煤矿机电一体化技术的应用

第一篇：煤矿机电一体化技术的应用

煤矿机电一体化技术的应用、管理及发展趋势

摘要：近年来，我国各行各业竞相发展，依靠机电一体化技术，大幅度地提高产品的性能、质量和可靠性，提高制造水平，增加产品的应变能力，提高劳动生产率，节约大量能源和材料消耗。煤炭系统也在利用机电一体化技术改造旧设备和开发新产品方面做了大量的工作，取得一定的成效。它已使人们清楚地认识到，机电一体化技术和产品的发展，是实现高效、安全、机械化采煤和煤矿机电产品更新换代的重要途径。针对机电一体化技术在煤矿中的应用进行阐述，并对其发展趋势进行分析。摘要：近年来机电一体化技术的应用和推广极大地提升了我国煤矿生产的综合实力，为实现高效、安全、洁净、结构优化的煤炭业生产打下了扎实的基础。文章对煤矿机电一体化技术在我国的应用以及机电管理进行阐述。关键词：机电一体化技术；煤矿；应用；发展趋势；煤矿机电；自动化；设备应用与管理

引 言

随着科学技术不断发展，机电一体化技术的发展也越来越快，机电一体化技术正朝着高性能、高精度、高速度、高柔性化和模块化方向发展。我国的机电一体化技术虽然发展较快，但与国际先进水平还存在较大的差距，我们需要坚持应用先进技术的方向，不断创新，培养大批能从事机电一体化企业及相关的生产、建设、管理、服务第一线的高等工程技术应用性人才。机电一体化技术专业人员主要从事机电一体化产品的开发、设计、制造、安装、调试、运行、检修和营销等技术与管理工作。由于机电一体化技术应用领域广泛，因此具有较大的就业岗位群。

一、概述

机电一体化技术就是机械、计算机、信息处理和自动控制技术综合运用的复合技术，是微电子技术向传统机械工程渗透而形成的融合机械工程、电气工程、计算机技术、信息技术等为一体的新兴综合技术。机电一体化技术顺应了当今科学技术发展的规律，示了强大的生命力。由于煤炭生产是将数百、数千万吨煤炭从地层深处采掘、运送到地面，因此需采用大量的机电设备才能实现这一目标，而机电一体化煤矿产品则是实现高产高效的最好选择。机电一体化将机械与电子技术融为一体，使物流、能流、信息流融为一体。

二、机电一体化技术在煤矿中的主要应用

1机电一体化技术在提升机中的应用矿井提升机是目前煤矿机电一体化、自动化水平最高的设备，全数字化交直流提升机。尤其是内装式提升机，从结构上将滚筒和驱动合为一体，机械结构大大简化，充分体现了机械一电力电子一计算机一自动控制的综合体。而全数字化提升机高度可靠，采用总线方式，大大简化了电器安装，此外，硬件配置简单，互相兼容。..九五期问，国 产数字化直流提升机已成为煤矿提升机的首选机型。我国研制成功的具有自主知识产权的全数字化提升机，其核心部分..ASCS是由双..CPU构成的计算机系统，其性能先进、操作简便、准确可靠。此外，我国还应用..sIMADYND和..s7研制成功了第一台交一交变频器供电的交流提升机。目前，最大装机容量已达到..5000kW，主、副井提升机可做到全自动化，不需要专门的绞车司机。

机电一体化技术在采煤机中的应用电牵引采煤机是机电一体化技术在采煤机的一个典型应用。与液压牵引相比，它具有一下特点：

良好的牵引特性：可以在采煤机前进时提供牵引力，使其克服阻力移动，也可以在采煤机下滑时进行发电制动，向电网反馈电能。

可用于大倾角煤层：牵引电动机轴端装有停机时防止机器下滑的制动器，因为它的设计制动力矩为电动机额定转矩的1．6～2．0倍，所以电牵引采煤机可用在..4O。～50。倾角的煤层，而不需要其它防滑装置。

运行可靠，使用寿命长，电牵引和液压牵引不同，前者除电动机的电刷和整流子有磨损外，其它元件均无磨损，因此工作可靠，故障少，寿命长，维修工作量小。

反应灵敏，动态特性好：电控系统能及时调整各种参数，防止采煤机超载运行。

结构简单、效率高：电牵引采煤机机械传动结构简单、尺寸小、重量轻，电能转换为机械能只做一次转换，效率可达99％，而液压采煤机的效率只有65％一70％左右。

煤炭总院上海分院与波兰玛克公司合作，研制成功我国第一台采用交流变频调速 MG344一PWD型薄煤层强力爬底板电牵引采煤机以来，我国的电牵引采煤机有了较快的发展。国内上海天地公司、太原矿山机械厂、西安煤机厂、鸡西煤机厂等都生产交流变频和直流电牵引采煤机，而且得到了广泛的应用。经过近2O年的研制开发，我国的电牵引采煤机逐步走向成熟，为煤矿生产技术的进步起到了积极的推动作用。

机电一体化技术在带式输送机中的应用带式输送机由于长距离连续输送、输送量大、运行可靠、效率高和易于实现自动化等特点，已成为我国煤矿井下原煤输送 系统的主要运输设备。因此，成为近几年来机电一体化技术的研究重点。目前主要采用机、电、液一体化的..CST可控软启动装置。它是一种专门为平滑起动运送大惯性载荷，如煤炭或金属矿石的长距离皮带运输机而设汁的软骄动装置．一条皮带运输机可以由一台或几台CST驱动。由于尚未解决动态分析和在线监控技术以及启动延迟技术，我国带式输送机的中间驱动点不能不知过多，～般为三点驱动，这样就限制了输送机的单机长度和运量。而且，输送机的监控设备功能少、可靠性较差、灵敏度和寿命都较低，和发达国家相比存在显著的差距。

煤矿机电一体化装置液压支架则向电液控制方向发展将计算机技术与液压控制有机结合，实现定压双向邻架或成组自动移架，避免对顶板和支架产生冲击载荷。我国神华集团大柳塔矿采用从德国和美国引进的电液控制的支架，移架速度为6~8秒／架，最快的移架速度达3秒／架。龟液控制装置还可检测支架的工作状态。

煤矿供电的特点是供电要可靠，质量要高，能满足大功率设备的要求。因此应该推广节能型产品。高压开关柜采用维护量小，使用寿命长的真空开关。采用集中 补偿和就地补偿相结合的办法提高功率因数，减少供电系统无功电流，减少无功功率损耗。目前高、低开关柜普遍采用..微机保护，具备网络功能，可以实现远程遥控、遥测、遥信和遥调。

