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數控機床是把電子技術、自動化技術、電機技術以及測量技術集中在一起的自動化化設備,數控機床具有精度高,效率高和柔性高這三個主要的特點。數控機床屬于過程控制裝備的一種,它需要每一時刻都要做好對設備的控制,使全部設備都可以準確的工作。需要注意的是不論哪一部分出現了故障問題都會使得機床設備停止工作,這就造成了工作的停滯,工作停滯的出現會對生產的質量和效率都受到嚴重影響。此外,特別是當設備運用于煤礦生產中時,一定要加強注意,因為數控機床正是處于工作中的關鍵崗位,如果出現故障后沒有及時的進行維修和維護,就會造成巨大的經濟損失,所以對煤礦機械的原理和裝置進行詳細的設計是很重要的。
2、數控技術特點和發現現狀
數控技術能很方便的改變加工工藝中的工藝參數,有利于新產品的研發和換批加工。能確保加工的精度減少輔助時間,從而實現一次工作完成多道復雜的加工工序。對于普通機床難以完成的零價加工,如對復雜零件和零件曲面狀的加工能高質量的完成。采用的是模塊化的工具,一方面減少了安裝和換刀的時間,另一方面又提高了工具的管理水平和提高了工具的標準化。隨著現在的微處理器的產生以及現代的SOPC技術的發展,在機械加工和和機械設備的維修檢測以及集成的程度上都有很大的提高。我國的自主創新能力不足,目前我國的數控技術只是處于對進口產品的模仿階段,在技術創新方面缺乏。歸其原因就是我們對引進的先進技術的研究不深入,最重要的是我國缺乏完善的鼓勵創新機制。還有就是我國的產品網絡程度不高,可靠性和穩定新不高。現階段我國主要的串口通訊技術和NC程序傳送技術的集成化和網絡水平有限。所以在煤礦數控技術的研究和應用的領域還有很長的路要走。
3、煤礦數控機床的結構
構成數控機床的主體結構,有控制面板、CNC裝置、伺服單元、驅動裝置和測量裝置等構成。計算機系統在煤礦機床的數控系統中占據著一個核心地位,系統通過輸入以及輸出命令的各種轉換來對數據進行處理,從而完成來對工程執行的各方面操作。在操作工程中,控制面板充當了一個人機交換的媒介,傳輸各種各樣的程序。PLC在煤礦數控機床設備中發揮著信息的交換作用,它是一個雙方面信息交換空間,不僅要實現與控制中心的信號進行交換,還要與數控機床的開關信號進行交換,所以它的信息存量特別大。信息交換的地址不能隨意的刪除或者更換,都是已經事先設計好的地址。對煤礦數控機床的設計有三個重要的模塊,分別是主傳動數控化、傳動的數控化以及對伺服進給系統三方面的設計改造。
4、煤礦機械數控機床的設計
應綜合考慮系統應用的場合,所需控制的對象以及對系統提出的基本要求這些因素之后,再選擇使用合適的CPU。8088,8086,80386,8098,80286,8096等16位機的CPU是目前我國常用的CPU芯片。有時候也選用8位機的CPU,例如8080,8031,Z80等。應用于普通數控機床改造的一般是Z80CPU以及MCS一51單片機。選擇它們主要是看重了配套芯片比較廉價,而且實用性和普及都是很強的,此外,對于它們的制造和維修也都是很方便的。這些特點使得它們完全符合改造需求。電氣控制系統的目的就是為了滿足被控對象工藝,有效的促進產品的質量和生產效率的進一步提升。在設計PLC控制系統的過程中,要按照下列原則進行。
一、堅持完整性原則,也就是說,要確保可以滿足工業生產過程和機械設備的需要。
二、經濟性原則,就是產品一經設計出可以做到簡單實用。
三、可靠性原則,就是PLC控制系統在設計完成后可以穩定可靠的運行。
四、發展性原則,就是對現在已有的生產工藝進行全面的檢查后給未來的發展留出一定的空間。
通過機床的傳動實現不同的工件在不同的速度下運行時的協調。傳動的性能會對零件的質量和生產效率產生很大的影響,在設計中還要考慮其經濟性,利用原來的電動機拖動機床的傳動,達到機床的正常高效率運行。在加工的設計中,考慮到變換了切削轉矩以及機床電壓,會使得電機轉速也發生變化,使得生產精度提高,其影響會直接反應在零件的表面生產。在主軸的設計中應加入變頻調速系統,用來完成機械換擋。傳動系統主要是將接受系統的指令傳輸給傳送系統需要進行工作的部分。驅動系統會根據指令進行相應設定的工作,之后會進行機械的加工處理,從而生產出符合規定要求的零件。對于精度要求很高的參數設置需要依據傳動要求進行相應的設定,同時,開環控制是對驅動系統進行改造的過程中不可缺少的環節。