1、机电一体化技术在煤矿中的应用 摘要 1前言 2第一章、机电一体化技术的概述 3第二章、机电一体化技术的发展历程和趋势 4第三章、机电一体化技术的研究在煤矿生产中的重要意义 53.1 提高劳动效率 53.2 提高了劳动安全保障 53.3 增加了经济效益和矿工的劳动收入 5第四章机电一体化技术在煤矿中的应用 64.1 机电一体化技术在采煤机中的应用 64.2 机电一体化技术在提升机中的应用 64.3 机电一体化技术在带式输送机中的应用 64.4 其他 6第 5 章 机电一体化技术发展趋势 85.1 光机电一体化方向 85.2 柔性化方向 85.3 智能化方向 85.4 仿生物系统化方向 85.5
2、微型化方向 8结论 10致谢 11参考文献 121摘 要本文对机电一体化技术进行了概述, 简要介绍了机电一体化技术的发展历程和趋势, 论述了机电一体化技术的研究在煤矿生产中的重要意义, 重点介绍了机电一体化技术在煤矿生产中的应用。关键词:煤矿 机电一体化 意义 应用2引 言由于现代科学技术的不断发展，简单的机械已无法继续满足工业的生产，在这种需求下，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域朝着微电子技术和计算机技术等高科技领域迅速发展，逐渐演化为一新名词机电一体化。这项综合技术使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业由“机械电气化”迈入了“机
3、电一体化”为特征的发展阶段。3第一章、机电一体化技术的概述“ 机电一体化”(Mechatronics)是集机械、电子、计算机和信息技术等多种技术有机结合的一门交叉综合技术。机电一体化是在机械的主功能、动力功能和控制功能上引进计算机和电子技术,将机械装置和电子设备以及软件等紧密结合起来,相互渗透,相互融合而形成的一门新兴的综合技术。它的本质不仅是单纯地利用电子技术来简化或替代机械,更重要的是将机械系统、微电子和计算机技术、信息技术组成了最佳系统。机电一体化技术具有下述优势:提高使用的安全性和可靠性、改善使用性能。机电一体化产品均具有自动监视、报警、诊断等功能,大大简化了操作步骤并且简单、方便;适
4、用面广、生产能力强、工作质量高。机电一体化产品的各种自动功能适用于不同的场合和领域,应变能力强,很大程度提高了控制和检测的灵敏度和精度;具有复合功能、调整和维护方便。机电一体化产品具有复合技术和复合功能,它的它的自动化检验和自动监视功能可对工作过程中出现的故障自动采取措施,使工作恢复正常。4第二章、机电一体化技术的发展历程和趋势机电一体化技术经历了四个发展阶段:准备阶段,计算机的出现标准着机电一体化技术的产生。上个世纪六十年代,日本首先提出这个名词,但是限于当时的技术水平,该技术无法得到广泛的推广和应用;起步阶段,信息技术,微电子技术的发展成熟和第四代电子产品的商品化是机电一体化这一设想变成了
5、现实,在这一时期,机电一体化的影响不断扩大,并取得了较大发展;发展时期,进入八十年代,机电一体化技术已为全世界学者所嘱目,机电一体化技术和产品已像雨后春笋般出现;蓬勃发展时期,九十年代至今,各种新技术出现并取得突破性的发展,日新月异的变化使机电一体化技术和产品扩展到人们生活的各个领域。我国制造的机电一体化产品都具有智能化、程序化、信息化的特点,以及设备体积小、操作、维护方便、保护齐全、性能可靠等优点,机电一体化产品的广泛应用减轻了劳动强度,提高了生产力水平,创造了巨大的经济和社会效益。然而,我国的机电一体化技术与发达国家相比差距还很大,其未来的发展趋势是:开发有自主知识产权的核心技术,研究具有
