礦山機械機電液一體化發展趨勢

　　礦山機械機電液一體化發展趨勢【1】

　　【摘 要】近年來隨著超大規模集成電路、微型電子計算機、電液控制技術的迅速發展，礦山機械的機電液一體化技術也得到了顯著發展。

　　機電液一體化技術不僅能提升礦山機械的開采效率，還能提高礦山的安全性和經濟性。

　　本文著重介紹了礦山機械機電一體化技術的特點、發展歷程，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、智能化協同作業、交流變流技術六方面介紹了礦山機械機電液一體化的發展趨勢。

　　【關鍵詞】礦山機械 機電液 發展趨勢

　　機電液一體化技術顯示了其強大的生命力并且順應了時代的發展方向，實踐表明機電液一體化技術在工業領域得到了廣泛應用，尤其是礦山機械行業，不僅可以提高礦山機械的輸出功率，還可以實現自動控制和安全保護等功能。

　　1 礦山機電液一體化系統簡介

　　1.1 機電液系統簡介

　　機電液一體化系統，絕非僅為機械、液壓與電子電器的簡單組合。

　　否則，包括有這三個部分的礦山機械都可稱已實現機電液一體化了。

　　機電液一體化為礦山機械：裝上了感覺器官――傳感器，布上了神經系統――傳輸線路，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生了巨大的變化。

　　1.2 機電液系統發展

　　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線控制技術研發了線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加自主創新的發展方式，但受限于國外關鍵技術的封鎖和創新能力的滯后，我國礦山機械機電液一體化技術與國外發達國家仍有一部分差距。

　　2 礦山機械液壓系統發展趨勢

　　2.1 液壓系統效率提高

　　液壓系統具有體積小、重量輕、傳遞功率大的優點;容易實現無極調速;容易實現往復運動更適合礦山機械的使用特點;控制簡單，易于實現自動化控制;液壓系統中的元器件易于實現標準化、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：

　　(1)合理匹配液壓泵和負載運動特性，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工作時不會因為外界的振動和沖擊導致液壓油泄漏。

　　(3)液壓系統設計時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采的實際需要，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，能夠實時檢測該礦山機械的狀態。

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

　　同時引入更加先進的激光傳感器、超聲波傳感器、語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行業中的CAN-BUS通訊技術，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世紀全球正面臨著能源危機，全球正在進行節能減排活動，因此在礦山機械的設計之初就應該考慮降低能耗的設計。

　　動力方面可以使用電噴式發動機，可以有效提高燃油效率，并能進行自動控制;液壓驅動方面，努力提高液壓傳動的效率，減少油液的泄露和損失，避免油液泄露污染環境;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，從而節省了驅動過程中的能耗。

　　2.4 軟件發揮更大作用

　　在具有先進的微處理器、傳感器、控制元件之后，必須開發與之相適應的功能強大、可靠性高、適應性強的軟件，用于實現機電液一體化智能顯示控制。

　　隨著現代各種匯編語言和高級語言的發展，不斷的有新的編程平臺出現，為礦山機械的控制軟件開發提供了便利條件。

　　同時，軟件開發中的控制算法也日趨重要，可用專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得到更完美的應用。

　　另外，軟件開發中應留有二次開發的位置，為差異化、個性化的礦山機械實現各項功能。

　　2.5 智能化機群的協同作業

　　隨著礦山對大規模作業，多巷道同時施工，開采進度要求的提高，智能化的多臺不同種類礦山機械協同作業是未來發展的趨勢。

　　機群的協同作業是智能化的單機、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物。

　　這一領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展空間。

　　誠然這是未來礦山機械的發展方向，甚至未來可以實現無人開采，但目前基于礦山機械智能化發展進程，我們應該循序漸進，一步一步實現技術突破。

　　2.6 電流變流體技術

　　為了防止信號傳輸、傳感器使用、電機使用過程，外界及其自身造成的電磁干擾，未來應廣泛采用電流變流體技術。

　　電流變流體(ER流體)在自由狀態下為可自由流動的混懸液體，一旦處在電場作用下，它會迅速固化，根據電場強弱程度分別顯現粘稠、膠凝和堅硬的狀態，且固化度與場強成正比。

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

　　他對電信號響應極快，實在不到1ms的時間內實現狀態變化。

　　它采用PWM控制，可降低能耗，簡化設計，延長壽命。

　　3 結語

　　礦山機械是現代礦山開采的重要工具，而機電一體化技術推動著礦山機械的不斷發展。

　　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和發展歷程，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、智能協同工作等方面介紹了礦山機械機電液一體化的未來發展趨勢，為我們以后深入研究礦山機械機電液一體化技術奠定了基礎。

　　參考文獻：

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　　礦山機械機電一體化技術的發展趨勢【2】

　　摘要：近年來，世界經濟發展速度飛快，伴隨著經濟的發展，世界各國對能源的需求量越來越大。

　　傳統的煤礦系統無法滿足現階段市場經濟對于煤炭資源的需求，因此，現階段必須將先進的科學技術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，來滿足市場需求。

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

　　關鍵詞：機電一體化技術;發展;特點;趨勢

　　前言：作為自動化和機械工程的一個分支，機械電子工程是機電一體化的另一種說法，因此，可以說機電一體化是能夠有效結合信息技術、傳感器技術、微電子技術等先進技術的，而且，在近年來的實際操作中，使機械設備自動化生產得以實現。