當現代機床與傳統的進行比較時可以發現,現代機床具有更高的穩定性,而且自身發生故障的可能性越來越低,工作中出現的故障也大多是由于人為操作失誤所引起。數控機床都是由機械和電氣等多方面的程序構成,維修人員要從內到外仔細的檢查,最大限度的排除因為隨意的卸載造成的機床性能降低。此外,對于參數的設置也要能夠起到將滾珠絲杠螺母副之間的軸向間隙減小甚至消除的作用,這樣的操作可以更加有效地提高傳動的剛度。在設計中,對數據庫的整理也是很有必要的,它是遠程數據庫的基礎,網絡數據庫是將數據和資源實現共享的核心技術,然后經過本地計算機的處理完成數據的存貯和查詢。
5、煤礦數控機床伺服系統設計
數控機床的伺服系統有三種,即開環,半閉環和閉環三種。其中閉環的控制方案的優點很多也很突出,閉環的系統的機床精度很高,在補償機械運動中的誤差小,能減小甚至消除干擾與間隙等因素對精度的影響。但是閉環系統的機構較其他系統復雜,使用技術難度較大,對該系統的調試和維修困難,再有就是生產的造價高,在實際的生產過程中使用閉環的控制系統沒有太大的必要性。ActiveX的其實就是一個開放的平臺。其工作內容就是給程序的開發人員和用戶,還有Web生產廠商提供在互聯網創建程序集成過程中的方向。ActiveX服務器控件能把所有的能執行的代碼還有程序融入到該服務器系統之中,并嵌入到Web中,讓用戶能通過網絡就能得到想要的程序,不需要遠程的客戶端就能進行遠程的執行。
6、總結
1周邊功能空間分析
廠區周邊的城市功空間以居住、商業、文化教育、及城市公共空間為主。其中,居住空間是基地周邊城市功能的主導空間,廠區的四面分布著職工家屬院、高檔小區和普通住宅樓;商業空間占據次要位置,主要為臨街商業、餐飲、旅館、以及大型的商業綜合體、商業街。文化教育空間主要為分布在基地周邊的中小學以及位于廠區南側的鐘山學院。而由城市地鐵交通線路來看,廠區處于主城區多所大學以及仙林大學城的中端。基地周邊的城市公共空間主要有中山陵風景區、棲霞山風景區以及若干城市公園。在設計中應考慮對城市功能空間進行合理的補充和銜結,在重塑工業區自身活力的同時與周邊的城市功能和諧共存。
2周邊活動人群分析
通過實地調研和問卷調查,發現基地周圍的人群以城市居民和學生為主。與廠區聯系最為密切的是其家屬院,該住宅區60歲以上老年居民所占比例較大,其活動多在小區內部,行為方式單一,消費水平較低;另一類居民為消費水平較高,日常活動范圍集中在現代商業區的上班族。而學生則分為走讀和住宿兩類,調研中發現這類人群在基地周邊活動的頻率較低,他們更傾向于去大型的商業綜合體周邊。針對這些使用人群的實際情況,在設計中,應綜合考慮對中老年活動需求的關懷、低消費人群改善生活品質的要求同時具備對高消費人群及學生的吸引力。
3改造再利用的可行性分析
對南京煤礦機械廠的改造分別從片區層面、社區層面、以及廠區本體層面做swot分析。由結果可得,南京煤礦機械廠具有較高的改造再利用價值,同時,也提出了如何定位改造模式和具體設計手法的問題。
4以文化產業為發展模式的功能定位
通過以上分析,設計中將文化產業為主與城市公共空間為輔的模式作為南京煤礦機械廠功能置換的目標。人們對物質追求日益膨脹的今日,精神文化的缺失越發嚴重,在馬群這個位于仙林大學城和明故宮周邊大學老校區中間的基地創建城市片區的文化新地標,讓其成為服務于學生及周邊市民的文化產業。美國現代哲學家兼規劃大師路易斯•芒福德和加拿大城市規劃批評家雅可布斯認為:“城市是文化的容器。貯存文化、流傳文化和改造文化,這大約就是城市的三個基本的使命”。將這一定義引申到舊工業建筑中,把作為城市工業文化物質載體的舊工業廠房作為新的容器去承載、流傳、改造文化,使其獲得文化上的升華。將書作為主題,創建以“學術、文化沙龍、電影、音樂、創意、生活”為一體的復合型文化產業,為讀者搭建一座可供開放、探討、分享的公共性平臺。同時,采取社區活動中心這一城市公共空間的模式作為補充,為周邊的居民提供休閑、活動的場所,讓廢棄的工業區重新獲得場所的認同感。
5改造功能構成
根據上述的功能定位,廠區功能構成應包括:以書為主題的文化產業的基本功能需求、“以商養文”的售賣及互動體驗的功能需求、社區文體活動的功能需求同時應考慮工業設備展示及維護的功能需求。
6重要改造對象的確定
