机电一体化在工程中的应用

　　摘要：机电一体化作为一项高新技术，将其引入到工程机械中，为工程机械带来了新的技术变革，使其各种性能有了质的飞跃。
　　关键词：机电一体化；核心技术；工程机械；应用
　　 何谓机电一体化?机电一体化又称机械电子学，是一门跨学科的综合性高的技术，是由微电子技术、计算机技术、信息技术、自动控制技术、机械技术、液压技术以及其他技术相互融合而成的一门独立的交叉学科。在机械工程领域,由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化,使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化,使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。
　　1机电一体化的核心技术
　　 机电一体化包括软件和硬件两方面技术。硬件是由机械本体、传感器、信息处理单元和驱动单元等部分组成。因此,为加速推进机电一体化的发展,必须从以下几方面着手。
　　1.1机械本体技术
　　 械技术是机电一体化的基础，机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应，利用其它高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上的变更，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能的要求。在机电一体化系统制造过程中，经典的机械理论与工艺应借助于计算机辅助技术，同时采用人工智能与专家系统等，形成新一代的机械制造技术。机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑。现代机械产品一般都是以钢铁材料为主,为了减轻质量，除了在结构上加以改进,还应考虑利用非金属复合材料。只有机械本体减轻了重量,才有可能实现驱动系统的小型化,进而在控制方面改善快速响应特性,减少能量消耗,提高效率。
　　1.2传感技术
　　 传感检测技术是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。其功能越强，系统的自动化程序就越高。现代工程要求传感器能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境的考验，它是机电一体化系统达到高水平的保证。传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面,提高可靠性与防干扰有着直接的关系。为了避免电干扰,目前有采用光纤电缆传感器的趋势。对外部信息传感器来说,目前主要发展非接触型检测技术。
　　1.3信息处理技术
　　 机电一体化与微电子学的显著进步、信息处理设备(特别是微型计算机)的普及应用紧密相连。为进一步发展机电一体化,必须提高信息处理设备的可靠性,包括模/数转换设备的可靠性和分时处理的输入输出的可靠性,进而提高处理速度,并解决抗干扰及标准化问题。
　　1.4驱动技术
　　 电机作为驱动机构已被广泛采用,但在快速响应和效率等方面还存在一些问题。目前,正在积极发展内部装有编码器的电机以及控制专用组件-传感器-电机三位一体的伺服驱动单元。
　　1.5接口技术
　　 为了与计算机进行通信,必须使数据传递的格式标准化、规格化。接口采用同一标准规格不仅有利于信息传递和维修,而且可以简化设计。目前,技术人员正致力于开发低成本、高速串行的接口,来解决信号电缆非接触化、光导纤维以及光藕器的大容量化、小型化、标准化等问题。
　　1.6软件技术
　　 软件与硬件必须协调一致地发展。为了减少软件的研制成本,提高生产维修的效率,要逐步推行软件标准化,包括程序标准化、程序模块化、软件程序的固化、推行软件工程等。
　　2机电一体化在工程机械中的应用
