毕业设计（论文）机电一体化技术在煤矿生产中的应用.doc

毕业论文（设计）题 目：机电一体化技术在煤矿生产中的应用姓 名 系 部 机电工程系 专 业 机电一体化 班 级 08机电4班 指导教师 2011年 5月 29日毕业论文（设计）成绩评定表学 生姓 名学生所在系机电工程系专业班级08级机电一体化4班毕业论文（设计）课题名称机电一体化技术在煤矿生产中的应用指导教师评语（应包括选题是否恰当、是否理论联系实际、论点是否正确、论证是否充分、语言是否通顺、结构是否合理、行文是否规范）：成 绩：指导教师签名： 年 月 日系学术委员会意见（同意给优、良、及格、不及格等次）签名： 年 月 日目 录摘 要1引 言2第一章 机电一体化技术的含义及重要意义3第二章 机电一体化的发展4第一节 发展方向4第二节 发展政策5第三章 机电一体化技术在煤矿生产中的应用7第一节 机电一体化技术在采煤机中的应用7第二节 机电一体化技术在矿井提升机中的应用8第三节 机电一体化技术在掘进机中的应用8第四节 机电一体化技术在带式输送机中的应用9第五节 机电一体化技术在支护设备中的应用9第六节 机电一体化技术在矿井安全生产监控系统中的应用10第四章 我国煤炭机电一体化技术的水平11第五章 机电一体化技术的研究在煤矿生产中的重要意义12第六章 机电一体化技术的前景展望13结 束 语14致 谢15参考文献16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:机电一体化 煤矿 意义 应用 引 言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。煤炭是我国重要的资源，煤矿工业的大力发展，为我国的国民经济建设做出了巨大贡献。但是，煤炭开采也是一份辛苦而且充满危险的工作。近年来，我国煤矿安全事故频繁发生，给国家造成的经济损失和人员损伤也是不能不引起重视的。对于广大煤矿企业来说，要想从根本上预防矿难事故的发生，除了规范管理外，煤炭企业也应该提高煤矿的整体自动化水平，加大机电一体化产品的应用力度；此外，我国煤炭行业在利用机电一体化技术改造旧设备和开发新产品方面取得了一定的成效，这让人们清楚地认识到，煤矿机电一体化技术在采、掘、运、装等方面的应用和推广，可以大力推动我国煤矿综合生产能力，同时，为实现安全、高效、洁净、结构优化的现代化、高科技煤炭工业生产打下坚实的基础。因此，近年来各级煤矿企业领导都十分重视机电一体化技术在煤炭生产中的应用推广。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。第一章 机电一体化技术的含义及重要意义机电一体化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。我国在20世纪80年代成立机电一体化领导小组并将该技术列为“863”计划。机电一体化产品的应用极大地改变了落后的生产方式，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，极大地提高了劳动效率；同时，采用一体化设备进行煤炭的采掘、运输、提升等，矿工基本上不用到潮湿、充满煤尘的环境中高负荷地工作，这样，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。21世纪，机电一体化正朝着智能化、网络化、微型化、柔软性化、系统化发展，它的发展会对煤炭系统产生很大的冲击，机电一体化产品将大大改善煤矿生产的劳动强度、工作环境及安全系数，同时在降低能耗、保证安全生产方面也实现了特定的价值。 第二章 机电一体化的发展 机电一体化技术的发展历程和趋势总体说来,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。第一节 发展方向2.1.1 光机电一体化一般的机电一体化系统是由传感系统、能源系统、信息处理系统、机械结构等部件组成的。因此,引进光学技术,实现光学技术的先天优点是能有效地改进机电一体化系统的传感系统、能源(动力)系统和信息处理系统。光机电一体化是机电产品发展的重要趋势。2.1.2 自律分配系统化柔性化未来的机电一体化产品,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”。在自律分配系统中，各个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”，可根据不同的环境条件作出不同反应。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适应能力(柔性)，又不因某一子系统的故障而影响整个系统。2.1.3 全息系统化智能化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。这主要收益于模糊技术、信息技术(尤其是软件及芯片技术)的发展。