通過對現存舊工業廠房五圖,即建筑的年代、質量、結構、風貌、功能的繪制分析篩選出廠區中具有改造價值的舊廠房。根據評分的高低,將一些綜合價值(歷史價值、藝術審美價、經濟利用價值等)較低的建筑予以拆除重建,而綜合價值較高的舊廠房則作為改造的對象進行再設計,介于兩者之間的視情況采取局部保留結構或墻體片段整體進行改造的措施。
二南京煤礦機械廠舊改造設計方案
1廠區總體改造思路
在總平面布局上保留原有廠房的肌理及軸線關系,中軸線上的建筑幾乎完整保留,只拆除了設備維修車間,新建建筑仍舊延續元原來的軸線關系和建筑肌理特征,并以點狀的形式分布于基地的四周。在廠區北端增大了進深,設計成入口廣場,基地東側空地重新進行規劃設計,形成分散布置有機聯系的趣味廣場,同時區分道路交通系統。景觀節點主要分布在書店街一側,采用模數化的方格圍成的院落空間形成大大小小的景觀節點,以步行街的形式串聯各個小廣場,聯通景觀節點。基地內交通流線分車流及人流,車行流線沿用廠區內原有的車行道,人行流線主要集中于廠區東側的步行街及廣場。同時弱化廠區邊界,以綠地的形式代替圍墻環繞廠區,將其作為城市開放空間融入到片區肌理。
2單體的改造設計
對保留工業廠房的使用空間進行重組。針對廠房室內大空間的特點,采用水平及豎向劃分相結合的方法,創造出親人尺度的新空間感受。廠區中的大多數廠房因年久失修都出現了門窗破損和墻體局部缺失塌陷的癥狀,在設計中,應著重考慮破損的門窗的改造再設計,使其能適應新的使用功能,同時兼顧原廠房的風格特征,使其獲得統一風貌的同時區分不同功能空間的外部造型特征。新增體量———“書街”:廠區東側中端部分原是職工宿舍和辦公室,建筑形式以單層兩坡頂建筑為主,現狀保存質量較差,多出現墻體塌陷、屋面層破損的情況,類似棚戶。在設計中,將這片區域改造價值較低的舊廠房進行拆除,代替以“書街”的形式。所謂“書街”,即以圖書的售賣閱覽為主題的街,采用8x8的模數形成中庭式圍合的九宮格建筑群形態,在步行街上按一定的韻律排布。建筑外形似構筑物,與西側老廠房的高大體量形成對比,同時達到烘托廠區工業文化氣息的目的。
三結語
(1)由于煤礦井下供電線路較長,如果井下電動機調速系統啟動電流過大,此時大的啟動電流必然導致井下線路產生一個大的壓降,影響整個礦井電氣設備的正常工作。磁阻電動機的啟動電流僅為額定電流的30%,低啟動電流能減少系統對電網的沖擊;(2)開關磁阻電動機啟動轉矩大。SRM的這種特性適合應用于采煤機、帶式輸送機等煤礦機械;(3)SRD系統可靠穩定、便于操作,功率變換電路制作成本低,適合廣泛推廣;(4)SRD系統容易實現四象限運行;(5)考慮到煤礦惡劣的工作環境,應用于煤礦機械的調速系統需要具備防爆、防腐蝕等特殊要求。而SRD系統的控制器易于制成全封閉型、防爆型和戶外型等多種適合煤礦工作環境的產品,這也是其他調速系統無法比擬的;(6)SRD系統的核心控制器件一般可采用DSP芯片或單片機實現,通過軟件編程可應用于各種不同工況,實現不同功能,系統靈活、移植性強。
2SRD調速系統
(1)調速系統組成開關磁阻電動機(SRM)運行效率高、過載能力強、啟動轉矩大、結構簡單等使其廣泛應用于煤礦領域,常被用于電機車、輸送機、采煤機、絞車等場合。開關磁阻電動機調速系統(SRD)基本框圖如圖2所示,由SRM、核心控制器件(單片機或DSP芯片)、功率變換電路、位置檢測和電流檢測裝置五大部分組成。(2)SRD系統的特點SRD系統是伴隨著現代電力電子技術發展而應運而生的具有典型機電一體化特點的無級調速裝置。系統主要性能特點:①啟動電流小(≤30%額定電流);啟動轉矩大(大于額定轉矩的2~3倍);調速范圍廣(調速比大于20:1)、調速平滑無級;②系統易于實現四象限運行;③無論電機轉速和負載轉矩變化范圍大小,SRD系統始終能保持高的運行效率,從高速、中速到低速,系統運行效率均可維持在85%左右;④電機機械結構牢固、可免維護運行、控制器電路簡單可靠,能在惡劣環境中長時間穩定工作;⑤系統在制動或電動運轉時,均能保持良好的轉矩輸出特性;⑥系統經過特殊設計能制作成防爆、防腐蝕型,適合煤礦井下惡劣環境。(3)SRD系統的工作原理開關磁阻電動機調速系統(SRD)中控制電路、功率電路、檢測電路等各環節之間協調緊密的工作,各部分對于整個系統來說缺一不可。SRD系統的工作過程:控制器接收輸入命令信號(啟動命令),在檢測器處于待命情況下,角位移傳感器檢測電動機轉子位置,按照啟動邏輯要求輸出相應的命令信號給功率電路。驅動電路輸出電流向磁阻電動機繞組供電,使電動機運轉。電動機轉子位置發生改變時,控制電路對檢測器檢測到的位置信號處理分析,及時輸出相應的命令信號到功率電路中,用來同步實現磁阻電動機的有效運轉。輸入的操作命令不同,控制電路作相應的邏輯工作的改變,實現對SRM的各種操作。當磁阻電動機在運行中出現堵轉、過載等故障情況時,控制電路能通過功率驅動電路采取故障停車等有效的保護措施,故障狀態能通過顯示電路讀取和報警。
