礦山機械機電液一體化發(fā)展趨勢

　　礦山機械機電液一體化發(fā)展趨勢【1】

　　【摘 要】近年來(lái)隨著(zhù)超大規模集成電路、微型電子計算機、電液控制技術(shù)的迅速發(fā)展，礦山機械的機電液一體化技術(shù)也得到了顯著(zhù)發(fā)展。

　　機電液一體化技術(shù)不僅能提升礦山機械的開(kāi)采效率，還能提高礦山的安全性和經(jīng)濟性。

　　本文著(zhù)重介紹了礦山機械機電一體化技術(shù)的特點(diǎn)、發(fā)展歷程，并從液壓系統效率提高、使用高速微處理器、節能增效、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械機電液一體化的發(fā)展趨勢。

　　【關(guān)鍵詞】礦山機械 機電液 發(fā)展趨勢

　　機電液一體化技術(shù)顯示了其強大的生命力并且順應了時(shí)代的發(fā)展方向，實(shí)踐表明機電液一體化技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應用，尤其是礦山機械行業(yè)，不僅可以提高礦山機械的輸出功率，還可以實(shí)現自動(dòng)控制和安全保護等功能。

　　1 礦山機電液一體化系統簡(jiǎn)介

　　1.1 機電液系統簡(jiǎn)介

　　機電液一體化系統，絕非僅為機械、液壓與電子電器的簡(jiǎn)單組合。

　　否則，包括有這三個(gè)部分的礦山機械都可稱(chēng)已實(shí)現機電液一體化了。

　　機電液一體化為礦山機械：裝上了感覺(jué)器官――傳感器，布上了神經(jīng)系統――傳輸線(xiàn)路，添上了信號處理單元――單片機或微機，這三部分組成的機電液一體化系統，使礦山機械的性能發(fā)生了巨大的變化。

　　1.2 機電液系統發(fā)展

　　我國在這方面研究同樣比較早，天津工程機械研究所與上世界70年代采用全液壓機無(wú)線(xiàn)控制技術(shù)研發(fā)了線(xiàn)電遙控水陸兩用推土機。

　　由于我國礦山機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，我國礦山機械機電液一體化技術(shù)與國外發(fā)達國家仍有一部分差距。

　　2 礦山機械液壓系統發(fā)展趨勢

　　2.1 液壓系統效率提高

　　液壓系統具有體積小、重量輕、傳遞功率大的優(yōu)點(diǎn);容易實(shí)現無(wú)極調速;容易實(shí)現往復運動(dòng)更適合礦山機械的使用特點(diǎn);控制簡(jiǎn)單，易于實(shí)現自動(dòng)化控制;液壓系統中的元器件易于實(shí)現標準化、系列化、通用化，便于推廣和維護。

　　新型礦山機械液壓系統具有以下特點(diǎn)：

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

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

　　(3)液壓系統設計時(shí)應具有防振降噪措施，除了在液壓泵、液壓閥和油箱的安裝面上設置防振腳墊外，還應盡量液壓集成模塊來(lái)代替液壓油管。

　　可以采用蓄能器吸收低頻噪聲，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

　　根據現代礦山機械開(kāi)采的實(shí)際需要，礦山機械逐漸具有更多功能，并且更加智能化。

　　因此礦山機械不僅應具有可靠的硬件，更應就有強大的數據處理能力和敏感的感測能力，能夠實(shí)時(shí)檢測該礦山機械的狀態(tài)。

　　使用先進(jìn)的微處理器、高性能的敏感元件和傳感器，可以提高整機的響應時(shí)間，提高使用效率和敏捷性，使礦山機械面對復雜環(huán)境時(shí)能夠快速做出反應。

　　同時(shí)引入更加先進(jìn)的激光傳感器、超聲波傳感器、語(yǔ)音傳感器等高精度傳感器可提高機器的機器人化程度，便于整機的柔性控制。

　　另外，在礦山機械與控制系統之間通信傳輸將廣泛采用汽車(chē)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 更注重節能增效

