煤礦機(jī)械智能化的設(shè)計(jì)與分析

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摘要：針對(duì)當(dāng)前煤礦機(jī)械工程發(fā)展過(guò)程中存在的開(kāi)采效率低，影響煤炭行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的問(wèn)題，開(kāi)展煤礦機(jī)械智能化的設(shè)計(jì)與研究分析。通過(guò)對(duì)煤礦機(jī)械智能挖掘設(shè)計(jì)、智能運(yùn)輸設(shè)計(jì)以及生產(chǎn)安全監(jiān)控設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)煤礦機(jī)械的智能化生產(chǎn)。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)證明，智能化煤礦機(jī)械在開(kāi)采時(shí)可有效提高煤礦開(kāi)采量，并與傳統(tǒng)煤礦機(jī)械相比經(jīng)濟(jì)效益得到大幅度提升，為煤礦機(jī)械在當(dāng)前生產(chǎn)環(huán)境中的有效利用提供幫助。

關(guān)鍵詞：煤礦；機(jī)械設(shè)備；智能化；開(kāi)采效率

煤炭行業(yè)是當(dāng)前國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要?jiǎng)恿υ矗浒l(fā)展水平直接影響整個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度。當(dāng)前煤炭行業(yè)的發(fā)展較為成熟，且規(guī)模逐漸擴(kuò)大，但在發(fā)展過(guò)程中也存在煤礦機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜無(wú)法適應(yīng)當(dāng)前煤炭生產(chǎn)環(huán)境，造成設(shè)備利用率及生產(chǎn)率降低；科技水平低，數(shù)字化智能程度較差，使得人力、物力資源浪費(fèi)嚴(yán)重，且在生產(chǎn)過(guò)程中更容易出現(xiàn)操作失誤；設(shè)備材料可選種類較少，煤礦機(jī)械設(shè)備主要使用鋼鐵材料，但當(dāng)前鋼鐵材料低端鋼材生產(chǎn)量多，高端鋼材生產(chǎn)量低，使得煤礦機(jī)械設(shè)備質(zhì)量差；使用壽命較短，低質(zhì)量煤礦機(jī)械設(shè)備在煤炭生產(chǎn)過(guò)程中更加無(wú)法適應(yīng)開(kāi)采環(huán)境，受到環(huán)境、氣候等因素影響，使得煤礦機(jī)械常常出現(xiàn)故障等問(wèn)題。煤礦機(jī)械是煤炭開(kāi)采和挖掘過(guò)程中主要使用的機(jī)械設(shè)備，因此針對(duì)煤礦機(jī)械存在的問(wèn)題若不進(jìn)行及時(shí)改進(jìn)，將會(huì)影響煤炭行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。對(duì)此，本文開(kāi)展對(duì)煤礦機(jī)械智能化的設(shè)計(jì)與研究分析。

一、煤礦機(jī)械智能化設(shè)計(jì)

