一、機械自動化的現狀

目前來說，雖然我國在很多領域都應用上了自動化技術，但我們應該看到的是，由于我國相關產業起步較晚，雖然自動化技術正在逐漸應用在各個領域，但是相對來說范圍還是太過狹窄。這與某些西方發達國家相比，就顯得有很大的差距。比如說，早在前幾年，西方一些發達國家就已經在機械自動化領域取得了極大的突破。比如，有些國家已經完成了集成化、自動化等先進的技術。這些技術的應用范圍極其廣泛，可以應用在柔性制造系統中，也可以應用在數控機床的系統中，并且應用效果極好。而反觀我國的相關技術方面，還只停留在一些最基礎的方面，比如剛性自動化技術等。而像上文提到的那些先進技術，我國使用的少之又少。根據現如今的發展情況來看，機械自動化技術在生產的過程中，起到了很大的作用。已經普遍實現了控制與信息的自動化。這就使得人工失誤在實踐的操作中出現的頻率大大降低。使錯誤能夠得到改正，使失誤能夠得到控制。而再出現問題之后，也能夠及時地找出問題所在，并及時采取措施進行解決。

二、在煤礦機械制造中機械自動化的應用

(一)自動化煤礦采掘機械。眾所周知，我國近些年來經濟飛速發展的前提和基礎是能源。如果沒有能源，那我國很難繼續保持如今這種發展速率。而能源的來源其實就是煤炭。因此可以說，煤炭其實是我國經濟發展的基礎。所以，我們現在應該思考的一個問題就是如何能夠提高我國煤炭的生產與采掘效率。而若想完成這個任務，我們就必須要大力推廣機械自動化的技術。這樣不僅可以提高工作效率，還能夠使人工失誤的可能性降到最低。綜上所述，如何使機械自動化的技術在煤礦采掘中廣泛應用，是目前的主要問題，對于我國國民的生計來說是至關重要的。在發達國家的相關產業發展與應用中，自動化技術的使用都取得了很好的效果。這不僅能讓機械設備的可靠性上升，更能夠提高操作的精度。與以往相比，這種工作的手段是有很大優勢的。而近些年來，我國在這方面也有了長足的進步，并研發出一批優質的煤礦生產機械。這使得外國在該方面的壟斷權已然消失。這也標志著我國在機械自動化的研究方面上升到了新的高度，并促進了整個煤炭企業的進步。(二)煤炭輸送的機械自動化。對于煤炭的相關產業來說，生產與運輸是一體的。這是兩個不可分割的部分。關鍵在于，就算生產效率提高了上來，如果運輸效率低下，那也是毫無意義的，就與沒挖是沒有區別的。因此，在研究機械自動化在煤礦機械制造中的應用時，我們也應該著力于研究煤礦運輸機械的自動化技術。煤礦輸出速度一定要大于等于煤礦挖掘速度，才有可能真正使煤礦的產量提升上來。才能使煤炭企業的效益提升。在當前的煤炭生產運輸環境里，有很多煤礦的運輸方式都是膠帶運輸。而這種較為傳統的運輸方式在如今已經和PLC技術相結合，這實際上也是一種自動化運輸的系統。這種自動化運輸系統安全可靠，更為高效，也不需要人力進行干預與維護。這也會讓膠帶運輸方式變得更加精確、敏捷。同時，也使得在工作過程中應用了電力，使因為人力而產生的安全事故減少，并避免其發生。這也是間接地使煤炭企業的效益得到最大的保障。(三)自動化的煤礦安全監控系統。對于任何產業來說，安全永遠都是第一前提。近些年來，煤礦的安全事故頻發，不禁使人們對于煤礦的安全性產生了擔憂。人們也在反思，如何才能提高在煤礦工作的安全性。而事實證明，將自動化技術應用在煤礦生產的過程中，能夠有效地提高煤礦工作的安全性，也能有效防止各類事故。這就使得相關危險操作對于人們的人身安全的威脅性降到最低。我們必須要及時對數據進行監控、預報，才能有效地防止事故的發生。而若想做到這一點，我們首先就應當實現自動化煤礦安全系統，將事故扼殺在萌芽狀態之中。相信我國在以后的發展中，必定能在這方面有所突破。

