機電一體化系統(tǒng)在機械工程中的應(yīng)用

【摘要】隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷革新與發(fā)展，作為集信息學(xué)、機械學(xué)、電子學(xué)等眾多學(xué)科為一體的機電一體化技術(shù)得到了前所未有的發(fā)展，這一技術(shù)也被廣泛的應(yīng)用在了工程機械領(lǐng)域。正是這一技術(shù)的引用使工程機械的自動化或半自動化成為了可能，從而極大的增加了工程機械作業(yè)的精度和準確度。本文主要介紹了機電一體化的關(guān)鍵技術(shù)和在工程機械中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】機電一體化機械技術(shù)應(yīng)用發(fā)展

1、前言

隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們的生產(chǎn)及生活水平正在發(fā)生著巨大的改變，而這些改變正是得益于科學(xué)技術(shù)的不斷應(yīng)用，在眾多的領(lǐng)域，科學(xué)技術(shù)正在不斷的革新與改造，這就促使了很多學(xué)科相互交叉滲透，尤其是在機械工程領(lǐng)域，這一領(lǐng)域正在由以前的以機械電氣化為主逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闄C電一體化，這一轉(zhuǎn)變很大程度上是由于微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的快速發(fā)展而形成的，而這也促使了工程機械企業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式、管理體系等發(fā)生了重大的改變。

2、對機電一體化的理解

時至今日，機電一體化已經(jīng)發(fā)展成為一門有著自身特點及體系的新型學(xué)科，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷革新與推進，一些新的血液還將會持續(xù)不斷的注入進來。機電一體化技術(shù)的突破使得機械工業(yè)實現(xiàn)自動化控制成為了可能，機電一體化作為一門交叉性的新型學(xué)科，它不僅繼承了電子學(xué)、機械學(xué)、信息學(xué)等其他學(xué)科的特點，同時還發(fā)展了自身的特點。從概念的外延來看，機電一體化包括了機電一體化技術(shù)和機電一體化產(chǎn)品兩個方面。機電一體化技術(shù)是從系統(tǒng)工程的觀點出發(fā)，將機械、電子和信息等有關(guān)技術(shù)有機結(jié)合起來，以實現(xiàn)系統(tǒng)或產(chǎn)品整體最優(yōu)的綜合性技術(shù)。為加快機電一體化的發(fā)展，我們必須解決和推進以下幾個關(guān)鍵型技術(shù)的發(fā)展：

1）機械本體技術(shù)

機械本體技術(shù)應(yīng)當(dāng)從改善性能、減輕質(zhì)量和提高精度等幾個方面著手。機械系統(tǒng)的小型化及性能的優(yōu)化都建立在機械本體的輕質(zhì)化基礎(chǔ)上，因此首先要減輕機械本體的質(zhì)量，我們可以考慮選擇用非金屬復(fù)合材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼鐵材料。以此來提高機械的快速響應(yīng)特性，減少能量消耗，提高效率。

2）信息處理技術(shù)

機電一體化與微電子技術(shù)的顯著進步、信息處理設(shè)備的普及和廣泛應(yīng)用有著密切的關(guān)系。因此，為進一步的促使機電一體化的發(fā)展，必須提高信息處理設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性。

3）傳感技術(shù)

提高傳感器的性能應(yīng)當(dāng)注重提高傳感器的可靠性、靈敏度和精度，而提高可靠性與防干擾有著密切的關(guān)系，為避免干擾，目前光纖電纜傳感器正在逐步的發(fā)展壯大。

4）軟件技術(shù)

軟件作為機械一體化系統(tǒng)中的重要組成部分，必須要和硬件協(xié)調(diào)一致的發(fā)展。為降低軟件的研發(fā)成本沒提高生產(chǎn)維修的效率，應(yīng)當(dāng)逐步推進軟件的標準化，包括程序的標準化、程序模塊化。軟件程序的固化等。

3、機電一體化未來發(fā)展方向

1）自律分配化系統(tǒng)方向

當(dāng)機電一體化發(fā)展到一定的程度，其執(zhí)行和控制系統(tǒng)將獲得足夠的空間，具備很強的“柔性”，能夠從容的面對突發(fā)事件，即被設(shè)計成“自律分配系統(tǒng)”，當(dāng)這系統(tǒng)運行時，各子系統(tǒng)獨立運行，互不影響，但其本身也具備足夠的自律性，當(dāng)外界環(huán)境發(fā)生變化時，他們也隨之發(fā)生相應(yīng)的變化以適應(yīng)外界的變化。這一系統(tǒng)的特點是子系統(tǒng)可產(chǎn)生本身的信息并附加所給信息，在總體的指令條件下，每個子系統(tǒng)的“行動”都可以有所改變。這一特征，既避免了因為某一子系統(tǒng)的故障而使得整個系統(tǒng)癱瘓，在很大程度上增加了系統(tǒng)的柔性。

2）全息系統(tǒng)化方向

所謂的全息，即指全方位呈現(xiàn)，在將來的機電一體化發(fā)展中，其“全息”的特點將會越來越明顯，機電一體化將從不同的角度使得“指令”得以準確執(zhí)行，智能化發(fā)展是一大趨勢，而這一發(fā)展趨勢則主要得益于信息技術(shù)和模糊技術(shù)的高度發(fā)展。

3）光機電一體化方向

機械電子工程，是光機電一體化的別稱，它是機械工程與自動化的一種，相對于傳統(tǒng)的機電一體化技術(shù)，光機電一體化引進了光學(xué)技術(shù)，充分利用光學(xué)技術(shù)的特點，進一步改變優(yōu)化機電一體化系統(tǒng)中的傳感系統(tǒng)、信息處理系統(tǒng)、能源系統(tǒng)等各子系統(tǒng)。

