論工程機(jī)械中機(jī)電一體化的應(yīng)用

張志威　郭啟彤

摘要：因?yàn)闄C(jī)電一體化技術(shù)涉及到多方面的內(nèi)容，尤其是各個(gè)專(zhuān)業(yè)的技術(shù)相互融合，因此要想完全掌握這項(xiàng)技術(shù)還有一定的難度，由此可知，相關(guān)工程機(jī)械企業(yè)還應(yīng)該加大力度培養(yǎng)精英人才，以此確保機(jī)電一體化技術(shù)能夠在工程機(jī)械中發(fā)揮出最佳的效能。

關(guān)鍵詞：工程機(jī)械；機(jī)電一體化；技術(shù)應(yīng)用

機(jī)電一體化的運(yùn)用主要是通過(guò)電子控制系統(tǒng)加以實(shí)現(xiàn)的，電子控制系統(tǒng)應(yīng)用的好壞直接影響到工程機(jī)械的安全性、經(jīng)濟(jì)性、施工質(zhì)量、使用壽命等伴隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展以及微電子技術(shù)的出現(xiàn)，使得機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)生了根本性的改變，它也被大面積應(yīng)用在工程機(jī)械領(lǐng)域，這不僅改善了機(jī)械面貌，還顯著提高了生產(chǎn)質(zhì)量，并提升了產(chǎn)品性能。

1工程機(jī)械中機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用

機(jī)電一體化技術(shù)涵蓋了多方面的內(nèi)容，其中比較重要的有三方面，一是機(jī)械；二是電子技術(shù)；三是計(jì)算機(jī)。機(jī)電一體化可以說(shuō)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，其應(yīng)用推動(dòng)了工程機(jī)械向著現(xiàn)代化的方向發(fā)展，其是以機(jī)械設(shè)備自身所帶有的功能為基礎(chǔ)，融合現(xiàn)代高新科技技術(shù)，能夠滿足不同類(lèi)型的工程機(jī)械企業(yè)的需求。

1.1機(jī)電一體化和工程機(jī)械的關(guān)系

現(xiàn)階段工程機(jī)械較傳統(tǒng)工程機(jī)械來(lái)說(shuō)各種性能都得到了顯著改善，如操作舒適性提高；機(jī)械功率高且能耗小；可靠性提高；作業(yè)精度及作業(yè)效率提高等。工程機(jī)械各種性能的提高正是因?yàn)閷C(jī)電一體化技術(shù)引入到工程機(jī)械中，使得機(jī)械、液壓技術(shù)和電子控制技術(shù)有機(jī)結(jié)合。目前現(xiàn)代工程機(jī)械的許多領(lǐng)域都應(yīng)用了電子技術(shù)，表現(xiàn)為應(yīng)用電子控制裝置（系統(tǒng)），這種裝置（系統(tǒng)）以微機(jī)或微處理器為核心，諸如工程機(jī)械的狀態(tài)監(jiān)控與故障自診，拌和設(shè)備稱重計(jì)量過(guò)程的自動(dòng)控制等。

1.2機(jī)電一體化對(duì)工程機(jī)械功能的改進(jìn)

現(xiàn)代工程施工通常要求工程機(jī)械具有較高的性能：1）具備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視功能、自動(dòng)報(bào)警及故障自診功能；2）機(jī)械功效高且能耗??；3）技術(shù)性價(jià)比較高；4）自動(dòng)化程度及精度越高越好；5）使用成本較低；6）操作安全、簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)。下面對(duì)現(xiàn)代工程機(jī)械的電子（微機(jī)）控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能進(jìn)行說(shuō)明。

1.2.1控制柴油機(jī)

發(fā)動(dòng)機(jī)排放質(zhì)量與最低油耗間的矛盾，給柴油機(jī)技術(shù)的深入發(fā)展和研究帶來(lái)了很大的困難。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，冷風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速隨溫度的變化自動(dòng)控制、電子節(jié)能液壓泵系統(tǒng)減小能耗、根據(jù)負(fù)荷條件自動(dòng)調(diào)節(jié)柴油機(jī)油門(mén)、電子控制自動(dòng)變速等裝置的應(yīng)用，使柴油機(jī)在各種變工況下自動(dòng)選擇能同時(shí)滿足經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和排放指標(biāo)的最佳噴油定時(shí)，充分實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源、凈化排氣、提高效率的目的。

