淺談礦山機(jī)械機(jī)電液一體化發(fā)展趨勢

李維科

【摘 要】近年來隨著超大規(guī)模集成電路、微型電子計算機(jī)、電液控制技術(shù)的迅速發(fā)展，礦山機(jī)械的機(jī)電液一體化技術(shù)也得到了顯著發(fā)展。機(jī)電液一體化技術(shù)不僅能提升礦山機(jī)械的開采效率，還能提高礦山的安全性和經(jīng)濟(jì)性。本文著重介紹了礦山機(jī)械機(jī)電一體化技術(shù)的特點、發(fā)展歷程，并從液壓系統(tǒng)效率提高、使用高速微處理器、節(jié)能增效、軟件控制、智能化協(xié)同作業(yè)、交流變流技術(shù)六方面介紹了礦山機(jī)械機(jī)電液一體化的發(fā)展趨勢。

【關(guān)鍵詞】礦山機(jī)械 機(jī)電液 發(fā)展趨勢

機(jī)電液一體化技術(shù)顯示了其強(qiáng)大的生命力并且順應(yīng)了時代的發(fā)展方向，實踐表明機(jī)電液一體化技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，尤其是礦山機(jī)械行業(yè)，不僅可以提高礦山機(jī)械的輸出功率，還可以實現(xiàn)自動控制和安全保護(hù)等功能。

1 礦山機(jī)電液一體化系統(tǒng)簡介

1.1 機(jī)電液系統(tǒng)簡介

機(jī)電液一體化系統(tǒng)，絕非僅為機(jī)械、液壓與電子電器的簡單組合。否則，包括有這三個部分的礦山機(jī)械都可稱已實現(xiàn)機(jī)電液一體化了。機(jī)電液一體化為礦山機(jī)械：裝上了感覺器官——傳感器，布上了神經(jīng)系統(tǒng)——傳輸線路，添上了信號處理單元——單片機(jī)或微機(jī)，這三部分組成的機(jī)電液一體化系統(tǒng)，使礦山機(jī)械的性能發(fā)生了巨大的變化。

1.2 機(jī)電液系統(tǒng)發(fā)展

我國在這方面研究同樣比較早，天津工程機(jī)械研究所與上世界70年代采用全液壓機(jī)無線控制技術(shù)研發(fā)了線電遙控水陸兩用推土機(jī)。由于我國礦山機(jī)械大部分采用吸收引進(jìn)加自主創(chuàng)新的發(fā)展方式，但受限于國外關(guān)鍵技術(shù)的封鎖和創(chuàng)新能力的滯后，我國礦山機(jī)械機(jī)電液一體化技術(shù)與國外發(fā)達(dá)國家仍有一部分差距。

2 礦山機(jī)械液壓系統(tǒng)發(fā)展趨勢

2.1 液壓系統(tǒng)效率提高

液壓系統(tǒng)具有體積小、重量輕、傳遞功率大的優(yōu)點；容易實現(xiàn)無極調(diào)速；容易實現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動更適合礦山機(jī)械的使用特點；控制簡單，易于實現(xiàn)自動化控制；液壓系統(tǒng)中的元器件易于實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化，便于推廣和維護(hù)。新型礦山機(jī)械液壓系統(tǒng)具有以下特點：

（1）合理匹配液壓泵和負(fù)載運(yùn)動特性，合理布局液壓元件的數(shù)量和位置，減小液壓元件之間的能量損失，提高液壓傳動的效率。

（2）選用合適的液壓元件和密封措施，保證礦山機(jī)械在作業(yè)工作時不會因為外界的振動和沖擊導(dǎo)致液壓油泄漏。

（3）液壓系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)具有防振降噪措施，除了在液壓泵、液壓閥和油箱的安裝面上設(shè)置防振腳墊外，還應(yīng)盡量液壓集成模塊來代替液壓油管?？梢圆捎眯钅芷魑盏皖l噪聲，采用增大管徑和使用軟管的方式吸收高頻噪聲。

2.2 使用高速微處理器、敏感元件和傳感器

根據(jù)現(xiàn)代礦山機(jī)械開采的實際需要，礦山機(jī)械逐漸具有更多功能，并且更加智能化。因此礦山機(jī)械不僅應(yīng)具有可靠的硬件，更應(yīng)就有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和敏感的感測能力，能夠?qū)崟r檢測該礦山機(jī)械的狀態(tài)。使用先進(jìn)的微處理器、高性能的敏感元件和傳感器，可以提高整機(jī)的響應(yīng)時間，提高使用效率和敏捷性，使礦山機(jī)械面對復(fù)雜環(huán)境時能夠快速做出反應(yīng)。同時引入更加先進(jìn)的激光傳感器、超聲波傳感器、語音傳感器等高精度傳感器可提高機(jī)器的機(jī)器人化程度，便于整機(jī)的柔性控制。另外，在礦山機(jī)械與控制系統(tǒng)之間通信傳輸將廣泛采用汽車行業(yè)中的CAN-BUS通訊技術(shù)，可以有效降低控制信號在傳輸中的衰減和失真，提高控制精度。