(一)煤礦機(jī)械智能挖掘設(shè)計(jì)。針對(duì)煤礦機(jī)械中用于挖掘的部分進(jìn)行智能化設(shè)計(jì)，本文采用在機(jī)械設(shè)備中添加電牽引驅(qū)動(dòng)裝置的方式，提高煤礦機(jī)械設(shè)備的智能挖掘效果。在煤礦機(jī)械設(shè)備挖掘過(guò)程中，依托計(jì)算機(jī)技術(shù)，采用傳感器故障診斷識(shí)別裝置，對(duì)發(fā)生的故障問(wèn)題進(jìn)行精準(zhǔn)診斷。圖1為基于電牽引驅(qū)動(dòng)裝置的煤礦機(jī)械智能挖掘設(shè)備組成。圖1基于電牽引驅(qū)動(dòng)裝置煤礦機(jī)械智能挖掘設(shè)備組成本文將挖掘設(shè)備的電牽引驅(qū)動(dòng)裝置設(shè)置為以垂直齒輪傳動(dòng)的形式完成挖掘動(dòng)作，將牽引電機(jī)的輸出軸的轉(zhuǎn)矩，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪當(dāng)中的多個(gè)連桿銷傳動(dòng)至對(duì)應(yīng)的連桿空心軸上，再通過(guò)煤礦機(jī)械主車輪的多個(gè)連桿銷傳動(dòng)到對(duì)應(yīng)的車輪對(duì)上。具體電機(jī)轉(zhuǎn)矩傳遞的路線為：煤礦機(jī)械主動(dòng)齒輪—從動(dòng)齒輪—連桿銷—連桿—連桿銷—橡膠關(guān)節(jié)——傳動(dòng)盤—連桿銷—連桿—主動(dòng)齒輪—車輪。同時(shí)，當(dāng)高速運(yùn)行的煤礦機(jī)械速度達(dá)到150km/h~220km/h時(shí)，為了降低轉(zhuǎn)向架框架自身的質(zhì)量，提高轉(zhuǎn)向架蛇形穩(wěn)定性，可通過(guò)將牽引電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)移到煤礦機(jī)械本身的車體上，使其形成煤礦機(jī)械的電機(jī)懸掛裝置?；陔姞恳?qū)動(dòng)裝置煤礦機(jī)械智能挖掘設(shè)備還采用遙控和遠(yuǎn)程控制技術(shù)，通過(guò)操控遙感手柄實(shí)現(xiàn)煤炭開(kāi)采人員的遠(yuǎn)程操作和駕駛機(jī)械設(shè)備。將單片機(jī)作為遠(yuǎn)程控制的核心部分，通過(guò)全球移動(dòng)通信系統(tǒng)將接收到的挖掘命令信息，結(jié)合外部終端檢測(cè)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳輸。再將當(dāng)前被控制的煤礦機(jī)械挖掘設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)發(fā)揮到網(wǎng)絡(luò)控制中心，通過(guò)發(fā)光二極管實(shí)現(xiàn)對(duì)挖掘設(shè)備的可視化控制。(二)煤礦機(jī)械智能運(yùn)輸設(shè)計(jì)。針對(duì)煤礦機(jī)械的運(yùn)輸智能化，首先通過(guò)集控平臺(tái)將煤礦機(jī)械不同負(fù)載情況進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算并將計(jì)算出的結(jié)果進(jìn)行匯總，根據(jù)煤礦開(kāi)采區(qū)域運(yùn)輸設(shè)備的不同組成，設(shè)置對(duì)應(yīng)的最優(yōu)啟動(dòng)方式以及啟動(dòng)順序，啟動(dòng)方式主要包括順槽皮帶運(yùn)輸啟動(dòng)方式、主井皮帶運(yùn)輸啟動(dòng)方式等。通過(guò)運(yùn)輸控制裝置的各個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)，接收由集中控制平臺(tái)發(fā)出的相應(yīng)設(shè)備運(yùn)行指令，控制變頻調(diào)速裝置，并實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦機(jī)械設(shè)備不同皮帶機(jī)運(yùn)輸?shù)倪\(yùn)行方式。其次，由集中控制平臺(tái)根據(jù)不同的生產(chǎn)情況，結(jié)合當(dāng)?shù)孛禾慨a(chǎn)運(yùn)銷計(jì)劃方案，優(yōu)化整個(gè)煤礦開(kāi)采區(qū)的礦井產(chǎn)量，以此實(shí)現(xiàn)以銷定產(chǎn)。最后再根據(jù)各個(gè)煤礦礦井質(zhì)量指標(biāo)的對(duì)比結(jié)構(gòu)，自動(dòng)提醒礦區(qū)內(nèi)部各個(gè)礦井的開(kāi)采人員該礦井最佳煤倉(cāng)儲(chǔ)裝比例，并調(diào)節(jié)整個(gè)連采生產(chǎn)任務(wù)，并根據(jù)不同運(yùn)輸模式在原煤倉(cāng)中的對(duì)應(yīng)位置入料。同時(shí)結(jié)合電網(wǎng)峰谷用電情況，給出煤礦機(jī)械運(yùn)輸?shù)淖罴焉a(chǎn)時(shí)間，并利用階梯電壓實(shí)現(xiàn)錯(cuò)峰用電，以此降低運(yùn)輸成本。(三)生產(chǎn)安全自動(dòng)監(jiān)控設(shè)計(jì)。針對(duì)煤炭行業(yè)的生產(chǎn)安全監(jiān)控，本文將Ethernet、TCP/IP等計(jì)算機(jī)通信技術(shù)直接應(yīng)用于對(duì)煤礦機(jī)械的控制當(dāng)中，并在此基礎(chǔ)上建立基于EPA的煤礦機(jī)械生產(chǎn)安全監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。圖2為基于EPA的煤礦機(jī)械生產(chǎn)安全監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)結(jié)構(gòu)示意圖。當(dāng)煤礦機(jī)械運(yùn)行時(shí)傳感器的種類和數(shù)量逐漸增加，對(duì)于煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控而言應(yīng)當(dāng)提出更高的要求，通過(guò)信息管理層、過(guò)程監(jiān)控層以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層共同組成基于EPA的煤礦機(jī)械生產(chǎn)安全監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，可有效實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)安全的一體化監(jiān)控，為煤礦機(jī)械設(shè)備的故障問(wèn)題提供數(shù)據(jù)參考。根據(jù)煤礦機(jī)械的生產(chǎn)環(huán)境，在基于EPA的煤礦機(jī)械生產(chǎn)安全監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中建立針對(duì)生產(chǎn)環(huán)境及防爆要求的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，對(duì)各個(gè)控制區(qū)域內(nèi)進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)安全生產(chǎn)的無(wú)擾動(dòng)切換監(jiān)控控制。一旦煤礦開(kāi)采過(guò)程中設(shè)備出現(xiàn)故障或事故停產(chǎn)時(shí)，由煤礦機(jī)械生產(chǎn)安全監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中心平臺(tái)及時(shí)根據(jù)具體生產(chǎn)情況及作業(yè)計(jì)劃，動(dòng)態(tài)調(diào)整整個(gè)礦井的安全生產(chǎn)工作，實(shí)現(xiàn)煤礦開(kāi)采的均衡生產(chǎn)。

