机电一体化的创新及发展方向探析

刘浩

摘要：机电一体化技术在自动化和机械设备以及电子工程领域应用广泛，但在实际应用过程中还存在一些缺陷和不足。本文主要分析了机电一体化技术的应用创新，举例在矿山开采中的应用现状，重点介绍了对当前机电一体化技术的创新方法。通过该应用研究，不断的改革并且创新机电一体化已经成为了目前我们所面临的主要问题之一。为了更好的实现机电一体化的创新，必须要不断的发展新技术，加大对于机电一体化技术创新的资金投入力度。

关键词：机电一体化;创新;建议

引言

机电一体化工程专注于自动化机器的设计。它基于机械、电子和软件工程的组合，但对于这三者来说是一个明显不同的学科。机电一体化工程与自动化工程的不同之处在于其从业人员对复杂机器的性能分析和设计有着深刻的理解。它与机械工程的不同之处在于其从业人员了解如何自动化设计并将其非常有效地集成到机器中以实现互补的结果。机电工程师还在项目工程、可靠性工程和动力工程方面发挥作用，他们的跨学科知识为他们提供机械或电气工程师的优势。机电一体化工程师可以与电气和机械系统一起工作，解决跨学科界限的问题为专业计算机系统和微控制器编写和测试软件是许多机电工程师工作的重要组成部分[1]。在最基本的层面上，能够设计、建模和测试包括连接到单个微控制器或PLC的机械和电气组件的“简单”机电一体化系统。一个例子是连接到变速箱的直流电机，通过传感器驱动负载质量，从而实现位置和速度的反馈控制。

1矿山机电设备

1.1 采矿模拟器

采矿模拟器是用于复制采矿作业要素的系统，用于效率分析。采矿模拟应用的范围可以从纯粹的统计分析到比例模型，一直到安装在气动执行机构上的采矿机械副本舱都被显示三维图像的屏幕所环绕。这些模拟器依靠物理引擎和地理数据来准确地模拟环境的动态。

1.2 爆破机器

爆破机器或爆炸装置是便携式电流源，可靠地发射爆炸帽以触发主要爆炸装药。它主要用于采矿。一种典型的“电容放电”爆破机器的工作原理是通过给电池充电，然后通过外部电路（称为火线）对电容器放电，以便对爆破帽进行发射。在机器闲置时，在输出端子之间连接一个“内部分流器”，以便在外部电路中感应的任何杂散电压在没有触发爆炸帽的情况下无害地短路[2]。这些机器通常还包括一个“放弃”功能，在不触发瓶盖的情况下释放内部电容器。磁感应爆破机包括一个被推倒的T型手柄;手柄的下端是一个驱动小齿轮的齿条，可以驱动高压磁铁，引爆爆炸帽所需的高电压。

爆破垫是通常由用绳索、电缆或链条捆绑在一起的切割橡胶轮胎制成的垫子。它们在岩石爆破过程中用来抑制爆炸，防止飞行石块和粉尘。

1.3 挖掘机

在矿山开发过程中会使用多种挖掘机。铲斗链式挖掘机是用于地表采矿和挖泥的重型设备。它使用旋转链条上的铲斗去除大量物料。它具有与斗轮挖掘机和挖沟机相似的特征。它们从运动平面的下方移除材料，如果坑底不稳定或在水下时这种挖掘机能起到很好的效果。

斗轮式挖掘机（BWE）是用于地面开采的重型设备。BWE的主要功能是作为大型露天采矿作业中的连续式挖掘机[3]。除了其他大型采矿设备之外，BWE的使用还包括使用由连续模式的铲斗组成的大型砂轮，用于在砂轮转向时铲取材料。

卸料臂通过上部结构从切割臂上接收物料，并将其从机器中运走，并经常送到外部输送机系统。配重动臂可以平衡切割臂，并悬挂在上部结构的下部或上部。在较大的BWE中，所有3个吊杆都由穿过塔架顶部的塔架的电缆支撑。

在上层建筑之下铺设运动系统。在较旧的型号上，这些将成为机器沿行驶的轨道，但较新的BWE通常配备爬行器，这为履带提供了更大的运动灵活性。为了完成其任务，BWE的上层结构能够围绕垂直轴旋转（回转）。切割臂可以上下倾斜（提升）。这些操作的速度分别为30m/min和5m/min。回转由大齿轮驱动，而起升通常使用电缆系统。