　　在傳統的礦山機械工作過程中，將這種高新技術有效的融入其中，促使礦山機械的工作效率得到了有效的提高，同時也是現代科學技術發展的必然結果。

　　1.機電一體化技術發展的特點

　　1.1數字化特點

　　機電一體化技術發展過程中，其數字化的特點最為明顯，這是由于微電子在機電一體化技術當中的有效應用造成的。

　　近年來，信息技術的飛速發展，加快了礦山機械設備與信息技術的有效結合，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，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特點，這都是由于機電一體化的數字化特點所帶來的，與此同時，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網絡化特點

　　早在十九世紀八十年代，網絡技術就在我國專業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。

　　這一成功經驗使得網絡化在今后的發展過程中更加容易被人們接受，人們將這一成功經驗有效的應用到了其他產品的網絡化發展過程當中，有效促進了網絡化的廣泛和深入應用。

　　伴隨著信息技術的飛速發展，遠程監控技術也被有效提出并受到了廣泛的歡迎，這一技術的基礎是網絡技術，再將遠程監控技術應用到礦山機電一體化產品當中的過程中，也就是將網絡技術有效的應用到了礦山機電一體化技術當中，是對傳統的礦山機電一體化技術的改革。

　　同時也說明網絡化將成為未來機電一體化技術發展的重要基礎，加強安全性和功能需求性是使用網絡化的主要原因[2]。

　　1.3智能化特點

　　智能化是現階段的礦山機械設備當中最主要的特點之一。

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

　　例如，將人機對話的功能添加到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，這類智能技術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行控制和維護工作。

　　現階段，人們在研究智能技術的過程中，對于模糊控制、神經網絡等技術領域的有效研究，將在未來的發展過程中對于礦山機械機電一體化技術產中重要的影響。

　　1.4微型化特點

　　現代科學技術在日常工作中的有效應用，注重科學技術是否能夠給工作帶來更高的效率，同時，在提高工作效率的問題上，精細加工技術是非常重要的組成部分，礦山機電一體化技術當中就包含了微型化的特點，這一特點是精細加工技術發展的未來方向。

　　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行結合，再利用MEMS即微機電系統對這些工作進行集體制造和創作。

　　我國近年來在進行微機電一體化產品的研究過程中取得了很大的成就，現階段所生產制作出來的產品都不足1立方厘米，伴隨著科學技術的不斷進步，微米和納米將成為這一領域發展的趨勢。

　　然而，值得重視的是現階段較低的發展水平嚴重影響了我國的超精密技術和微機械技術的發展，一些技術方面的關鍵點還應該引起人們的注意，并及時進行研究和解決[3]。

　　2.礦山機械機電一體化技術的發展趨勢

　　2.1SRD傳動技術

　　開關磁阻電機調速系統即SRD傳動技術，同以往的傳動技術不同，它在傳動過程中能夠進行變速，構成SRD傳動技術的是控制器sr和電動機sr，在當前世界所有的調速系統當中，SRD傳動技術是性價比最高的一個。

　　較高的可靠性、機動性和集成性是礦山機械未來發展的要求，將SRD傳動技術有效應用到礦山機械當中，能夠有效實現這一目標。

　　世界技術先進國家英國在十九世紀八十年代就發明了一臺30KW功率的開關磁阻電動機，伴隨著科學技術的不斷進步，現在的功率已經可以達到將近350KW，將其與1000V電網相連，可以直接省略掉其他的電源變壓器[4]。

　　2.2機電集成驅動技術

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

　　這三個主體會耗費非常大的空間，同時每一個構成部件都包含了很多的環節，這種現象就會造成整個動力傳動系統的可靠性降低，不僅發生故障的幾率加大，同時當故障發生的過程中，對其進行有效的排查也是非常耗費人力和物力的工作。

　　然而，在未來的發展過程中，在礦山機械當中應用機電集成驅動技術能夠有效提高動力傳動系統的可靠性。

　　促進運動執行器、電動機和減速器三者的高密度集成是機電集成驅動技術的重要手段，有效應用這一方法，能夠將動力裝置進行傳遞。

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

　　2.3礦山機器人技術

　　2.3.1 作用

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

　　在這種狀況下，人們開始講礦山工作的研究領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當中，能夠將強度較高的作業進行更好的執行，礦山機器人的應用能夠有效解放勞動力;同時，超強的環境適應能力能夠促進其在工作過程中提高工作效率，當發生危險時，能夠有效降低人身傷亡[5]。

　　2.3.2組成

　　操作、驅動和控制系統是礦山機器人的重要構成部分。

　　礦山機器人在進行日常工作的過程中，其主要行動是受到操作系統來控制的，每一個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，其傳動裝置是驅動系統，減速器、驅動器和傳感器時期重要的組成部分，驅動系統會因為不同的驅動器而有不同的劃分，例如，電機、液壓和氣動驅動系統。

　　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行支配，促使其運動按照相應的軌跡來進行，開環和閉環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有反饋回路的存在是開環控制系統的主要特點，系統的控制功能不會受到輸出工作的影響而產生變化;相反的，輸出和輸入工作相互存在著反饋回路，以反饋的方法來將偏差降到最低是閉環控制系統的重要特點，這就說明要想將工作過程中的精度提到最高，就可以使用閉環控制系統。

　　然而，誤差在日常的工作中是無法進行徹底避免的，系統會受到元件管徑的支配而產生相應的振動，從而產生一定的誤差。

　　因此，如果較高的要求出現在系統當中的時候，我們可以將開環和閉環系統進行交叉使用，以混合控制的方法提高工程精確度。

　　3.結論：伴隨著世界經濟的不斷進步，經濟的發展對于煤炭資源的需求量越來越高，因此，在科學技術不斷進步的狀態下，積極研發和運用新技術，將高新技術與礦山機械相結合，有效應用機電一體化技術，并在實踐中不斷對其進行完善和開發，對我國礦山作業具有重要的意義。

　　參考文獻：

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