　　21世紀全球正面臨著(zhù)能源危機，全球正在進(jìn)行節能減排活動(dòng)，因此在礦山機械的設計之初就應該考慮降低能耗的設計。

　　動(dòng)力方面可以使用電噴式發(fā)動(dòng)機，可以有效提高燃油效率，并能進(jìn)行自動(dòng)控制;液壓驅動(dòng)方面，努力提高液壓傳動(dòng)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，不僅可以調高礦山機械的強度，還可以減輕整機重量，從而節省了驅動(dòng)過(guò)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(kāi)發(fā)與之相適應的功能強大、可靠性高、適應性強的軟件，用于實(shí)現機電液一體化智能顯示控制。

　　隨著(zhù)現代各種匯編語(yǔ)言和高級語(yǔ)言的發(fā)展，不斷的有新的編程平臺出現，為礦山機械的控制軟件開(kāi)發(fā)提供了便利條件。

　　同時(shí)，軟件開(kāi)發(fā)中的控制算法也日趨重要，可用專(zhuān)家系統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(huì )得到更完美的應用。

　　另外，軟件開(kāi)發(fā)中應留有二次開(kāi)發(fā)的位置，為差異化、個(gè)性化的礦山機械實(shí)現各項功能。

　　2.5 智能化機群的協(xié)同作業(yè)

　　隨著(zhù)礦山對大規模作業(yè)，多巷道同時(shí)施工，開(kāi)采進(jìn)度要求的提高，智能化的多臺不同種類(lèi)礦山機械協(xié)同作業(yè)是未來(lái)發(fā)展的趨勢。

　　機群的協(xié)同作業(yè)是智能化的單機、現代化的通訊設備、GPS、遙控設備和合理的施工工藝相結合的產(chǎn)物。

　　這一領(lǐng)域也為機電液一體化在礦山機械上的應用提供了廣闊的發(fā)展空間。

　　誠然這是未來(lái)礦山機械的發(fā)展方向，甚至未來(lái)可以實(shí)現無(wú)人開(kāi)采，但目前基于礦山機械智能化發(fā)展進(jìn)程，我們應該循序漸進(jìn)，一步一步實(shí)現技術(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、電機使用過(guò)程，外界及其自身造成的電磁干擾，未來(lái)應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(dòng)的混懸液體，一旦處在電場(chǎng)作用下，它會(huì )迅速固化，根據電場(chǎng)強弱程度分別顯現粘稠、膠凝和堅硬的狀態(tài)，且固化度與場(chǎng)強成正比。

　　這種特性使它能理想地運用于液壓系統和機械系統的閥、阻尼器及動(dòng)力傳輸裝置等。

　　他對電信號響應極快，實(shí)在不到1ms的時(shí)間內實(shí)現狀態(tài)變化。

　　它采用PWM控制，可降低能耗，簡(jiǎn)化設計，延長(cháng)壽命。

　　3 結語(yǔ)

　　礦山機械是現代礦山開(kāi)采的重要工具，而機電一體化技術(shù)推動(dòng)著(zhù)礦山機械的不斷發(fā)展。

　　本文從礦山機械的機電液一體化系統的組成介紹了其特點(diǎn)和發(fā)展歷程，并分別從液壓效率提高、微機處理器性能提高、軟件性能提高、智能協(xié)同工作等方面介紹了礦山機械機電液一體化的未來(lái)發(fā)展趨勢，為我們以后深入研究礦山機械機電液一體化技術(shù)奠定了基礎。

　　參考文獻：

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　　[3]史志遠，朱真才，韓振鐸.礦山機械發(fā)展探討[J].礦冶，2006，15(1)：86-88.

