煤炭生產(chǎn)中煤礦機(jī)電一體化產(chǎn)品的運(yùn)用

1、煤炭生產(chǎn)中煤礦機(jī)電一體化產(chǎn)品的運(yùn)用隨著煤礦生產(chǎn)不斷向深部水平發(fā)展，對(duì)控制水平和規(guī)模的要求越來越高，加速了機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。進(jìn)入 21 世紀(jì)，我國(guó)煤礦機(jī)電一體化技術(shù)的研究和應(yīng)用均有重大突破，尤其在煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控、大型設(shè)備綜合后備保護(hù)及礦井生產(chǎn)過程自動(dòng)控制方面取得可喜成績(jī)。采用機(jī)電一體化產(chǎn)品的煤礦，能夠獲得可觀的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。機(jī)電一體化是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，極大地推動(dòng)了不同學(xué)科的交叉與滲透，工程領(lǐng)域的技術(shù)改造與革命。在機(jī)械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機(jī)械工業(yè)的滲透所形成的機(jī)電一體化，使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、功能與構(gòu)

2、成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由機(jī)械電氣化;邁入以機(jī)電一體化;為特征的發(fā)展階段。1 國(guó)內(nèi)機(jī)電一體化的現(xiàn)狀和發(fā)展機(jī)電一體化是指在機(jī)構(gòu)的主功能、動(dòng)力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù)，將機(jī)械裝置與電子化設(shè)計(jì)及軟件結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。機(jī)電一體化發(fā)展至今已經(jīng)成為一門有著自身體系的新型學(xué)科，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，還將被賦予新的更高的內(nèi)容。如機(jī)電液一體化，與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合遠(yuǎn)程控制和監(jiān)測(cè)，與機(jī)器人相結(jié)合的高度智能化等。其機(jī)電一體化基本特征可概括為：機(jī)電一體化是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測(cè)控技術(shù)及電力電子技術(shù)，根據(jù)

3、系統(tǒng)功能目標(biāo)要求，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實(shí)現(xiàn)特定功能價(jià)值，并使整個(gè)系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。由此而產(chǎn)生的功能系統(tǒng)，則成為一個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)或機(jī)電一體化產(chǎn)品。因此,機(jī)電一體化;涵蓋技術(shù);和產(chǎn)品;兩個(gè)方面。機(jī)電一體化技術(shù)是基于上述群體技術(shù)有機(jī)融合的一種綜合技術(shù)，而不是機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)及其它新技術(shù)的簡(jiǎn)單組合、拼湊。這是機(jī)電一體化與機(jī)械加電氣所形成的機(jī)械電氣化在概念上的根本區(qū)別。機(jī)械工程技術(shù)由純技術(shù)發(fā)展到機(jī)械電氣化，仍屬傳統(tǒng)機(jī)械，其主要功能依然是代替和放大的體系。但是，發(fā)展到機(jī)電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機(jī)械部件的原有功能外，還被賦予許多新

4、的功能，如自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)處理信息、自動(dòng)顯示記錄、自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制、自動(dòng)診斷與保護(hù)等。也就是說，機(jī)電一體化產(chǎn)品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的延伸，智能化特征是機(jī)電一體化與機(jī)械電氣化在功能上的本質(zhì)區(qū)別。機(jī)電一體化的發(fā)展大體可以分為三個(gè)階段：1）20 世紀(jì) 60 年代以前為第一階段，這一階段稱為初級(jí)階段。2）20 世紀(jì) 70-80 年代為第二階段，可稱為蓬勃發(fā)展階段。這一時(shí)期，計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為機(jī)電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路和微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，為機(jī)電一體化的發(fā)展提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。大約到20 世紀(jì) 80 年代末期在世界范圍內(nèi)得到比較廣泛

5、的承認(rèn)；機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展。3）20 世紀(jì) 90 年代后期，開始了機(jī)電一體化技術(shù)向智能化方向邁進(jìn)的新階段，機(jī)電一體化進(jìn)入深入發(fā)展時(shí)期。一方面，光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入機(jī)電一體化，微細(xì)加工技術(shù)也在機(jī)電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體化等新分支。我國(guó)是從 20 世紀(jì) 80 年代初才開始進(jìn)行這方面的研究和應(yīng)用。機(jī)電一體化是集機(jī)械、電子、光學(xué)、控制、計(jì)算機(jī)、信息等多學(xué)科的交叉綜合，它的發(fā)展和進(jìn)步依賴并促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展。機(jī)電一體化的進(jìn)一步主要發(fā)展方向大致有以下幾個(gè)方面：1.1 智能化。智能化是 21 世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。人工智能在機(jī)電一體化的研究中日益得到

