浅谈矿山机械机电液一体化发展趋势

李维科

【摘 要】近年来随着超大规模集成电路、微型电子计算机、电液控制技术的迅速发展，矿山机械的机电液一体化技术也得到了显著发展。机电液一体化技术不仅能提升矿山机械的开采效率，还能提高矿山的安全性和经济性。本文着重介绍了矿山机械机电一体化技术的特点、发展历程，并从液压系统效率提高、使用高速微处理器、节能增效、软件控制、智能化协同作业、交流变流技术六方面介绍了矿山机械机电液一体化的发展趋势。

【关键词】矿山机械 机电液 发展趋势

机电液一体化技术显示了其强大的生命力并且顺应了时代的发展方向，实践表明机电液一体化技术在工业领域得到了广泛应用，尤其是矿山机械行业，不仅可以提高矿山机械的输出功率，还可以实现自动控制和安全保护等功能。

1 矿山机电液一体化系统简介

1.1 机电液系统简介

机电液一体化系统，绝非仅为机械、液压与电子电器的简单组合。否则，包括有这三个部分的矿山机械都可称已实现机电液一体化了。机电液一体化为矿山机械：装上了感觉器官——传感器，布上了神经系统——传输线路，添上了信号处理单元——单片机或微机，这三部分组成的机电液一体化系统，使矿山机械的性能发生了巨大的变化。

1.2 机电液系统发展

我国在这方面研究同样比较早，天津工程机械研究所与上世界70年代采用全液压机无线控制技术研发了线电遥控水陆两用推土机。由于我国矿山机械大部分采用吸收引进加自主创新的发展方式，但受限于国外关键技术的封锁和创新能力的滞后，我国矿山机械机电液一体化技术与国外发达国家仍有一部分差距。

2 矿山机械液压系统发展趋势

2.1 液压系统效率提高

液压系统具有体积小、重量轻、传递功率大的优点；容易实现无极调速；容易实现往复运动更适合矿山机械的使用特点；控制简单，易于实现自动化控制；液压系统中的元器件易于实现标准化、系列化、通用化，便于推广和维护。新型矿山机械液压系统具有以下特点：

（1）合理匹配液压泵和负载运动特性，合理布局液压元件的数量和位置，减小液压元件之间的能量损失，提高液压传动的效率。

（2）选用合适的液压元件和密封措施，保证矿山机械在作业工作时不会因为外界的振动和冲击导致液压油泄漏。

（3）液压系统设计时应具有防振降噪措施，除了在液压泵、液压阀和油箱的安装面上设置防振脚垫外，还应尽量液压集成模块来代替液压油管。可以采用蓄能器吸收低频噪声，采用增大管径和使用软管的方式吸收高频噪声。

2.2 使用高速微处理器、敏感元件和传感器

根据现代矿山机械开采的实际需要，矿山机械逐渐具有更多功能，并且更加智能化。因此矿山机械不仅应具有可靠的硬件，更应就有强大的数据处理能力和敏感的感测能力，能够实时检测该矿山机械的状态。使用先进的微处理器、高性能的敏感元件和传感器，可以提高整机的响应时间，提高使用效率和敏捷性，使矿山机械面对复杂环境时能够快速做出反应。同时引入更加先进的激光传感器、超声波传感器、语音传感器等高精度传感器可提高机器的机器人化程度，便于整机的柔性控制。另外，在矿山机械与控制系统之间通信传输将广泛采用汽车行业中的CAN-BUS通讯技术，可以有效降低控制信号在传输中的衰减和失真，提高控制精度。

2.3 更注重节能增效

21世纪全球正面临着能源危机，全球正在进行节能减排活动，因此在矿山机械的设计之初就应该考虑降低能耗的设计。动力方面可以使用电喷式发动机，可以有效提高燃油效率，并能进行自动控制；液压驱动方面，努力提高液压传动的效率，减少油液的泄露和损失，避免油液泄露污染环境；材料方面，可以采用新型金属材料，不仅可以调高矿山机械的强度，还可以减轻整机重量，从而节省了驱动过程中的能耗。

2.4 软件发挥更大作用

在具有先进的微处理器、传感器、控制元件之后，必须开发与之相适应的功能强大、可靠性高、适应性强的软件，用于实现机电液一体化智能显示控制。随着现代各种汇编语言和高级语言的发展，不断的有新的编程平台出现，为矿山机械的控制软件开发提供了便利条件。同时，软件开发中的控制算法也日趋重要，可用专家系统建立合理的控制算法，PID和模糊控制等各种控制算法的综合控制算法将会得到更完美的应用。另外，软件开发中应留有二次开发的位置，为差异化、个性化的矿山机械实现各项功能。

2.5 智能化机群的协同作业

随着矿山对大规模作业，多巷道同时施工，开采进度要求的提高，智能化的多台不同种类矿山机械协同作业是未来发展的趋势。机群的协同作业是智能化的单机、现代化的通讯设备、GPS、遥控设备和合理的施工工艺相结合的产物。这一领域也为机电液一体化在矿山机械上的应用提供了广阔的发展空间。诚然这是未来矿山机械的发展方向，甚至未来可以实现无人开采，但目前基于矿山机械智能化发展进程，我们应该循序渐进，一步一步实现技术突破。

2.6 电流变流体技术

为了防止信号传输、传感器使用、电机使用过程，外界及其自身造成的电磁干扰，未来应广泛采用电流变流体技术。电流变流体（ER流体）在自由状态下为可自由流动的混悬液体，一旦处在电场作用下，它会迅速固化，根据电场强弱程度分别显现粘稠、胶凝和坚硬的状态，且固化度与场强成正比。这种特性使它能理想地运用于液压系统和机械系统的阀、阻尼器及动力传输装置等。他对电信号响应极快，实在不到1ms的时间内实现状态变化。它采用PWM控制，可降低能耗，简化设计，延长寿命。

3 结语

矿山机械是现代矿山开采的重要工具，而机电一体化技术推动着矿山机械的不断发展。本文从矿山机械的机电液一体化系统的组成介绍了其特点和发展历程，并分别从液压效率提高、微机处理器性能提高、软件性能提高、智能协同工作等方面介绍了矿山机械机电液一体化的未来发展趋势，为我们以后深入研究矿山机械机电液一体化技术奠定了基础。

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