4）模塊化方向

在機電一體化的發(fā)展過程中，模塊化始終是一項艱巨而又漫長的工程。機電一體化發(fā)展到今日，其產(chǎn)品種類和生產(chǎn)廠商繁多紛雜，研發(fā)和開發(fā)具備標準化電氣接口、機械接口、動力接口、環(huán)境接口的機電一體化產(chǎn)品是相困難的。然而，對于機電一體的模塊化生產(chǎn)又是具備相當(dāng)重要的意義的，這不僅能夠降低機電一體化的生產(chǎn)、維修、維護的成本，還能有益于相關(guān)技術(shù)人員的培訓(xùn)。

5）仿生物系統(tǒng)化方向

信息處理是機電一體化的一大核心，隨著機電一體化的發(fā)展，其承載的信息處理的負荷也將越來越大，而其往往在結(jié)構(gòu)上處于“靜態(tài)”時不穩(wěn)定，處于“動態(tài)”時，較穩(wěn)定。仿生物系統(tǒng)化的應(yīng)用能夠是這一問題得到根本上的解決。

4、機電一體化在機械工程中的應(yīng)用

隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，現(xiàn)代工程施工的規(guī)模及難度也在不斷的加大，這在某種程度上要求工程機械具備良好的性能，其自動化的程度也將直接影響到工程施工的質(zhì)量及經(jīng)濟效益?，F(xiàn)代工程機械應(yīng)當(dāng)具備以下性能：施工質(zhì)量、精度高；生產(chǎn)效率、經(jīng)濟效益好；性能穩(wěn)定，工作可靠安全等，為滿足這些性能要求，因此我們在工程機械領(lǐng)域引進了機電一體化技術(shù)，其應(yīng)用范圍主要包括以下幾個方面。

4.1監(jiān)督控制作用

電子監(jiān)控系統(tǒng)，作為機電一體化系統(tǒng)中的重要組成部分，其對工程機械的發(fā)動機、傳動系統(tǒng)、工作裝置、制動系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等運行狀體進行監(jiān)控，在機械工作當(dāng)中一旦出現(xiàn)異常，電子控制系統(tǒng)能立即的觸發(fā)報警系統(tǒng)并且準確的找出故障的所在位置，進而減少相關(guān)事故的發(fā)生，與此同時，也方便工作人員及時的檢修和排除故障，極大地提高了工作效率，降低了不必要的經(jīng)濟損失。

4.2節(jié)能降耗，提高生產(chǎn)效率

相對于傳統(tǒng)的柴油機能源利用率低，電控系統(tǒng)能夠充分有效的發(fā)揮柴油機的輸出功率，使柴油能夠盡量完全燃燒、凈化排氣。為減少柴油機的能量損失，采用電子控制技術(shù)，根據(jù)負荷條件自動調(diào)節(jié)柴油機的油門，以此來增大能源的利用率。例如：日本小松公司挖掘機采用新型的節(jié)能控制器（OLLS系統(tǒng)），燃氣可節(jié)省23%，同時機械的使用功率的利用率可達到98%之高，而這主要得益于其采用的卡特電子效率控制系統(tǒng)。

4.3提高作業(yè)精度

在工程機械設(shè)備上引進電子控制系統(tǒng)，不僅可以使稱量自動化，而且還可以使稱量變得更為精確，從而有效的避免了人工稱量效率低、誤差大的特點，進而使得成品的作業(yè)精度得到明顯的提高。例如：在商品混凝土廣泛普及的今天，許多的商品混凝土拌合站都在混凝土拌合設(shè)備上采用了微電控制的電子稱量系統(tǒng)，并使計量過程實現(xiàn)了自動化，電子稱量系統(tǒng)的引用，保證了混凝土的絕對配合比，極大的提高了混凝土的質(zhì)量。此外，在瀝青混凝土攤鋪機上應(yīng)用自動找平系統(tǒng)，使瀝青攤鋪質(zhì)量得到了明顯的提高，路面的平整度可達到0.127m/3m。

4.4作業(yè)過程的自動化或半自動化

工程機械實現(xiàn)自動化或半自動化，不僅可以減輕操作者的勞動強度，提高生產(chǎn)效率，還能有效的降低作業(yè)的安全系數(shù)。例如，日本三菱公司的挖掘機設(shè)有挖掘軌跡控制系統(tǒng)，操作人員在控制板上設(shè)定好鏟斗的運動軌跡形狀之后，微機控制系統(tǒng)能夠根據(jù)各種角度傳感器的信號，自動控制動臂、斗桿和鏟刀的運動，實現(xiàn)各種形狀和斷面溝槽，斜面的準確開挖，從而使挖掘工作實現(xiàn)了自動化，同時也降低了人工開挖的危險性。

5、結(jié)語

綜上所述，機電一體化在工程機械方面的應(yīng)用越來越廣泛，其使用價值也越來越高，機電一體化正逐步成為機械領(lǐng)域的發(fā)展方向，同時也為傳統(tǒng)的機械行業(yè)帶來了新的發(fā)展空間。在科學(xué)技術(shù)的各個分支高度發(fā)展以后，各分支之間的相互交融滲透是必不可少的，以機械技術(shù)、信息技術(shù)、電子技術(shù)為基礎(chǔ)的機電一體化技術(shù)正是眾多學(xué)科相互滲透融合的產(chǎn)物。我相信，在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，機電一體化技術(shù)將源源不斷的應(yīng)用于工程機械。

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