　　礦山機械機電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢【2】

　　摘要：近年來(lái)，世界經(jīng)濟發(fā)展速度飛快，伴隨著(zhù)經(jīng)濟的發(fā)展，世界各國對能源的需求量越來(lái)越大。

　　傳統的煤礦系統無(wú)法滿(mǎn)足現階段市場(chǎng)經(jīng)濟對于煤炭資源的需求，因此，現階段必須將先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和設備等應用到礦山機械設備當中，提高礦山機械設備的高科技含量，提高其工作效率，來(lái)滿(mǎn)足市場(chǎng)需求。

　　同時(shí)，伴隨著(zhù)信息技術(shù)的發(fā)展日新月異，在機電技術(shù)發(fā)展的過(guò)程中與信息技術(shù)的有效結合是其發(fā)展的必然趨勢，這是對傳統機電技術(shù)的以此重大改革，為機電一體化技術(shù)的發(fā)展提供的方向。

　　關(guān)鍵詞：機電一體化技術(shù);發(fā)展;特點(diǎn);趨勢

　　前言：作為自動(dòng)化和機械工程的一個(gè)分支，機械電子工程是機電一體化的另一種說(shuō)法，因此，可以說(shuō)機電一體化是能夠有效結合信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)的，而且，在近年來(lái)的實(shí)際操作中，使機械設備自動(dòng)化生產(chǎn)得以實(shí)現。

　　在傳統的礦山機械工作過(guò)程中，將這種高新技術(shù)有效的融入其中，促使礦山機械的工作效率得到了有效的提高，同時(shí)也是現代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然結果。

　　1.機電一體化技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)

　　1.1數字化特點(diǎn)

　　機電一體化技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，其數字化的特點(diǎn)最為明顯，這是由于微電子在機電一體化技術(shù)當中的有效應用造成的。

　　近年來(lái)，信息技術(shù)的飛速發(fā)展，加快了礦山機械設備與信息技術(shù)的有效結合，將數字化有效的應用到了礦山機械設備當中。

　　例如，虛擬設計和計算機集成制造在礦山機械設備中的有效應用。

　　近年來(lái)，可靠性高、維護性好和高能力的自我診斷成為礦山機械機電一體化的顯著(zhù)特點(diǎn)，這都是由于機電一體化的數字化特點(diǎn)所帶來(lái)的，與此同時(shí)，遠程操控、識別和調整也因數字化的加入而變得更加的便捷[1]。

　　1.2網(wǎng)絡(luò )化特點(diǎn)

　　早在十九世紀八十年代，網(wǎng)絡(luò )技術(shù)就在我國專(zhuān)業(yè)人員的努力下被應用到了機電一體化設備當中，并獲得了很大的成果。

　　這一成功經(jīng)驗使得網(wǎng)絡(luò )化在今后的發(fā)展過(guò)程中更加容易被人們接受，人們將這一成功經(jīng)驗有效的應用到了其他產(chǎn)品的網(wǎng)絡(luò )化發(fā)展過(guò)程當中，有效促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò )化的廣泛和深入應用。

　　伴隨著(zhù)信息技術(shù)的飛速發(fā)展，遠程監控技術(shù)也被有效提出并受到了廣泛的歡迎，這一技術(shù)的基礎是網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，再將遠程監控技術(shù)應用到礦山機電一體化產(chǎn)品當中的過(guò)程中，也就是將網(wǎng)絡(luò )技術(shù)有效的應用到了礦山機電一體化技術(shù)當中，是對傳統的礦山機電一體化技術(shù)的改革。

　　同時(shí)也說(shuō)明網(wǎng)絡(luò )化將成為未來(lái)機電一體化技術(shù)發(fā)展的重要基礎，加強安全性和功能需求性是使用網(wǎng)絡(luò )化的主要原因[2]。

　　1.3智能化特點(diǎn)