3研究SRD系統的幾個關鍵點
針對SRM應用于煤礦機械的特點以及相關實例,分析了SRD系統的優點和工作原理,為進一步研究SRD系統提供了方向,可以從以下幾個方面探討煤礦機械應用SRD系統:(1)功率變換器拓撲結構設計功率變換器是SRD系統的關鍵部件之一,其理想的拓撲結構有以下特點:①能夠快速、有效、穩定地對SRM各相電流進行控制;②應盡可能地將磁場儲能轉變為機械能輸出;③每相主開關電力電子器件應盡量少。(2)消除轉矩脈動影響由于電動機的幾何形狀,內部定、轉子結構以及繞組匝數等多方面的因素影響,使得SRM的轉矩脈動產生的機理較為復雜。采取有效的措施減少SRD系統較大的轉矩脈動,對于其應用在許多直驅系統領域顯得尤為重要。(3)低噪聲控制噪聲影響在SRM領域一直被人們忽視,早期的SRD系統很少考慮電機噪聲問題,但是隨著研究的深入與SRM應用的越來越多,針對SRD系統的低噪聲控制成為重要而又關鍵的研究課題。(4)無轉子位置檢測技術SRM同步運行的關鍵取決于轉子位置檢測技術,目前針對SRD系統的檢測電路采用最多的是外裝光電式或磁敏式等軸位置檢測器,這種傳統的檢測器不僅增加了系統的體積和成本,而且降低了系統的可靠性。各種高性能控制技術都是以高精度的位置檢測技術作為基礎的。因此,深入地研究SRD系統,消除軸位置檢測器,采用無轉子位置檢測技術成為這一領域的大熱點。
4結語
1.1科學處理預防維護和計劃檢修的關系預防為主,主要是在機械設備的運行過程中,通過觀測了解設備運行的狀態,并且觀察設備磨損的狀況,定期對設備進行維護和保養。堅持預防為主的原則,能夠在機械設備發生故障之初就及時地發現,并且根據故障的表現找到原因。當機械設備的磨損程度超出既定的范圍,就需要開展計劃檢修,因此要將預防為主和計劃檢修二者之間進行合理的協調,才能保證機械設備維修的有效性。
1.2正確處理生產與檢修的關系由于機械設備的檢修需要一定的人力和物力,也需要將設備停止作業,這對于煤炭企業的正常生產經營活動可能會產生一定的影響,但是不能由于生產任務的影響而忽略定期檢修。如果機械設備長期作業而沒有得到定期檢修,則可能會由于故障的惡化而引起較大的事故,將會對生產和安全帶來更大的損失。
1.3正確處理日常保養與定期專業維修的關系通常情況下,日常保養工作由使用設備的操作人員來完成,應當通過崗位責任制將日常保養的責任落實到人;而定期專業維修則需要由專業的檢修機構和人員,有針對性地開展設備的檢修。在實際的工作中,應當將日常保養與專業維修有機的結合,避免二者之間出現脫節。
2控制煤礦機械設備故障的預防措施
2.1加強設備操作人員的綜合素質培養機械設備操作人員的技能對設備性能的發揮有直接的影響,同時也是引起機械設備故障的一個重要因素。因此,機械設備操作人員在上崗之前,一定要通過相應的培訓和考試,考核合格之后才能上崗。同時,要注重操作人員在理論知識體系的構建,了解機械設備的使用性能、設備結構,爭取做到會操作、會檢測、會維修。另外,在日常工作中,要養成良好的工作習慣,愛護設備,保證設備在合適的環境中作業,尤其是對于一些大型的開采、挖掘設備,可以實行責任制,將維護的責任落實到人,有利于加強對設備的維護與保養。
2.2加強設備的日常維護煤礦機械設備的使用需要按照技術規程中的要求嚴格執行,在每次設備使用之前,都要對設備進行全面的檢查,保證其合格之后才能投入使用。作為機械設備的檢驗人員,要具有高度的責任感,做到勤于觀察、勤于修理。在煤礦企業中可以每天進行一次維護記錄,使用人員要負責對設備進行清理、注油、防銹等基本的處理措施,每次設備作業完成后都要及時進行清理和維護,對機械設備日常的耗損情況能及時掌握,避免故障的惡化。
2.3對機械設備出現的故障進行謹慎的處理機械設備出現的故障,無論是在怎樣的環境下、無論故障的嚴重程度如何,都應當立即組織技術人員和操作人員,進行全面的排查,找到故障所在,由技術人員提出合理的故障排除方案。同時,對于故障當事人,要酌情開展思想政治教育和學習活動,使他們能夠受到教育,并且通過學習加強自身對機械設備的使用水平,預防類似故障的再次發生。