三、煤矿机电一体化技术应用的发展趋势

我国自造的煤矿机电一体化设备都具有智能化、程序化、信息化的特点，以及设备体积小、操作、维护方便、保护齐全、性能可靠等优点。这些设备在煤炭生产中的广泛应用，不仅减轻了操作人员的劳动强度，而且极大地提高了煤矿的生产水平和能力，创造了巨大的经济效益和社会效益。但是，我国的煤矿机电一体化技术与发达国家相比，还有一定的差距，因此还有很多的工作需要继续研究，其未来的发展趋势是：

开发有自主知识产权的以煤矿开采技术及配套装备为主导的核心技术，研究具有自主知识产权的核心装置：

增加产品的通信功能，以适应综合自动化的需要；开发以微处理器和微机为基础的矿井设备工况和健康监测以及微处理器、计算机和专家系统的应用等；煤矿机器人仍然是煤矿机电一体化技术今后研究的重点之一。机电一体化技术煤矿生产中的应用机电一体化技术包括基础的机械技术、以及计算机与信息技术、系统技术、自动控制技术动技术。而在在矿井的生产过程中，采煤工艺的先进与否直接影响整个矿井的生产能力。因此，要尽量选用先进的采煤工艺，从而到矿井的高产高效的目的。随着我国工业控制自动化技术的发展，煤矿机电自动化在矿上的应用目益增多。

因为煤矿是高危行业，提高机电设备自身的安全可靠程度和自动化程度，最大减少用人，是实现矿井长治久安的关键所在，因此煤矿机电的自动化有力推动了企业安全高效、又好又快发展。

电气自动化在采矿机械设备中的应用采煤机从中厚煤层起步，发展到薄煤层、大功率、大采高强力滚筒采煤机。从有链牵引、无链液压牵引方式，逐渐发展到了电磁滑差无链电牵引和变频调速无链电牵引。液压支架高度从薄煤、中厚到厚煤层，支架型式由占主导的掩护式，逐渐发展到有四柱支撑式低位放顶煤、两柱式的高位放顶煤(单输送机)、两柱掩护式低位放项煤液压支架等多种架型。液压支架电液控制系统在美国、澳大利亚、德国等煤炭生产发达国家得到了普遍的应用，液压支架电液控制系统是实现综采工作面高产高效的关键技术设备，是今后发展的必然方向充分发挥机电一体化技术在煤矿开采中的作用。目前从国内煤矿的技术、经济条件和效益出发，电液控制液压支架主要用于年产400万t以上的一次采全高长壁工作面，600万t以上各项煤工作面及薄煤层高效开采工作面。将在近年内结合各矿特点尝试液压支架的电液控制系统。

我国电气自动化的应用使采煤的过程更加人性化，综采工作面装备远程监控及专家诊断系统的可靠性是国产采煤机研究的主要内容。该系统能够实现综采装备液压支架和采煤机的远程监控，使采煤机根据煤层的变化实现自动割煤、煤层的软硬自动调节采煤速度，检验并完善动态监测综采支架液压系统压力和各受力点的状态，自动调节支架推移输送机的拉移等，使综合机械化水平上一个新的台阶。

煤矿机电一体化技术矿井运输提升产品的应用在煤矿生产中，因为现代化煤矿发展的需要，对煤矿机械化采煤提出更高的要求，因此随之对井下、井上的运输和 提升系统的要求也就越来越高。如今，对于国外一些采煤技术比较先进的国家，煤矿井下大巷的运输系统大多是采用带式运输机，他们基本上是采用直流式交流变频装置驱动方式，主要以电力电子器件为核心。

在我国，大多数煤矿井下生产已经实现了皮带化，采用大巷强力带式运输机运输的方式也非常普遍。另外，计算机控制系统发展也非常迅速，它们具有很多种及时故障诊断和自我保护等功能，如应用过程中的轴承温度、倒转、跑偏及断带等故障，可能在某些方面没有面面俱到，在使用上还不能满足一些功能，但是从发展的角度看问题，这的确是一个很好的开始。而全数字化提升机高度可靠，采用总线方式，使电器安装大大简化，此外，硬件配置简单，互相兼容。我国研制成功的具有自主知识产权的全数字化提升机，其核心部分ASCS是由双 CPU构成的计算机系统，其性能先进、操作简便、准确可靠。机电一体化技术在综合机械化采煤中的应用，使设备动作趋于协调，且安全性、可靠性大为提高，操作性能更加完善，为煤炭企业带来了更高的经济效益。

矿井安全生产监测监控系统中的应用矿井安全生产 监控系统是最能体现煤矿机电一体化的技术之一。20世纪 90年代以来，紧跟世界监测监控系统的发展潮流，我国自行研制开发出了一批具有世界先进水平的监控系统，如煤炭科学研究总院重庆分院的KJ90系统、煤炭科学研究总院常州自动化研究所的KJ95系统等。自此，大大小小的系统生产厂家如雨后春笋般的不断出现，不仅为各煤矿提供了更多的选择机会，且促进了各厂家在市场竞争条件下不断提高产品质量和服务意识。经过多年的实践表明，安全监测监控系统为煤矿安全生产和管理起到了十分重要的作用，基本代表了我国煤矿监测监控系统的技术水平。

四、煤矿机电管理存在的主要问题

1机电管理职能部门作用没有充分发挥尽管各地方煤矿一般都设置了机电管理部门，但大多数矿井机电科都承担 2种职能：一是机电管理，二是机电生产。

机电科管理人员的主要精力放在应付生产上，管理作用没能充分发挥。一些地方煤矿的领导对机电管理重视不够，大量压缩机电人员，造成机电管理人员不足，机电专业组织未能健全，机电管理网络经常中断，机电 职能管理作用淡化，技术手段落后。

机电队伍整体素质较低及机电技术力量薄弱一些地方煤矿机电管理人员文化较低，专业技术水平不高，未系统学习设备管理理论和企业管理理论，机电管理凭经验进行。机电职工一般未接受机电专门技术培训，理论知识不足，实践经验缺乏，违章作业经常发生。设备故障较高，因电气失爆而引起的瓦斯、煤尘爆炸事故几乎年年发生。用电管理 两票三制坚持不严，带电作业，约时停送电时有发生。

设备存在隐患较多设备老、旧、杂、带病运转，安全设施、保护装置不全，距《煤矿安全规程》要求差距较大。提升系统缺少缓冲装置和托罐装置，电控系统、制动系统保护不全。井筒装备锈蚀严重，末能定期防腐。有的矿井为了赶产，不能保证主副井2h的停产检修时间，绞车的实际提升负荷超过设计提升能力。一些固定设备的电压表、电流表、压力表、真空表、安全阀未按规定定期校验。井下电气设备没有按规定做电气试验，过流保护整定过大，漏电保护、煤电钻综保、照明信号综合保护、输送机保护、风电闭锁、瓦斯电闭锁甩掉不用或 试验及记录不规范。井下局部接地极及连线的材质、工艺不符合要求，安装不合格。非阻燃的电缆、输送带仍在井下使用。电气设备失爆现象屡见不鲜。