　　 现代工程机械正处在一个机电一体化的发展时代。引入机电—体化技术，使机械、液压技术和电子控制技术等有机的结合，可以极大地提高工程机械的各种性能，如动力性、燃油经济性、可靠性、安全性、操作舒适性以及作业精度、作业效率、使用寿命等。目前以微机或微处理器为核心的电子控制装置(系统)在现代工程机械中的应用已相当普及，电子控制技术已深入到工程机械的许多领域，如摊铺机和平地机的自动找平，摊铺机的自动供料，拌料设备称重计量过程的自动控制，挖掘机的电子功率优化，柴油机的电子调速，装载机、铲运机变速箱的自动控制，工程机械的状态监控与故障自诊等。随着科学技术的不断发展对工程机械的性能要求不断提高，电子（微机)控制装置在工程机械上的应用将更加广泛，结构将更加复杂。特别是随着我国进口及国产工程机械保有量的逐年增加，如何用好，管好这些价格昂贵的工程机械，使其发挥最大的效率，是工程施工部门所面临的—个重要的问题。为帮助广大工程机械使用人员、维修人员、管理人员对工程机械中的电气与电子控制装置的功能、类别及特性有—些初步的了解和掌握，现在以简单的介绍与论述。
　　 现代工程施工中，工程机械的性能自动化程度及其经济性等可以说直接影响到施工工艺的好坏；而工程机械的电气与电子控制系统部分质量与性能的优劣又直接影响到工程机械的动力性、经济性、可靠性、施工质量、生产效率及使用寿命等。电子控制系统已成为现代工程机械不可缺少的组成部分，同时也是评价现代工程机械技术水平的—个重要依据。随着科学技术的不断发展及对产品性能要求不断提高。电子控制系统在工程机械中所占的比重将会越来越大，其功能将会越来越强，应用范围也将越来越广，而其复杂程度也随之提高，这样就对使用与维修人员提出了更高的要求。
　　 现代工程施工要求工程机械具有以下性能：生产效率且能量损失小，节约能源；自动化程度高，施工质量好，精度高；性能稳定，工作可靠、安全，使用寿命长；具有较好的经济性，即高的技术价格比和低的制造与使用成本；操作简单、轻便，劳动强度低，驾驶员的工作条件好；具有运行状态监视，故障自诊及自动报警功能，能及时准确地指出故障部位，减少停机维修作业效率。为满足上述的性能要求，工程机械仅仅依靠机械和液压技术的进步已显得力不从心。电子控制技术的发展及在工程机械上的应用，为工程机械技术的发展注入了新鲜的血液。
　　 目前工程机械的电子(微机)空制系统主要用以实现如下功能：
　　2.1电子监控、自动报警及故障自诊即对工程机械的发动机、传动系统、工作装置、制动系统和液压系统等的运行状态监控，工作中一旦出现异常现象，能自动报警并准确地指出故障的部位，从而改善驾驶员的工作条件，提高机器的工作效率，简化设备维护检查工作，降低使用维修费用，缩短停机维修时间，延长设备的使用寿命。
　　2.2节能降耗，提高生产率。传统工程机械的能量利用率较低，例如液压挖掘机的燃油能量利用率仅为20％左右，如此低的能量利用率迫使工程机械的发展必须着眼于节能。
　　2.3柴油机的控制如电子调速器、电子油门控制装置、自动停机装置、自动升温控制装置等。
　　2.4提高作业精度。为保证成品料的级配精度，现代沥青及水泥混凝土拌和设备广泛采用了微机控制的电子称量系统，并使计量过程实现了自动化。自动找平系统的应用，使沥青混凝土摊铺机的施工质量有了较大的提高，路面的平整度可达到0．127MM／3M。采用超声波技术的自动供料系统，使沥青混凝土摊铺机的供料实现了自动调节，进一步提高了摊铺质量。推土机铲刀、平地机刮刀、铲运机铲斗刀刃的电子(微机)控制，不仅提高了作业精度和作业效率，而且也减轻了操作人员的劳动强度。旋挖钻机因其施工工艺较为复杂，且在施工过程中对精度要求较高，因此很多公司都开发了自动控制功能以提高施工效率和精度。最为常见的有2种功能:钻桅自动调垂直功能和钻孔工程中自动回位功能。硬件方面，有些厂家采用了建筑工程机械的通用控制器、仪表，也有些厂家为提高自身竞争力，定制开发了具有公司特色的控制器、仪表。其中宝峨就定制了自己的控制系统，司机室内除了具有显示仪表外，还配有图像监视屏和具有宝峨特色的报警面板。
　　2.5作业过程的自动化或半自动化。工程机械实现自动化或半自动化控制，可以减轻操作者的劳动强度，提高生产率，并减少因操作者的经验不足，对作业精度的影响。
　　3结语
　　 机电—体化技术从70年代中期开始在国外工程机械化得到应用。80年代以微电子技术为核心的高新技术的兴起，推动了工程机械制造技术的迅速发展，特别是随着微型计算机及微处理技术、传感与检测技术、信息处理技术等的发展及其在工程机械化的应用，从根本上改变了工程机械的面貌，极大促进了产品性能的提高，使工程机械进入了全新的发展阶段。以微机或微处理器为核心的电子控制系统目前在国外工程机械化的应用已相当普及，并已成高性能工程机械不可缺少的组成部分。工程机械的机电一体化和智能化将是今后的发展方向。

《机电一体化在工程中的应用》

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