三、機械自動化技術的發展前景研究

(一)機械自動化發展前景廣闊。從我國近些年的經濟飛速發展中可以看出機械自動化技術在我國機械制造中起著極為重要的作用，可以預見的，它在將來社會對資源的開發利用中將起著越來越重要的作用。但是我國機械自動化的發展還只是停留在初級階段，與西方發達國家比有著很大的差距。煤炭作為提供能源的主要動力，在將來很長一段時間內仍將對經濟的發展起著不可替代的支撐作用。因此，機械自動化的發展前景廣闊。(二)解決資源浪費問題。我國機械自動化還存在著許多不足之處，其中對資源的浪費問題便是極為重要的一項。為了使資源的利用率達到最高，國家政府必須重視起來，投入資金支持技術研究，以便為研究如何提高機械自動化對資源的利用率提供堅實的支撐。在對煤礦院校的改革方面，應該加強對建設理念的研究，將理念教育與實際相結合，這樣有利于進行具體的優化。在設備的改造方面，不僅應該致力于發明出更加節能的機器，而且在對已有的機械利用效率方面也該有所改進。對機械設備不同的安裝與拆除方法對一個機械設備的利用率有著極為重要的影響。因此，工作人員也應該重視對機械設備的安裝拆除技術。(三)注意理論與實踐結合。隨著我國對機械自動化的重視，機械自動化的技術層面逐漸升高，但仍然有很大的發展空間。我國的機械自動化技術依然有待提升。在進行改進的同時，要注意將技術理論與實踐相結合，使技術理論的提出有實踐意義上的支撐。在發展過程中，應該格外重視機械自動化發展中的缺陷并加以改正，為煤礦制造業的發展打下堅實的基礎。堅持可持續發展觀念，并將觀念帶入到實際工作操作中來。

1石墨的物理-力學性能

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，石墨潤滑材料中含有大量固體潤滑劑，如果這種潤滑劑能夠持續得以補充，使得固體潤滑膜具有較好的連續性以及完整性，那么就會獲得較好的潤滑以及自我修復。在鑄鐵環境下，除了上述因素外，石墨潤滑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。

2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

摘要：分析了煤礦機械齒輪斷裂的主要原因，提出了提高煤礦機械故障維修技術水平的可行性措施，比如運用先進的潤滑技術、盡可能地使用新型材料、提高技術人員的專業水平，探討了煤礦機械故障診斷技術的實際應用。

關鍵詞：煤礦機械；齒輪；軸承；故障診斷

在中國經濟的發展歷程中，煤炭資源占到了非常重要的一部分。然而，如何才能保證煤炭品質卻是一個嚴峻的問題，這就需要深度思考煤礦機械的性能問題。由于機械設備的運行時間一般都很長，而且煤礦機械在很惡劣的環境中工作，使得企業對煤礦機械的保養及維護有一定的難度。在這種情況下，要保證機械的穩定運行更是難上加難。相關資料顯示，機械設備中70%的故障是因機械振動引起的，而機械振動又主要是因齒輪問題引發的。機械設備中齒輪起著承受和傳遞載荷的作用，它們的運行狀況會直接影響到設備的整體性能，因此需要對煤礦機械的故障診斷技術進行進一步的優化及運用。

