【文章內(nèi)容簡介】 與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發(fā)展階段。第一章、機電一體化技術(shù)的概述“ 機電一體化”(Mechatronics)是集機械、電子、計算機和信息技術(shù)等多種技術(shù)有機結(jié)合的一門交叉綜合技術(shù)。機電一體化是在機械的主功能、動力功能和控制功能上引進(jìn)計算機和電子技術(shù),將機械裝置和電子設(shè)備以及軟件等緊密結(jié)合起來,相互滲透,相互融合而形成的一門新興的綜合技術(shù)。它的本質(zhì)不僅是單純地利用電子技術(shù)來簡化或替代機械,更重要的是將機械系統(tǒng)、微電子和計算機技術(shù)、信息技術(shù)組成了最佳系統(tǒng)。機電一體化技術(shù)具有下述優(yōu)勢:提高使用的安全性和可靠性、改善使用性能。機電一體化產(chǎn)品均具有自動監(jiān)視、報警、診斷等功能,大大簡化了操作步驟并且簡單、方便。適用面廣、生產(chǎn)能力強、工作質(zhì)量高。機電一體化產(chǎn)品的各種自動功能適用于不同的場合和領(lǐng)域,應(yīng)變能力強,很大程度提高了控制和檢測的靈敏度和精度。具有復(fù)合功能、調(diào)整和維護(hù)方便。機電一體化產(chǎn)品具有復(fù)合技術(shù)和復(fù)合功能,它的它的自動化檢驗和自動監(jiān)視功能可對工作過程中出現(xiàn)的故障自動采取措施,使工作恢復(fù)正常。第二章、機電一體化技術(shù)的發(fā)展歷程和趨勢機電一體化技術(shù)經(jīng)歷了四個發(fā)展階段:準(zhǔn)備階段,計算機的出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)著機電一體化技術(shù)的產(chǎn)生。上個世紀(jì)六十年代,日本首先提出這個名詞,但是限于當(dāng)時的技術(shù)水平,該技術(shù)無法得到廣泛的推廣和應(yīng)用。起步階段,信息技術(shù),微電子技術(shù)的發(fā)展成熟和第四代電子產(chǎn)品的商品化是機電一體化這一設(shè)想變成了現(xiàn)實,在這一時期,機電一體化的影響不斷擴(kuò)大,并取得了較大發(fā)展。發(fā)展時期,進(jìn)入八十年代,機電一體化技術(shù)已為全世界學(xué)者所囑目,機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品已像雨后春筍般出現(xiàn)。蓬勃發(fā)展時期,九十年代至今,各種新技術(shù)出現(xiàn)并取得突破性的發(fā)展,日新月異的變化使機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品擴(kuò)展到人們生活的各個領(lǐng)域。我國制造的機電一體化產(chǎn)品都具有智能化、程序化、信息化的特點,以及設(shè)備體積小、操作、維護(hù)方便、保護(hù)齊全、性能可靠等優(yōu)點,機電一體化產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用減輕了勞動強度,提高了生產(chǎn)力水平,創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會效益。然而,我國的機電一體化技術(shù)與發(fā)達(dá)國家相比差距還很大,其未來的發(fā)展趨勢是:開發(fā)有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù),研究具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心裝置。增加產(chǎn)品的通信功能,以適應(yīng)綜合自動化的需要。開發(fā)以微處理器和微機為基礎(chǔ)的礦井設(shè)備工況和健康監(jiān)測以及微處理器、計算機和專家系統(tǒng)的應(yīng)用等。