除此之外，其系统的层次结构，也变简单的“从上到下”的形势而为复杂的、有较多冗余度的双向联系。2.1.4 “生物一软件”化仿生物系统化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。仿生学研究领域中已发现的一些生物体优良的机构可为机电一体化产品提供新型机体，但如何使这些新型机体具有活的“生命”还有待于深入研究。这一研究领域称为“生物软件”或“生物系统”，而生物的特点是硬件(肌体)软件(大脑)一体，不可分割。看来，机电一体化产品虽然有向生物系统化发展趋，但有一段漫长的道路要走。2.1.5 微型机电化微型化目前，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。当将这一成果用于实际产品时，就没有必要区分机械部分和控制器了。届时机械和电子完全可以“融合”，机体、执行机构、传感器、CPU等可集成在一起，体积很小，并组成一种自律元件。这种微型机械学是机电一体化的重要发展方向。第二节 发展政策2.2.1 加强统筹安排，协调发展计划建议各主管部门责成有关单位在进行深入调查研究、科学分析的基础上，制定出统管全局的“机电一体化”研究、开发、生产计划和规划，避免开发上重复，生产上 撞车。2.2.2优化发展环境、增大支持力度优化发展环境指通过宣传群众，造成一种社会上下、企业内外都重视、支持“机电一体化”发展的氛围，如尽快为外商到我国投资发展“机电一体化”产业提供方便；尽可能为兴办开发、生产机电一体化产品的高新技术企业开绿灯；尽力为开发、生产机电一体化产品调配好资源要素等。增大支持力度，在技术政策上，要严格限制耗电、耗水、耗材高的传统产品的发展，对未采用机电一体化技术落后产品限制强制淘汰；大力提倡用机电一体化技术对传统产业进行改造，对有关机电一体化技术对传统产业乾地改造，对有关技术开发、应用项目优先立项、优先支持，对在技术开发、应用中做出贡献的单位领导、科技人员进行表彰奖励等。2.2.3 突出发展重点，兼顾“两个层次”第一个层次是“面上”的工作，即用电子信息技术对传统产业进行改造，在传统的机电设备上植入或嫁接上微电子(计算机)装置，使“机械”和“电子”技术在浅层次上结合。 第二个层次是“提高”工作，即在新产品设计之初，就把“机械”与“电子”统一起来进行考虑，使“机械”与“电子”密不可分，深度结合，生产出来的新产品起码正做到机电一体化。第三章 机电一体化技术在煤矿生产中的应用煤矿机电一体化产品已经应用到许多煤矿。国产的以计算机为核心的电牵引采煤机、全数字直流提升机已占领国内市场，我国已经能生产用计算机监控的掘进机、胶带运输机、矿井供电设备等。另外，煤矿安全生产监控系统、胶带机集中控制系统、矿井生产过程自动控制和信息化管理、图像监视讲下关键设备和主要工作地点、调度室的装备实现数字化、计算机网络管理系统在生产调度、财务、人力资源、设备、销售及办公自动化都得到了普遍的应用。第一节 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。与液压牵引采煤机相比，电牵引采煤机具有以下特点：（一）良好的牵引特性。电牵引采煤机可以在采煤机前进时提供牵引力，使其客服阻力移动，也可以在采煤机下滑时进行发电制动，向电网反馈电能。（二）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，所以以电牵引采煤机可用在40°-50°倾角的煤层，而不需要其它防滑装置。（三）运行可靠，使用寿命长。电牵引和液牵引不同，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。（四）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。（五）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经一次转换，效率可达99%，而液压采煤机的效率只有65%-70%左右。经过近20年的研制开发，我国的电牵引采煤机已逐步走向成熟，为煤矿综合机械化采煤生产技术的发展起到了积极地推动作用。第二节 机电一体化技术在矿井提升机中的应用矿井提升机是一种实现机电一体化较好的矿山大型设备，全数字化，交、直流提升机。特别是内装式提升机，从结构上将驱动和滚筒合为一个整体，简化了机械结构，是典型的机电一体化设备。全数字提升机不仅能够进行可重复性故障寻址、诊断和自诊断而且还可以进行简单而迅速的通信。其硬件配置简单，相互兼容，零备件少，能够轻松地实现软启动、软件控制和改变瞬间加速度。在我国“九五”计划期间，国产全数字化直流提升机已成为各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直流提升机的核心部分ASCS是由双CPU构成的计算机系统。除此之外，我国还有SIMADYND和S7研制成功了第一台交-交变频供电的交流提升机。