2.3 更注重節(jié)能增效

21世紀(jì)全球正面臨著能源危機(jī)，全球正在進(jìn)行節(jié)能減排活動，因此在礦山機(jī)械的設(shè)計之初就應(yīng)該考慮降低能耗的設(shè)計。動力方面可以使用電噴式發(fā)動機(jī)，可以有效提高燃油效率，并能進(jìn)行自動控制；液壓驅(qū)動方面，努力提高液壓傳動的效率，減少油液的泄露和損失，避免油液泄露污染環(huán)境；材料方面，可以采用新型金屬材料，不僅可以調(diào)高礦山機(jī)械的強(qiáng)度，還可以減輕整機(jī)重量，從而節(jié)省了驅(qū)動過程中的能耗。

2.4 軟件發(fā)揮更大作用

在具有先進(jìn)的微處理器、傳感器、控制元件之后，必須開發(fā)與之相適應(yīng)的功能強(qiáng)大、可靠性高、適應(yīng)性強(qiáng)的軟件，用于實現(xiàn)機(jī)電液一體化智能顯示控制。隨著現(xiàn)代各種匯編語言和高級語言的發(fā)展，不斷的有新的編程平臺出現(xiàn)，為礦山機(jī)械的控制軟件開發(fā)提供了便利條件。同時，軟件開發(fā)中的控制算法也日趨重要，可用專家系統(tǒng)建立合理的控制算法，PID和模糊控制等各種控制算法的綜合控制算法將會得到更完美的應(yīng)用。另外，軟件開發(fā)中應(yīng)留有二次開發(fā)的位置，為差異化、個性化的礦山機(jī)械實現(xiàn)各項功能。

2.5 智能化機(jī)群的協(xié)同作業(yè)

隨著礦山對大規(guī)模作業(yè)，多巷道同時施工，開采進(jìn)度要求的提高，智能化的多臺不同種類礦山機(jī)械協(xié)同作業(yè)是未來發(fā)展的趨勢。機(jī)群的協(xié)同作業(yè)是智能化的單機(jī)、現(xiàn)代化的通訊設(shè)備、GPS、遙控設(shè)備和合理的施工工藝相結(jié)合的產(chǎn)物。這一領(lǐng)域也為機(jī)電液一體化在礦山機(jī)械上的應(yīng)用提供了廣闊的發(fā)展空間。誠然這是未來礦山機(jī)械的發(fā)展方向，甚至未來可以實現(xiàn)無人開采，但目前基于礦山機(jī)械智能化發(fā)展進(jìn)程，我們應(yīng)該循序漸進(jìn)，一步一步實現(xiàn)技術(shù)突破。

2.6 電流變流體技術(shù)

為了防止信號傳輸、傳感器使用、電機(jī)使用過程，外界及其自身造成的電磁干擾，未來應(yīng)廣泛采用電流變流體技術(shù)。電流變流體（ER流體）在自由狀態(tài)下為可自由流動的混懸液體，一旦處在電場作用下，它會迅速固化，根據(jù)電場強(qiáng)弱程度分別顯現(xiàn)粘稠、膠凝和堅硬的狀態(tài)，且固化度與場強(qiáng)成正比。這種特性使它能理想地運(yùn)用于液壓系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)的閥、阻尼器及動力傳輸裝置等。他對電信號響應(yīng)極快，實在不到1ms的時間內(nèi)實現(xiàn)狀態(tài)變化。它采用PWM控制，可降低能耗，簡化設(shè)計，延長壽命。

3 結(jié)語

礦山機(jī)械是現(xiàn)代礦山開采的重要工具，而機(jī)電一體化技術(shù)推動著礦山機(jī)械的不斷發(fā)展。本文從礦山機(jī)械的機(jī)電液一體化系統(tǒng)的組成介紹了其特點和發(fā)展歷程，并分別從液壓效率提高、微機(jī)處理器性能提高、軟件性能提高、智能協(xié)同工作等方面介紹了礦山機(jī)械機(jī)電液一體化的未來發(fā)展趨勢，為我們以后深入研究礦山機(jī)械機(jī)電液一體化技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。

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