1.2.2保證成品的作業(yè)精度

電子控制系統(tǒng)應(yīng)用到工程機(jī)械設(shè)備上，不光使稱量精確且過(guò)程自動(dòng)化，同時(shí)避免了人工測(cè)量誤差較大的弱點(diǎn)，提高成品的作業(yè)精度。如混凝土攪拌站的計(jì)量過(guò)程大多都實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，這種電子計(jì)量系統(tǒng)廣泛采用微機(jī)控制。推土機(jī)上采用激光導(dǎo)向和電液伺服控制技術(shù)，自動(dòng)控制鏟刀的切土深度，減少了推土機(jī)往返作業(yè)的遍數(shù)和行程，提高了作業(yè)精度和作業(yè)效率，降低了施工成本，同時(shí)也減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

1.2.3降低能耗，提高生產(chǎn)率

傳統(tǒng)工程機(jī)械的燃料能量利用率僅為20%左右，非常低，所以提高能量利用率在現(xiàn)代工程機(jī)械的發(fā)展中勢(shì)在必行。新型節(jié)能控制器（OLLS系統(tǒng)）應(yīng)用于日本小松公司生產(chǎn)的新型挖掘機(jī)上后，燃料可節(jié)省23%，節(jié)能效果良好，因?yàn)樵撓到y(tǒng)能使發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和泵吸收轉(zhuǎn)矩經(jīng)常保持在最佳配合狀態(tài)，可有效地利用發(fā)動(dòng)機(jī)功率，使作業(yè)機(jī)構(gòu)動(dòng)作迅速，大大提高了生產(chǎn)率。

1.2.4電子監(jiān)控、自動(dòng)報(bào)警及故障自診

電子監(jiān)控和故障診斷專(zhuān)家系統(tǒng)設(shè)置各種類(lèi)型的傳感器，監(jiān)控工程機(jī)械的發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等的運(yùn)行狀態(tài)，在故障發(fā)生之前預(yù)先發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，從而避免損壞機(jī)件事故的發(fā)生，保證作業(yè)人員安全。同時(shí)能動(dòng)報(bào)警并準(zhǔn)確地判斷故障發(fā)生的位置，提供處理方法，降低設(shè)備維修成本，降低設(shè)備故障率及停機(jī)臺(tái)次，保證設(shè)備安全、穩(wěn)定及長(zhǎng)周期運(yùn)行。如日本三菱Ms160O型礦用液壓挖掘機(jī)、美國(guó)卡特皮勒公司生產(chǎn)的936型裝載機(jī)等都備有電子監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)。

1.2.5作業(yè)過(guò)程的自動(dòng)化或半自動(dòng)化

采用自動(dòng)化或半自動(dòng)化控制方式在提高生產(chǎn)率的同時(shí)降低了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，作業(yè)精度也不會(huì)受到操作人員的技術(shù)和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的影響，達(dá)到提高工程機(jī)械的運(yùn)作效率和質(zhì)量的目的。例如，日本和歐美各國(guó)研制的新型挖掘機(jī)可實(shí)現(xiàn)作業(yè)模式自動(dòng)化，工作裝置-鏟斗的形狀與運(yùn)動(dòng)軌跡可由操作人員預(yù)先在在自動(dòng)化的挖掘軌跡控制板上設(shè)定，完成后各種傳感器將信號(hào)將傳輸?shù)轿C(jī)控制系統(tǒng)，動(dòng)臂、斗桿和鏟刀受到微機(jī)系統(tǒng)的控制而按預(yù)設(shè)定動(dòng)作，完成各種特定形狀和斷面溝槽和斜面等，從而減少操作人員因經(jīng)驗(yàn)不足產(chǎn)生的誤差或事故的發(fā)生。

1.2.6提高安全性

為了防止了翻車(chē)和斷臂事故，提高作業(yè)安全性，國(guó)外塔式起重機(jī)和輪式起重機(jī)大多裝有微機(jī)控制的力矩限制器，一旦超負(fù)荷立即發(fā)出警報(bào)。此外，國(guó)外的許多井下挖掘機(jī)采用無(wú)線電遙控裝置，實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛，使工程機(jī)械在有放射性物質(zhì)污染地區(qū)和高溫或水下等危險(xiǎn)地點(diǎn)上進(jìn)行作業(yè)。