改进地方煤矿机电管理的办法重视机电管理，首先是矿井领导人重视机电管理，这是加强机电管理的关键。机电管理人员要经常向矿领导汇报机电工作，多提工作建议，以获得领导的支持。

因矿制宜建立机电管理机构，授予职权，统一管理矿井机电管理机构体系不论采取哪种形式，都必须授予机电部门职权，实行统一管理。一般机电部门要具有以下职权，即：制定机电管理规章制度杈；编制部署机电工作计划权；设备配件分配权：制止违章作业权：追查机电事故权；检查评比考核奖罚权：机电业务骨干调整调动工作监督权。

认真落实规章制度，扎实地做好设备综合管理。加大机电培训。达到培训的目的各矿应建立设备综合管理体系，完善设备综合管理制度，配齐设备管理人员，实行流程化管理，扎实地做好设备综合管理工作，确保设备管理制度化、正常化、规范化。培训上提高职工学习积极性，严谨机电培训走过场。能实现要我学到我要学的转变，培训达到目的。

对我国煤矿机电一体化技术的思考在20世纪，我国煤矿机电一体化技术(产品)取得了较大的发展，机电一体化技术应用到了煤矿每个环节，但相对国外先进煤矿还是比较落后的。因此，要让我国煤矿机电一体化技术达到世界先进技术水平，必须掌握信息时代机电一体化技术的特点和相关技术发展的动态。

应提高我国煤矿机电一体化产品的规范化、标准化、系列化和通用化的程度：以计算机为机电一体化的核心装置，因为计算机运算和存贮能力非常强，且体积和功耗小，更加适合于工作空间狭小的煤矿机电一体化产品，在设计煤矿机电一体化产品时，应尽可能的选用功能强大的嵌入式计算机，从而保证工作性能更可靠：对于新开发的煤矿机电一体化产品应具有通信功能，同时，要选用很好的开放性和高可靠性的通信模块，方便与控制网络进行连接通信控制；煤矿机电一体化产品需要达到智能化发展水平，能判断机电设备和周围环境的状态，使设备能自动适应环境并以最优的状态工作，同时能快 速地对所采集的参数进行分析，从而对故障进行诊断，再根据这些诊断结果对以后工作过程中的故障进行预测；要对矿用传感器进行深入研究和开发，提高矿用传感器的可靠性和使用寿命，同时考虑传感器的数字化、集成化、智能化和多维化，使矿用传感器在比较恶劣的工作环境下进行信号的测量，并保证其测量；准确度，并具有自校正、自诊断、状态识别和自我调节等功能；要关注国内外高新技术的发展，将那些适于煤矿井下工作环境的高新技术用于煤矿机电一体化产品，从而提高煤矿现代化，达到煤矿自动化生产。

参考文献

1殷际英．机电一体化实用技术[Ｍ]．北京：化学工业出版社，2003 2芮延年．机电一体化系统设计[Ｍ]． 北京：机械工业出版社，2004．

结束语

当然，机电一体化的发展不是孤立的，与机电一体化相关的技术还有很多，并随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，机电一体化技术的发展与应用也将更加广阔。

近年来，随着微电子技术、计算机技术、软件技术、传感器技术和自动化技术的飞快发展，信息流成为机电一体化的主要特色。其产品实现自动化、数字化、智能化，在性能和功能方面均实现了质的飞跃。

因此，机电一体化技术是企业信息化的重要支撑技术，是矿山综合自动化的基础。机电一体化技术在煤矿采、掘、运装备的应用和推广，极大地提升了我国煤矿生产的综合实力，为实现高效、安全、洁净、结构优化的煤炭工业生产打下了扎实的基础。

鸣

谢

本文是在老师精心指导和大力支持下完成的。老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。他渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。同时，在此次毕业设计过程中我也学到了许多了关于瓦斯抽放方面的知识，实验技能有了很大的提高，在此深表谢意。其次，感谢所有关心、支持、帮助过我的良师益友。最后，向在百忙中抽出时间对本文进行评审并提出宝贵意见的各位老师表示衷心地感谢。

第二篇：机电一体化技术及应用.doc

第1章绪论

第一节机电一体化的定义

1、机电一体化是机电一体化技术及其产品的统称，并把柔性制造系统（FMS）和计算机集成制造系统（CIMS）等先进制造技术的生产线和制造过程也包括在内，发展了机电一体化的含义。

2、机电一体化包括六大共性关键技术：精密机械技术、伺服驱动技术、传感检测技术、信息处理技术、自动控制技术和系统总体技术。

3、名词解释：机电一体化产品

在机械产品的基础上应用微电子技术和计算机技术产生出来的新一代的机电产品。

第二节机电一体化系统的基本功能要素及相应功能

1.机械本体机械本体包括机械传动装置和机械结构装置。其主要功能是使构造系统的各子系统、零部件按照一定的空间和时间关系安置在一定的位置上，并保持特定的关系。

2.动力部分功能是按照机电一体化系统的控制要求，为系统提供能量和动力以保证系统的正常运行。机电一体化的显著特征之一，是用尽可能小的动力输入获得尽可能大的功能输出。

3.传感检测部分 功能是对系统运行过程中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测，并装换成可识别信号，传输到信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。其功能通常由专门的传感器和仪器仪表完成。

4.执行部分功能是根据控制和指令完成所要求的动作。执行部分是运动部件，一般采用机械、电磁、电液等机构。它将输入的各种形式的能量转换为机械能。

5.驱动部分功能是在控制信息作用下，驱动各种执行机构完成各种动作和功能。

6.控制与信息处理部分功能是将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中、存储、分析、加工，根据信息处理结果，按照一定的程序发出相应的控制信号，通过输出接口送往执行部分，控制整个系统有目的地运行，并达到预期的性能。控制与信息处理单元一般由计算机、可编程控制器（PLC）、数控装置以及逻辑电路A/D与的、D/A转换、I/O接口和计算机外部设备等组成。