6、重視，機(jī)器人與數(shù)控機(jī)床的智能化就是重要應(yīng)用之一。這里所說的智能化;是對(duì)機(jī)器行為的描述，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動(dòng)力學(xué)等新思想、新方法，使它具有判斷推理、邏輯思維及自主決策等能力，以求得到更高的控制目標(biāo)。誠(chéng)然，使機(jī)電一體化產(chǎn)品具有與人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。但是，高性能、高速度的微處理器使機(jī)電一體化產(chǎn)品賦有低級(jí)智能或者人的部分智能，則是完全可能而且必要的。1.2 模塊化。模塊化是一項(xiàng)重要而艱巨的工程。由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、電氣接口、動(dòng)力接口和環(huán)境接口等的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元是

7、一項(xiàng)十分復(fù)雜但又非常重要的事情。如研制集減速、智能調(diào)速、電機(jī)于一體的動(dòng)力單元，具有視覺、圖像處理、識(shí)別和測(cè)距等功能的控制單元，以及各種能完成典型操作的機(jī)械裝置等。有了這些標(biāo)準(zhǔn)單元就可迅速開發(fā)出新產(chǎn)品，同時(shí)也可以擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。為了達(dá)到以上目的，還需要制定各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，以便于各部件、單元的匹配。1.3 網(wǎng)絡(luò)化。由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品?，F(xiàn)場(chǎng)總線和局域網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用使家用電器網(wǎng)絡(luò)化已成大勢(shì)，利用家庭網(wǎng)絡(luò)（home net）將各種家用電器連接成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家電系統(tǒng) （computer integrated applia

8、nce system,CIAS），能使人們呆在家里就可分享各種高技術(shù)帶來的便利與快樂。因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無疑將朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。1.4 微型化。微型化興起于 20 世紀(jì) 80 年代末，指的是機(jī)電一體化向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)。國(guó)外稱其為微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS），泛指幾何尺寸不超過 1cm3的機(jī)電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級(jí)發(fā)展。微機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小，耗能少，運(yùn)動(dòng)靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有無可比擬的優(yōu)勢(shì)。微機(jī)電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機(jī)械技術(shù)。微機(jī)電一體化產(chǎn)品的加工采用精細(xì)加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)兩類。1.5 環(huán)?；?。工業(yè)的發(fā)達(dá)給人們生活帶來巨大變

9、化。一方面，物質(zhì)豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重污染。于是，人們呼吁保護(hù)環(huán)境資源，回歸自然。綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應(yīng)運(yùn)而生，綠色化是時(shí)代的趨勢(shì)。綠色產(chǎn)品在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環(huán)境保護(hù)和人類健康的要求，對(duì)生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率極高。設(shè)計(jì)綠色的機(jī)電一體化產(chǎn)品，具有遠(yuǎn)大的發(fā)展前景。機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指，使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，報(bào)廢后能回收利用。1.6 系統(tǒng)化。未來的機(jī)電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系，機(jī)電一體化的人格化有兩層含義：一層是如何賦予機(jī)電一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性等等，顯得越來越重要，特別是對(duì)家用機(jī)器人，其高層境界就是

10、人機(jī)一體化；另一層是模仿生物機(jī)理，研制出各種機(jī)電一體化產(chǎn)品。2 煤礦機(jī)電一體化產(chǎn)品在煤炭生產(chǎn)中的應(yīng)用機(jī)電一體化的發(fā)展和進(jìn)步依賴并促進(jìn)了相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步。它的發(fā)展對(duì)煤炭系統(tǒng)產(chǎn)生了很大的沖擊，采用機(jī)電一體化產(chǎn)品將大大改善煤礦生產(chǎn)的勞動(dòng)強(qiáng)度、工作環(huán)境及安全系數(shù)，同時(shí)在降低能耗、保證安全生產(chǎn)方面也實(shí)現(xiàn)了特定的價(jià)值。它可不必更換設(shè)備，而對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)過程進(jìn)行必要的調(diào)整、改革，對(duì)傳統(tǒng)的機(jī)械工業(yè)注入新鮮的血液，實(shí)現(xiàn)安全、高效、文明生產(chǎn)。2.1 煤礦機(jī)電一體化產(chǎn)品。煤礦機(jī)電一體化產(chǎn)品已在許多煤礦得到廣泛應(yīng)用。國(guó)產(chǎn)的以計(jì)算機(jī)為核心的電牽引采煤機(jī)、全數(shù)字交、直流提升機(jī)已占領(lǐng)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，我國(guó)已能生產(chǎn)用計(jì)算機(jī)監(jiān)控