2工程機(jī)械領(lǐng)域機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì)

2.1智能化

智能化是機(jī)電一體化技術(shù)的必然發(fā)展趨勢(shì)，其應(yīng)用需求也越來(lái)越高。所謂智能化，即立足于相關(guān)控制理論，將心理學(xué)、生理學(xué)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)籌學(xué)、人工智能等多學(xué)科知識(shí)運(yùn)用到工程機(jī)械領(lǐng)域，使工程機(jī)械的操作可以逐漸取代人為操作，進(jìn)一步降低工程預(yù)算成本，實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的控制，滿足工程施工的更高要求，因此工程機(jī)械的智能化仍是大勢(shì)所趨。

2.2微型化

微型化這一概念源于上世紀(jì)80年代末期，是指機(jī)電一體化向微電子機(jī)械系統(tǒng)領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)。微型機(jī)電一體化產(chǎn)品是電子技術(shù)與機(jī)械技術(shù)在納米尺度上相融合的產(chǎn)物，它的特點(diǎn)主要是體積小、耗能低、運(yùn)動(dòng)靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等領(lǐng)域有著不可超越的優(yōu)越性。現(xiàn)階段微型機(jī)電一體化產(chǎn)品都朝著小于1立方厘米的體積發(fā)展，甚至是朝著微米、納米級(jí)別發(fā)展，其瓶頸為微機(jī)械技術(shù)。

2.3網(wǎng)絡(luò)化

隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制設(shè)備可以達(dá)到讓人們足不出戶即可控制多種設(shè)備的目標(biāo)，使工程機(jī)械的操作更加便捷，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品。工程機(jī)械領(lǐng)域中遠(yuǎn)程控制盒監(jiān)控技術(shù)的快速發(fā)展使得機(jī)電一體化產(chǎn)品向著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展成為必然趨勢(shì)。

2.4節(jié)能環(huán)?；?/p>

隨著工業(yè)化進(jìn)程的持續(xù)推進(jìn)，人類(lèi)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)化水平不斷提高，但與此同時(shí)人們賴以生存的環(huán)境也遭到了巨大的破壞。進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，社會(huì)公眾對(duì)環(huán)保的關(guān)注和呼聲越來(lái)越高，國(guó)家也出臺(tái)了一系列的相關(guān)政策來(lái)號(hào)召節(jié)能減排，為適應(yīng)節(jié)約型社會(huì)的發(fā)展，機(jī)電一體化產(chǎn)品在使用時(shí)不造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，報(bào)廢后可以回收利用，實(shí)現(xiàn)綠色化產(chǎn)品概念和綠色化設(shè)計(jì)制造更能適應(yīng)今后的市場(chǎng)需求。

2.5傳感器技術(shù)

傳感器技術(shù)在現(xiàn)代工程機(jī)械上應(yīng)用較為廣泛，比如，發(fā)動(dòng)機(jī)可以通過(guò)機(jī)油壓力傳感器、冷卻水溫度傳感器等來(lái)進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的檢測(cè)和控制；瀝青攤鋪機(jī)上的傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)攤鋪機(jī)在工作時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)找平且行走速度不變的特點(diǎn)，還能滿足攤鋪出來(lái)預(yù)定的平整度、坡度和厚度的路面的要求。

3結(jié)語(yǔ)

機(jī)電一體化對(duì)工程機(jī)械具有重要的應(yīng)用意義，它不僅改善了機(jī)械面貌、優(yōu)化了機(jī)械性能，還顯著提升了機(jī)械運(yùn)行效率，它和工程機(jī)械的融合將成為未來(lái)的主要發(fā)展趨勢(shì)。為不斷提升機(jī)電一體化水平，完全實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，我們應(yīng)積極探討，大膽嘗試，勇于改進(jìn)，最終將工程機(jī)械機(jī)電一體化推上更高的層面。

參考文獻(xiàn)：

[1]王金玉.工程機(jī)械機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2013