二、實(shí)驗(yàn)論證研究分析

選擇某煤礦開(kāi)采區(qū)域作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，分別利用本文智能化設(shè)計(jì)后的煤礦機(jī)械與傳統(tǒng)煤礦機(jī)械對(duì)該區(qū)域進(jìn)行開(kāi)采。該區(qū)域工作面標(biāo)高為-105.7~-156.4m，傾斜長(zhǎng)度為78m，推采長(zhǎng)度為1024m，煤層厚度約為1.34~2.48m，煤層傾斜角度為8°~17°。設(shè)置本文智能化設(shè)計(jì)后的煤礦機(jī)械為實(shí)驗(yàn)組，未經(jīng)過(guò)改造的傳統(tǒng)煤礦機(jī)械為對(duì)照組，比較兩組對(duì)該區(qū)域煤礦開(kāi)采情況，并將開(kāi)采結(jié)果進(jìn)行記錄，繪制成如表1所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表。表1中實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益是按照平均每萬(wàn)噸煤礦200萬(wàn)元價(jià)格計(jì)算得出，由表1中的數(shù)據(jù)可以看出，實(shí)驗(yàn)組在三個(gè)月的平均開(kāi)采量明顯高于對(duì)照組，而創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)照組。因此，通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)證明，通過(guò)本文智能化設(shè)計(jì)后的煤礦機(jī)械設(shè)備可有效提高開(kāi)采效率，充分滿足煤炭行業(yè)的開(kāi)采要求，且整個(gè)開(kāi)采過(guò)程中安全性更高，可保證煤礦工作的安全生產(chǎn)。

三、結(jié)束語(yǔ)

煤礦企業(yè)當(dāng)前依然是我國(guó)國(guó)之重業(yè)，煤礦資源的開(kāi)采和利用對(duì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)影響較大。在開(kāi)采作業(yè)中選擇合理的煤礦機(jī)械設(shè)備不僅可以有效保證開(kāi)采工作的順利進(jìn)行，同時(shí)還可以確保開(kāi)采人員的人身安全。通過(guò)本文智能化設(shè)計(jì)后的煤礦機(jī)械提高了煤礦采掘效益，并降低了大量的開(kāi)采成本，為煤炭行業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益起到良好的促進(jìn)作用。

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作者:丁國(guó)瑞 單位:貴州省煤礦設(shè)計(jì)研究院有限公司