　　智能化是現階段的礦山機械設備當中最主要的特點(diǎn)之一。

　　增強了礦山機械設備自主解決問(wèn)題的能力，它具有和人類(lèi)相似的思考和決定能力。

　　例如，將人機對話(huà)的功能添加到CNC數控機床當中，智能工藝數據庫和I/O接口的有效設定等，這類(lèi)智能技術(shù)有效提高了工作人員的工作效率，工作人員在日常的工作中能夠更加方便的對其進(jìn)行控制和維護工作。

　　現階段，人們在研究智能技術(shù)的過(guò)程中，對于模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )等技術(shù)領(lǐng)域的有效研究，將在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中對于礦山機械機電一體化技術(shù)產(chǎn)中重要的影響。

　　1.4微型化特點(diǎn)

　　現代科學(xué)技術(shù)在日常工作中的有效應用，注重科學(xué)技術(shù)是否能夠給工作帶來(lái)更高的效率，同時(shí)，在提高工作效率的問(wèn)題上，精細加工技術(shù)是非常重要的組成部分，礦山機電一體化技術(shù)當中就包含了微型化的特點(diǎn)，這一特點(diǎn)是精細加工技術(shù)發(fā)展的未來(lái)方向。

　　智能化和大型的礦山機械與精細化是相輔相成的。

　　將微型的傳感器、型號處理和接口等有效進(jìn)行結合，再利用MEMS即微機電系統對這些工作進(jìn)行集體制造和創(chuàng )作。

　　我國近年來(lái)在進(jìn)行微機電一體化產(chǎn)品的研究過(guò)程中取得了很大的成就，現階段所生產(chǎn)制作出來(lái)的產(chǎn)品都不足1立方厘米，伴隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，微米和納米將成為這一領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。

　　然而，值得重視的是現階段較低的發(fā)展水平嚴重影響了我國的超精密技術(shù)和微機械技術(shù)的發(fā)展，一些技術(shù)方面的關(guān)鍵點(diǎn)還應該引起人們的注意，并及時(shí)進(jìn)行研究和解決[3]。

　　2.礦山機械機電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢

　　2.1SRD傳動(dòng)技術(shù)

　　開(kāi)關(guān)磁阻電機調速系統即SRD傳動(dòng)技術(shù)，同以往的傳動(dòng)技術(shù)不同，它在傳動(dòng)過(guò)程中能夠進(jìn)行變速，構成SRD傳動(dòng)技術(shù)的是控制器sr和電動(dòng)機sr，在當前世界所有的調速系統當中，SRD傳動(dòng)技術(shù)是性?xún)r(jià)比最高的一個(gè)。

　　較高的可靠性、機動(dòng)性和集成性是礦山機械未來(lái)發(fā)展的要求，將SRD傳動(dòng)技術(shù)有效應用到礦山機械當中，能夠有效實(shí)現這一目標。

　　世界技術(shù)先進(jìn)國家英國在十九世紀八十年代就發(fā)明了一臺30KW功率的開(kāi)關(guān)磁阻電動(dòng)機，伴隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，現在的功率已經(jīng)可以達到將近350KW，將其與1000V電網(wǎng)相連，可以直接省略掉其他的電源變壓器[4]。

　　2.2機電集成驅動(dòng)技術(shù)

　　在將傳統的動(dòng)力傳動(dòng)系統應用到礦山機械設備當中的過(guò)程中，其構成要素包括運動(dòng)執行器、電動(dòng)機和減速器。

　　這三個(gè)主體會(huì )耗費非常大的空間，同時(shí)每一個(gè)構成部件都包含了很多的環(huán)節，這種現象就會(huì )造成整個(gè)動(dòng)力傳動(dòng)系統的可靠性降低，不僅發(fā)生故障的幾率加大，同時(shí)當故障發(fā)生的過(guò)程中，對其進(jìn)行有效的排查也是非常耗費人力和物力的工作。

　　然而，在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，在礦山機械當中應用機電集成驅動(dòng)技術(shù)能夠有效提高動(dòng)力傳動(dòng)系統的可靠性。