1煤礦機械齒輪斷裂的主要原因

煤礦機械齒輪斷裂的原因主要有：a)軸承的內外圈滾道出現損傷，接觸面不夠光滑，引發齒輪斷裂；b)在工作中軸承受力不均勻，導致斷裂；c)齒輪本身質量不佳，導致抗拉強度不足，嚴重影響齒輪的使用壽命，導致齒輪運行中斷裂；d)齒輪無法承受較強的靜載荷，較薄的位置會受到影響，導致斷裂；e)齒輪運行時間超過壽命周期，導致因過度使用而使得齒輪斷裂；f)齒輪所承受的靜載荷超過自身極限，從而因載荷過大而導致斷裂。由以上斷裂原因可以看出，要延長齒輪的使用壽命，就需要從以下幾個方面做起。a)設計方面。由于礦井使用條件的限制，如何保證在齒輪外形尺寸一致的情況下提高每一個齒輪的強度，延長其使用壽命是一個很重要的問題。在一些特定的情況下，齒輪所承受的沖擊載荷要求齒輪彎曲極限應力達到1200MPa，接觸耐久性極限強度增加到1600MPa[1]。要達到這樣的標準，就需要準確計算載荷、修正強度計算公式、選擇合適的材料、運用良好的加工和處理工藝，進一步優化齒輪的設計參數，主要包括表面光潔度、硬度、嚙合參數、裝配要求等，并進一步提高標準。b)制造過程方面。煤礦機械使用的齒輪大多數是低速重載齒輪，對強度的要求比較高，因此在制造齒輪的過程中，應該少用鑄鋼制作，多用鍛鋼；對于一些大齒輪，使用鍛鋼制作有較大的難度，此時可以利用鑄鋼齒輪的輪芯鑲嵌鋼齒圈組合件，而且要注意鍛鋼的鍛造過程中鍛造比要大于3[2]。另外，不管是鍛件還是鑄件，都要對其品質進行嚴格的把控，并且要對其進行超聲波探傷，確保產品質量達到既定標準要求。c)注重改善齒輪的熱處理技術。齒輪表面硬度和剪切強度決定了煤礦機械的承載能力。對于齒輪硬化處理，可以采用深層滲碳淬火的方法，利用深層滲碳淬火，得到性價比相對較高的齒輪芯部硬度。齒輪齒面的含碳量必須控制在0.8%～1%。滲碳齒輪經過淬火和回火后，要求表面硬度為HRC62，消除齒輪的殘余內應力，可以將碳的滲入深度控制在0.2mm以內，這樣不僅能保證齒輪表層得以硬化，還能產生壓應力。采用這種工藝時，單單滲碳齒輪的強度極限應力就可以提高13%以上。熱處理過后，還要進行人工時效處理，消除熱處理過程中產生的內應力。對齒輪表面進行熱處理后，還應該對齒輪齒面和齒根做噴丸強化處理。噴丸強化處理的過程要嚴格按照其要求工藝進行操作。因為噴丸強化處理不僅可以使齒根的彎曲疲勞強度變得更高，還可以有效阻止裂紋出現，使齒輪的載荷小于外加載荷，這樣既可以有效減少破壞，又可以極大地提升耐久性。除此之外，齒輪噴丸強化處理還可以有效消除加工過程中出現的一些刀痕和磨削導致的缺陷。根據經驗判斷，經過噴丸強化處理后的齒輪與沒有經過噴丸強化處理的齒輪相比，壽命顯著延長，大量的統計資料表明，壽命可以延長6倍以上[3]。d)齒輪的安裝和使用過程。在使用過程中必須注意相關的操作規范和技術要求，尤其是在安裝、更換、檢修齒輪時，要注意齒輪軸心的中心距、平面度和水平度等重要參數，一定要保證這些參數滿足標準要求。在檢修過程中，如果齒輪的磨損較大，或者已經損壞，要盡可能地按照原有的安裝方法合理地調整齒輪的安裝位置，確保齒輪正常嚙合。齒輪不可以單換，要對相應的齒輪進行成對更換。在使用過程中，要注意齒輪的潤滑。在齒輪相關結構的設計過程中，應充分考慮齒輪的潤滑情況，但同時也不能忽視齒輪的維護過程。在煤礦機械傳動中，使用的基本都是低速重載齒輪，這種齒輪要求有更高的接觸應力，因此一定要保證其接觸表面不能有局部的彈性形變。輪齒在共軛嚙合過程中，除了切點附近的部位以外，其余都是滾動和滑動運行，這樣更加符合彈性流體動力潤滑理論。目前，中國煤礦機械設備的事故率仍較高，煤炭生產和運輸過程中仍存在較多問題。在煤礦機械的運行過程中，故障出現最多的原因就是機械齒輪失效。因此，對各種齒輪的失效形式及原因進行相應的分析和討論，對于改善煤礦機械設備事故率高的狀況有非常重要的現實意義。

2提高煤礦機械故障維修技術水平的可行性措施

1機械自動化現狀分析

我國各種工業的起步較為落后，雖然現在有些行業已經達到了世界領先水平，但是在機械自動化技術的應用方面還遠不及發達國家，因此應該清醒地意識到與發達國家的差距，采取各種措施來縮小與發達國家之間的生產力的差別。在前幾年，西方發達國家就已經實現了機械自動化中的柔性自動化、智能化以及集成化等方面的技術。這些方面的自動化技術主要運用于數控機床與柔性制造系統當中，并且應用效果優良。現狀之下，對于機械自動化技術，我國還只停留在單機自動化和剛性自動化階段，而像柔性制造單元及柔性制造系統，其數量卻尤為之少。雖然我國各行各業都已經體會到了機械自動化的好處，并且能夠利用機械自動化來提高產品的質量，同時降低安全事故發生的幾率，但是對于機械自動化的應用還處在初級階段，想要進一步提高生產力，增強企業的實力，需要加強對于西方發達國家的學習，努力促進機械自動化技術在煤礦企業生產中的應用。不難看出我國煤炭的產量每年都在增加，因為經濟的增長需要能源作為支撐，特別是電力能源，而我國的電力能源主要來源于火力發電，也是依賴于煤炭的供給。而縱觀我國煤炭的生產，很多煤礦使用的都是多年以前的技術和機械，這些技術和機械上的落后限制了煤礦的產量，同時也容易對生產人員的生命財產安全造成威脅，因此更新煤礦生產的技術，對機械進行更新換代，是提高煤炭產量，保證安全生產的重要措施。將機械自動化應用在煤礦機械制造中，能夠提高煤礦機械制造的精度，同時創造出更高效率的煤礦機械，能夠為我國的煤炭產量的增長作出貢獻，因此具有重要的現實意義。

