ｌ９０ 煮媳燕科技 ２０１４年第１２期 磁流变液技术在煤炭生产系统中的应用展望 吕 楠 （山东科技大学机械电子工程学院，山东青岛 ２６６５１０） 摘要磁流变液具有良好的可控性能和力学性能，广泛应用于汽车工程，机械工程等领域。磁流变液在外加磁场作用下 其流变性能发生急剧变化，且这种转变可控、快速、可逆，具有广泛的应用前景。本文对磁流变液的应用状况进行了全面 概述，并介绍了其在煤矿生产领域的发展前景。 关键词磁流变液煤炭生产系统枝术改进 Ｂ ｄｏｉ：１Ｏ ３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５—２８０１．２０１４．１２．８１ 中图分类号ＴＦＩ２５．８ 文献标识码Ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｍａｇｎｅｔｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｆｌｕｉｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｃｏａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ＬｖＮａｎ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｑｉｎｇｄａｏ ２６６５ １ ０） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍａｇｎｅｔｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｆｌｕｉｄ ｗｉｔｈ ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｇｏｏｄ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｉｆｅｌｄｓ．Ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｌｕｉｄ ｉｎ ａ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｉｆｅｌｄ ｏｆ ｔｈｅ ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｃｈａｎｇｅ ｄｒａｍａｔｉｃａｌｌｙ，ａｎｄ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｓ ｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅ ａｎｄ ｆａｓｔ，ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ，ａｎｄ ｈａｓ ｗｉｄｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｓｐｅｃｔ．Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｈｅｏｌｏｇｉｃ ｆｌｕｉｄ ｇｉｖｅｓ ａ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｏｖｅｒｖｉｅｗ，ａｎｄ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｉｔｓ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｉｎ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｉｅｌｆｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍａｇｎｅｔｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｌｆｕｉｄ；ｃｏａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ；ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ 磁流变液（ＭＲＦ）是一种新型智能材料，是由 磁性颗粒分布在非磁性油类中组成的悬浮液。磁流 源电压过高等一系列问题一直无法解决，人们才重 新注意到磁流变液。近年来磁流变技术取得了突飞 猛进的发展。现今已经成功研制了剪切屈服强度达 变液主要由磁性颗粒、表面活性剂、基础液三部分 组成，在外加磁场的作用下，磁流变液的性能（如 流变学、磁学、力学、热学、光学等性能）会发生 急剧的变化，其基本特征表现为从自由流动的液体 瞬问（毫秒级）转变为半固体的物质，并具有一定 的屈服剪切应力，外加磁场撤除后又恢复为自由流 ｌ ＯＯｋＰａ稳定的磁流变液…，而且相关应用也扩展到 了阀门、传感器、车辆、机械和设备减振降噪等领域。 １．１磁流变抛光技术 ２０世纪９０年代初，Ｗｉｌｌｉａｍ Ｉ１Ｋｏｒｄｏｎｓｋｉ及合 作者发明了磁流变抛光技术。磁流变液可应用于对 动的液体状态，这种变化具有持续、可控、快速、 可逆的特点，在汽车工业、机器人工业、高层建筑、 玻璃、陶瓷和半导体材料等的研磨（抛光），原理 图见图１。磁流变抛光能加工各种光学表面，无论 航空、医疗和桥梁等相关领域表现出广阔的应用前 景和深厚的市场潜力。 其对称性、几何形状和表面斜率变化如何。现在已 经建立出适用于磁流变抛光的材料去除模型和合适 １磁流变液应用现状 ２０世纪４０年代人们先后发现了电流变效应和 磁流变效应，直到２０世纪８０年代末期，由于电流 变液的剪切屈服强度提高幅度不大以及所需驱动电 收稿日期２０１４—０９—１５ 作者简介 吕楠，山东科技大学机械电子工程学院在读机械工程 研究生。 的检测与数控技术，在大尺度抛光上也逐步应用。 陆敬予、张飞虎等将传统磁流变抛光装置倒置，即 将工件置于磁流变抛光轮下方，适用于大玻璃抛光， 在一定实验条件下材料去除率可达０．１ ３９ ｇｍ／ｍｉｎ 。 １．２土木工程应用 磁流变液阻尼器可以根据外部的振动环境不同 调节磁场强度，从而相应改变减振系统的阻尼和刚 度，可达到主动减振的目的。２００１年，磁流变阻尼 ２０１４年第１２期 煮媳蕉斜枝 １９１ 器在土木工程中得到首次应用，日本科学未来馆的 三层和五层之间分别安装了两个３０ｔ的磁流变阻尼 器 ，理工大学的倪一清等 将磁流变液阻 尼器应用于洞庭湖大桥上，以控制悬拉索的风雨振 现象，取得了良好的效果。示意图见图２。 ｌ （ ） 图１磁流变液抛光原理 图２ 筒式磁流变阻尼器 １＿３磁流变液生物医药技术应用 德国ＢｉｅｄｅｒｍａｒｍＭｏｔｅｃｈ公司是一家生产假肢 的厂家，该公司利用磁流变液技术制造出了膝盖 以上的假肢，这是一种高智能的修复术ＨＩＰ（Ｈｉｇｈ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ Ｐｒｏｓｔｈｅｓｉｓ），用Ｌｏｒｄ公司的型号为 Ｌｏｒｄ ＲＤ一１００５改进型的磁流变液阻尼器来实时控 制 Ｊ。利用磁流变液技术可以制造出作用力大、 响应快、动作灵活、无磨损、易于控制的活动关节， 比传统的电液控制关节更优越。 １．４汽车工业应用 磁流变液在汽车方面的应用越来越得到重视，在制 动、传动、减振、降噪等方面均有产品面市。在制动和 传动方面有磁流变液离合器、磁流变液制动器等，其原 理多是依靠主动件和被动件之间充斥的磁流变液的剪切 作用传递动力，在外加磁场的作用下，可以改变其屈服 应力和粘度等流变ｌ生能，从而改变传递动力的大小，目 前应用较为广泛的有平行板式和筒式，其中筒式结构更 适合用于汽车工业中 。车辆悬挂系统的主要功能之 一就是提ｆｊ 寸掌，有效地隔离路面所引起的振动和冲击， 磁流变液在减振、降噪方面的应用也得到了业界Ｉ 人可。 其中半主动控制悬挂系统能够根据发动机发出的转速信 号，对发动机振动隋况进行控制，使发动机振动在整个 转速范围内大大下降，同时车内噪声明显下降，而且能 够保证发动机机体不发生过大空间位置变动。 ２煤炭系统中的应用方向 ２．１采掘机械 煤矿采掘机械受使用条件的，工作环境恶 劣，负荷大，冲击强。各国已出现的采煤机械类型 不少，但目前煤矿井下广泛使用的采煤机械仅有两 类：滚筒式采煤机和刨煤机（连续采煤机）。滚筒 采煤机由截割部、牵引部、电动机和辅助装置组成。 其中的传动减速装置、承托机身的底托架、防止采 煤机沿倾斜自动下滑的防滑装置以及其他机械保护 和控制装置中都可以应用磁流变液技术对其性能进 行改进与加强。磁流变液阻尼器根据外部振动的变 化，改变减振系统的阻尼和刚度，调节所产生阻尼 力的大小，从而保证采掘机械的稳定运行。 ２．２支护设备 采煤工作面的支护设备用于支撑和维护采煤工 作面控顶区顶板，为采煤创造安全作业空间。支护 设备中应用最为广泛的为液压支护设备，可以采用 可控磁流变液阀门对其液压系统进行控制，相对电 液控制阀门来说，其可控性优良，反应灵敏，相对 提升液压支护设备的安全性。 ２＿３运输机械 新世纪的矿山运输多为高陡坡运输和长距离运 输，煤矿运输机械也随着科技进步而不断进步着。磁 流变液已在公路运输中已经有了成功的应用，在煤矿 中输送机、矿车、辅助运输、钢丝绳运输、单轨吊、 电机车等将有很大的应用空间。其减速装置、防滑装 置、制动装置、减振装置、缓冲装置等都可以利用磁 流变液技术，强化煤矿井下的安全运输过程。 ２．４提升设备 随着矿井提升设备技术水平的不断发展，许多 服务年限较长的矿井提升设备，其技术水平越来越 落后，可靠性越来越低，运行成本不断提高，此时 将磁流变液技术应用于提升设备中，对其进行大修， 将薄弱落后的环节进行改造以提高运行平稳性。