7.接口一是交换；二是放大；三是传递。机电一体化系统的组成及工作原理

第三节机电一体化的相关技术（六大方面）

1．机械技术：是机电一体化的基础

2．传感检测技术：是机电一体化系统的感觉器官

3．信息处理技术：包括信息的交换、存取、运算、判断和决策。机电一体化主要采用工业

4．自动控制5.伺服传动技术6.系统总体技术

第2章机械传动与支承技术机械系统是机电一体化系统的基本要素，主要用于执行机构、传动机构、支承部件。

第一节机械系统数学模型的建立

1．机械移动系统

机械移动系统的基本元件是质量、阻尼器和弹簧。

第二节机械传动系统的特性、影响机电一体化系统中传动链的动力学性能的因素：（1）负载的变化（2）传动链惯性（3）传动链固有频率（4）间隙、摩擦、润滑和温升

2．机械传动系统的特性（公式—选择）P22-23

(1)阻尼线性阻尼下的振动为实模态，非线性阻尼下的振动为复模态阻尼比§= C/2√mkc:粘性阻尼系数m—系统的质量 k—系统的刚度（2）刚度对于伺服系统的失动

量来说，系统的刚度越大，失动量越小。对于伺服系统的稳定性来说，刚度对开环系统的稳定性没有影响，而对闭环系统的稳定性有很大影响，提高刚度可增加闭环系统的稳定性。

（3）谐振频率（4）间隙（1）齿轮传动的齿侧间隙的消除 1)刚性消隙法2）柔性消隙法 3）丝杠螺母间隙的调整垫片式调隙机构、螺纹式调隙机构、齿差式调隙机构

第三节机械传动装置齿轮传动使用最多的原因是：瞬时传动比为常数、传动精确、强度大、能承受重载、结构紧凑、摩擦力小、效率高。

谐波齿轮减速器原理若将钢轮固定，外装柔性轴承4的波发生器凸轮3装入柔轮2中，是原形为圆环形的柔轮产生弹性变形，柔轮两端的齿与钢轮的齿完全脱开，长袖与短袖间的齿测逐渐齿入齿出。与一般齿轮传动相比有下列特点(1)传动比大单级50~500多级可达3000以上（2）承载能力大（3）传动精度高（4）齿侧间隙小（5）结构简单、体积小、重量轻

第四节回转运动支承主要由滚动轴承、动压轴承、静压轴承、磁轴承等承担。直线运动轴承主要是指直线运动导轨副起作用是保证各零件之间的相对位置和相对运动精度。机电一体化系统常用的直线运动支承有滑动导轨滚动导轨液体和气体静压导轨

第三章检测技术

第一节 传感器的性能（1）静态特性指标：线性度、灵敏度、迟滞、重复性。（2）动态特性传感器的使用原则1）足够容量2）与测量或控制系统的匹配性好，装换灵敏度高3）精度适当且稳定性高4）反应速度快，工作可靠性好5）适用性和适应性强6）使用经济

第二节光栅 由标尺光栅和指标光栅组成。是位移监测器，特点精确高、响应速度快、和量程范围大。P=0.001mm把摩尔条纹调大10mm则放大倍数相当于1000倍

感应同步器是一种应用电磁传感器原理制造的高精度检测元件，直线式和圆盘式。分别检测位移和转角。

第三节光电式速度传感器是由装在被测轴上的带缝隙圆盘、光电器件、和指示缝隙盘组成。

第四节接触式位置传感器1）由微动开关制成的位置传感器2）二维矩阵是配置的位置传感器。接近式位置传感器按其工作原理主要分电磁式、光电式、静电容式、气压式、超声波式。

第五节 测量放大器需要电路具有横高的共模抑制比以及高增益、低噪声和高输入阻抗。程控增益放大器经过处理的模拟型号，在送入计算机处理前，必须进行量化，及进行模拟数字变换，变换后的数字信号才能为计算机接受处理。在计算机自动测控系统中往往不希望、有时也不能利用手动办法来实现增益而希望利用计算机采用软件控制来实现增益的自动变化。隔离放大器在有强电或电磁干扰的环境中为了防止电网电压等对测量回路的损坏，其信号输入通道采用隔离技术。能完成这种任务、具有这种功能的放大器。

第七节用软件线性化处理的方法有：计算法、查表法、插值法。

第四章伺服传动技术伺服的意思是伺候服侍，就是在控制指令的指挥下，控制驱动元件，是机械系统的运动部件按照指令要求进行运动。伺服系统的结构组成：控制器、功率放大器、执行机构、和检测装置。通常伺服电动机应符合以下基本要求：具有宽广而和平的调速范围、具有较硬的机械特性和良好的调节特性、具有快速响应特性、空载使动电压小。步进电动机是一种将脉冲信号装换成位移角的执行元件。对这种电动机施加一个脉冲后，其转轴就装过一个角度，称第一步。脉冲数增加位移角随之增加，脉冲频率高装速快，相序改变，电动机反转。

第二节直流伺服系统结构：相敏放大器、位置调节器、速度放大器、pwm功率放大器、伺服电动机、减速器、位置检测

脉宽调制型pwm功率放大器基本原理：利用开关功率器件作用，将直流电压换成一定频率的方波电压，通过方波脉冲宽度调制，改变输出电压的平均值。

Pwm控制电路脉冲调制器、逻辑延时环节、晶体管基极驱动器。

第三节异步电动机变频调速器 6个功率开关、12个晶体管。

Spwm变频调速系统：绝对值运算器、函数发生器、逻辑控制器。

环节分配器：三相三拍、三相六拍、双三拍

电液伺服系统是由电信号处理部分和液压的功率输出部分组成的控制系统，系统的输入是电信号。电液位置伺服控制系统常用于机床工作台的位置控制、机械手的定位、稳定平台水平位置控制等。电液速度伺服控制系统：若系统的输出量为速度，将此速度反馈到输入端，并与输入量比较，就可以实现对系统的速度控制。

第五章计算机控制技

1.直接数字控制系统（DDC）

这类系统中计算机的运算和处理结果直接输出作用于被控制对象，故称为直接数字控制系统 2分布控制系统式

分布式综合了计算机技术 通信技术和控制技术，采用多层分级结构的构成，从下而上的分为控制级，控制管理级和经营管理级

3传送的方式

无条件传送 查询式传送 中断式传送D/A转换器是指将数字量转换位模拟量的电路DAC0883主要是有两个8位寄存器和一个8位D/A转换器组成的。使用两个寄存器的优点是可以进行两次缓冲操作，使该器件的应用有更大的灵活性。A/D模数转换器是将模拟电压转换为数值量的器件。实现的方法a逼近法b双积分法。7 STD总线的技术特点a小板结构b严格的标准化c面向I/O设计d高可靠性STD总线工业控制计算机

a Z80系列STD总线工业是最早开发的一种机型，特点可靠性高 价格便宜 普及面 等优点，目前占有很大市场

b 单片机系列本身就是工业控制机，集成密度较高，作为控制应用其功能比较齐全，可靠性和抗干扰能力强数值PID调节器的设计

PID能够较好的兼顾动态控制系能和稳态控制系能

第六章简单的机电一体化

1全自动洗衣机

工作时单面片机通过检测待洗衣物的浑浊度 布质 布量和水温等作为模糊推理的输入条件。

第七章工业机器人

1.工业机器人的组成 操作机 驱动系统 控制系统 人工智能系统

2.工业机器人的分类 a按操作机坐标形式分为 直角坐标型工业机器人 圆柱型 球坐 多

关节型平面关节型机器人b按控制方式分类 点位控制 连续轨道控制c 按驱动方式分类 气动式 液压式 电动式

3.手腕是由弯曲式关节和转动式关节组成。两自由度腕关节来说有RR和BR两个结构，对于三个自由度 BBR BRR RBR RRR RBB五种表示p表示俯仰Y表示摆动R表转动