2自動化技術組成分析

作為一門綜合學科，自動化包含的技術種類很多，可以將自動化技術粗略的分為以下幾個組成部分：程序單元、作用單元、傳感單元、制定單元以及控制單元。（1）程序單元。程序單元是控制單元的核心，由工程師提前編制的程序在控制單元中運轉，以維持整個系統的運行。（2）作用單元。所謂的作用單元是受程序單元所控制的，負責整個系統運轉的單元，是命令的執行者。（3）傳感單元。負責收集各種數據，并將這些數據及時的傳遞給控制單元，由控制單元進行計算和處理，再反饋給其他的單元，以此來保證整個系統的良好運轉。（4）制定單元。制定單元的作用是對整個系統的其他部分命令，調控其他部分的行為。（5）控制單元。控制單元是整個機械自動化控制系統工程的保障性單元部分，其主要用于解決單元制定和動作調節。

3機械自動化在煤礦機械制造中的應用探究

依據不同的功能，可以將煤礦機械分為三個系統：挖掘系統、輸送系統、安全監控系統，而在煤礦機械制造過程中，就應該實現煤礦采掘機械的自動化、煤炭輸送的機械自動化、煤礦安全監控系統的自動化。

摘要：本文主要討論了機電技術在煤礦機械當中的應用以及對其應用進行分析。煤礦機械在使用機電技術的過程當中，會產生一些問題，會對使用機電設備產生影響。通過對機電技術的應用分析，以期促進機電設備提高煤礦開采的效率，增加煤礦生產過程當中的安全性。

關鍵詞：機電技術；煤礦開采；提高效率

1.前言

隨著社會的不斷進步，科技也在不斷的發展。一些國外的國家對機電技術開始了應用，技術也正在發展和更新，從而促進了機械制造技術的飛速發展。機電技術在煤礦機械當中也有很大的應用，可以將煤礦生產的生產效率進行提高，簡便煤礦生產的操作步驟，提高煤礦生產的效率，促進了煤礦生產的進步。

2.煤礦機械當中使用機電技術的問題

(1)傳統的生產觀念中國有很多地區具有豐富的礦產資源，于是就產生了很多的煤礦企業。但是不同的煤礦企業有不同的生產模式和生產規模，所以企業管理人員的自身素質也存在很多方面的差異，這種情況主要是因為企業的管理人員生產觀念比較傳統造成的。有很多煤礦企業的管理人員在機電設備管理工作這方面沒有很重視，在生產過程當中過于重視產量，對設備管理這方面不是很重視。在生產的過程當中，企業的管理人員更加注重生產效能的提升，不注重對煤礦設備的管理和維修，這樣煤礦企業對機電設備的管理工作就會產生一些遺漏。導致煤礦企業進行煤礦生產的過程當中，機器設備出現問題，發生一系列的安全事故。這樣就會降低企業的生產效率，影響企業的正常生產運行和對企業的聲譽造成影響，且不利于企業的進一步發展以及經濟效益的提升。(2)管理人員監管力度不足在煤礦生產的過程當中，機電技術發揮著巨大的作用，對煤礦企業的設備管理以及生產工作也產生了很大的影響。在煤礦進行生產的過程當中，企業需要安排一些專業的管理人員，對機電設備進行定期的檢查和修護，這樣才能保證煤礦在進行生產的過程當中，能夠安全生產。現階段，很多煤礦企業中的機電設備運行時間相對來說較長，企業安排的機電設備管理人員也比較少，監管力度比較弱，所以沒有辦法對全部范圍的機電設備進行管理。在煤礦生產的過程當中使用機電設備，還會產生危險。如果煤礦企業不能定時的對機電設備進行管理和維護，那么就無法保證煤礦生產過程當中的安全，很有可能會產生安全事故。這樣會造成煤礦生產當中的機電設備監管工作變得形式化，也無法及時的發現機電設備會造成的風險，這樣很有可能會導致安全事故的發生，對煤礦生產的工作人員的人身安全產生影響，這也會影響企業的正常運行，導致企業的聲譽下降。(3)機電技術水平需要提高中國的煤礦資源比較豐富，但是煤礦的開采環境相對來說較差，而且很多煤礦企業并不是很重視機電技術的工作人員，而且機電技術的工作人員和普通的工作人員薪資待遇幾乎一樣，這樣會將機電技術人員的工作積極性降低，也會造成機電技術方面的人才流失。由于煤礦的工作人員無法熟練和準確的對機電設備進行使用，設備如果產生故障，煤礦的工作人員也無法及時對其發現和處理，在技術處理方面也比較薄弱，所以要對煤礦開采人員的素質進行培養，從而提高煤礦工作人員的全面素質。如果員工無法及時處理機電設備當中的問題，那么就會導致機電設備產生故障，影響煤礦生產的正常運行，降低煤礦的生產效率，影響煤礦的生產工作。