2.4確保必須的設備資本投資在經濟條件允許的情況下,用比較優異以及節省電量能源的新式現代化機械裝置取代之前的老舊裝置,并且聯合技術工人對設備開展改革,減少噪音污染以及用電量較大的裝置,來提升設備的機能以及功效,能夠在提高機械設備性能的同時,降低設備運行和維護成本,提高煤炭企業的經濟效益和社會效益。
3結語
在分析煤礦機械故障的時候,要從煤礦機械出現故障的現象入手,找出故障的機理。在尋找煤礦機械故障過程中,由于受現場條件的限制,觀察到的故障現象可能是系統的,也有可能只是煤礦機械的某一部件,對此,必須針對煤礦機械產品結構的不同層次,認真探討和分析其故障模式之間的因果關系。
2煤礦機械保養與維修的相關技術
對于煤礦機械所發生的故障,首先應該做好相應的預防事故維修技術。具體的做法是:當煤礦機械設備出現了事故后,在維修的過程中才能夠準確發現設備的故障,因為在煤礦機械設備運轉一段時間以后,肯定會出現一定程度的損傷,對此要及時對其進行定期的維修和保養,避免部分零部件因為時間過于久遠而出現老化問題。維修保養人員必須定期對其進行維修和保養,只有這樣,才能使這類煤礦機械設備正常工作,提高設備的工作效率。
對于煤礦機械經常出現的工作時間長了,油箱容易滲油等故障,維修保養人員可以采用油液屑磨分析診斷技術,對這類煤礦機械設備的故障進行相應的診斷,而這種技術主要使用的是光譜分析法或鐵譜分析法,首先對煤礦機械設備的系統、液壓系統所采集到的油樣介質、液壓系統油樣介質的物理變化情況以及油樣的磨屑粒形狀進行細致的觀察,然后進行詳細的分析,最后從這些詳細的分析中判斷煤礦機械設備的運行工況。
煤礦機械在工作的過程中所產生的熱量是紅外線的一種,維修保養人員可以應用紅外測溫診斷技術來發現煤礦機械的故障。因為當機械磨損的程度較深,或是出現電器件結點損壞等問題的時候,煤礦機械設備材料的局部溫度就會迅速升高,此時維修保養人員可根據零部件的溫度情況,用溫度傳感器對設備進行即時的監測,從而掌握設備的運行狀態,改變煤礦機械的運行性能,進而達到維修煤礦機械故障的目的。
無損檢測技術在煤礦機械的保養與維修中,也是一類應用較為廣泛的故障診斷技術,維修保養人員在不損傷煤礦機械設備的前提之下,認真地檢測機械設備的表面缺陷和內部的缺陷。對于煤礦機械的表面缺陷可以采用磁粉檢測、滲透檢測以及超聲波等先進的檢測技術;而對于煤礦機械的內部缺陷,可以采用射線檢測、中子檢測以及微波檢測等科學的技術。
3結束語
機電一體化技術科學技術是現代工作不斷發展的一種新興產物,它是計算機技術、電子技術、信息技術、機械技術、自動化技術以及傳感技術等數種不同科學技術的有效融合,是保證現代工業持續發展的重要推動力。當前,在基于機電一體化技術之上而研發構建而成的機電一體化系統,就是在機電一體化原理的指導下,將不同的機械和電子設備有效的組合在一起,形成一個由電子控制機械,實現自動化和智能化運行的電子機械系統。而且,這種系統目前已經被廣泛的應用在煤礦企業的機械中,實現了煤礦企業采煤、轉載以及運輸作業工作效率的綜合提高,為提升煤礦企業生產效率,推動煤礦企業更好更快發展做出了極大貢獻。
二、煤礦機械中機電一體化的特點
1、實現機械生產的自動化和智能化在煤礦機械中應用機電一體化可以實現煤礦機械生產的自動化和智能化,全面提高煤礦機械的運行效率,提高煤礦企業的生產效率。首先,應用機電一體化技術可以實現煤礦機械運行狀態監控的智能化。比如,在機械運行過程中,系統可以對電動機和傳動系統等的運行狀態進行智能監控,一旦發生運行故障,系統能夠在第一時間發現并快速確定故障發生位置,發出警示提示工作人員。其次,應用機電一體化技術可以實現機械運行自動化,提升煤礦企業生產效率。比如,應用機電一體化對采煤機進行控制,就可以實現采煤機的自動運行,提升采煤機的采煤速度,提升企業生產效率。
2、降低管理成本,減輕工作人員的工作負擔在煤礦機械中應用機電一體化可以實現機械運行的自動化和智能化,如此一來,煤礦企業就可以大大縮減機械運行管理工作人員,降低煤礦企業機械管理成本。除此之外,可以大大降低工作人員的工作負擔,在機械運行管理工作中,管理人員不必再親力親為,每樣工作都需要親自進行管理方能夠解決問題,保證工作效率,工作人員可以直接通過計算機控制程序實現機械管理的遠程控制,甚至是無人智能化控制。并且,應用機電一體化技術實現機械運行的自動化和智能化,還能夠減少工作人員操作失誤的出現,在傳統的機械管理工作中,一旦管理人員經驗不足或者是專業技術水平有限,在管理工作中就經常會出現工作失誤甚至是工作錯誤問題,保證不了煤礦企業機械的正常運行,影響煤礦企業生產效率。而應用機電一體化技術,則可以有效避免該問題的出現。