4.手部很据其结构和用途不同可以分为机械夹持器 专用工具和万能手三类

5.机械夹持器分为 回转式 移动式 内撑式

6.研究工业机器人的目的是建立工业机器人个运动构建与手部在空间位置之间的关系，建

立机器人的手臂运动的数学模型，为控制工业机器人的运动提供分析的方法和手段，为仿真研究手臂的运动特性和设计控制器实现预定功能提供依据。

7.工业机器人的力学分析分为静态力学分析和动态力学分析。静态力学是研究操作机在静

态条件下，手臂受力情况；动力学分析是研究操作机各主动关节驱动力与手臂的关系，从而得出工业机器人的动力学方程。

第八章柔性制造系统和计算机集成制造系统

1．柔性制造系统的定义和适用范围

FMS是指可变的 制动的化程度较高的制造系统，主要包括若干数控机床加工中心，用一套自动物料搬运系统连接起来，由布级多级计算机系统进行综合管理与控制。

适用范围：能解决单件 小批量生产的自动化问题，也能适应大批量 多种产品的自动化问题，它把高柔性 高质量 高效率结合起来，在当前具有较强的生命力

2柔性制造系统的组成和结构

组成：加工系统 物料系统 能量系统 信息系统。

第三篇：机电一体化技术的应用

机电一体化技术的应用

摘要：现阶段，随着我国全面改革的深化，各个领域发展都加快了步伐，机电一体化的技术层面也有了优化，对生产领域起到了很大促进作用。机电一体化技术的发展经历了长时间积淀，发展至今已经在应用生产力层面得到了提高，对我国的经济发展起到了积极促进作用。本文对机电一体化技术的应用进行了简要分析。

关键字：机电一体化；技术；应用 1机电一体化技术的发展现状

至今，机电一体化技术的应用主要在四个方面，分别是工业机器人的开发和利用、数控机床应用、分布式控制系统应用。工业机器人的产生能够在一定程度上代替人类，经历了三个发展阶段，第一代机器人因为不具备高智能化水平，只能依据简单的程序执行简易的工作；第二代机器人可以依据内部传感器获取、分析环境中的信息，做出具体的动作；第三代机器人可以在不同环境下工作。机电一体化技术的应用最成功的案例就属数控机床，目前数控机床是一个机床是可以同时进行多个任务的操控，让提高工作效率在很大程度上得到提高。分布控制系统的安全和功能水平极高，随着测控技术的发展，分布式控制系统能够在干生产过程中实现调度、处理等多种功能。

2机电一体化的应用 2.1计算机的集成

计算机集成过程中的机电一体化，其意义主要是通过对各系统进行整合的方式，达到将全局动态进行综合展示的目的，因此，可以说计算机的集成在一定程度上满足了对产品研制、生产和经营等各个流程进行有机结合的要求，为产品的开发提供了相应的信息。随着各企业对自身集成的程度进行不断提升，不同生产要素所具有的相关配置也得到了一定的优化，这对于将生产要素的功效进行最大化发挥具有非常重要的意义。

2.2数控机床

研究结果表明，机电一体化在对数控机床操控的精确度进行提升过程中，起到了非常重要的作用，数控机床的模块化结构也正是依托于该技术而产生的，除此之外，数控机床所具有的智能化技术和软件研制也无法离开机电一体化而独自生存，上述研究成果的发表和应用，不仅保证了数控机床功能性的有效提升，还在很大程度上为产品生产速度的提高提供了理论依据。

2.3工业机器人中的应用

将机电一体化技术应用在工业机器人当中可以细化成三个阶段：①工业机器人能够根据具体的规定要求对某一动作进行重复性地操作，而且在适应工作环境和对象变化方面能力偏弱；②工业机器人已经具备了传感系统，可以及时获取并处理与工作环境相关的状况与信息。及时反馈，有效地控制动作。在此过程中，工业机器人也具备了低水平智能特征，可以达到实用化目标；③工业机器人与时俱进，呈现出智能化的发展趋势，并且具备感知能力，而且形成了逻辑思维，可以判断并决策，自身的环境适应力与行动力已经相对成熟。

2.4在汽车行业的应用

2.4.1汽车的打火系统使用机电一体化技术

原来的汽车打火系统接收到的打火指令信号较弱，使用时间一长，打火会很困难，影响汽车的启动，采用机电一体化技术通过数字模式增强打火信号，提升电路传感能力，系统自动对空气和燃料质量之间进行对比，减少它们的比例，使燃料的含量提升，打火容易很多，实现发动机的快速反应。

2.4.2汽车的雷达系统使用了机电一体化技术

它的应用不仅使人们的生活更加方便，而且减少了危险因素。生活中，汽车在倒车、行驶、停车的时候，我们虽然也会减速对周围的环境进行观察，防止发生意外，但总会有视觉死角，在这种情况下，汽车的雷达系统检测到障碍物就会自动发出警报，给驾驶员已提醒，有效的避免了事故的发生。

2.4.3汽车的制动系统使用了机电一体化技术

之前，汽车的制动是靠车后轮安装的制动系统来完成的，是为了及时停车，保证安全，但是，随着汽车行驶速度的提升，原来的制动作用已经难以满足现代汽车的需要，因此，运用了机电一体化技术，能够减轻汽车质量，提升车速，使得车辆在行驶状态下遇到紧急情况也能够实现快速平稳的制动，汽车的安全性更强，制动效果更好，防止了交通事故的发生。

3机电一体化技术的发展趋势 3.1智能化

在21世纪机电一体化的主要研究就是智能化，智能化主要针对的是机器行为，是基于控制理论，综合运用人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学等一些新技术，让机器能够具有人的基础能力，例如判断推理、罗辑思维和自主决策的能力，通过不断的研究，最终可以达到更高的控制要求。研究出来的机电一体化产品虽然不具备和人一样的能力，然而微处理器具备高速度和高性能的特点，这使机电一体化的产品能够具备低级智能或者人的部分智能完全可以在未来实现。

3.2微型化

微型化主要针对的是外形尺寸为毫米，元件尺寸为微米的机电装置，从在该理论指导诞生的技术被广泛投入使用至今，人们对微电装置的追求始终没有停止，这是因为该类装置具有小巧、灵活等诸多优点，因此，在军事和医疗领域对其进行合理运用，可以取得事半功倍的效果。

3.3绿色化发展趋势

新形势下，科学技术发展的速度不断加快，一定程度上完善了人们物质生活质量，同时也提高了居住环境的要求。因而，环境问题也逐渐成为了人们所关注的重点内容，希望可以减少对于自然生态环境的破坏。为此，在实际发展的过程中，生产产品的绿色发展逐渐成为社会目标。其中，绿色机电一体化技术备受关注与认可，能够将自身的价值充分发挥出来，对城市生态环境予以全面保护，进一步推动城市的建设与发展。