在我國，煤炭行業及行業內企業的發展對于我國的國民經濟來說具有重要意義，因此隨著我國經濟發展對能源需求的進一步增加，煤炭企業需要進行設備上的更新升級來適應不斷發展的形勢。在煤炭企業進行開采的過程中，常用到一些煤礦開采設備，比如液壓系統、采煤機、刮板輸送機、膠帶輸送機等等，但是傳統的采煤設備的運行效率低下，并且經常發生運行故障，因此為了提高煤炭企業的開采效率，提高企業的經濟效益，必須對煤礦開采的機械設備進行自動化升級。

1我國煤礦企業常用的機械設備

在我國煤礦的開采過程中，需要用到大量的機械設備來提高開采效率，同時利用機械設備進行開采作業可以有效提高煤礦開采的安全性，因此煤炭企業需要對煤礦開采過程中的機械設備進行自動化升級，以此來提高煤炭企業的經濟效益。在煤礦開采的過程中常用的機械設備有液壓支架、采煤機、刮板輸送機、帶式輸送機等等。其中，液壓支架是煤礦開采過程中最為重要的機械設備之一，液壓支架主要通過液體的壓力從而在煤礦井下產生支撐力，并且通過移動對礦井下的頂板進行支撐，液壓支架屬于液壓系列設備中的一種，因此對井下采煤工作起著重要作用，但是液壓支架是上世紀70年代從國外引進的，引進之后我國對液壓支架進行不斷的研究，從而在90年代中期完成了對液壓設備的自主研發。采煤機是煤礦開采工作的主體，主要對煤層進行破碎，從而進行采煤作業，如果采煤機出現故障，將直接影響到采煤工作的效率，導致整個煤礦開采系統出現停工停產。通過對采煤機的自動化升級，可以有效降低井下工作人員的工作強度，同時提高采煤效率與安全性。隨著我國采煤技術的不斷發展，我國的煤礦企業在采煤工作中普遍應用了電牽引采煤機，并且隨著對于采煤機的不斷升級，采煤機的工作性能也有了巨大提升，并且可以對其進行高效控制，從而實現了安全生產、有效生產。刮板輸送機與膠帶輸送機是煤礦開采過程中進行煤炭運輸的重要設備。刮板輸送機主要以刮板鏈為牽引，在刮板槽內輸送煤炭，運用刮板輸送機可以對煤炭進行水平方向和傾斜方向的輸送，但是刮板輸送機在進行傾斜輸送的時候必須保證傾斜角度小于25°，如果傾斜角度大于25°，則需要在刮板輸送機運行過程中安裝相應的防滑措施。膠帶輸送機主要由機架、輸送帶以及滾筒構成，在煤炭行業迅速發展的背景下，需要對膠帶輸送機進行自動化升級，以此提供設備運行效率與運行安全性。

2煤礦機械設備自動化技術應用的重要性

雖然我國煤炭行業具有較快的發展速度，但是我國煤炭行業在發展過程中存在著嚴重的浪費問題，并且當前的煤礦機械設備普遍存在著較高的能耗問題，同時還有較高的故障概率，因此為了降低煤炭開采及運輸的能耗，減少機械設備的故障發生率，需要對煤炭開采的機械設備進行自動化升級。通過對煤礦機械設備的自動化升級，可以有效提高機械設備的運行效率，同時降低機械設備的能耗問題，減少故障發生率，利用自動化技術可以對煤礦設備的運行狀態進行實時監控，從而針對機械設備在運行過程中出現的突發故障實現高效掌控。此外，通過自動化技術的應用，在降低機械設備能耗的同時可以減少井下工人的工作量，在降低井下工人工作強度的同時對工人的人身安全形成保障。

3煤礦機械設備自動化技術的應用障礙及其解決方法

摘要：針對當前煤礦機械工程發展過程中存在的開采效率低，影響煤炭行業經濟效益的問題，開展煤礦機械智能化的設計與研究分析。通過對煤礦機械智能挖掘設計、智能運輸設計以及生產安全監控設計，實現煤礦機械的智能化生產。通過對比實驗證明，智能化煤礦機械在開采時可有效提高煤礦開采量，并與傳統煤礦機械相比經濟效益得到大幅度提升，為煤礦機械在當前生產環境中的有效利用提供幫助。

關鍵詞：煤礦；機械設備；智能化；開采效率

煤炭行業是當前國民經濟發展的主要動力源，其發展水平直接影響整個國家經濟的發展速度。當前煤炭行業的發展較為成熟，且規模逐漸擴大，但在發展過程中也存在煤礦機械設備結構復雜無法適應當前煤炭生產環境，造成設備利用率及生產率降低；科技水平低，數字化智能程度較差，使得人力、物力資源浪費嚴重，且在生產過程中更容易出現操作失誤；設備材料可選種類較少，煤礦機械設備主要使用鋼鐵材料，但當前鋼鐵材料低端鋼材生產量多，高端鋼材生產量低，使得煤礦機械設備質量差；使用壽命較短，低質量煤礦機械設備在煤炭生產過程中更加無法適應開采環境，受到環境、氣候等因素影響，使得煤礦機械常常出現故障等問題。煤礦機械是煤炭開采和挖掘過程中主要使用的機械設備，因此針對煤礦機械存在的問題若不進行及時改進，將會影響煤炭行業的可持續發展。對此，本文開展對煤礦機械智能化的設計與研究分析。