三、煤礦機械中的機電一體化分析
1、提高安全生產監控系統的工作效率安全生產監控系統是煤礦企業生產工作體系組成中最重要的一個王淑文通化礦業(集團)有限責任公司134300環節。在煤礦企業的生產過程中,安全生產監控系統能否穩定、高效運行不僅關系到企業生效效率的高低,還直接關系到包括企業機械運行安全以及工人施工安全等在內的企業生產的安全性。因此,在煤礦企業生產過程中,一定要對安全監控系統的運行狀態引起足夠重視,提升安全生產監控系統的工作效率,保證煤礦企業生產的安全性。我國在煤礦企業安全生產監控系統中應用機電一體化技術的發展時間比較短,所以技術上還存在一定缺陷。目前,機電一體化在安全生產監控系統中的主要應用表現在與X190系統的運用,該系統能夠有效提升安全生產監控系統的智能水平,保證安全生產監控系統能夠長期穩定、高效運行,進而提升煤礦企業的生產效率。
2、提高采煤機的工作效率煤礦企業的生產主要靠采煤機來實現,因此,提高采煤機的工作效率對提升煤礦企業的生產效率具有極為重要的推動作用。當在煤礦機械中應用機電一體化的理論被提出來之后,首先研究的對象就是在采煤機中應用,所以相對于其他煤礦機械中機電一體化技術的應用而言,采煤機中機電一體化應用技術發展的是最為完善的。機電一體化技術在采煤機中應用的最大體現就在于電牽引采煤機的研制。相對于傳統采煤機而言,電牽引采煤機不僅能夠實現采煤機的自動化和半智能化,還能夠提供更加強大的牽引力,保證采煤機能夠在各種復雜煤層中進行采煤工作。并且,電牽引采煤機運行的穩定性也比傳統采煤機穩定性強,耐磨損度高,還具有自動檢測功能,可以通過定期自動檢測對采煤機的狀態進行檢測,一旦發現故障,可以發出警報并準確指出故障位置,提示工作人員及時進行維修。
3、提高煤礦企業煤炭裝載運輸工作效率想要綜合提高煤礦企業生產效率,除了要提升煤礦企業采煤作業的工作效率,還需要提升煤礦企業采煤工作完成后,煤礦裝載運輸作業的工作效率,可以說,生產、裝載運輸作業,就是整個煤礦企業生產工作中最重要的組成部分。而在裝載工作中應用機電一體化技術,就可以實現裝載運輸工作的自動化和智能化,解放人類勞動力,提升科學發展力,進而提高裝載運輸工作效率。
四、結束語
石墨具備較好的熱穩定性、性以及耐磨性,處于常溫環境下的石墨一般不受到強堿、強酸或者有機溶劑的侵蝕,因而在現代工業生產中石墨經常會充當固體自材料。石墨在不斷的摩擦中會有大量的石墨粒子從其中剝離,包括一些炭塊材料中的不純物以及塵埃,都能夠對摩擦表面形成一種較為特殊的碳素薄膜,如果石墨繼續摩擦時這些薄膜就會對其上面分布的大量石墨微觀孔穴進行自動填充,外物對磨面的直接接觸會被薄膜所阻隔,從而可以有效減輕基體的磨損,耐磨性獲得了大幅度提高。摩擦時,石墨微晶也會黏附金屬材質,因而對磨時金屬因為黏著作用會將石墨微粒牢牢地吸附到金屬氧化物中,實質上也是在對磨表面形成1種特殊的養護薄膜,從而有效減輕試樣的磨損。需要注意的是,石墨材料中含有大量固體劑,如果這種劑能夠持續得以補充,使得固體膜具有較好的連續性以及完整性,那么就會獲得較好的以及自我修復。在鑄鐵環境下,除了上述因素外,石墨能力所受的的影響還來自于金屬基體,如果選擇的金屬基體本身就具有較高的硬度,那么摩擦面亞表面金屬塑性變形區就會迅速減小,從而石墨的擠出功能受到阻礙,進一步造成石墨成膜能力的降低。因而在煤礦機械的實際生產中,選擇金屬基體時應盡量選用硬度比較低的,非常典型的是較軟的鐵素體基體,該金屬基體在多種行業中應用都較為廣泛。
二、煤礦機械生產中石墨/鐵基耐磨復合材料的應用
(1)石墨/鐵基耐磨復合材料的制備方法
粉末燒結是一種較為常見的石墨/鐵基耐磨復合材料制備方法,主要涵蓋了混合、粉末軋制、燒結,對基體的熱處理以及加工等幾個步驟。鑄鐵熔點和石墨相比要低很多,通常較為適宜的燒結工藝應為液相燒結,具體裝置可以分為幾種:①中頻感應加熱,這種燒結方式在感應加熱時溫度會在短時期內獲得大幅度快速提高,但需要注意的是此時受熱并不均勻,會出現外部鐵屑熔合時,心部仍然不能熔化。若繼續加熱,由于石墨比重較小,在鐵屑熔化成液態時就會上浮,從而導致石墨的不均勻,效果不理想。②高溫爐中加熱和真空爐加熱是較為有效的2種方法,前者機構簡單、體積緊湊、爐溫均勻,和中頻感應相比溫度更容易精確控制,熱效率也較高,并能夠實現壓塊的1175℃燒結和保溫。真空爐加熱將真空作為制備過程中的保護器,避免工件處于高溫下導致的氧化脫碳反應,最大限度地提高工件熱處理表面的質量,確保工件質量的合格。
