎn)過程的安全性

對煤礦工程而言，生產(chǎn)過程的安全性是第一位的，為了最大限度的實現(xiàn)這一點，可以將機電一體化中的計算機技術(shù)引入其中。這樣一來，煤礦工程機械的運行變得相對安全，因其可以通過傳感器對工程機械各部位的狀態(tài)進(jìn)行實時的監(jiān)測；同時，能夠通過計算機對作業(yè)狀態(tài)進(jìn)行判斷，以聲音等形式進(jìn)行報警并自動熄火停車，提示相關(guān)的工作人員做好應(yīng)對的準(zhǔn)備，降低作業(yè)的危險性和因危險而帶來的損失。比如，可以通過計算機對傳感器輸入的信息進(jìn)行實時處理，如果作業(yè)過程出現(xiàn)危險，就能夠及時的發(fā)出警報等。

2.2 通過節(jié)約能源和凈化排氣提高工作的效率

在煤炭工程機械中引入機電一體化技術(shù)之后，能夠節(jié)約能源和凈化排氣提高工作的效率。比如，與傳統(tǒng)的工程機械相比，它能夠充分、有效、最大化的發(fā)揮柴油機的輸出功率，使柴油實現(xiàn)幾乎于完全的燃燒，并在這一過程中對排除的廢氣進(jìn)行凈化，同時實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的提升。此外，在電子技術(shù)的作用下，柴油機在輸出能量時，其損失的部分大大減少，因其能夠根據(jù)負(fù)荷情況對柴油機的油門進(jìn)行自動的調(diào)節(jié)；在工作環(huán)境方面，新技術(shù)的引入能夠?qū)ㄖ囟冗M(jìn)行自動冷卻，使風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速與溫度的變化相適應(yīng)，以此實現(xiàn)節(jié)能的目的。在比如，機電一體化的過程還能夠減小電子液壓泵的系統(tǒng)能耗，使工程機械的動力性、經(jīng)濟(jì)性和效率得到大幅的提高。

2.3 通過新技術(shù)的引入提高工程機械的操縱性能

將機電一體化技術(shù)用于煤礦工程機械后，改變了以往純機械式操縱系統(tǒng)的操作精度，使得操縱的精細(xì)化和自動化得以實現(xiàn)，那些復(fù)雜而又需要高度熟練的操縱變得更加的簡單易行。更為重要的是，在新技術(shù)的帶領(lǐng)下，煤礦工程機械最終實現(xiàn)了無人駕駛和遠(yuǎn)距離操縱，無論是在環(huán)境復(fù)雜的區(qū)域還是相對危險的工作場所，都能夠通過智能的推土機、機器人、挖掘機和掘進(jìn)機等進(jìn)行自動作業(yè)，這不但提高了工作的效率，也是作業(yè)的開展更加全面和徹底。

3 煤礦工程機械中機電一體化的設(shè)計與應(yīng)用

3.1 在礦井提升機中的應(yīng)用

在煤礦的采煤過程中，采用全數(shù)字化的方式的礦井提升機被看做是實現(xiàn)煤礦工程機械機電一體化的重要大型設(shè)備，尤其是“內(nèi)裝式提升機”，但從結(jié)構(gòu)上將，它將滾筒和驅(qū)動集合成了一個整體，這不但極大的簡化了機械的結(jié)構(gòu)，提升了其性能，還充分體現(xiàn)了“機械-電力電子-計算機-自動控制”的完美結(jié)合。同時，這種全數(shù)字式的提升機的可靠性極高，能夠連續(xù)的進(jìn)行可重復(fù)性故障尋址，能夠完成完整的設(shè)施診斷與自診斷；同時，該提升機還能夠與外界進(jìn)行簡單、快速的通信，兼容性強，方便啟動和控制。

3.2 在支護(hù)設(shè)備中的應(yīng)用

作為煤礦機械化采煤工作面的支護(hù)設(shè)備，液壓支架已經(jīng)朝向了“電液控制”方向發(fā)展，在這一過程中，機電一體化中的計算機技術(shù)和液壓控制實現(xiàn)了有機的結(jié)合，能夠有效避免對頂板與支架所產(chǎn)生的沖擊載荷。其中，乳化液泵站還能夠為液壓支護(hù)設(shè)備提供高壓液體，高壓能力和大流量的供液能力都相對較強，同時，還能夠依據(jù)工作面的液壓支護(hù)設(shè)備的用液量，對供液量進(jìn)行自動的調(diào)節(jié)。

3.3 在礦井安全生產(chǎn)監(jiān)測中的應(yīng)用

煤礦的安全生產(chǎn)監(jiān)測指的是在線監(jiān)控、自動報警和故障自診等，也就是對煤礦工程機械的電動機、傳動系統(tǒng)、工作裝置、制動系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)所進(jìn)行的在線運行狀態(tài)監(jiān)控，對出現(xiàn)的故障能夠做到及時的報警，準(zhǔn)確的指出故障的部位，并在一定程度上進(jìn)行自動修復(fù)等。經(jīng)過多年的實踐和探索，我國煤礦工程機械的安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)正在發(fā)揮應(yīng)有的作用，為煤礦的安全生產(chǎn)和經(jīng)營管理起到了不可估量的重要作用。這樣一來，機械操作員的工作條件不但得到了改善，機械的工作效率也得到了提高，維修費用出現(xiàn)了明顯的降低，提升了作業(yè)效率。

3.4 在帶式輸送機中應(yīng)用

在煤礦工程機械的作業(yè)中，帶式輸送機的使用頻率極高，因其具有長距離連續(xù)輸送和輸送量大的特點，成了實現(xiàn)煤礦自動化生產(chǎn)的主要運輸設(shè)備和關(guān)鍵技術(shù)所在。為了獲得更好的作業(yè)效率，提升作業(yè)的效果，在此類煤礦工程機械中加入機電一體化技術(shù)，能夠使其增加多種功能。比如，故障的及時發(fā)現(xiàn)和自我診斷，對工程機械的自我保護(hù)以及對作業(yè)工人的生命保護(hù)等。此外，通過特定的可編程控制器能夠使操作更加簡單（當(dāng)然，程序設(shè)計起來也相對較易），同時具有較強的抵抗外界干擾的能力，并且適合在較為復(fù)雜甚至惡劣的環(huán)境中從事長時間的作業(yè)。

4 結(jié)束語

隨著經(jīng)濟(jì)社會對產(chǎn)品性能要求的持續(xù)提高，以機電一體化為代表的電子控制系統(tǒng)在煤炭工程機械中所占的比重越來越大。而在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的情況下，煤炭工程機械的功能也將得到極大的豐富和加強，應(yīng)用的范圍也會變得越來越防廣泛，使用的程度也將越來越深入。當(dāng)然，在這種情況下，對煤礦企業(yè)的物力資源和人力資源也將提出更高的要求，以此來保證施工質(zhì)量和施工精度高，保證工人的生命安全和經(jīng)濟(jì)社會的又好又快發(fā)展。本文就是以此為視角，對煤礦工程機械中機電一體化的應(yīng)用問題進(jìn)行了初步的研究，不但分析了煤礦工程機械機電一體化的含義、意義和功能，還進(jìn)一步探討了煤礦工程機械中機電一體化的設(shè)計與應(yīng)用。旨在通過本文的工作，為實現(xiàn)煤礦企業(yè)的發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步提供一定的可供借鑒的信息。

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