機器人仍然是機電一體化技術(shù)今后研究的重點之一。第三章、機電一體化技術(shù)的研究在煤礦生產(chǎn)中的重要意義 提高勞動效率機電一體化產(chǎn)品的應(yīng)用使過去落后的生產(chǎn)方式得到極大的改變,大量新型自動化電子設(shè)備的使用徹底轉(zhuǎn)變了煤礦的作業(yè)模式,明顯降低了工人的勞動強度,大幅提升了勞動生產(chǎn)率,極大地提高了勞動效率。 提高了勞動安全保障傳統(tǒng)的煤礦工作環(huán)境非常惡劣,在潮濕、充滿煤塵的環(huán)境中長時間、高負(fù)荷地工作嚴(yán)重影響到礦工的身體健康和生活質(zhì)量,某些情況下還會危及到他們的人身安全。采用機電一體化設(shè)備進(jìn)行煤炭的采掘、運輸、提升等,不僅可以使礦工從繁重的體力勞動中解脫出來,而且還能降低發(fā)生事故和危險的幾率,防止工傷和職業(yè)病的發(fā)生,保證了礦工的生命安全。 增加了經(jīng)濟(jì)效益和礦工的勞動收入煤礦機電一體化技術(shù)的運用使得煤炭的產(chǎn)量大幅提高,增加了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益,同樣使礦工的勞動收入有所提高,改善礦工的生活質(zhì)量。煤礦企業(yè)的快速發(fā)展帶動了其它相關(guān)行業(yè)的快速發(fā)展,對地方經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展起到積極的推動作用。第四章機電一體化技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用 機電一體化技術(shù)在采煤機中的應(yīng)用機電一體化技術(shù)在采煤機的一個典型應(yīng)用就是電牽引采煤機。它具有許多液壓牽引采煤機不具備的優(yōu)勢和特點:良好的牽引特性。在采煤機前進(jìn)時它可以提供牽引力,在采煤機下滑時它還可以進(jìn)行發(fā)電制動?？捎糜诖髢A角煤層。牽引電動機軸端裝有停機時防止機器下滑的制動器,可用在40176?！?0176。傾角的煤層,而不需要其它防滑裝置。運行可靠,使用壽命長。與液壓牽引不同是電牽引采煤機除電動機的電刷和整流子有磨損外,其它元件沒有磨損,因此運行可靠,使用壽命長,維修量小。反應(yīng)靈敏,動態(tài)特性好。結(jié)構(gòu)簡單、效率高。電牽引采煤機機械傳動結(jié)構(gòu)輕便簡單,只做一次轉(zhuǎn)換電能轉(zhuǎn)換為機械能,轉(zhuǎn)換效率可高達(dá)99%,而液壓采煤機的電能轉(zhuǎn)換機械能的轉(zhuǎn)換效率只有65%～70%左右。 機電一體化技術(shù)在提升機中的應(yīng)用目前煤礦機電一體化、自動化水平最高的設(shè)備是礦井提升機,為全數(shù)字化交直流提升機。尤其是內(nèi)裝式提升機,在結(jié)構(gòu)上將滾筒和驅(qū)動合二為一,大大簡化了機械結(jié)構(gòu),充分體現(xiàn)了機械～電力電子～計算機～自動控制的綜合體。而全數(shù)字化提升機高度可靠,采用總線方式,使電器安裝大大簡化,此外,硬件配置簡單,互相兼容。我國研制成功的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的全數(shù)字化提升機,其核心部分ASCS是由雙CPU構(gòu)成的計算機系統(tǒng),其性能先進(jìn)、操作簡便、準(zhǔn)確可靠。 機電一體化技術(shù)在帶式輸送機中的應(yīng)用帶式輸送機是我國煤礦井下輸送系統(tǒng)的主要運輸設(shè)備,具有長距離連續(xù)輸送、輸送量大、運行可靠、效率高和易于實現(xiàn)自動化等特點。因此,近幾年來帶式輸送機已成為機電一體化技術(shù)的研究重點。目前主要采用機、電、液一體化的CST可控軟啟動裝置。它是一種專門為煤炭或金屬礦石的長距離皮帶運輸機而設(shè)計的軟驅(qū)動裝置。一條皮帶運輸機可以由一臺或幾臺CST驅(qū)動。