一、煤礦機械智能化設計

(一)煤礦機械智能挖掘設計。針對煤礦機械中用于挖掘的部分進行智能化設計，本文采用在機械設備中添加電牽引驅動裝置的方式，提高煤礦機械設備的智能挖掘效果。在煤礦機械設備挖掘過程中，依托計算機技術，采用傳感器故障診斷識別裝置，對發生的故障問題進行精準診斷。圖1為基于電牽引驅動裝置的煤礦機械智能挖掘設備組成。圖1基于電牽引驅動裝置煤礦機械智能挖掘設備組成本文將挖掘設備的電牽引驅動裝置設置為以垂直齒輪傳動的形式完成挖掘動作，將牽引電機的輸出軸的轉矩，通過轉動齒輪當中的多個連桿銷傳動至對應的連桿空心軸上，再通過煤礦機械主車輪的多個連桿銷傳動到對應的車輪對上。具體電機轉矩傳遞的路線為：煤礦機械主動齒輪—從動齒輪—連桿銷—連桿—連桿銷—橡膠關節——傳動盤—連桿銷—連桿—主動齒輪—車輪。同時，當高速運行的煤礦機械速度達到150km/h~220km/h時，為了降低轉向架框架自身的質量，提高轉向架蛇形穩定性，可通過將牽引電動機轉移到煤礦機械本身的車體上，使其形成煤礦機械的電機懸掛裝置。基于電牽引驅動裝置煤礦機械智能挖掘設備還采用遙控和遠程控制技術，通過操控遙感手柄實現煤炭開采人員的遠程操作和駕駛機械設備。將單片機作為遠程控制的核心部分，通過全球移動通信系統將接收到的挖掘命令信息，結合外部終端檢測數據信息進行傳輸。再將當前被控制的煤礦機械挖掘設備的運行狀態實時發揮到網絡控制中心，通過發光二極管實現對挖掘設備的可視化控制。(二)煤礦機械智能運輸設計。針對煤礦機械的運輸智能化，首先通過集控平臺將煤礦機械不同負載情況進行實時計算并將計算出的結果進行匯總，根據煤礦開采區域運輸設備的不同組成，設置對應的最優啟動方式以及啟動順序，啟動方式主要包括順槽皮帶運輸啟動方式、主井皮帶運輸啟動方式等。通過運輸控制裝置的各個監測節點，接收由集中控制平臺發出的相應設備運行指令，控制變頻調速裝置，并實現對煤礦機械設備不同皮帶機運輸的運行方式。其次，由集中控制平臺根據不同的生產情況，結合當地煤炭產運銷計劃方案，優化整個煤礦開采區的礦井產量，以此實現以銷定產。最后再根據各個煤礦礦井質量指標的對比結構，自動提醒礦區內部各個礦井的開采人員該礦井最佳煤倉儲裝比例，并調節整個連采生產任務，并根據不同運輸模式在原煤倉中的對應位置入料。同時結合電網峰谷用電情況，給出煤礦機械運輸的最佳生產時間，并利用階梯電壓實現錯峰用電，以此降低運輸成本。(三)生產安全自動監控設計。針對煤炭行業的生產安全監控，本文將Ethernet、TCP/IP等計算機通信技術直接應用于對煤礦機械的控制當中，并在此基礎上建立基于EPA的煤礦機械生產安全監控網絡。圖2為基于EPA的煤礦機械生產安全監控網絡平臺結構示意圖。當煤礦機械運行時傳感器的種類和數量逐漸增加，對于煤礦安全生產監控而言應當提出更高的要求，通過信息管理層、過程監控層以及現場設備層共同組成基于EPA的煤礦機械生產安全監控網絡結構，可有效實現對現場生產安全的一體化監控，為煤礦機械設備的故障問題提供數據參考。根據煤礦機械的生產環境，在基于EPA的煤礦機械生產安全監控網絡中建立針對生產環境及防爆要求的工業網絡平臺，對各個控制區域內進行實時通信，實現對安全生產的無擾動切換監控控制。一旦煤礦開采過程中設備出現故障或事故停產時，由煤礦機械生產安全監控網絡中心平臺及時根據具體生產情況及作業計劃，動態調整整個礦井的安全生產工作，實現煤礦開采的均衡生產。

二、實驗論證研究分析

為認真貫徹落實上級有關會議和四部委《關于推進小型煤礦機械化的指導意見》文件精神，進一步提升我區煤礦機械化裝備水平，結合煤礦2012年度機械化裝備實施方案，經區局研究，制定如下實施意見：