6、自主知识产权的核心装置;增加产品的通信功能,以适应综合自动化的需要;开发以微处理器和微机为基础的矿井设备工况和健康监测以及微处理器、计算机和专家系统的应用等;机器人仍然是机电一体化技术今后研究的重点之一。5第三章、机电一体化技术的研究在煤矿生产中的重要意义3.1 提高劳动效率机电一体化产品的应用使过去落后的生产方式得到极大的改变,大量新型自动化电子设备的使用彻底转变了煤矿的作业模式,明显降低了工人的劳动强度,大幅提升了劳动生产率,极大地提高了劳动效率。3.2 提高了劳动安全保障传统的煤矿工作环境非常恶劣,在潮湿、充满煤尘的环境中长时间、高负荷地工作严重影响到矿工的身体健康和生活质量,某些情况下
7、还会危及到他们的人身安全。采用机电一体化设备进行煤炭的采掘、运输、提升等,不仅可以使矿工从繁重的体力劳动中解脱出来,而且还能降低发生事故和危险的几率,防止工伤和职业病的发生,保证了矿工的生命安全。3.3 增加了经济效益和矿工的劳动收入煤矿机电一体化技术的运用使得煤炭的产量大幅提高,增加了企业的经济效益,同样使矿工的劳动收入有所提高,改善矿工的生活质量。煤矿企业的快速发展带动了其它相关行业的快速发展,对地方经济的快速发展起到积极的推动作用。6第四章机电一体化技术在煤矿中的应用4.1 机电一体化技术在采煤机中的应用机电一体化技术在采煤机的一个典型应用就是电牵引采煤机。它具有许多液压牵引采煤机不具备
8、的优势和特点:良好的牵引特性。在采煤机前进时它可以提供牵引力,在采煤机下滑时它还可以进行发电制动;可用于大倾角煤层。牵引电动机轴端装有停机时防止机器下滑的制动器,可用在 4050倾角的煤层,而不需要其它防滑装置;运行可靠,使用寿命长。与液压牵引不同是电牵引采煤机除电动机的电刷和整流子有磨损外,其它元件没有磨损,因此运行可靠,使用寿命长,维修量小;反应灵敏,动态特性好;结构简单、效率高。电牵引采煤机机械传动结构轻便简单,只做一次转换电能转换为机械能,转换效率可高达 99%,而液压采煤机的电能转换机械能的转换效率只有 65%70%左右。4.2 机电一体化技术在提升机中的应用目前煤矿机电一体化、自动
9、化水平最高的设备是矿井提升机,为全数字化交直流提升机。尤其是内装式提升机,在结构上将滚筒和驱动合二为一,大大简化了机械结构,充分体现了机械电力电子计算机自动控制的综合体。而全数字化提升机高度可靠,采用总线方式,使电器安装大大简化,此外,硬件配置简单,互相兼容。我国研制成功的具有自主知识产权的全数字化提升机,其核心部分 ASCS 是由双 CPU 构成的计算机系统,其性能先进、操作简便、准确可靠。4.3 机电一体化技术在带式输送机中的应用带式输送机是我国煤矿井下输送系统的主要运输设备,具有长距离连续输送、输送量大、运行可靠、效率高和易于实现自动化等特点。因此,近几年来带式输送机已成为机电一体化技术
10、的研究重点。目前主要采用机、电、液一体化的 CST 可控软启动装置。它是一种专门为煤炭或金属矿石的长距离皮带运输机而设计的软驱动装置。一条皮带运输机可以由一台或几台 CST 驱动。由于尚未解决动态分析和在线监控技术以及启动延迟技术,我国带式输送机一般为 3 点驱动,对输送机的单机长度和运量存在一定的限制。而且,输送机的监控设备的功能、可靠性、灵敏度和寿命都与发达国家相比存在显着的差距。4.4 其他煤矿机电一体化设备液压支架则向电液控制方向发展,将计算机技术与液压控制有机结合,实现定压双向邻架或成组自动移架,避免对顶板和支架产生冲击载荷。煤矿供电要求是7供电要可靠,质量要高,能满足大功率设备。因
11、此应该推广节能型产品。高压开关柜采用维护量小,使用寿命长的真空开关。目前高、低开关柜普遍采用了“微机保护”,具备网络功能,可以实现远程遥控、遥测、遥信和遥调。机电一体化技术是企业信息化的重要支撑技术,目前已经成为矿山综合自动化的基础。机电一体化技术在煤矿采、掘、运装备的应用和推广,极大地提升了我国煤矿生产的综合实力,为实现高效、安全、洁净、结构优化的煤炭工业生产打下了扎实的基础。机电一体化系统是机械、电子和信息等功能各异的技术融为一体的综合系统，其构成要素或子系统之间的接口极为重要，从某种意义上说，机电一体化系统设计归根结底就是接口设计概念设计是产品设计进程中最富创新性的阶段之一，原理方案设计