3.4网络化发展趋势

随着网络化技术的发展与应用，一定程度上促进人们生产与生活质量的提升。网络技术在工业生产和科学技术中的应用不断增加，而在网络技术发展的同时，也形成了多种多样的高新技术，对人们生活产生了影响。对机电一体化技术的应用制造远程监控终端设备，在各领域中广泛应用。而在家庭中，同样可将机电一体化技术的优势充分发挥出来。由此可见，必须要重视机电一体化技术的网络化应用。

结束语：综上所述，机电一体化的发展中，技术的升级进步对机电一体化设备的优化起到了很大促进作用。我国在机电一体化的发展中有了长足进步，但是在发展中存在着诸多不足。从理论上对机电一体化的技术进行研究分析，就能为实际机电一体化发展提供理论支持，带动我国机电一体化领域的可持续发展。

参考文献：

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第四篇：机电一体化技术应用

机电一体化技术应用

摘要

讨论了机电一体化技术在数字化、智能化、模块化、网络化、人性化、微型化、集成化、带源化、绿色化这些方面的研究和发展对于改变整个机械制造业面貌所起的重要作用，并说明机电一体化技术的智能化技术，分布式控制系统、开放式控制系统、现场总线技术、交流传动技术在钢铁工业中的应用以及发展趋势。

关键词：机电一体化；技术；应用；

一、机电一体化技术概述

进入80年代以来，关于机电一体化技术的研究和应用已成为全球性的课题，可以说，从军事到经济、从生产到生活、从简单的日用消费品生产到复杂的社会生产和管理系统.机电一体化技术几乎达到无所不在、无孔不入的地步。然而，“什么是机电一体化?”，‘呼机电一体化技术都包括那些特征?”，“机电一体化技术在各应用领域中的发展状况如何?”等问题却很难令人回答，这一方面是因为机电一体化技术的研究不断向深度持续发展，所采用的技术手段越来越先进，无法通过定义来界定其发展潜力;另一方面是因为机电一体化技术的应用领域不断向户度持续发展，也无法通过定义来界定其应用范围。

二、机电一体化技术发展

机电一体化是机械、微电子、控制、计算机、信息处理等多学科的交叉融合，其发展和进步有赖于相关技术的进步与发展，其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、网络化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化

2.1 数字化

微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。

2.2 智能化

即要求机电产品有一定的智能,使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如在CNC数控机床上增加人机对话功能，设置智能I/O接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊控制、神经网络、灰色理论、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。

2.3 模块化

由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。

2.4 网络化

由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾。而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品，现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能，利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统，使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处，因此，机电一体化产品无疑应朝网络化方向发展。

2.5 人性化

机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说还是一种艺术享受，如家用机器人的最高境界就是人机一体化。

2.6 微型化

微型化是精细加工技术发展的必然，也是提高效率的需要。微机电系统(Micro Electronic Mechanical Systems，简称MEMS)是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。自1986年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针，1988年美国加州大学Berkeley分校研制出第一个微电机以来，国内外在MEMS工艺、材料以及微观机理研究方面取得了很大进展，开发出各种MEMS器件和系统，如各种微型传感器（压力传感器、微加速度计、微触觉传感器），各种微构件（微膜、微粱、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以及微机器人等）。

2.7 集成化

集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合，又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。首先可将系统分解为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又安全地运转，然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强。

2.8 带源化

是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。由于在许多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具有独特的好处。带源化是机电一体化产品的发展方向之一。

2.9 绿色化

科学技术的发展给人们的生活带来巨大变化，在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果。所以，人们呼唤保护环境，回归自然，实现可持续发展，绿色产品概念在这种呼声中应运而生。绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协调而可再生利用的产品。在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求，机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境，产品寿命结束时，产品可分解和再生利用。

三、机电一体化技术在钢铁企业中应用

在钢铁企业中，机电一体化系统是以微处理机为核心，把微机、工控机、数据通讯、显示装置、仪表等技术有机的结合起来，采用组装合并方式，为实现工程大系统的综合一体化创造有力条件，增强系统控制精度、质量和可靠性。机电一体化技术在钢铁企业中主要应用于以下几个方面： 3.1 智能化控制技术(IC)由于钢铁工业具有大型化、高速化和连续化的特点，传统的控制技术遇到了难以克服的困难，因此非常有必要采用智能控制技术。智能控制技术主要包括专家系统、模糊控制和神经网络等，智能控制技术广泛应用于钢铁企业的产品设计、生产、控制、设备与产品质量诊断等各个方面，如高炉控制系统、电炉和连铸车间、轧钢系统、炼钢———连铸———轧钢综合调度系统、冷连轧等。

3.2 分布式控制系统(DCS)分布式控制系统采用一台中央计算机指挥若干台面向控制的现场测控计算机和智能控制单元。分布式控制系统可以是两级的、三级的或更多级的。利用计算机对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。随着测控技术的发展，分布式控制系统的功能越来越多。不仅可以实现生产过程控制，而且还可以实现在线最优化、生产过程实时调度、生产计划统计管理功能，成为一种测、控、管一体化的综合系统。ＤCS具有特点控制功能多样化、操作简便、系统可以扩展、维护方便、可靠性高等特点。ＤCS是监视集中控制分散，故障影响面小，而且系统具有连锁保护功能，采用了系统故障人工手动控制操作措施，使系统可靠性高。分布式控制系统与集中型控制系统相比，其功能更强，具有更高的安全性，是当前大型机电一体化系统的主要潮流。

3.3 开放式控制系统(OCS)开放控制系统(Open Control System)是目前计算机技术发展所引出的新的结构体系概念。“开放”意味着对一种标准的信息交换规程的共识和支持，按此标准设计的系统，可以实现不同厂家产品的兼容和互换，且资源共享。开放控制系统通过工业通信网络使各种控制设备、管理计算机互联，实现控制与经营、管理、决策的集成，通过现场总线使现场仪表与控制室的控制设备互联，实现测量与控制一体化。

3.4 计算机集成制造系统(CIMS)钢铁企业的CIMS是将人与生产经营、生产管理以及过程控制连成一体，用以实现从原料进厂，生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控制。目前钢铁企业已基本实现了过程自动化，但这种“自动化孤岛”式的单机自动化缺乏信息资源的共享和生产过程的统一管理，难以适应现代钢铁生产的要求。未来钢铁企业竞争的焦点是多品种、小批量生产，质优价廉，及时交货。为了提高生产率、节能降耗、减少人员及现有库存，加速资金周转，实现生产、经营、管理整体优化，关键就是加强管理，获取必须的经济效益，提高了企业的竞争力。美国、日本等一些大型钢铁企业在20世纪80年代已广泛实现CIMS化。