11、的掘進(jìn)機(jī)、膠帶運(yùn)輸機(jī)、礦井供電設(shè)備等。另外煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)、膠帶機(jī)集中控制系統(tǒng)、礦井生產(chǎn)過程自動(dòng)、遠(yuǎn)程控制和信息化管理、圖像監(jiān)視井下關(guān)鍵設(shè)備和主要工作地點(diǎn)、調(diào)度室的裝備實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)在生產(chǎn)調(diào)度、財(cái)務(wù)、人力資源、設(shè)備、銷售及辦公自動(dòng)化都得到了普遍應(yīng)用。煤礦機(jī)電一體化產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的自動(dòng)化、智能化、信息化等等，為煤礦生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)高安全、高可靠、高效率和高效益提供了保障。2.2 煤礦機(jī)電一體化產(chǎn)品在棗礦集團(tuán)柴里煤礦的應(yīng)用?，F(xiàn)以改造的棗礦集團(tuán)柴里煤礦為例進(jìn)行敘述，柴里煤礦現(xiàn)有在冊(cè)職工 1.2萬人，是我國(guó)第一對(duì)厚含水沖擊層下開采特厚煤層的試驗(yàn)型礦井，是棗礦集團(tuán)的骨干生產(chǎn)礦井之一，于 19

12、64 年 10 月建成投產(chǎn)，歷經(jīng)三次改擴(kuò)建，年產(chǎn)量從 30 萬噸提高到 300 萬噸。目前已經(jīng)成為集原煤生產(chǎn)、矸石發(fā)電、煤焦化工、機(jī)械修造、電子科技、空調(diào)生產(chǎn)、國(guó)際貿(mào)易為一體的綜合效益型現(xiàn)代化企業(yè)。柴里煤礦的提升系統(tǒng)分為主井提升及斜井提升系統(tǒng)。主井提升系統(tǒng)，屬于立井提升，單繩纏繞式提升設(shè)備，交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)及控制，專門提升井下生產(chǎn)的煤炭，井筒使用密封鋼絲繩罐道，立井箕斗。主井提升設(shè)施經(jīng)過第一、二次改擴(kuò)建，已做為礦井主提升井，裝備了洛陽礦山機(jī)械廠生產(chǎn)的一臺(tái) 2JK-4/20 型絞車，井深 173.1m,凈徑 4.5m,天輪直徑 4m,天輪軸承為滾動(dòng)軸承，提升高度為 197m,提升速度 6.21m/

13、秒，兩路低壓電源由 35kV 變電所提供。對(duì)箕斗改造，將 J-8 型 8 噸仿蘇箕斗改造為容積 11 噸的新型箕斗，卸載方式由底卸式改為側(cè)卸式。將 YR800-10/1180 型800kW 電機(jī)更換為 YR143/46-10 型 1000kW 電機(jī)，安裝真空換向柜 TZHK-D400/6 型，對(duì)轉(zhuǎn)子重新配阻。將電控系統(tǒng)更換焦作華飛生產(chǎn)的 JTDK-PC-01S 型可編程控制器，撤除了磁力站、測(cè)速發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化運(yùn)行，拆除舊轉(zhuǎn)子屏，安裝焦作華飛電子電器工業(yè)有限公司生產(chǎn)的 JTDK-ZN-ZKT/P,交流提升機(jī)電控系統(tǒng)和 JT-DK-ZN-SCR 可控硅無觸點(diǎn)調(diào)速柜，取代老系統(tǒng)。在上下井口硐室

14、分別安裝了卸載操作臺(tái)、裝載控制箱，更換箕斗為石家莊生產(chǎn)的鋁合金箕斗。南副井提升方式是輔助提升井，屬于立井提升，單繩纏繞式提升設(shè)備，交流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)及控制，專門提升矸石、物料、升降人員和設(shè)備等，井筒使用組合玻璃鋼罐道，立井罐籠。南副井提升井深 151.7m,凈徑 6.6m,裝備洛陽礦山機(jī)械廠產(chǎn)一臺(tái) 2JK-3.5/20 型絞車，配用東方電機(jī)廠產(chǎn) YR143/39-12 型，630kW 滑環(huán)式電機(jī)，天輪直徑 4m,天輪軸承為滾動(dòng)軸承，提升速度 4.5m/秒，兩路低壓電源由 35kV 變電所提供，將電控系統(tǒng)更換焦作華飛生產(chǎn)的 JTDK-PC-01S 型可編程控制器，撤除了磁力站、測(cè)速發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)

