李晰

摘 要：機(jī)電一體化技術(shù)在礦山開發(fā)中有廣泛的應(yīng)用，但在實際應(yīng)用過程中還存在一些缺陷和不足。本文主要分析了機(jī)電一體化技術(shù)在礦山開采中的應(yīng)用現(xiàn)狀，重點介紹了對當(dāng)前礦山機(jī)電一體化技術(shù)的創(chuàng)新方法。通過該應(yīng)用研究，以提高礦山開采的安全性，為煤礦產(chǎn)業(yè)創(chuàng)造出更高的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：礦山;機(jī)電一體化;創(chuàng)新;建議

1 機(jī)電一體化工程

機(jī)電一體化工程專注于自動化機(jī)器的設(shè)計。它基于機(jī)械、電子和軟件工程的組合，但對于這三者來說是一個明顯不同的學(xué)科。

機(jī)電一體化工程與自動化工程的不同之處在于其從業(yè)人員對復(fù)雜機(jī)器的性能分析和設(shè)計有著深刻的理解。它與機(jī)械工程的不同之處在于其從業(yè)人員了解如何自動化設(shè)計并將其非常有效地集成到機(jī)器中以實現(xiàn)互補的結(jié)果。

機(jī)電工程師還在項目工程、可靠性工程和動力工程方面發(fā)揮作用，他們的跨學(xué)科知識為他們提供機(jī)械或電氣工程師的優(yōu)勢。機(jī)電一體化工程師可以與電氣和機(jī)械系統(tǒng)一起工作，解決跨學(xué)科界限的問題為專業(yè)計算機(jī)系統(tǒng)和微控制器編寫和測試軟件是許多機(jī)電工程師工作的重要組成部分。

在最基本的層面上，能夠設(shè)計、建模和測試包括連接到單個微控制器或PLC的機(jī)械和電氣組件的“簡單”機(jī)電一體化系統(tǒng)。一個例子是連接到變速箱的直流電機(jī)，通過傳感器驅(qū)動負(fù)載質(zhì)量，從而實現(xiàn)位置和速度的反饋控制。

2 礦山機(jī)電設(shè)備

2.1 采礦模擬器

采礦模擬器是用于復(fù)制采礦作業(yè)要素的系統(tǒng)，用于效率分析。采礦模擬應(yīng)用的范圍可以從純粹的統(tǒng)計分析到比例模型，一直到安裝在氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)上的采礦機(jī)械副本艙都被顯示三維圖像的屏幕所環(huán)繞。這些模擬器依靠物理引擎和地理數(shù)據(jù)來準(zhǔn)確地模擬環(huán)境的動態(tài)。

2.2 爆破機(jī)器

爆破機(jī)器或爆炸裝置是便攜式電流源，可靠地發(fā)射爆炸帽以觸發(fā)主要爆炸裝藥。它主要用于采礦。一種典型的“電容放電”爆破機(jī)器的工作原理是通過給電池充電，然后通過外部電路（稱為火線）對電容器放電，以便對爆破帽進(jìn)行發(fā)射。在機(jī)器閑置時，在輸出端子之間連接一個“內(nèi)部分流器”，以便在外部電路中感應(yīng)的任何雜散電壓在沒有觸發(fā)爆炸帽的情況下無害地短路。這些機(jī)器通常還包括一個“放棄”功能，在不觸發(fā)瓶蓋的情況下釋放內(nèi)部電容器。磁感應(yīng)爆破機(jī)包括一個被推倒的T型手柄;手柄的下端是一個驅(qū)動小齒輪的齒條，可以驅(qū)動高壓磁鐵，引爆爆炸帽所需的高電壓。

爆破墊是通常由用繩索、電纜或鏈條捆綁在一起的切割橡膠輪胎制成的墊子。它們在巖石爆破過程中用來抑制爆炸，防止飛行石塊和粉塵。

2.3 挖掘機(jī)

在礦山開發(fā)過程中會使用多種挖掘機(jī)。鏟斗鏈?zhǔn)酵诰驒C(jī)是用于地表采礦和挖泥的重型設(shè)備。它使用旋轉(zhuǎn)鏈條上的鏟斗去除大量物料。它具有與斗輪挖掘機(jī)和挖溝機(jī)相似的特征。它們從運動平面的下方移除材料，如果坑底不穩(wěn)定或在水下時這種挖掘機(jī)能起到很好的效果。

斗輪式挖掘機(jī)（BWE）是用于地面開采的重型設(shè)備。BWE的主要功能是作為大型露天采礦作業(yè)中的連續(xù)式挖掘機(jī)。除了其他大型采礦設(shè)備之外，BWE的使用還包括使用由連續(xù)模式的鏟斗組成的大型砂輪，用于在砂輪轉(zhuǎn)向時鏟取材料。

卸料臂通過上部結(jié)構(gòu)從切割臂上接收物料，并將其從機(jī)器中運走，并經(jīng)常送到外部輸送機(jī)系統(tǒng)。配重動臂可以平衡切割臂，并懸掛在上部結(jié)構(gòu)的下部或上部。在較大的BWE中，所有3個吊桿都由穿過塔架頂部的塔架的電纜支撐。

在上層建筑之下鋪設(shè)運動系統(tǒng)。在較舊的型號上，這些將成為機(jī)器沿行駛的軌道，但較新的BWE通常配備爬行器，這為履帶提供了更大的運動靈活性。為了完成其任務(wù)，BWE的上層結(jié)構(gòu)能夠圍繞垂直軸旋轉(zhuǎn)（回轉(zhuǎn)）。切割臂可以上下傾斜（提升）。這些操作的速度分別為30m/min和5m/min。回轉(zhuǎn)由大齒輪驅(qū)動，而起升通常使用電纜系統(tǒng)。