3.5 现场总线技术(FBT)现场总线技术(Fied Bus Technology)是连接设置在现场的仪表与设置在控制室内的控制设备之间的数字式、双向、多站通信链路。采用现场总线技术取代现行的信号传输技术(如4～20mA，ＤC直流传输)就能使更多的信息在智能化现场仪表装置与更高一级的控制系统之间在共同的通信媒体上进行双向传送。通过现场总线连接可省去66%或更多的现场信号连接导线。现场总线的引入导致ＤCS的变革和新一代围绕开放自动化系统的现场总线化仪表，如智能变送器、智能执行器、现场总线化检测仪表、现场总线化PLC(Programmable Logic Controller)和现场就地控制站等的发展。

3.6 交流传动技术

传动技术在钢铁工业中起至关重要的作用。随着电力电子技术和微电子技术的发展，交流调速技术的发展非常迅速。由于交流传动的优越性，电气传动技术在不久的将来由交流传动全面取代直流传动，数字技术的发展，使复杂的矢量控制技术实用化得以实现，交流调速系统的调速性能已达到和超过直流调速水平。现在无论大容量电机或中小容量电机都可以使用同步电机或异步电机实现可逆平滑调速。交流传动系统在轧钢生产中一出现就受到用户的欢迎，应用不断扩大

总结

综上所述, 经过20多年的发展，机电一体化技术已经成为当今世界最热门、最重要的技术发展方向之一，并影响到几乎全部的工业行业。我国从80年代初对机电一体化技术和产品开始予以重视，先后在国家科技攻关计划、863高科技计划和国家自然科学基金中列专项对机电一体技术加以研究，并取得了一系列重大科技成果。199。年，国家将用电子技术改造传统产业列为“八五”及本世纪后十年发展全民经济的重要战略技术措施，机电一体化技术的推广应用已取得相当进展。

第五篇：机电一体化技术在煤矿中的应用

机电一体化技术在煤矿中的应用

摘要 ····································· 1 前言 ····································· 2 第一章、机电一体化技术的概述 ························· 3 第二章、机电一体化技术的发展历程和趋势 ···················· 4 第三章、机电一体化技术的研究在煤矿生产中的重要意义 ·············· 5 3.1 提高劳动效率 ······························ 5 3.2 提高了劳动安全保障 ··························· 5 3.3 增加了经济效益和矿工的劳动收入 ····················· 5 第四章机电一体化技术在煤矿中的应用 ······················ 6 4.1 机电一体化技术在采煤机中的应用 ····················· 6 4.2 机电一体化技术在提升机中的应用 ····················· 6 4.3 机电一体化技术在带式输送机中的应用 ··················· 6 4.4 其他 ·································· 6 第五章 机电一体化技术发展趋势 ························· 8 5.1 光机电一体化方向 ···························· 8 5.2 柔性化方向 ······························· 8 5.3 智能化方向 ······························· 8 5.4 仿生物系统化方向 ···························· 8 5.5 微型化方向 ······························· 8 结论 ····································· 10 致谢 ····································· 11 参考文献 ··································· 12

摘 要

本文对机电一体化技术进行了概述, 简要介绍了机电一体化技术的发展历程和趋势, 论述了机电一体化技术的研究在煤矿生产中的重要意义, 重点介绍了机电一体化技术在煤矿生产中的应用。

关键词:煤矿 机电一体化 意义 应用

引 言

由于现代科学技术的不断发展，简单的机械已无法继续满足工业的生产，在这种需求下，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，导致了工程领域朝着微电子技术和计算机技术等高科技领域迅速发展，逐渐演化为一新名词——机电一体化。这项综合技术使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。

第一章、机电一体化技术的概述

“ 机电一体化”(Mechatronics)是集机械、电子、计算机和信息技术等多种技术有机结合的一门交叉综合技术。机电一体化是在机械的主功能、动力功能和控制功能上引进计算机和电子技术,将机械装置和电子设备以及软件等紧密结合起来,相互渗透,相互融合而形成的一门新兴的综合技术。它的本质不仅是单纯地利用电子技术来简化或替代机械,更重要的是将机械系统、微电子和计算机技术、信息技术组成了最佳系统。

机电一体化技术具有下述优势:提高使用的安全性和可靠性、改善使用性能。机电一体化产品均具有自动监视、报警、诊断等功能,大大简化了操作步骤并且简单、方便;适用面广、生产能力强、工作质量高。机电一体化产品的各种自动功能适用于不同的场合和领域,应变能力强,很大程度提高了控制和检测的灵敏度和精度;具有复合功能、调整和维护方便。机电一体化产品具有复合技术和复合功能,它的它的自动化检验和自动监视功能可对工作过程中出现的故障自动采取措施,使工作恢复正常。第二章、机电一体化技术的发展历程和趋势

机电一体化技术经历了四个发展阶段:准备阶段,计算机的出现标准着机电一体化技术的产生。上个世纪六十年代,日本首先提出这个名词,但是限于当时的技术水平,该技术无法得到广泛的推广和应用;起步阶段,信息技术,微电子技术的发展成熟和第四代电子产品的商品化是机电一体化这一设想变成了现实,在这一时期,机电一体化的影响不断扩大,并取得了较大发展;发展时期,进入八十年代,机电一体化技术已为全世界学者所嘱目,机电一体化技术和产品已像雨后春笋般出现;蓬勃发展时期,九十年代至今,各种新技术出现并取得突破性的发展,日新月异的变化使机电一体化技术和产品扩展到人们生活的各个领域。

我国制造的机电一体化产品都具有智能化、程序化、信息化的特点,以及设备体积小、操作、维护方便、保护齐全、性能可靠等优点,机电一体化产品的广泛应用减轻了劳动强度,提高了生产力水平,创造了巨大的经济和社会效益。然而,我国的机电一体化技术与发达国家相比差距还很大,其未来的发展趋势是:

开发有自主知识产权的核心技术,研究具有自主知识产权的核心装置;增加产品的通信功能,以适应综合自动化的需要;开发以微处理器和微机为基础的矿井设备工况和健康监测以及微处理器、计算机和专家系统的应用等;机器人仍然是机电一体化技术今后研究的重点之一。第三章、机电一体化技术的研究在煤矿生产中的重要意义

3.1 提高劳动效率

机电一体化产品的应用使过去落后的生产方式得到极大的改变,大量新型自动化电子设备的使用彻底转变了煤矿的作业模式,明显降低了工人的劳动强度,大幅提升了劳动生产率,极大地提高了劳动效率。

3.2 提高了劳动安全保障

传统的煤矿工作环境非常恶劣,在潮湿、充满煤尘的环境中长时间、高负荷地工作严重影响到矿工的身体健康和生活质量,某些情况下还会危及到他们的人身安全。采用机电一体化设备进行煤炭的采掘、运输、提升等,不仅可以使矿工从繁重的体力劳动中解脱出来,而且还能降低发生事故和危险的几率,防止工伤和职业病的发生,保证了矿工的生命安全。

