煤礦機械制造中數(shù)控技術探析

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摘要:煤礦機械制造與數(shù)控技術的結合，改變了過去數(shù)控系統(tǒng)的封閉模式，轉向系統(tǒng)開放的網絡化數(shù)控技術。模塊化的體系架構強化了煤礦機械的組裝性能和整體穩(wěn)定性，煤礦機械加工制造效率得以提升。數(shù)控技術經歷了不同的發(fā)展階段，應用于煤礦機械制造，可充分發(fā)揮其技術優(yōu)勢。尋找最有效的應用方式，實現(xiàn)煤礦機械制造效率和質量的同步提升。

關鍵詞:數(shù)控技術;煤礦機械;皮帶裝置;支架機械

1數(shù)控技術的發(fā)展歷程及應用特性

數(shù)控技術的發(fā)展大體經歷了5個主要階段，即電子管數(shù)控階段、晶體管數(shù)控階段、中小規(guī)模IC(IntegratedCircuit，集成電路)階段、小型計算機數(shù)控階段、嵌入式MUC(微處理器)數(shù)控階段。數(shù)控設備體積持續(xù)縮小，控制資源能力持續(xù)提升，向超大規(guī)模IC、單片機、PLC、嵌入式技術方向發(fā)展，上位機平臺同步開發(fā)，核心控制邏輯在專業(yè)應用軟件中得到實現(xiàn)。設備硬件性能和數(shù)控系統(tǒng)的共同提升與結合，使得數(shù)控技術的應用領域和深度提升到新的發(fā)展階段。數(shù)控技術與機械設備在2個層面進行結合:一是設備功能執(zhí)行的自動化控制;二是設備制造加工生產線的數(shù)字化控制。數(shù)控技術提供完整的自動化控制方案，加工精度與生產效率提升，憑借數(shù)控技術的加持，煤礦機械設備從機械時代跨入自動化生產階段。傳統(tǒng)機床加工復雜零件是十分困難的，數(shù)控機床能夠進行三軸、四軸，甚至五軸加工，將三維模型數(shù)據(jù)導入，便可快速完成整個加工過程。加工工藝參數(shù)數(shù)據(jù)同步存儲，便于實時修正和后期工序優(yōu)化。數(shù)控技術對標準工具進行模塊化分類，縮短換刀和對刀時間，使加工設備運行效率提升。數(shù)控技術與工業(yè)物聯(lián)網技術的結合，使煤礦機械制造流程由單設備自動化向設備間聯(lián)合協(xié)作過渡，系統(tǒng)級的數(shù)控技術應運而生。

2煤礦機械制造中數(shù)控技術的應用概況

2．1數(shù)控技術應用于煤礦機械制造的技術優(yōu)勢

煤礦開采屬于效率與安全并重的行業(yè)，開采模式的合理性、作業(yè)設備的先進性與煤礦企業(yè)整體效能相關聯(lián)。煤礦機械設備制造具有組部件種類多、加工生產工序多、工藝復雜的特點，數(shù)控技術以其高精度和連續(xù)生產的穩(wěn)定性，適用于毛坯鑄(鍛)造、零部件下料和焊接成產流程。以煤礦設備生產時的切割技術為例，掘進葉片和滾筒的切割要求高精度，人工操作具有一定技術難度，數(shù)控技術的應用突破了過去的仿形加工模式，三軸或四軸數(shù)控加工中心可以進行高精度的快速切割，提升煤礦機械成品的作業(yè)性能水平。另一方面，數(shù)控技術與生產線的結合，降低了生產安全事故率，生產設備制造企業(yè)的市場競爭力得到提升。

2．2煤礦機械制造中應用的數(shù)控技術面臨升級需求

面對市場競爭的日益激烈化局面，數(shù)控技術被引入煤礦開采機械設計、生產和運行關節(jié)，使煤礦企業(yè)獲得更大的經濟效益。煤礦開采企業(yè)效益的直接影響因素包括技術創(chuàng)新、人員素質提升、設備質量提升等。數(shù)字化、信息化應用程度直接決定了煤礦企業(yè)的工業(yè)化水平和整體競爭力。數(shù)控加工機床的選取應適應煤礦機械設備制造特點，在實際工程中，通常采用現(xiàn)有普通機床的數(shù)控化升級或同等功能數(shù)控機床的整體替換。生產模式和組織形式隨之發(fā)生改變，產線的穩(wěn)定性和加工質量提升。從技術經濟性視角看，改造現(xiàn)有機床是可行的，基于對數(shù)控技術和普通機床結構的掌握程度，通過現(xiàn)有技術和資源，對使用中的國產或進口機床設備進行整體改造，可從改造難度較小的國產設備入手。數(shù)控技術的便捷操作性能，尤其適用于復雜工藝生產流程。