　　促進(jìn)運動(dòng)執行器、電動(dòng)機和減速器三者的高密度集成是機電集成驅動(dòng)技術(shù)的重要手段，有效應用這一方法，能夠將動(dòng)力裝置進(jìn)行傳遞。

　　有效在礦山機械當中應用機電集成驅動(dòng)裝置，能夠將空間進(jìn)行節省，這樣一來(lái)可以有效將制作費用降到最低，在機械的運行過(guò)程中，能夠促進(jìn)其得到更大的運行空間，促進(jìn)其運行過(guò)程中變得的更加靈活[5]。

　　2.3礦山機器人技術(shù)

　　2.3.1 作用

　　礦山作業(yè)，其工作環(huán)境潮濕而且灰塵較大，人們在日常工作的過(guò)程中對于環(huán)境的適應非常困難，導致礦山工作效率的低下，同時(shí)還對礦工的身心造成很大的傷害，尤其是當發(fā)生礦山危險的時(shí)候，礦工的生命常常受到嚴重的威脅。

　　在這種狀況下，人們開(kāi)始講礦山工作的研究領(lǐng)域延伸到礦山機器人的研究。

　　將機器人有效應用到礦山作業(yè)當中，能夠將強度較高的作業(yè)進(jìn)行更好的執行，礦山機器人的應用能夠有效解放勞動(dòng)力;同時(shí)，超強的環(huán)境適應能力能夠促進(jìn)其在工作過(guò)程中提高工作效率，當發(fā)生危險時(shí)，能夠有效降低人身傷亡[5]。

　　2.3.2組成

　　操作、驅動(dòng)和控制系統是礦山機器人的重要構成部分。

　　礦山機器人在進(jìn)行日常工作的過(guò)程中，其主要行動(dòng)是受到操作系統來(lái)控制的，每一個(gè)礦山機器人都是由不同的操作系統構成的。

　　在礦山機器人當中，其傳動(dòng)裝置是驅動(dòng)系統，減速器、驅動(dòng)器和傳感器時(shí)期重要的組成部分，驅動(dòng)系統會(huì )因為不同的驅動(dòng)器而有不同的劃分，例如，電機、液壓和氣動(dòng)驅動(dòng)系統。

　　礦山機器人的制作和應用核心為控制系統，它能夠按順序對操作機構進(jìn)行支配，促使其運動(dòng)按照相應的軌跡來(lái)進(jìn)行，開(kāi)環(huán)和閉環(huán)控制系統是現階段礦山機器人的主要控制系統[6]。

　　輸入和輸出工作相互沒(méi)有反饋回路的存在是開(kāi)環(huán)控制系統的主要特點(diǎn)，系統的控制功能不會(huì )受到輸出工作的影響而產(chǎn)生變化;相反的，輸出和輸入工作相互存在著(zhù)反饋回路，以反饋的方法來(lái)將偏差降到最低是閉環(huán)控制系統的重要特點(diǎn)，這就說(shuō)明要想將工作過(guò)程中的精度提到最高，就可以使用閉環(huán)控制系統。

　　然而，誤差在日常的工作中是無(wú)法進(jìn)行徹底避免的，系統會(huì )受到元件管徑的支配而產(chǎn)生相應的振動(dòng)，從而產(chǎn)生一定的誤差。

　　因此，如果較高的要求出現在系統當中的時(shí)候，我們可以將開(kāi)環(huán)和閉環(huán)系統進(jìn)行交叉使用，以混合控制的方法提高工程精確度。

　　3.結論：伴隨著(zhù)世界經(jīng)濟的不斷進(jìn)步，經(jīng)濟的發(fā)展對于煤炭資源的需求量越來(lái)越高，因此，在科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步的狀態(tài)下，積極研發(fā)和運用新技術(shù)，將高新技術(shù)與礦山機械相結合，有效應用機電一體化技術(shù)，并在實(shí)踐中不斷對其進(jìn)行完善和開(kāi)發(fā)，對我國礦山作業(yè)具有重要的意義。

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