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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】近年來隨著超大規(guī)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)也得到了顯著發(fā)展。
機電液一體化技術(shù)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(jīng)濟性。
本文著重介紹了礦山機械機電一體化技術(shù)的特點、發(fā)展歷程，并從液壓系統(tǒng)效率提高、使用高速微處理器、節(jié)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(yīng)了時代的發(fā)展方向，實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(yīng)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，還可以實現(xiàn)自動控制和安全保護等功能。
1 礦山機電液一體化系統(tǒng)簡介
1.1 機電液系統(tǒng)簡介
機電液一體化系統(tǒng)，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(xiàn)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(jīng)系統(tǒng)――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(tǒng)，使礦山機械的性能發(fā)生了巨大的變化。
1.2 機電液系統(tǒng)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線控制技術(shù)研發(fā)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(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(tǒng)發(fā)展趨勢
2.1 液壓系統(tǒng)效率提高
液壓系統(tǒng)具有體積小、重量輕、傳遞功率大的優(yōu)點;容易實現(xiàn)無極調(diào)速;容易實現(xiàn)往復(fù)運動更適合礦山機械的使用特點;控制簡單，易于實現(xiàn)自動化控制;液壓系統(tǒng)中的元器件易于實現(xiàn)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(tǒng)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(shù)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(yè)工作時不會因為外界的振動和沖擊導(dǎo)致液壓油泄漏。
(3)液壓系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)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(shè)置防振腳墊外，還應(yīng)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(jù)現(xiàn)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(yīng)具有可靠的硬件，更應(yīng)就有強大的數(shù)據(jù)處理能力和敏感的感測能力，能夠?qū)崟r檢測該礦山機械的狀態(tài)。
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(yīng)時間，提高使用效率和敏捷性，使礦山機械面對復(fù)雜環(huán)境時能夠快速做出反應(yīng)。
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(tǒng)之間通信傳輸將廣泛采用汽車行業(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(jié)能增效
21世紀全球正面臨著能源危機，全球正在進行節(jié)能減排活動，因此在礦山機械的設(shè)計之初就應(yīng)該考慮降低能耗的設(shè)計。
動力方面可以使用電噴式發(fā)動機，可以有效提高燃油效率，并能進行自動控制;液壓驅(qū)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(huán)境;材料方面，可以采用新型金屬材料，不僅可以調(diào)高礦山機械的強度，還可以減輕整機重量，從而節(jié)省了驅(qū)動過程中的能耗。
2.4 軟件發(fā)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(fā)與之相適應(yīng)的功能強大、可靠性高、適應(yīng)性強的軟件，用于實現(xiàn)機電液一體化智能顯示控制。
隨著現(xiàn)代各種匯編語言和高級語言的發(fā)展，不斷的有新的編程平臺出現(xiàn)，為礦山機械的控制軟件開發(fā)提供了便利條件。
同時，軟件開發(fā)中的控制算法也日趨重要，可用專家系統(tǒng)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(yīng)用。
另外，軟件開發(fā)中應(yīng)留有二次開發(fā)的位置，為差異化、個性化的礦山機械實現(xiàn)各項功能。
2.5 智能化機群的協(xié)同作業(yè)
隨著礦山對大規(guī)模作業(yè)，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(xié)同作業(yè)是未來發(fā)展的趨勢。
機群的協(xié)同作業(yè)是智能化的單機、現(xiàn)代化的通訊設(shè)備、GPS、遙控設(shè)備和合理的施工工藝相結(jié)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(yīng)用提供了廣闊的發(fā)展空間。
