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机电一体化毕业论

目录

 摘要

关键词

引言

1机电一体化技术的概述

2机电一体化技术的发展历程和趋势总体

3机电一体化的主要发展方向

3.1智能化

3.2模块化

3.3网络化

3.4微型化

3.5绿色化

3.6系统化

4机电一体化技术的研究在煤矿生产中的重要意义 

5机电一体化技术在煤矿中的应用

6我国煤炭机电一体化技术的水平

7结束语

8致谢辞

9参考文献

机电一体化技术在煤矿生产中的应用

摘要:

现代科学技术的不断发展，极大地推动了不同学科的交叉与渗透，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机械一体化”为特征的发展阶段。

本文对机电一体化技术进行了论述，简单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应用。

关键词:

煤矿机电一体化发展意义应用　产品设计

引言

煤炭是我国重要资源，煤矿工业的大力发展，为我国的国民经济建设做出了巨大的贡献。

但是，煤炭煤炭开采也是一件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民损失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。

1机电一体化技术的概述

机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不但发展，还将被赋予新的内容。

“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。

机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的眼神，具有智能化的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。

　　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、、提高了生产效率和劳动收入、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。

煤矿机电一体化是矿山综合一体化的基础，是煤矿企业信息化的重要支撑技术，在煤矿挖掘、运装的应用和推广，大力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坚实的基础。

2机电一体化技术的发展历程和趋势

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,在这一时期，人们自觉不自觉地利用电子技术的初步成果来完善机械产品的性能，特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子技术的结合，这些机电结合的军用技术，战后转为民用，对战后经济的恢复起了积极的作用。

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，各国均开始对机电一体化技术和产品给以很大的关注和支持。

;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,同时，由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天，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。

　我国是从20世纪80年代初才开始在这方面研究和应用。

国务院成立了机电一体化领导小组并将该技术列为“863计划”中。

在制定“九五”规划和2010年发展纲要时充分考虑了国际上关于机电一体化技术的发展动向。

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。

3机电一体化的主要发展方向

机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。

因此，机电一体化的主要发展方向如下：

3.1智能化

智能化是21世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向。

人工智能在机电一体化建设者的研究日益得到重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用。

这里所说的“智能化”是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，模拟人类智能，使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。

诚然，使机电一体化产品具有与人完全相同的智能，是不可能的，也是不必要的。

但是，高性能、高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能，则是完全可能而又必要的。

 3.2模块化

  模块化是一项重要而艰巨的工程。

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、电气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。

如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成典型操作的机械装置。

这样，可利用标准单元迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模。

这需要制定各项标准，以便各部件、单元的匹配和接口。

由于利益冲突，近期很难制定国际或国内这方面的标准，但可以通过组建一些大企业逐渐形成。

显然，从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定，无论是对生产标准机电一体化单元的企业还是对生产机电一体化产品的企业，规模化将给机电一体化企业带来美好的前程。

3.3网络化

   20世纪90年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。

网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育义举人么日常生活都带来了巨大的变革。

各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也将全球化。

机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可靠，很快就会畅销全球。

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是家用电器网络化已成大势，利用家庭网络（homenet）将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统（computerintegratedappliancesystem,CIAS），使人们在家里分享各种高技术带来的便利与快乐。

因此，机电一体化产品无疑朝着网络化方向发展。

 3.4微型化

   微型化兴起于20世纪80年代末，指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。

国外称其为微电子机械系统（MEMS），泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展。

微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。

微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术，微机电一体化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。

 3.5绿色化

 工业的发达给人们生活带来了巨大变化。

一方面，物质丰富，生活舒适；另一方面，资源减少，生态环境受到严重污染。

于是，人们呼吁保护环境资源，回归自然。

绿色产品概念在这种呼声下应运而生，绿色化是时代的趋势。

绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对生态环境无害或危害极少，资源利用率极高。

设计绿色的机电一体化产品，具有远大的发展前途。

机电一体化产品的绿色化主要是指，使用时不污染生态环境，报废后能回收利用。

 3.6系统化

   系统化的表现特征之一就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。

系统可以灵活组态，进行任意剪裁和组合，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。

表现之二是通信功能的大大加强，一般除RS232外，还有RS485、DCS人格化。

未来的机电一体化更加注重产品与人的关系，机电一体化的人格化有两层含义。

一层是，机电一体化产品的最终使用对象是人，如何赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性显得越来越重要，特别是对家用机器人，其高层境界就是人机一体化。

另一层是模仿生物机理，研制各种机电一体花产品。

事实上，许多机电一体化产品都是受动物的启发研制出来的。

4机电一体化技术的研究在煤矿生产中的重要意义    

 4.1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。

  4.2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。

4.3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。

5机电一体化技术在煤矿中的应用

5.1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。

　5.2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。

5.3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。

5.4机电一体化供电设备。

煤矿供电的特点是要可靠、质量高、能满足大功率设备的要求，因此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。

　5.5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。

下面就机电一体化的产品矿用照明灯开关在煤矿生产中的应用进行具体说明。

矿用照明开关原理说明

一、用途：

本设计照明开关为煤矿127V照明供电、电源控制以及短路、漏电保护等综合开关。

其中短路及漏电等保护通过综合保护器实现并控制本开关分、合（详见原理图）。

二、原理说明：

（电气原理见原理图）

合上隔离开关SA，控制变压器TC1得电，二次侧输出交流127V电压，为控制回路变压器TC2、综合保护器及负荷照明提供电源。

这时，综合保护器检测负荷电路，若负荷电路正常，保护器内部常开点K1得电闭合，为照明开关启动做好准备。

按下启动按钮QA，中间继电器ZJ得电吸合，常开点ZJ1-1闭合，于是真空接触器QF得电吸合并自保。

负荷侧127V主线路接通，照明回路正常工作。

若保护器检测负荷线路不正常，保护器内部常开点K1不闭合，即使按下启动按钮QA控制回路没有电源，真空接触器QF无法得电吸合，负荷侧127V主线路无法接通，照明回路无法正常工作。

按下停止按钮TA，切断控制回路电源，中间继电器ZJ断电释放，真空接触器QF跳闸。

负荷侧127V主线路断开，照明回路被切断。

正常工作期间，若保护器检测负荷线路出现短路或漏电时，综合保护器内部常开点动作断开，切断控制回路电源，中间继电器ZJ断电释放，真空接触器QF跳闸。

负荷侧127V主线路断开，照明回路被切断，负荷线路得到保护。

6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。

7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。

　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。

8谢辞

在本次论文设计过程中，宋守许老师对该论文从选题，构思到最后定稿的各个环节给予细心指引与教导,使我得以最终完成毕业论文设计。

在学习中,老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度以及侮人不倦的师者风范是我终生学习的楷模，导师们的高深精湛的造诣与严谨求实的治学精神，将永远激励着我。

这三年中还得到众多老师的关心支持和帮助。

在此，谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意！

最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和参与本人论文答辩的各位老师表示感谢。

9参考文献

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