一、提高認識，加大投入，積極推進煤礦機械化工作

推進煤礦機械化是貫徹落實科學發展觀、促進煤炭工業轉變發展方式的一項重要而緊迫的任務。是貫徹落實國務院23號文和省局162號文的重要體現。各煤礦企業要深刻領會和全面把握加快經濟發展方式轉變、調整產業結構和淘汰落后產能的重大意義，解放思想，轉變觀念，加大投入，大力實施“科技興安”戰略，以采煤、掘進、運輸機械化為重點，積極采用先進適用的新技術、新工藝和新裝備，大力推行機械化改造，堅決淘汰落后生產方式、工藝，提高技術裝備水平，提升安全保障能力。

二、優化開拓布局，為煤礦機械化裝備創造條件

煤礦要進一步做好礦井地質工作，查清煤層賦存狀況，進一步優化礦井開拓布局，要根據煤層的賦存狀況和擬采用的煤礦機械化裝備，合理布置采區和井巷工程，為進一步提升煤礦機械化裝備水平創造基礎條件，煤礦新采區設計必須將煤礦機械化裝備作為一項重要內容一并設計。

三、積極采用薄煤層機械化采煤工藝，進一步提升煤礦機械化開采水平

煤礦機械結構的設計方法

結構模塊化設計結構模塊化設計是在對產品的功能進行分析后，把產品分解成一個或幾個模塊化的結構，同時將這些基本結構進行選擇和組合，從而形成不同的產品。這些基本結構是零件或部件，還可以是系統。一般而言，標準化的模塊的結構應進行聯接和配合，使其據有相容性和互換性［3］。智能化設計智能化設計就需要運用到智能化軟件、虛擬現實技術和多媒體來開發和設計并表達出產品的構想和結構。系統化設計系統化設計就是把多個設計來組成一個系統，而且每個設計互相不干預，但是要素之間又存在有機性的聯系，在把所有的設計要素聯合在一起后，就可以完成所需要完成的任務。

煤礦機械設計的趨勢

如今，煤礦機械設備技術已經從傳統的制造技術轉向先進制造技術。而先進的制造技術包括的范圍十分廣闊，它涉及的過程包括產品的市場調研、產品的開發和設計、產品生產的準備工作以及加工和售后服務，先進的制造技術要把這些過程有機的統一起來，尤其是隨著機械信息技術、傳感技術、自動化技術以及新材料技術和現代系統管理技術的不斷進步，煤礦機械設備在產品的設計、制造和管理售后上，已經向著綜合運用各種先進技術的方向發展。目前，煤礦機械設計方向已經朝著合作化、虛擬化和自動化發展。在合作化上，企業隨著市場競爭的逐漸激烈，以及網絡通訊技術的發展，選取了競爭與合作共存的發展方向。因此，在機械的設計、零件物料的選擇和制造以及產品的銷售上都采取了異地或跨國合作［4］。機械設備技術的另一個發展趨勢是虛擬技術的運用。所謂虛擬技術，就需要運用計算機來實現真實系統的模擬，這樣可以及時發現產品在設計工藝上的缺陷，并以此來對機械產品的質量進行測試，確保設備的質量和成本達到最佳比。此外，機械設備由于采用了集成技術、人機一體化和系統技術，其發展的趨勢也朝自動化的方向發展。