誠然這是未來礦山機械的發(fā)展方向，甚至未來可以實現(xiàn)無人開采，但目前基于礦山機械智能化發(fā)展進程，我們應(yīng)該循序漸進，一步一步實現(xiàn)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、電機使用過程，外界及其自身造成的電磁干擾，未來應(yīng)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)下為可自由流動的混懸液體，一旦處在電場作用下，它會迅速固化，根據(jù)電場強弱程度分別顯現(xiàn)粘稠、膠凝和堅硬的狀態(tài)，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(tǒng)和機械系統(tǒng)的閥、阻尼器及動力傳輸裝置等。
他對電信號響應(yīng)極快，實在不到1ms的時間內(nèi)實現(xiàn)狀態(tài)變化。
它采用PWM控制，可降低能耗，簡化設(shè)計，延長壽命。
3 結(jié)語
礦山機械是現(xiàn)代礦山開采的重要工具，而機電一體化技術(shù)推動著礦山機械的不斷發(fā)展。
本文從礦山機械的機電液一體化系統(tǒng)的組成介紹了其特點和發(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(chǔ)。
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礦山機械機電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢【2】
摘要：近年來，世界經(jīng)濟發(fā)展速度飛快，伴隨著經(jīng)濟的發(fā)展，世界各國對能源的需求量越來越大。
傳統(tǒng)的煤礦系統(tǒng)無法滿足現(xiàn)階段市場經(jīng)濟對于煤炭資源的需求，因此，現(xiàn)階段必須將先進的科學(xué)技術(shù)和設(shè)備等應(yīng)用到礦山機械設(shè)備當中，提高礦山機械設(shè)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(shù)的發(fā)展日新月異，在機電技術(shù)發(fā)展的過程中與信息技術(shù)的有效結(jié)合是其發(fā)展的必然趨勢，這是對傳統(tǒng)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;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(jié)合信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)等先進技術(shù)的，而且，在近年來的實際操作中，使機械設(shè)備自動化生產(chǎn)得以實現(xiàn)。
在傳統(tǒng)的礦山機械工作過程中，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，同時也是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。
1.機電一體化技術(shù)發(fā)展的特點
1.1數(shù)字化特點
機電一體化技術(shù)發(fā)展過程中，其數(shù)字化的特點最為明顯，這是由于微電子在機電一體化技術(shù)當中的有效應(yīng)用造成的。
近年來，信息技術(shù)的飛速發(fā)展，加快了礦山機械設(shè)備與信息技術(shù)的有效結(jié)合，將數(shù)字化有效的應(yīng)用到了礦山機械設(shè)備當中。
例如，虛擬設(shè)計和計算機集成制造在礦山機械設(shè)備中的有效應(yīng)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(shù)字化特點所帶來的，與此同時，遠程操控、識別和調(diào)整也因數(shù)字化的加入而變得更加的便捷[1]。
1.2網(wǎng)絡(luò)化特點
早在十九世紀八十年代，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)就在我國專業(yè)人員的努力下被應(yīng)用到了機電一體化設(shè)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(yīng)用到了其他產(chǎn)品的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展過程當中，有效促進了網(wǎng)絡(luò)化的廣泛和深入應(yīng)用。
伴隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，遠程監(jiān)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(chǔ)是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，再將遠程監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用到礦山機電一體化產(chǎn)品當中的過程中，也就是將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有效的應(yīng)用到了礦山機電一體化技術(shù)當中，是對傳統(tǒng)的礦山機電一體化技術(shù)的改革。
同時也說明網(wǎng)絡(luò)化將成為未來機電一體化技術(shù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，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
智能化是現(xiàn)階段的礦山機械設(shè)備當中最主要的特點之一。
增強了礦山機械設(shè)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(shù)控機床當中，智能工藝數(shù)據(jù)庫和I/O接口的有效設(shè)定等，這類智能技術(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行控制和維護工作。
現(xiàn)階段，人們在研究智能技術(shù)的過程中，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，將在未來的發(fā)展過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