(2)試樣材料成分
試樣材料成分所選用的材料是灰鑄鐵(HT200)鐵屑純凈的200目石墨粉,選擇石墨質量比例1%、2%、3%、4%進行混合,混合完成后通過100t摩擦壓力機擠壓成形,接著將其置入中頻感應燒結裝置進行燒結,完成后將其取出自然冷卻。然后采用HB-3000型布氏硬度計對獲得材料的硬度進行測試,選用ML-10磨粒磨損試驗機對材料的耐磨性進行測試。
(3)結果分析
①金相實驗結果分析圖1為4個試樣的金相圖像,灰鑄鐵的基體全部都是石墨和鐵素體。圖1中白色區域和黑色區域分別為鐵素體組織、石墨。其中,石墨形狀全部是A型。測試后發現2%試樣金相照片中的石墨長度等級可以判定成4級,具有明顯的短小、粒狀石墨較多的特征,同時片狀石墨較圓鈍。對其他試樣進行檢測,其石墨長度都是3級,相對較長,同時1%石墨中,呈現出明顯的石墨片斷部尖銳的特征,而且在3%~4%的試樣中表現為明顯的粗大,伴有集結成果的現象。石墨的硬度均較低,為HB3,抗拉強度<20MPa,其延伸率則趨近于0。從其特性來說,石墨類似于金屬基體中的孔洞和裂縫,不僅能夠降低基體的強度,還能夠導致應力集中。如果對于石墨的形狀進行適當改變就能夠減輕石墨的負面影響,且長片狀石墨的尖銳程度和其他短片狀石墨要明顯增大,應當選擇鈍片狀的石墨,因為這種石墨不易對基體造成破壞,從這個角度來說,顆粒狀的石墨則更加有利。從金相照片可以看出2%試樣磨損量最小,組織最為合理。圖1不同含量石墨金相組織(退火)圖②硬度試驗結果及分析圖2為試樣的硬度曲線。從中觀測到退火后試樣硬度較退火前相比呈現出降低的趨勢,而且隨著石墨含量的不斷增加,布氏硬度卻明顯減少,由于壓塊在燒結空冷時基體自動形成了大量具有高硬度的珠光體組織,通常來說其硬度值可以達到HB250,因而如果利用石墨化退火,可以使珠光體中的滲碳體得以分解,分解出的成分為鐵素體加石墨。石墨含量越高,那么試樣的硬度就會越小。③磨損實驗結果分析實驗顯示,試樣的耐磨性出現明顯的先減后增變化,其中以2%試樣的磨損量為最小。1%石墨試樣硬度和其他試樣相比明顯較高,通常在摩擦時不容易形成連續的膜,因而會直接導致基體磨損量的增大,而2%試樣中由于石墨含量多加上形狀比較細小和均勻,因而很容易形成比較均勻和連續的固體薄膜,因而一般會具有較好的耐磨性能。在3%~4%的試樣中,由于其中蘊含的石墨含量過高,從而造成石墨片逐漸呈現出粗大狀態,割裂也相應增大,因而在摩擦時容易出現較多的剝落現象,使得基體的磨損量開始增大,利用它來制作襯套時具有明顯的耐磨性過低現象,使用壽命較短。
(4)在煤礦機械生產中應用實例
實際生產中,煤礦豎井罐籠通常作為煤礦主要提升運輸設備。罐籠在運行時,一般速度會比較快,能夠達到10m/s,在短時期內會散發出非常多的熱量,造成襯套固定在罐籠和導向鋼絲繩出現相對滑動,而襯套和鋼絲繩會形成多種類型的磨損,常見的有黏著磨損、磨粒磨損以及氧化等,而煤礦機械中的鋼絲繩所需要的成本較高,其安全性對生產的順利進行也起著關鍵作用,所以罐籠運行時必須最大限度地降低對鋼絲繩造成的磨損。依照摩擦原理,為達到這一目的,導向襯套硬度應較低,并且耐磨,具有較好的自能力。鋼絲繩和襯套如果硬度配比較為合理時,通常就不會對鋼絲繩造成磨損,如果在其中加入石墨這樣具有自功能的材料,給基體和鋼絲繩提供一種更為可靠的保護。使用較軟的石墨/鐵基耐磨復合材料,可以保證襯套較高的穩定性和耐磨性,若軟度配置合理,除了能夠滿足磨損機理的要求外,重要的是能夠改變襯套壽命短的缺陷,省去了頻繁更換的麻煩。同時,石墨/鐵基耐磨復合材料除了應用在豎井罐籠中外,在煤礦機械生產中的其他易損、容易老化、壽命較短的金屬零部件,比如軸承、套筒以及活塞等均可使用。
三、結語
通過實際調查分析歸納出礦山液壓機械系統常見故障如下:
1.1溫度過高。主要原因有:油粘度過高、內泄嚴重、冷卻器堵塞、泵修理后性能差及油位低、壓力調定過大、摩擦損失大。液壓系統的零件因過熱而膨脹,破壞了相對運動零件原來正常的配合間隙,導致摩擦阻力增加、液壓閥容易卡死,同時,使油膜變薄、機械磨損增加,結果造成泵、閥、馬達等的精密配合面因過早磨損而使其失效或報廢。