12、则是概念设计的核心，对提高产品性能、降低产品成本有决定性的影响2近年来，国内外研制了一些能够实现特定功能的功能原理解的设计知识目录或知识库，探索了单一功能原理解的计算机表达及智能搜索策略，研制了能对单一功能求解的试验系统口。5但对多学科领域集成的机电一体化系统概念设计阶段的功能原理求解，尤其是基于接口特征匹配的机电一体化系统功能原理求解的研究却很少见到报道本文着重探讨了基于接口特征匹配的机电一体化系统功能原理求解策略和实现方法8第五章 机电一体化技术发展趋势5.1 光机电一体化方向一般机电一体化系统是由传感系统、能源（动力）系统、信息处理系统、机械结构等部件组成的。引进光学技术、利用光学技术的
13、先天优点，就能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源系统和信息处理系统。5.2 柔性化方向未来机电一体化产品，控制和执行系统有足够的“冗余度”，有较强的“柔性”，能较好地应付突发事件，被设计成“自律分配系统”。在这种系统中，各子系统是相互独立工作的，子系统为总系统服务，同时具有本身的“自律性”，可根据不同环境条件做出不同反应。其特点是子系统可产生本身的信息并附加所给信息，在总的前提下，具体“行动”是可以改变的。这样，既明显地增加了系统的能力（柔性），又不因某一子系统的故障而影响整个系统。5.3 智能化方向今后的机电一体化产品“全息”特征越来越明显，智能化水平越来越高。这主要得益于模糊技术与信
14、息技术（尤其是软件及芯片技术）的发展。5.4 仿生物系统化方向今后的机电一体化装置对信息的依赖性很大，并且往往在结构上是处于“静态”时不稳定，但在动态（工作）时却是稳定的。这有点类似于活的生物：当控制系统（大脑）停止工作时，生物便“死亡”，而当控制系统（大脑）工作时，生物就很有活力。就目前情况看，机电一体化产品虽然有向仿生物系统化方向发展的趋势，但还有一段漫长的道路要走。5.5 微型化方向目前，利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术，在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。当这一成果用于实际产品时，就没有必要再区分机械部分和控制器部分了。那时，9机械和电子完全可以“融合”，机体、执行结构、传感器、C
15、PH 等可集成在一起，体积很小，并组成一种自律元件。这种微型化是机电一体化的重要发展方向。10结 论随着煤矿生产不断向深部水平发展，对控制水平和规模的要求越来越高，从而会进一步加速机电一体化技术的发展和进步。目前各种高科技术的发展，如网络、光纤、人工智能及生物工程等高新技术，已经渗入到机电一体化技术之中，使机电一体化产品功能更强大、性能更优越，智能化程度也越来越高。因此，采用新的机电一体化技术装备的煤矿企业，会获得更加显著的技术、经济和社会效益，循环促进、不断发展下去。11参考文献1 杨自厚 人工智能技术及其在钢铁工业中的应用冶金自动化，1994（5）2 唐立新.钢铁工业 CIMS 特点和体系结构的研究冶金自动化，1996（4） 3 唐怀斌 工业控制的进展与趋势 自动化与仪器仪表，1996（4） 4 王俊普 智能控制M 合肥：中国科学技术大学出版社，1996 5 林行辛 钢铁工业自动化的进展与展望河北冶金，1998（1）6 殷际英 光机电一体化实用技术北京：化学工业出版社，20037 芮延年 机电一体化系统设计 北京：机械工业出版社， 2004