BWE的規(guī)模差異很大，取決于預(yù)期的應(yīng)用。由蒂森克虜伯設(shè)計的緊湊型BWE有6m的懸臂長度，重達(dá)50t，并可移動100m3/h的地球。更大的模型達(dá)到80m的長度，重13000t，并且移動12500m3/h。

2.4 破巖機(jī)

破巖機(jī)是一種旨在操縱大型巖石的機(jī)器，包括將大塊巖石減少為較小的巖石。它們通常用于采礦業(yè)中去除過大的巖石，這些巖石太大或太難以通過破碎機(jī)減小尺寸。破巖機(jī)由2個主要部件組成，一個液壓錘和一個懸臂（臂）。2種主要類型的破巖機(jī)，移動式和固定式，它們通常都被放置在基座或回轉(zhuǎn)框架上。

2.5 掘進(jìn)機(jī)

也稱為懸臂式掘進(jìn)機(jī)，是一種挖掘設(shè)備，該挖掘設(shè)備由安裝在懸臂上的切割頭，通常包括輸送機(jī)的裝載裝置和履帶行走履帶，可以將整個機(jī)器向前移動到巖石表面。

切割頭可以是一個通用旋轉(zhuǎn)滾筒，與吊桿垂直或垂直安裝，也可以是特殊功能頭，如尖頭錘式錘頭，大型隧道掘進(jìn)機(jī)上的壓縮斷裂微型砂輪頭，切片機(jī)頭就像用于切割巖石的巨大鏈鋸，或者傳統(tǒng)挖掘機(jī)。

3 礦山機(jī)電一體化創(chuàng)新建議

3.1 機(jī)電集成

機(jī)電集成結(jié)合了電氣工程和機(jī)械工程中的流程和程序。機(jī)電學(xué)側(cè)重于電氣和機(jī)械系統(tǒng)整體的相互作用以及2個系統(tǒng)如何相互作用。這個過程在諸如直流電機(jī)的系統(tǒng)中尤為突出，其可以被設(shè)計和操作以從機(jī)械過程（發(fā)電機(jī)）產(chǎn)生電力或用于為機(jī)械效應(yīng)（電動機(jī)）供電。電氣工程在這方面也包含電子工程。

機(jī)電裝置是具有電氣和機(jī)械過程的裝置。嚴(yán)格來說，手動開關(guān)是一種機(jī)電組件，由于機(jī)械運動導(dǎo)致電輸出。機(jī)電集成常常涉及電磁原理，例如繼電器，其允許電壓或電流通過機(jī)械切換觸點組和電磁閥來控制另一個通常為隔離的電路電壓或電流，通過該電磁閥，電壓可以致動如電磁閥中的移動聯(lián)動裝置。

所有基于燃料的發(fā)電機(jī)都將機(jī)械運動轉(zhuǎn)換為電力。一些可再生能源，例如風(fēng)力和水力發(fā)電，都由機(jī)械系統(tǒng)提供動力，這些系統(tǒng)也將運動轉(zhuǎn)換為電力。集成微控制器電路包含幾百萬個晶體管，以及一個通過邏輯執(zhí)行相同任務(wù)的程序。機(jī)電部件只有移動部件，例如機(jī)械式電動執(zhí)行器。這種更可靠的邏輯已經(jīng)取代了大多數(shù)機(jī)電設(shè)備，因為系統(tǒng)中必須依靠機(jī)械運動進(jìn)行正確操作的任何點都不可避免地會有機(jī)械磨損并最終失效。正確設(shè)計的電子電路沒有移動部件，幾乎可以無限期地繼續(xù)正常工作，并用于大多數(shù)簡單的反饋控制系統(tǒng)。另一種機(jī)電裝置是壓電裝置，但它們不使用電磁原理。壓電器件可以通過電信號產(chǎn)生聲音或振動，或者從聲音或機(jī)械振動產(chǎn)生電信號。

3.2 自動化開采

自動化開采涉及從采礦過程中去除人力。采礦業(yè)正在向自動化過渡。自動挖掘是一個涵蓋了2種技術(shù)類型。第一種采礦自動化涉及過程和軟件自動化;第二類涉及將機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于采礦車輛和設(shè)備。

為了獲得對其運營的更多控制，采礦公司可以實施采礦自動化軟件或流程。礦山設(shè)備自動化有4種不同的形式：遠(yuǎn)程控制、遙控操作、駕駛員輔助和全自動化。

遙控采礦設(shè)備通常是指采用手持遙控器控制的采礦車輛，如挖掘機(jī)或推土機(jī)。操作員站在視線范圍內(nèi)并使用遙控器執(zhí)行正常的車輛功能。由于機(jī)器的可見度和感覺大幅度降低，因此通過使用遙控器，車輛的生產(chǎn)力一般也會降低。遠(yuǎn)程控制技術(shù)通常用于使采礦設(shè)備在諸如不穩(wěn)定地形、爆炸區(qū)域或高風(fēng)險區(qū)域下落碎片或地下采礦等危險條件下運行。遠(yuǎn)程控制技術(shù)通常是使采礦設(shè)備自動化的最經(jīng)濟(jì)方式。

遠(yuǎn)程操作的采礦設(shè)備是指采礦車輛、采用相機(jī)、傳感器以及可能的附加定位軟件，由遠(yuǎn)程操作員控制。操縱桿或其他手持控制裝置仍然用于控制車輛的功能，操作員通過遙控操作軟件可以更好地訪問車輛遙測和定位數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

隨著礦山機(jī)械的進(jìn)一步發(fā)展，礦山機(jī)電一體化水平將得到進(jìn)一步提升，采礦的效率和質(zhì)量也將顯著提升，這為煤礦企業(yè)的長期有效發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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