現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)在日常工作中的有效應(yīng)用，注重科學(xué)技術(shù)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(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，這一特點是精細加工技術(shù)發(fā)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(jié)合，再利用MEMS即微機電系統(tǒng)對這些工作進行集體制造和創(chuàng)作。
我國近年來在進行微機電一體化產(chǎn)品的研究過程中取得了很大的成就，現(xiàn)階段所生產(chǎn)制作出來的產(chǎn)品都不足1立方厘米，伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，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(xiàn)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)鍵點還應(yīng)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(shù)的發(fā)展趨勢
2.1SRD傳動技術(shù)
開關(guān)磁阻電機調(diào)速系統(tǒng)即SRD傳動技術(shù)，同以往的傳動技術(shù)不同，它在傳動過程中能夠進行變速，構(gòu)成SRD傳動技術(shù)的是控制器sr和電動機sr，在當前世界所有的調(diào)速系統(tǒng)當中，SRD傳動技術(shù)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(fā)展的要求，將SRD傳動技術(shù)有效應(yīng)用到礦山機械當中，能夠有效實現(xiàn)這一目標。
世界技術(shù)先進國家英國在十九世紀八十年代就發(fā)明了一臺30KW功率的開關(guān)磁阻電動機，伴隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步，現(xiàn)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(qū)動技術(shù)
在將傳統(tǒng)的動力傳動系統(tǒng)應(yīng)用到礦山機械設(shè)備當中的過程中，其構(gòu)成要素包括運動執(zhí)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(gòu)成部件都包含了很多的環(huán)節(jié)，這種現(xiàn)象就會造成整個動力傳動系統(tǒng)的可靠性降低，不僅發(fā)生故障的幾率加大，同時當故障發(fā)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(fā)展過程中，在礦山機械當中應(yīng)用機電集成驅(qū)動技術(shù)能夠有效提高動力傳動系統(tǒng)的可靠性。
促進運動執(zhí)行器、電動機和減速器三者的高密度集成是機電集成驅(qū)動技術(shù)的重要手段，有效應(yīng)用這一方法，能夠?qū)恿ρb置進行傳遞。
有效在礦山機械當中應(yīng)用機電集成驅(qū)動裝置，能夠?qū)⒖臻g進行節(jié)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(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程中對于環(huán)境的適應(yīng)非常困難，導(dǎo)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(fā)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(lǐng)域延伸到礦山機器人的研究。
將機器人有效應(yīng)用到礦山作業(yè)當中，能夠?qū)姸容^高的作業(yè)進行更好的執(zhí)行，礦山機器人的應(yīng)用能夠有效解放勞動力;同時，超強的環(huán)境適應(yīng)能力能夠促進其在工作過程中提高工作效率，當發(fā)生危險時，能夠有效降低人身傷亡[5]。
2.3.2組成
操作、驅(qū)動和控制系統(tǒng)是礦山機器人的重要構(gòu)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(tǒng)來控制的，每一個礦山機器人都是由不同的操作系統(tǒng)構(gòu)成的。
在礦山機器人當中，其傳動裝置是驅(qū)動系統(tǒng)，減速器、驅(qū)動器和傳感器時期重要的組成部分，驅(qū)動系統(tǒng)會因為不同的驅(qū)動器而有不同的劃分，例如，電機、液壓和氣動驅(qū)動系統(tǒng)。
礦山機器人的制作和應(yīng)用核心為控制系統(tǒng)，它能夠按順序?qū)Σ僮鳈C構(gòu)進行支配，促使其運動按照相應(yīng)的軌跡來進行，開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)是現(xiàn)階段礦山機器人的主要控制系統(tǒng)[6]。
輸入和輸出工作相互沒有反饋回路的存在是開環(huán)控制系統(tǒng)的主要特點，系統(tǒng)的控制功能不會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反饋回路，以反饋的方法來將偏差降到最低是閉環(huán)控制系統(tǒng)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(huán)控制系統(tǒng)。
然而，誤差在日常的工作中是無法進行徹底避免的，系統(tǒng)會受到元件管徑的支配而產(chǎn)生相應(yīng)的振動，從而產(chǎn)生一定的誤差。
因此，如果較高的要求出現(xiàn)在系統(tǒng)當中的時候，我們可以將開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)進行交叉使用，以混合控制的方法提高工程精確度。
3.結(jié)論：伴隨著世界經(jīng)濟的不斷進步，經(jīng)濟的發(fā)展對于煤炭資源的需求量越來越高，因此，在科學(xué)技術(shù)不斷進步的狀態(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(jié)合，有效應(yīng)用機電一體化技術(shù)，并在實踐中不斷對其進行完善和開發(fā)，對我國礦山作業(yè)具有重要的意義。
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