BWE的规模差异很大，取决于预期的应用。由蒂森克虏伯设计的紧凑型BWE有6m的悬臂长度，重达50t，并可移动100m3/h的地球。更大的模型达到80m的长度，重13000t，并且移动12500m3/h。

1.4 破岩机

破岩机是一种旨在操纵大型岩石的机器，包括将大块岩石减少为较小的岩石。它们通常用于采矿业中去除过大的岩石，这些岩石太大或太难以通过破碎机减小尺寸。破岩机由2个主要部件组成，一个液压锤和一个悬臂（臂）。2种主要类型的破岩机，移动式和固定式，它们通常都被放置在基座或回轉框架上。

1.5 掘进机

也称为悬臂式掘进机，是一种挖掘设备，该挖掘设备由安装在悬臂上的切割头，通常包括输送机的装载装置和履带行走履带，可以将整个机器向前移动到岩石表面。切割头可以是一个通用旋转滚筒，与吊杆垂直或垂直安装，也可以是特殊功能头，如尖头锤式锤头，大型隧道掘进机上的压缩断裂微型砂轮头，切片机头就像用于切割岩石的巨大链锯，或者传统挖掘机。

2 矿山机电一体化创新建议

2.1 机电集成

机电集成结合了电气工程和机械工程中的流程和程序。机电学侧重于电气和机械系统整体的相互作用以及2个系统如何相互作用。這个过程在诸如直流电机的系统中尤为突出，其可以被设计和操作以从机械过程（发电机）产生电力或用于为机械效应（电动机）供电。电气工程在这方面也包含电子工程。

机电装置是具有电气和机械过程的装置。严格来说，手动开关是一种机电组件，由于机械运动导致电输出。机电集成常常涉及电磁原理，例如继电器，其允许电压或电流通过机械切换触点组和电磁阀来控制另一个通常为隔离的电路电压或电流，通过该电磁阀，电压可以致动如电磁阀中的移动联动装置。

所有基于燃料的发电机都将机械运动转换为电力。一些可再生能源，例如风力和水力发电，都由机械系统提供动力，这些系统也将运动转换为电力。集成微控制器电路包含几百万个晶体管，以及一个通过逻辑执行相同任务的程序[4]。机电部件只有移动部件，例如机械式电动执行器。这种更可靠的逻辑已经取代了大多数机电设备，因为系统中必须依靠机械运动进行正确操作的任何点都不可避免地会有机械磨损并最终失效。正确设计的电子电路没有移动部件，几乎可以无限期地继续正常工作，并用于大多数简单的反馈控制系统。另一种机电装置是压电装置，但它们不使用电磁原理。压电器件可以通过电信号产生声音或振动，或者从声音或机械振动产生电信号。

2.2 自动化开采

自动化开采涉及从采矿过程中去除人力。采矿业正在向自动化过渡。自动挖掘是一个涵盖了2种技术类型。第一种采矿自动化涉及过程和软件自动化;第二类涉及将机器人技术应用于采矿车辆和设备。

为了获得对其运营的更多控制，采矿公司可以实施采矿自动化软件或流程。

遥控采矿设备通常是指采用手持遥控器控制的采矿车辆，如挖掘机或推土机。操作员站在视线范围内并使用遥控器执行正常的车辆功能。由于机器的可见度和感觉大幅度降低，因此通过使用遥控器，车辆的生产力一般也会降低。远程控制技术通常用于使采矿设备在诸如不稳定地形、爆炸区域或高风险区域下落碎片或地下采矿等危险条件下运行。远程控制技术通常是使采矿设备自动化的最经济方式[5]。

结语

随着矿山机械的进一步发展，机电一体化水平将得到进一步提升，采矿的效率和质量也将显著提升，这为煤矿企业的长期有效发展奠定了良好的基础。

参考文献

[1]刘开源.矿山机械中应用机电一体化技术的作用分析[J].科技传播，2013（3）

[2]张丛耀.光机电一体化设备的嵌入式控制技术研究及应用[D].四川大学，2016.

[3]丁树成.试论机电一体化的创新及发展方向[J].科技视界，2015（24）.

[4]李喆.机電一体化的创新及发展方向[J].科技展望，2016（33）.

[5]居剑文.对机电一体化的创新及发展方向的研究分析[J].山东工业技术，2015（8）：15.