1.2因為不良、摩擦阻力變化、空氣進入、壓力脈沖較大或系統壓力過低、閥出現故障、泄漏增大、別勁、燒結造成的執行機構運動速度不夠或完全不動。
1.3因為泵不供油、油箱油位過低吸油困難、油液粘度過高、泵轉向不對、泵堵塞或損壞、.接頭或密封泄漏、主泵或馬達泄漏過大、油溫過高、溢流閥調定值低或失效、泵補油不足、閥工作失效造成的系統無壓力或壓力不足。
1.4因為泵工作原理及加工裝配誤差引起、控制閥閥芯振動、換向時油液慣性造成的壓力或流量的波動。
1.5因為油溫過高、油粘度過大及油液自身發泡、泵自吸性能低、吸油阻力大、油箱液面低、密封失效或接頭松動、件結構及加工質量造成的氣穴與氣蝕。
2故障診斷技術及應用
2.1主觀診斷技術:指維修人員利用簡單的診斷儀器憑借個人的實踐經驗分析判斷故障產生的原因和部位。方便快捷,可靠性較低,屬于較簡單定性分析。包括直覺經驗法、參數測量法、邏輯分析法、堵截法、故障樹分析法等。
直覺經驗法指維修人員憑感官和經驗,通過看、聽、摸、聞、問等方法判斷故障原因:看執行元件是否爬行、無力、速度異常,液位高度、油液變質及外泄漏,測壓點工作壓力是否穩定,各連接處有無泄漏及泄漏量;聽泵和馬達有無異常聲響、溢流閥尖叫聲、軟管及彎管振動聲等。摸系統元件的油溫和沖擊、振動的大小、聞油液是否變質、軸承燒壞、油泵燒結等。詢問設備操作者,了解液壓系統平時工況、元件有無異常、設備維護保養及出現過的故障和排除方法。
參數測量法指通過測得系統回路中所需點處工作參數,將其與系統工作正常值比較,即可判斷出參數是否正常、是否有故障及故障所在部位,適于在線監測、定量預報和診斷潛在故障。
邏輯分析法指根據元件、系統、設備三者邏輯關系和故障現象,通過研究液壓原理圖和元件結構,進行邏輯分析,找出故障發生部位。
堵截法指根據液壓系統的組成及故障現象選擇堵截點,堵截法觀察壓力和流量的變化,從而找出故障的方法。堵截法快速準確,但使用較麻煩,拆裝量大,需要整套的堵截工具和元件。
故障樹分析法指對系統做出故障樹邏輯結構圖,系統故障畫在故障樹的頂端為頂事件,根據各元件部位的故障率數據,最終確定系統故障。適合較大型、較復雜系統故障的判定和預測。
2.2儀器診斷技術:根據液壓系統的壓力、流量、溫度、噪聲、震動、油的污染、泄露、執行部件的速度、力矩等,通過儀器顯示或計算機運算得出判斷結果。診斷儀器有通用型、專用型、綜合型、其發展方向是非接觸式、便攜式、多功能和智能化。包括鐵譜記錄法、震動診斷法、聲學診斷法、熱力學診斷法等。如鐵譜記錄法,通過分析鐵粉圖譜,根據鐵粉記錄圖片上的磨損粉末、大小和顏色等信息,準確得到液壓系統的磨損與腐蝕的程度和部位,并可對液壓油進行定量污染分析和評價,做到在線檢測和故障預防。
2.3智能診斷技術:指模擬人腦機能,有效獲取、傳遞、處理、再生和利用故障信息,運用大量獨特的專家經驗和診斷策略,識別和預測診斷對象包括模糊診斷法、灰色系統診斷法、專家系統診斷法、神經網絡系統診斷法等。目前研究最活躍的是專家系統和神經網絡,使故障診斷智能化,具有廣闊發展應用前景。基于人工智能的專家診斷系統,是計算機模仿在某一領域內有經驗的專家解決問題的方法,將故障現象輸入計算機,計算機根據輸入現象及知識庫中知識按推理集中存放的推理方法,推算出故障原因,并提出維修或預防措施。人工神經網絡是模仿人的大腦神經元結構特性,利用神經網絡的容錯、學習、聯想記憶、分布式并行信息處理等功能,把專家經驗輸入網絡,通過對故障實例和診斷經驗的訓練學習依據一定的訓練算法,得到最佳接近的理想輸出。
3結論
維修的目的在于保證機械設備運轉的可靠性和經濟性,維修方式的選擇應從故障發生的安全性、經濟性考慮。機械設備的維修方式是對機械維修時機和維修深度的控制模式。采用合理的維修方式可以有效地延長工程機械的使用壽命,提高機械設備的工作效率。
由于礦山設備工作狀態的多樣性及液壓系統的愈加復雜,在生產實踐中還應該積極研究與應用多種現代先進診斷技術。隨著診斷技術智能化,高精度化,不解體化并與先進通訊技術,網絡技術,智能傳感器技術等現代信息技術的融合,礦山液壓機械系統故障診斷的準確性,快捷性和便利性必將大大提高,
參考文獻:
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