制 动装置、制动液压站、深度指示器、减速器、离合器、 微拖动装置、联轴器、阻尼闸等部件应用磁流变液 技术会在使用中更加得力，如将磁流变液制动器、 磁流变液阀、磁流变液阻尼器、磁流变液减振器等 分别植入提升设备中，对其进行改进与性能的提升。 ３结束语 煤矿的根本出路在于机械化，开采工艺和装备 水平的不断提高就在于技术的不断创新和改革。综 合机械化采煤和运输的关键环节的创新更是至关重 要。本文中所提到的将磁流变液技术在煤矿生产环 节进行利用，就是对综合机械化采煤的改进，随着 磁流变液技术的成熟和磁流变液价格的降低，更使 得其应用可行性加强。 （下转第１９６页） １９６ 童媳系料枝 ２０１４年第ｌ２期 （２）推行调度专项考核制。成立调度专项考 核组，按专业分采、掘、机、运、通五个考核组， 定期组织全体调度人员对各专业从文明施工、工程 挥平台，十二个系统即生产调度系统、安全管理系 统、上报管理系统、设备管理系统、物资管理系统、 考核管理系统、质量标准化、生产监测系统、Ｂ１分 质量、工作落实等方面进行覆盖检查。赋予了调度 检查、考核和落实的新内涵。 （３）推行调度服务基层联系卡制度。调度室 管理人员下井过程中深入到施工现场，听取施工队 伍在生产过程中发现的生产制约点和需要协调解决 析系统、视频集成系统等十二大子系统，通过应用 调度指挥系统，规范了调度管理，建立快速、高效、 准确的调度指挥，提高工作效率和准确度，保障了 领导对矿井安全生产实施掌控，实现资源共享。 的事项，并对部分生产问题做出即时答复，现场发 挥调度指挥的管控作用；对于现场未做答复的问题， 把问题“拿”回去进行协调解决，确保件件有落实， 件件有回音。每周二、四、六不开生产会的时间深 入各生产区队进行下基层联系卡活动，到分管区队 座谈，主动询问需协调的丁作，形成基层联系卡， 专业主任能解决的立即解决，专业主任解决不了的 带回问题来汇报主任或矿领导解决，提高落实效率。 ２取得的主要成效 ２．１促进了矿井安全生产 切实将本部、省外煤矿各类问题和隐患消除在 萌芽状态，确保了矿井安全生产，截止目前已安全 生产４２００多天。 ２．２提升了调度管理水平 通过实施调度管理新模式，改变了原有粗放式 的调度管理模式，实现了调度管理的精细化，调度 （４）推行调度工作追踪落实表。把在生产会 职能也由原单一的生产调度转变为综合型调度，调 上区队及领导提出的问题特别是配件材料问题形成 问题追踪落实表，问题的落实完成情况、未落实的 分析报告要在在会上通报；另外为提高矿领导下井 所查问题的整改，专业主任制定了矿领导下井检查 问题追踪表并及时下发各单位，使问题落实率达到 了１００％，通过实施追踪落实表，督促了部门的服 务质量，赢得了矿领导及区队的一致认可。 （５）推行星级标杆调度员评选制度。坚持抓 度人员素质得到了进一步的提高，所构建的多部门、 多层次、全方位、全过程管理的调度联动运行体系， 促进了调度管理工作的专业化、多元化发展，全面 提升了矿井整体的调度管理水平。 ２－３取得了良好的经济效益 结合矿井开展的治亏创效活动，调度室全面覆盖 检查卫生疑点、难点、死角，全面排查跑冒滴漏现象， 并根据检查Ｊ隋况对分管部门人员、调度室分管主任、 调度典型的选树工作，每月根据调度员工作质量、 分管调度员进行联责考核，避免了都管都不管现象的 调度效率及调度人员综合素质，评选出业务能力之 星、落实能力之星、创新能力之星、服务质量之星、 团结协作之星。规范和加强了安全生产调度管理丁 作，提高调度工作质量、调度效率及调度人员综合 素质，激发调度人员工作积极性。 １．３增强调度工作的创新力 翟镇煤矿调度信息化建设的核心内容是一个平 台十二个系统，一个平台即综合自动信息化调度指 发生，有效提高了调度工作的执行力，２０１４年上半年 共组织各类检查活动１６次，检查各类问题３６０条， 矿井环境卫生、文明施工等工作得到了提升。 【参考文献】 ［１］ 武占宽，梁勇．浅谈露天煤矿调度管理［Ｊ］．露 天开采技术，２００６（Ｓ）． ［２］ 闫钊．煤矿调度指挥中心在安全生产中的作用ｆ Ｊ］． 科技创新与应用，２０１２（２２）． （上接第１９１页） 【参考文献】 ［１］ 魏齐龙，王超，罗清，等．磁场作用下磁流变液 的流变行为［Ｊ］．磁性材料及器件，２０１３（１）： ６—９＋４３． ［３］ 岳永恒．基于磁流变阻尼器的汽车悬架系统切换 控制『Ｄ］．哈尔滨：哈尔滨工业大学，２０ｌ３． ［４］ 张挣鑫．斜拉桥拉索参数振动的半主动控制及ＭＲ 阻尼器优化布置研究［Ｄ］．长沙：中南大学，２０１３． 『５］ 沈毅．基于磁流变阻尼器的Ｊ型假肢阻尼缓冲分 析［Ｄ］．太原：太原科技大学，２０１３． 『６］ 田祖织．磁流变液及其传动技术研究［Ｄ］．徐州： 中国矿业大学，２Ｏ１２． ［２］柳源，Ｘ－ｌ＇￣忠．大尺度光学玻璃抛光技术研究［Ｊ］． 机床与液压。２０１４（３）：１６７—１７２．