2000年11月，该系统在焦作古汉山矿投入运营，情况良好。提升机由于采用了计算机技术，其安全保护系统更为完善。该系统的主要特点是：采用加两台计算机装置，每台都有自己独立的测量、传感装置和数据处理系统。这两台计算机同步工作，互相检测，互为备用，对提升行程实现直接测量和间接测量容器位置相结合的方式，对两者进行比较、校正，实现形成自动控制。由于采用计算机对安全回路、制动回路、电源和驱动回路进行实时检测，实现故障记忆，因此极大地提高了提升机的安全性能。 第三节 机电一体化技术在掘进机中的应用掘进机是目前大多数煤矿广泛使用的掘进机械，其电气部分普遍采用了由矿用隔爆兼本质安全型开关箱（以下简称开关箱）、矿用本质安全型操作箱（以下简称操作箱）、矿用隔爆型电铃、矿用隔爆型压扣控制按钮、隔爆照明灯、掘进机用隔爆型三相异步电动机、GJC4低浓度甲烷传感器等组成的掘进机电气系统。与液压系统配合操作可实现整机的各种生产作业。机电一体化在快速掘进机中的应用，使掘进机实现了自动控制，包括推进方向监控、切割电机功率自控调节、切割断面轮廓尺寸监控等。同时，使掘进机能够进行必要的工况检测，并具有很好的自我故障论断性能，包括供电电压测控、电机负荷和温度、液压系统油压、油温及污染等监控；另外，通过现代测控技术的应用，对掘进机的工况进行实时监控和故障诊断，确保机器正常稳定工作，实现了快速掘进机电一体化。这样，可以大大提高掘进机的工作性能，同时有利于改进和完善煤巷快速掘进技术。第四节 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。在我国“八五”期间，通过国家一条龙“日产万吨综采设备”项目的实施，极大地提高了带式输送机的技术水平，煤矿井下用大功率、长距离带式输送机的关键技术和新产品的的研发也去的也很大的进步，如大倾角长距离带式输送机成套设备、高产高效工作面顺槽可伸缩带式输送机等均填补了国内外此项技术的空白。并对带式输送机的关键技术及其主要原部件进行了理论研究和产品开发，成功的研制了多种软启动和制动装置以及以PLC为核心的可编程电控装置、驱动系统采用调速型液力耦合器和行星齿轮减速器，目前主要推广使用的机、电、液一体化的CST可控软启动装置，是一种专门为煤矿或金属矿的长距离皮带运输机设计的软驱动装置。它具有平滑起动运输大惯性载荷的特点，一条皮带运输机可以由一台或者几台CST驱动。从而解决了带式输送机的大运量、长距离的驱动难题。第五节 机电一体化技术在支护设备中的应用液压支架是煤矿综合机械化采煤工作面的支护设备，目前正向电液控制方向发展，将计算机技术与液压控制有机结合，实现定压双向领架或者成组自动移架，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。电液控制装置还可检测支架的工作状态。第六节 机电一体化技术在矿井安全生产监控系统中的应用最能体现煤矿机电一体化技术之一的是矿井安全生产监控系统。我国监测监控技术应用较晚，20世纪80年代初，原国家煤炭部组织了大规模的对国外煤矿监控技术的考察和引进工作，不仅推动了国内监控技术的发展，而且还从法国、波兰、德国、英国和美国等先后引进了一批安全监控系统（如DNA6400、TF200、MINOS和Senturion2200），经过消化、吸收同时又结合了我国的实际情况，我国研发出了KJ2、KJ4等安全生产监控系统并通过了鉴定。20世纪90年代以来，我国紧跟世界监控系统的发展趋势，自行研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。它们的主要特点有：测控分站的智能化水平进一步提高；可与网络连接；系统软件采用了Windows操作系统。而且，在“以风定产，先抽后采，监测监控”12字方针和煤矿安全章程等有关条款的指导下，规定了我国各大、中、小煤矿的高瓦斯或瓦斯突出矿井必须装备矿井监测监控系统。此后，更多的监测监控系统生产厂家如雨后春笋般不断涌现，这不但为各煤矿提供了更多的选择，也促进了各厂家产品质量和服务意识的提高。通过长时间的实践，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。 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。第四章 我国煤炭机电一体化技术的水平在20世纪，我国煤矿机电一体化技术取得了较大的发展，机电一体化技术应用到了煤矿每个环节；进入21世纪后，我国煤矿机电一体化技术的研究和应用领域均有重大突破，在煤矿安全生产监控、大型固定设备的后备保护等方面已取得了喜人的成绩。然而，与国外的先进采煤国家相比，我国的煤矿机电一体化技术发展尚有一定差距，并且煤炭工业相对机械、电子、航天、轻纺、化工、铁道、冶金等行业起步晚基础薄弱，在开放水平、应用范围、投资规模、技术人才和管理水平方面均有较大差距。