3.3 增加了经济效益和矿工的劳动收入

煤矿机电一体化技术的运用使得煤炭的产量大幅提高,增加了企业的经济效益,同样使矿工的劳动收入有所提高,改善矿工的生活质量。煤矿企业的快速发展带动了其它相关行业的快速发展,对地方经济的快速发展起到积极的推动作用。

第四章机电一体化技术在煤矿中的应用

4.1 机电一体化技术在采煤机中的应用

机电一体化技术在采煤机的一个典型应用就是电牵引采煤机。它具有许多液压牵引采煤机不具备的优势和特点:良好的牵引特性。在采煤机前进时它可以提供牵引力,在采煤机下滑时它还可以进行发电制动;可用于大倾角煤层。牵引电动机轴端装有停机时防止机器下滑的制动器,可用在40°～50°倾角的煤层,而不需要其它防滑装置;运行可靠,使用寿命长。与液压牵引不同是电牵引采煤机除电动机的电刷和整流子有磨损外,其它元件没有磨损,因此运行可靠,使用寿命长,维修量小;反应灵敏,动态特性好;结构简单、效率高。电牵引采煤机机械传动结构轻便简单,只做一次转换电能转换为机械能,转换效率可高达99%,而液压采煤机的电能转换机械能的转换效率只有65%～70%左右。

4.2 机电一体化技术在提升机中的应用

目前煤矿机电一体化、自动化水平最高的设备是矿井提升机,为全数字化交直流提升机。尤其是内装式提升机,在结构上将滚筒和驱动合二为一,大大简化了机械结构,充分体现了机械～电力电子～计算机～自动控制的综合体。而全数字化提升机高度可靠,采用总线方式,使电器安装大大简化,此外,硬件配置简单,互相兼容。我国研制成功的具有自主知识产权的全数字化提升机,其核心部分ASCS是由双CPU构成的计算机系统,其性能先进、操作简便、准确可靠。

4.3 机电一体化技术在带式输送机中的应用

带式输送机是我国煤矿井下输送系统的主要运输设备,具有长距离连续输送、输送量大、运行可靠、效率高和易于实现自动化等特点。因此,近几年来带式输送机已成为机电一体化技术的研究重点。目前主要采用机、电、液一体化的CST可控软启动装置。它是一种专门为煤炭或金属矿石的长距离皮带运输机而设计的软驱动装置。一条皮带运输机可以由一台或几台CST驱动。由于尚未解决动态分析和在线监控技术以及启动延迟技术,我国带式输送机一般为3点驱动,对输送机的单机长度和运量存在一定的限制。而且,输送机的监控设备的功能、可靠性、灵敏度和寿命都与发达国家相比存在显着的差距。

4.4 其他

煤矿机电一体化设备液压支架则向电液控制方向发展,将计算机技术与液压控制有机结合,实现定压双向邻架或成组自动移架,避免对顶板和支架产生冲击载荷。煤矿供电要求是供 电要可靠,质量要高,能满足大功率设备。因此应该推广节能型产品。高压开关柜采用维护量小,使用寿命长的真空开关。目前高、低开关柜普遍采用了“微机保护”,具备网络功能,可以实现远程遥控、遥测、遥信和遥调。

机电一体化技术是企业信息化的重要支撑技术,目前已经成为矿山综合自动化的基础。机电一体化技术在煤矿采、掘、运装备的应用和推广,极大地提升了我国煤矿生产的综合实力,为实现高效、安全、洁净、结构优化的煤炭工业生产打下了扎实的基础。

机电一体化系统是机械、电子和信息等功能各异的技术融为一体的综合系统，其构成要素或子系统之间的接口极为重要，从某种意义上说，机电一体化系统设计归根结底就是接口设计概念设计是产品设计进程中最富创新性的阶段之一，原理方案设计则是概念设计的核心，对提高产品性能、降低产品成本有决定性的影响[2]．近年来，国内外研制了一些能够实现特定功能的功能原理解的设计知识目录或知识库，探索了单一功能原理解的计算机表达及智能搜索策略，研制了能对单一功能求解的试验系统口。5]．但对多学科领域集成的机电一体化系统概念设计阶段的功能原理求解，尤其是基于接口特征匹配的机电一体化系统功能原理求解的研究却很少见到报道．本文着重探讨了基于接口特征匹配的机电一体化系统功能原理求解策略和实现方法． 第五章 机电一体化技术发展趋势

5.1 光机电一体化方向

一般机电一体化系统是由传感系统、能源（动力）系统、信息处理系统、机械结构等部件组成的。引进光学技术、利用光学技术的先天优点，就能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源系统和信息处理系统。

5.2 柔性化方向

未来机电一体化产品，控制和执行系统有足够的“冗余度”，有较强的“柔性”，能较好地应付突发事件，被设计成“自律分配系统”。在这种系统中，各子系统是相互独立工作的，子系统为总系统服务，同时具有本身的“自律性”，可根据不同环境条件做出不同反应。其特点是子系统可产生本身的信息并附加所给信息，在总的前提下，具体“行动”是可以改变的。这样，既明显地增加了系统的能力（柔性），又不因某一子系统的故障而影响整个系统。

5.3 智能化方向

今后的机电一体化产品“全息”特征越来越明显，智能化水平越来越高。这主要得益于模糊技术与信息技术（尤其是软件及芯片技术）的发展。

5.4 仿生物系统化方向

今后的机电一体化装置对信息的依赖性很大，并且往往在结构上是处于“静态”时不稳定，但在动态（工作）时却是稳定的。这有点类似于活的生物：当控制系统（大脑）停止工作时，生物便“死亡”，而当控制系统（大脑）工作时，生物就很有活力。就目前情况看，机电一体化产品虽然有向仿生物系统化方向发展的趋势，但还有一段漫长的道路要走。

5.5 微型化方向

目前，利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术，在实验室中已制造出亚微米级的机械元件。当这一成果用于实际产品时，就没有必要再区分机械部分和控制器部分了。那时，机械 8 和电子完全可以“融合”，机体、执行结构、传感器、CPH 等可集成在一起，体积很小，并组成一种自律元件。这种微型化是机电一体化的重要发展方向。

结 论

随着煤矿生产不断向深部水平发展，对控制水平和规模的要求越来越高，从而会进一步加速机电一体化技术的发展和进步。目前各种高科技术的发展，如网络、光纤、人工智能及生物工程等高新技术，已经渗入到机电一体化技术之中，使机电一体化产品功能更强大、性能更优越，智能化程度也越来越高。因此，采用新的机电一体化技术装备的煤矿企业，会获得更加显著的技术、经济和社会效益，循环促进、不断发展下去。

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