15、化運(yùn)行。由于南付井井筒風(fēng)速高，淋水大，罐道梁、托罐梁銹蝕嚴(yán)重，導(dǎo)致罐籠在運(yùn)行中振動(dòng)大，嚴(yán)重影響礦井安全提升，成為礦井生產(chǎn)的重大隱患。對(duì)南付井改造工程進(jìn)行調(diào)研，然后委托南京設(shè)計(jì)院對(duì)南付井改造工程進(jìn)行設(shè)計(jì)、概算，最后改造工程委托集團(tuán)公司中興建安公司（原第三工程處）進(jìn)行施工。安裝防過放、防過卷、防墜裝置，更換了木質(zhì)罐道為玻璃鋼罐道，材質(zhì)為 180×180×11998（玻璃鋼） 采用 FHT 型彈簧緩沖式罐籠安全承接裝置，BS 型多盤式防過卷過放裝置。上井口安設(shè)了搖臺(tái)裝置，方便了進(jìn)出大件。更換南付井東西勾罐籠，東勾罐籠是單層雙車單繩鋁合金罐籠，罐籠自重 4306kg,最大允許載

16、荷 11T,南付井更換電控系統(tǒng)，采用焦作華飛電子電器有限工業(yè)有限公司生產(chǎn)的 JTKD-ZN-ZKT/P 型交流提升系統(tǒng)，該裝置 PLC 采用日本三菱公司生產(chǎn)的 FX2N 型可編程序控制器，加速柜采用 JTDK-ZN-SCR 型可控硅無觸點(diǎn)調(diào)速。安裝了低頻柜、換向柜。斜井提升設(shè)施提升斜長(zhǎng) 1422m,傾角 15°30 ,凈斷面 10.23m2,擔(dān)負(fù)矸石、材料、設(shè)備的提升下放，安裝洛陽礦山機(jī)械廠產(chǎn) 2JK-3.5/20 雙滾筒絞車，現(xiàn)裝備東方電機(jī)廠生產(chǎn)的 YR500-12/1180 型500kW 電機(jī)，ZLR-170E 型減速箱，B157 型液壓站，KZG-180/320-3380V 三相

17、可控硅制動(dòng)柜一直使用至今。機(jī)電一體化設(shè)備應(yīng)用情況：近兩年，投入大量資金，更新改造了老舊雜及高耗能設(shè)備，采用機(jī)電一體化產(chǎn)品，不僅提高了安全生產(chǎn)系數(shù)，還降低了能耗成本，提高了效率和經(jīng)濟(jì)效益。1）MGD150NW 采煤機(jī)：根據(jù)柴里煤礦目前的采掘條件，針對(duì)部分采區(qū)儲(chǔ)量，提高生產(chǎn)效率勢(shì)在必行。為提高安全質(zhì)量、提高掘進(jìn)速度，選擇了遼源煤礦機(jī)械廠生產(chǎn)的 EBJ-120 型懸臂式掘進(jìn)機(jī)2 臺(tái)，MGD150NW 采煤機(jī) 5 臺(tái)，采煤效率提高 300%,大大提高了產(chǎn)量，降低了成本。2）綜采液壓支架：柴里煤礦為實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)械化、提高工效、增加產(chǎn)量、提高人身及設(shè)備安全系數(shù)，減輕重體力勞動(dòng)，首次在殘采工作面使用了鄭州四維

18、機(jī)電設(shè)備制造有限公司生產(chǎn)的綜采液壓支架。其中 ZFG4800/18/30 綜采放頂煤過渡支架 5 架、ZF4000/16/28 基本支架 126 架，提高了殘采工作面的回采率，體現(xiàn)了機(jī)電一體化產(chǎn)品獨(dú)特的優(yōu)越性。3）鋼絲繩損傷定量檢測(cè)系統(tǒng)：煤礦鋼絲繩使用中一直存在著不安全、不經(jīng)濟(jì)、低效率、不可靠、危害大的難題。鋼絲繩的檢測(cè)一直靠人工目視、手摸，耗時(shí)、耗工、效率低下。選用了洛陽鋼絲繩檢測(cè)技術(shù)有限公司生產(chǎn)的 TCK 鋼絲繩損傷定量檢測(cè)系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)具有檢測(cè)精度高、分辨率強(qiáng)、性能穩(wěn)定、集成化、適用性強(qiáng)、使用方便的特點(diǎn)，能夠定量檢測(cè)鋼絲繩斷絲、磨損、銹蝕、疲勞等損傷，節(jié)約了檢測(cè)時(shí)間、檢繩人員、1/3 鋼絲繩用量并有效預(yù)防了斷繩事故的發(fā)生。4）自耦減壓起動(dòng)控制柜：柴