現代設計在煤礦機械設備中的應用

可靠和穩健的機械設計煤礦生產的環境是一個非常嚴酷的環境，機械設備在這樣的生產環境中進行生產會對機械的壽命產生影響。而這就需要一個穩健性的設計來保證機械的良好運行。而穩健性設計就是用系統的非線性，選擇合理的可控因素，使得機械能夠對環境變化、產品老化等達到最不敏感的狀態，以此就可以提高機械的穩定性。在穩健性設計中，先通過系統性分析和試驗，再以一定的變量表達所要的參數，然后根據其影響因素，并且以可控因素調節得到最佳參數。此外，運用有限元法設計也是不錯的工程分析法。這種方法既可以分析邊界不規則、厚度突變等受力對象，還能解決幾何非線性等復雜問題，因此，成為一種不錯的工程分析法。而在煤礦生產中，機械受力十分復雜，而采取這種方法則正好合適。例如，由于結構和受載的復雜性，電動挖掘機的動臂和斗桿采用了工程計算法，這種方法的缺點是它只能確定危險截面處的應力，因而確定不了動臂和斗桿中鋼板的應力分布。但是，采用了有限元法在對其應力分析時，就可以得到每塊鋼板的應力分布。智能和虛擬設計職能設計，可以形成智能的結構系統，它能夠在結構中將傳感器、控制器及執行器進行整合集成，使其在適應環境和愈合損傷方面產生智能功能，從而使機械降低能耗，提高性能，并且增加結構的安全性。例如，采礦新技術就是采用職能采礦，在礦井安全生產中，紅外技術和機器人技術已經得到應用，這些智能機械在煤礦生產中擁有不錯的發展前景。因為煤礦機械設備所運行的環境比較復雜，加上大型機械本身的制作成本比較高，要在實際工作中來發現機械的不足，就需要通過反復的試驗，而這樣就會對人力和物理造成浪費和損耗，因此通過運用虛擬設計的方法可以減少浪費，降低損耗。所謂虛擬設計就是通過仿真技術來模擬機械在實際運行時的參數，使其運行環境的參數達到可視化，并通過對機械的動力學和運動學進行虛擬試驗，就可以達到對機械的優化設計．此外，設計人員根據機械相互配合的情況，可以按照用戶的需求來修改參數，使虛擬樣機得到優化．工業造型和摩擦學設計一直以來，設計人員在機械的性能、穩定性等方面進行了很多研究，但是在機械的外觀上卻沒有進行太多的改進和重視。在對煤礦事故的調查中，很多事故是由于機械的色彩設計不合理，導致視讀不清楚，引發操作失誤。還有很多出口產品遭到退貨的原因就是因為機械的外觀設計無法達到要求。在色彩的安排中，色瓷很鮮艷的話容易使人疲憊，如果是灰暗色，則令人感到壓抑，如果能夠充分利用色彩和人的視覺的關系，有助于提高設備的工作效率，能提供給作者舒適明快的感覺。由此可見，工業造型設計在煤礦設計中不僅僅是美觀問題，也對工作效率的提高有很大提高。在煤礦工作中，機械的摩擦和磨損比其他行業要嚴重，在井下設備中，都會存在普遍的磨損。摩擦學是研究機械在相對運動中，運動表面在接觸、滾動、磨損和潤滑等方面的科學技術。隨著煤礦機械水平的提高，機械設備的摩擦問題越來越得到人們的重視，其直接影響煤礦生產的高效性。網絡動態和模擬化設計煤礦機械設備需要在惡劣的環境中運用，需要具備高技術和大投資，其研制和試驗的周期也很長，如果只采用傳統的設計方法，不僅會花費大量的研制費用，而且周期長，無法適應市場的要求，而這方面的失誤都會帶來巨大的損失。因此，運用網絡化的設計，即將設計、制造和仿真、模擬集于一身的新型設計應用在煤礦機械生產中，這對我國煤礦機械進入全球化軌道和在國際分工中找到發展空間十分重要。機械產品的運作是一個動態的過程，其運用的環境包括正常信號和干擾信號。如果只是根據正常信號去進行設計，結果可能與實際狀況相差很大，因此，在考慮機械產品的運作時應該對正常信號和干擾信號一起考慮，目前，我國在大型機器采掘機械動力的設計研究不是很夠，因此需要加強對動態模擬設計的研究。因為煤礦機械在使用過程中，會因為環境因素給機械帶來不利的影響，因此，設計人員需要全盤考慮能夠帶來機械問題的因素，要進行人－機－環境一體化分析，只要在全面均衡的情況下才能保證系統的整體性能達到最優化。在環境上，要注意環境協調設計，是使產品在使用中能夠不污染環境，還可以起到節約資源的作用。

我們要根據煤礦機械的實際情況，根據不同油門下的發動機扭矩以及轉速的變化關系，選取一定油門開度之下的最大扭矩作為發動機的目標轉速，從而據此確定煤礦機械接合量以及接合速度的控制量。

1離合器的最大接合速度

在煤礦機械起步的時候，由于用的時間并不長，而且速度比較低。為了簡化計算過程，我們可以認為道路情況以及風速是基本保持不變的，因此其變化率可以取值為0。而汽車起步的沖擊度j的大小則完全屈居于離合器的接合情況。

2運行中離合器接合速度控制規律

2.1根據油門的開度進行控制

在實際的運行過程中，駕駛員可以在操作同力重工公司生產的TL870寬體礦車的時候，將起步意圖分成爬行起步、正常起步以及急起步幾種模式[4]。β0是最小離合器的汽車油門，根據圖2中的發動機目標扭矩輸出情況，在β0<β<12%的油門開合度是爬行起步，這個過程要求起步的時候盡可能的平穩，而在12%<β<30%的時候為正常起步，這個時候不但要求起步過程盡可能的保持平穩，同時還要盡可能的減少滑磨功。而在β>30%的時候是急起步，其主要的作用是出現在煤礦機械的駕駛員遇到緊急情況或者需要沖擊障礙的時候，這個時候應該允許一定的沖擊發生。在不同的油門開度之下，離合器的接合速度能夠通過最大接合速度差值獲取，詳情如下表所示。除此之外，為了將離合器的最小接合時間進行限制，就要求對最小結合速度進行規定，使得最小結合速度能夠隨著油門開度的變化而發生相應的變化[5]。