浅谈机电一体化技术在煤矿生产的应用及推广

2013-08-15刘菊青

山东工业技术 2013年9期

刘菊青方斌

(1.安徽淮北煤电技师学院机电工程系，安徽淮北 235000；2.安徽矿业职业技术学院机电工程系，安徽淮北235000)

0 概述

机电一体化技术是综合应用了机械、微电子、信息处理、自动控制、检测、电力电子及系统总体技术等群体技术，从系统的观点出发，使整个系统有机结合和综合集成，在高质量、高精度、高可靠性、低能耗的意义上实现多种技术功能复合的最佳功能价值的系统工程技术。

由于机电一体化技术的产生和发展符合科学发展的客观规律，因而在各行各业中均显示出强大的生命力。

对于煤矿，其进行生产的主要任务是将大量储存在地层深处的煤炭资源通过勘探、采掘、运输送到地面，在整个生产过程中必须借助各种各样的机械设备才能完成目标。由于煤矿生产工作环境的特机电一体化技术在殊，井下作业条件艰苦恶劣，这就要求煤矿施工生产用的机械设备要具备一系列特殊的性能要求：要结实耐用且维修简单、生产效率高且节能降耗、自动化程度高且操作简单、性能稳定可靠且安全性高。总之，要具有较好的经济性，尽量降低工人劳动强度,创造良好的工作条件。而这些要求仅仅依靠机械和液压技术已经无法满足。

以微电子技术为核心的包括微处理技术、传感与检测技术、信息处理技术等在机械上的应用,使煤矿机械进入了一个蓬勃的发展时期。而煤矿机电一体化技术使机械、电子技术和液压控制技术有机的结合,极大地提高设备的性能,如安全性、经济性、可靠性、操作舒适性以及作业精度、作业效率、使用寿命、方便安装拆除、便于维护等。煤炭系统也在利用机电一体化技术改造旧设备和开发新产品方面做了大量的工作，取得一定的成效。机电一体化技术和产品的发展，是实现高效、安全、机械化采煤和煤矿机电产品更新换代的重要途径。

1 机电一体化技术在煤矿生产中的应用

1.1 机电一体化技术在采煤机中的应用

目前，煤矿应用较多的一种采煤机—电牵引采煤机是机电一体化技术典型应用。它与旧式采煤设备相比，它具有以下特点:①牵引特性好。可以在采煤机前进时提供牵引力，使其克服阻力移动，也可以在采煤机下滑时进行发电制动，向电网反馈电能。②大倾角煤层也可适用。由于此种采煤机机内装有防止机器下滑的制动器，使得新型的电牵引采煤机可用在40°～50°倾角的煤层，而不需要其它防滑装置。③响应特性良好，灵敏度高。由于其电控系统能及时自动调整各种参数，可有效防止超载运行。④机械传动简单、易于实现、工作性能稳定可靠，使用寿命长。电牵引采煤机机械装置的传动结构比较简单、总体尺寸小、重量轻，能量转换只需一次转换，效率高，能量损失少。一般电牵引除电动机的电刷和整流子有磨损外，其它元件较少磨损，因此比较可靠，故障少，寿命长，维修工作量小。

经过近20年的研制开发，我国煤矿综合机械化采煤工作面国产采煤机已经占据主导地位。

1.2 机电一体化技术在矿井提升设备中的应用

因为现代化煤矿发展的需要，对井下、井上的运输和提升系统的要求越来越高。在国外一些技术比较先进的国家，采用机电一体化技术将电机和滚筒做成一体，即内装式提升机，机械结构大大简化，充分体现了机械、电子、电力、自动控制等技术的综合应用。而全数字化提升机高度可靠，采用总线方式，大大简化了电器安装，此外，硬件配置简单，互相兼容。我国，大多数煤矿井下生产已经实现了皮带化。计算机控制系统的应用也非常迅速，它们具有很多种及时故障诊断和自我保护等功能，虽然在使用上还不完善，但是从煤矿机械发展历史的总体角度看，这毕竟也是机电一体化技术发展前进的脚步。

1.3 机电一体化技术在运输设备中的应用

我国煤矿井下原煤输送系统的主要运输设备为带式输送机。由于生产实际中需要输送距离长、输送量大、而带式输送机具有运行可靠、效率高和易于实现自动化等特点满足生产的需求，因此，煤矿井下用大功率、长距离带式输送机的关键技术研究和新产品的研发工作成为近几年来机电一体化技术的研究重点，也取得了很大的进步。如大倾角长距离带式输送机成套设备、高产高效工作面顺槽可伸缩带式输送机等、多种软起动和制动装置以及以PLC为核心的可编程电控装置、驱动系统采用调速型液力偶合器和行星齿轮减速器。目前我国已经自行生产制造了多个品种和多种类型的带式输送机。

1.4 机电一体化技术在矿井安全生产监测监控系统中的应用

我国煤矿安全生产监控系统是煤炭行业内部机电一体化技术推广应用最快的典型产品。矿井安全生产监控系统的性能是否完善稳定是最能体现一个煤矿的机电一体化的技术的综合应用实力的指标。自20世纪80年代初，对国外煤矿监控技术进行大规模的考察和引进工作之后，国内监控技术的有了飞跃的发展。我国先后研制出KJ2，KJ4等系统并通过了鉴定。到20世纪90年代，紧跟世界监测监控系统的发展，我国自行研制开发出了一批具有世界先进水平的监控系统，如KJ90系统、KJ95系统等。这些监测监控系统能在线监控、自动报警及故障自诊,即对煤矿机械的电动机、传动系统、工作装置、制动系统和液压系统等在线运行状态监控,出现故障能动报警并准确地指出故障的部位。

2 关于我国煤矿机电一体化技术的应用一点思考

我国煤矿机电一体化技术的起步较晚。近年来，虽然在许多煤矿生产中努力将先进的机电一体化技术刻意与传统的煤矿机械加以结合改造取得较大的改观，同时取得了一些可喜的成果，但是我们更要看到与国外先进煤矿的差距。

例如，从多数煤矿使用监控系统的效果来看，机电一体化技术的应用还存在一些问题，例如传感器的不足，使用过程中，其稳定性较差，使用寿命不足。传感器技术是我们煤矿机电一体化技术发展的薄弱环节。虽然目前在这方面进行了大量的研究，也实施多次改进措施，但仍然没有得到预期的效果。

因而，要使我国煤矿机电一体化技术达到世界先进技术之列，就必须打开视野，掌握信息时代机电一体化技术的特点和发展的动态，时刻关注国内外高新技术的发展，将高新技术用于煤矿机电一体化产品，从而提高煤矿自动化生产水平。此外，要提高产品的“四化”：标准化、规范化、通用化、系列化，还要重视矿用传感器的研发工作，进一步提高矿用传感器的可靠性和寿命期，使其在井下恶劣的环境中能准确测量信号，并具有智能化功能。