由于尚未解決動態(tài)分析和在線監(jiān)控技術(shù)以及啟動延遲技術(shù),我國帶式輸送機一般為3點驅(qū)動,對輸送機的單機長度和運量存在一定的限制。而且,輸送機的監(jiān)控設(shè)備的功能、可靠性、靈敏度和壽命都與發(fā)達(dá)國家相比存在顯著的差距。 其他煤礦機電一體化設(shè)備液壓支架則向電液控制方向發(fā)展,將計算機技術(shù)與液壓控制有機結(jié)合,實現(xiàn)定壓雙向鄰架或成組自動移架,避免對頂板和支架產(chǎn)生沖擊載荷。煤礦供電要求是供 電要可靠,質(zhì)量要高,能滿足大功率設(shè)備。因此應(yīng)該推廣節(jié)能型產(chǎn)品。高壓開關(guān)柜采用維護(hù)量小,使用壽命長的真空開關(guān)。目前高、低開關(guān)柜普遍采用了“微機保護(hù)”,具備網(wǎng)絡(luò)功能,可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控、遙測、遙信和遙調(diào)。機電一體化技術(shù)是企業(yè)信息化的重要支撐技術(shù),目前已經(jīng)成為礦山綜合自動化的基礎(chǔ)。機電一體化技術(shù)在煤礦采、掘、運裝備的應(yīng)用和推廣,極大地提升了我國煤礦生產(chǎn)的綜合實力,為實現(xiàn)高效、安全、潔凈、結(jié)構(gòu)優(yōu)化的煤炭工業(yè)生產(chǎn)打下了扎實的基礎(chǔ)。機電一體化系統(tǒng)是機械、電子和信息等功能各異的技術(shù)融為一體的綜合系統(tǒng)，其構(gòu)成要素或子系統(tǒng)之間的接口極為重要，從某種意義上說，機電一體化系統(tǒng)設(shè)計歸根結(jié)底就是接口設(shè)計概念設(shè)計是產(chǎn)品設(shè)計進(jìn)程中最富創(chuàng)新性的階段之一，原理方案設(shè)計則是概念設(shè)計的核心，對提高產(chǎn)品性能、降低產(chǎn)品成本有決定性的影響[2]．近年來，國內(nèi)外研制了一些能夠?qū)崿F(xiàn)特定功能的功能原理解的設(shè)計知識目錄或知識庫，探索了單一功能原理解的計算機表達(dá)及智能搜索策略，研制了能對單一功能求解的試驗系統(tǒng)口。5]．但對多學(xué)科領(lǐng)域集成的機電一體化系統(tǒng)概念設(shè)計階段的功能原理求解，尤其是基于接口特征匹配的機電一體化系統(tǒng)功能原理求解的研究卻很少見到報道．本文著重探討了基于接口特征匹配的機電一體化系統(tǒng)功能原理求解策略和實現(xiàn)方法． 第五章 機電一體化技術(shù)發(fā)展趨勢 光機電一體化方向一般機電一體化系統(tǒng)是由傳感系統(tǒng)、能源（動力）系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、機械結(jié)構(gòu)等部件組成的。引進(jìn)光學(xué)技術(shù)、利用光學(xué)技術(shù)的先天優(yōu)點，就能有效地改進(jìn)機電一體化系統(tǒng)的傳感系統(tǒng)、能源系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)。 柔性化方向未來機電一體化產(chǎn)品，控制和執(zhí)行系統(tǒng)有足夠的“冗余度”，有較強的“柔性”，能較好地應(yīng)付突發(fā)事件，被設(shè)計成“自律分配系統(tǒng)”。在這種系統(tǒng)中，各子系統(tǒng)是相互獨立工作的，子系統(tǒng)為總系統(tǒng)服務(wù)，同時具有本身的“自律性”，可根據(jù)不同環(huán)境條件做出不同反應(yīng)。其特點是子系統(tǒng)可產(chǎn)生本身的信息并附加所給信息，在總的前提下，具體“行動”是可以改變的。這樣，既明顯地增加了系統(tǒng)的能力（柔性），又不因某一子系統(tǒng)的故障而影響整個系統(tǒng)。 智能化方向今后的機電一體化產(chǎn)品“全息”特征越來越明顯，智能化水平越來越高。這主要得益于模糊技術(shù)與信息技術(shù)（尤