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，努力进行煤矿行业机电一体化技术开发。（一）我国煤矿行业机电一体化技术应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，而且体积和功耗小，更加适合于工作空间狭小的煤矿。（二）在设计机电一体化产品时，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。（三）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。（四）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。（五）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。（六）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。 第五章 机电一体化技术的研究在煤矿生产中的重要意义（一） 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。（二）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。（三） 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。 第六章 机电一体化技术的前景展望机电一体化技术的出现不是孤立的，它有许多科学技术发展的结晶，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。当然，与机电一体化相关的技术还有很多，并且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，机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越来光明。中国是从20世纪80年代初开始进行机电一体化技术方面的研究和应用的。虽然经过20多年的努力取得了一定成果，但与发达国家相比仍有相当大的差距。为了加快发展、缩小与发达国家的差距，需要我们在产业政策、金融政策和市场导向上，对机电一体化技术和产业予以积极支持，主要包括：国家在政策上对机电一体化技术给予大力支持，特别是涉及基础知识综合技术等方面，要给予强有力的财政和各种扶持。由于机电一体化技术是各种高新技术的综合和升华，需要多学科、多技术、多种机构协调研发，这也是对技术研发机构和产业界的协调能力提出了与挑战，因此需要继续发挥主管部门的作用。要明确机电一体化技术开发和产业化推广的主力军是企业，在这方面技术和综合实力雄厚的大企业将发挥举足轻重的作用。有关部门应该在税收金融和其他方面给予与一定的优惠倾斜。要把发展机电一体化技术作为增强自主创新能力的重要内容，鼓励促进企业在这个领域有所作为。同时，为缩小与发达国家的差距，可以通过引进消化升级来逐步达到提高自主创新能力的目的。有关部门可以通过政府采购项目设立等措施，达到支持和鼓励自主创新的目的。结 束 语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。目前各种高新技术的发展，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、不断发展的下去。致 谢大学三年学习时光已经接近尾声，在此我想对我的母校，我的父母、亲人们，我的老师和同学们表达我由衷的谢意。感谢我的家人对我大学三年学习的默默支持；感谢我的母校郑州工业安全职业学院给了我在大学三年深造的机会，让我能继续学习和提高。老师们课堂上的激情洋溢，课堂下的谆谆教诲；同学们在学习中的认真热情，生活上的热心主动，所有这些都让我的三年充满了感动。 这次毕业论文设计我得到了很多老师和同学的帮助，其中我的论文指导老师裴创辉老师对我的关心和支持尤为重要。每次遇到难题，我最先做的就是向裴老师寻求帮助，而裴老师每次不管忙或闲，总会抽空来找我面谈，然后一起商量解决的办法。裴老师平日里工作繁多，但我做毕业设计的每个阶段，从选题到查阅资料，论文提纲的确定，中期论文的修改，后期论文格式调整等各个环节中都给予了我悉心的指导。这几个月以来，裴老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想给我以无微不至的关怀，在此谨向裴老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。感谢在整个毕业设计期间和我密切合作的同学，和曾经在各个方面给予过我帮助的伙伴们，在此，我再一次真诚地向帮助过我的老师和同学表示感谢！参考文献1 梁俊彦,李玉翔.机电一体化技术的发展及应用J. 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