2．3數(shù)控技術與工業(yè)物聯(lián)網的結合

數(shù)控技術也在不斷自我升級，由單個設備的數(shù)控自動化改造向多個設備互聯(lián)、數(shù)據(jù)共享、協(xié)同控制轉變。煤礦機械設備生產加工流程數(shù)控技術升級，通過精準定位、數(shù)據(jù)共享、互聯(lián)協(xié)同，不僅使整個生產流程更連貫，縮短生產環(huán)節(jié)用時;同時保證了更高的零部件加工尺寸精度和表面質量。對生產線各工藝流程情況進行匯總，通過MES(ManufacturingExecutionSystem，制造執(zhí)行系統(tǒng))協(xié)調各工序生產進度，由調度平臺向各終端設備下發(fā)操作指令，啟動終端的嵌入式子程序，完成對應工序的加工內容。數(shù)控技術與工業(yè)物聯(lián)網的結合，使繁雜的調度協(xié)調工作變得簡單高效，數(shù)控技術進入新的發(fā)展階段。

3煤礦機械制造過程中數(shù)控技術具體應用

3．1皮帶輸送裝置

皮帶輸送是煤礦生產現(xiàn)場的典型的輸送方式之一，輸送距離長、效率高，進行連續(xù)不間斷作業(yè)。皮帶輸送屬于機電一體化設備，數(shù)控技術優(yōu)化電動機磁通控制能力，降低無功損耗。通過對電動機標量和矢量的持續(xù)優(yōu)化，皮帶輸送系統(tǒng)速率得到提升，獲得更高的投入產出比。但煤礦機械作業(yè)環(huán)境惡劣，電動機運行參數(shù)對溫度敏感，對傳送效率產生影響。變頻技術改變正弦波頻率，產生諧波磁場，轉子與定子鐵損增加，因此，電動機參數(shù)的優(yōu)化須簡化機械結構，在連接驅動與滾筒的基礎上，保證機械設備穩(wěn)定安全運行。

3．2支架機械結構自動化

支架結構是煤礦挖掘機械的幾大部件之一，展開時為整個車體提供穩(wěn)定支撐，移動時可以方便地收起，由機械結構和控制系統(tǒng)組成。支架結構受控于機電一體化PLC系統(tǒng)，自動化支架具有更好的支護效果，收放效率提升。自動支架采用液壓系統(tǒng)，依靠乳化液泵獲得足夠的動力源，相比常規(guī)液壓系統(tǒng)，具有更大的液體量和壓力支撐。同時具備對乳化液濃度實施監(jiān)測能力，當油箱油量異常時，故障診斷系統(tǒng)自動運行，向運維人員反饋狀態(tài)信息和故障數(shù)據(jù)。

3．3煤礦采掘機械設備數(shù)控技術應用

根據(jù)相關報道，歐美部分國家嘗試將電牽引設備應用于煤礦開采，并取得了明顯的效果。數(shù)控技術的關鍵是算法的實現(xiàn)，傳感器技術、故障識別與診斷完成設備狀態(tài)數(shù)據(jù)采集、分析與處理，執(zhí)行機構完成數(shù)控預期動作。數(shù)控技術的應用，是煤礦開采設備發(fā)展階段的一個分水嶺，機械助力人工階段向人工助力機械階段過渡，有助于煤礦機械制造自動化水平提升，為煤礦開采產業(yè)提供更具適用性的機械設備。

3．4數(shù)控技術與煤礦機械設備生產工藝流程的結合

煤礦機械設備生產加工包含多個流程，涉及多種加工工藝，數(shù)控技術與工藝流程的結合可以縮短生產加工時間，工藝改進是一個持續(xù)深入的過程。工藝流程的改進與生產方式相關聯(lián)，在現(xiàn)有生產模式基礎上改造，數(shù)控技術的自動化基因注入傳統(tǒng)機械加工生產線，工人的加工制造水平呈現(xiàn)階梯式躍升。機械設備改造關注人機交互的友好性，促進生產技術與作業(yè)條件同步提升。數(shù)控技術與煤礦機械設備制造環(huán)節(jié)的結合體現(xiàn)在2個方面:一是數(shù)控技術在設備生產工藝流程的直接應用，數(shù)控技術提升現(xiàn)有加工設備的自動化、智能化水平，生產線的加工效率和質量得到共同提升;二是數(shù)控技術應用于零部件生產車間，零部件故障率的降低，使煤礦機械設備的整體可靠性得到提升，因為設備可靠性是其組成零部件可靠性的乘積。煤礦機械產品質量的好壞直接影響煤礦生產效率與作業(yè)安全，以人為本理念的推行，強化了安全生產的重要性。

4結語

數(shù)控技術是機械制造技術、精密測量、電氣傳動、自動控制、計算機技術、網絡通信技術的集合，在工業(yè)物聯(lián)網架構中，單設備數(shù)控向設備集群協(xié)調聯(lián)控轉型升級。煤礦機械與開采作業(yè)效率緊密相關，其生產制造環(huán)節(jié)直接影響機械設備整體工作性能，與數(shù)控技術的深度融合是產業(yè)升級的內在命題。數(shù)控技術是通用的，但與機械設備的結合是有個體差異的，進行有效的結合是煤礦機械制造水平提升持續(xù)努力的方向。

參考文獻:

［1］林．機械自動化在煤礦機械制造中的應用探索［J］．中國設備工程，2020(8):196－197．

［2］楊濤．數(shù)控技術在機械制造中的應用［J］．河北農機，2020(11):41+43．

作者:鄭俊祥 單位:久益環(huán)球(天津)裝備制造有限公司