工程機械中機電一體化的應(yīng)用發(fā)展研究①

焦磊

【摘 ?要】隨著社會的進(jìn)步，現(xiàn)代科技獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，人們對機械電子學(xué)的研究愈加深入，將機械、電子、信息三項技術(shù)進(jìn)行 有機結(jié)合，從而實現(xiàn)優(yōu)化系統(tǒng)的目的。在現(xiàn)代工程機械制造業(yè)發(fā)展的過程中，為 了提升機械的使用效率和質(zhì)量，就要加強自動化、智能化 技術(shù)的研究。機電一體化技術(shù)能夠提升機電產(chǎn)品的功能 性、作業(yè)精確度、安全性、穩(wěn)定性，滿足我國現(xiàn)代工程機械 的使用需求，可以加大研究和發(fā)展的力度。

【關(guān)鍵詞】機電一體化;現(xiàn)代工程;機械;應(yīng)用

目前，我國愈加重視研究機電一體化技術(shù)，該技術(shù)的 進(jìn)步改善了機電產(chǎn)品的質(zhì)量和使用效率，進(jìn)一步完善了產(chǎn) 品功能、精度、生產(chǎn)能力等，從而為現(xiàn)代工程建設(shè)和生產(chǎn)提 供了更多的便利，促進(jìn)了工程質(zhì)量和效率的提升。

1 機電一體化技術(shù)的研究意義

與傳統(tǒng)機電產(chǎn)品相比，應(yīng)用該技術(shù)的機電產(chǎn)品 具有更大的使用優(yōu)勢，具體包括以下幾個方面：

第一，該技術(shù)可以強化產(chǎn)品功能性，拓展產(chǎn)品用途。其 打破了傳統(tǒng)單技術(shù)、單功能的產(chǎn)品格局，將信息、電子等技 術(shù)融入到產(chǎn)品之中，賦予了產(chǎn)品更強大的功能。不僅如此，新的機電產(chǎn)品可以應(yīng)用在多樣化的場合、領(lǐng)域之中，并根 據(jù)用戶需求提供相應(yīng)的服務(wù)內(nèi)容，具有較強的應(yīng)變能力。

第二，該技術(shù)可以提升產(chǎn)品精度。應(yīng)用機電一體化技 術(shù)能夠使產(chǎn)品機構(gòu)變得更加簡潔，減去原有的傳動部件，降低了機械磨損、受力變形等原因?qū)е碌倪\動誤差。不僅 如此，利用計算機檢測等技術(shù)，能夠?qū)討B(tài)誤差進(jìn)行校正 補償，進(jìn)而實現(xiàn)使用精度的提升。

第三，該技術(shù)能夠使產(chǎn)品更加安全可靠。應(yīng)用機電一體化技術(shù)的產(chǎn)品自動化水平較高，具有自我監(jiān)控、自動診 斷、保護(hù)等功能。不僅能夠減少設(shè)備產(chǎn)品對人身造成的安 全隱患，還能減少設(shè)備事故發(fā)生率，滿足了安全可靠的使 用要求。

第四，應(yīng)用該技術(shù)能夠簡化操作難度。利用計算機、數(shù) 字顯示等技術(shù)進(jìn)行人機界面的改良，減少了人工操作的工 作量，也去除了按鈕、手柄等操作設(shè)施，從而縮減操作時 間，降低人工培訓(xùn)成本，提升機電設(shè)備的使用效益。

第五，該技術(shù)能夠提升產(chǎn)品柔性。即利用軟件優(yōu)化工 作程序，進(jìn)而滿足多元化用戶需求。如，工業(yè)機器人對運動 自由度要求較高，手爪部分要具備更換工具的條件。應(yīng)用 該技術(shù)，可以利用控制程序來控制運動軌跡，轉(zhuǎn)變機器人 的運動姿態(tài)，進(jìn)而完成各種類型的工業(yè)作業(yè)。

第六，該技術(shù)促進(jìn)了產(chǎn)品功能性的上升，并且簡化了 操作流程和方法，全面提升了機電設(shè)備的生產(chǎn)能力、作業(yè) 效率和質(zhì)量。可以利用虛擬原型的機電一體化技術(shù)，進(jìn)行 模型的設(shè)計和建設(shè)，對仿真技術(shù)的研究也有一定的幫助。

2 機電一體化應(yīng)用的技術(shù)內(nèi)容

機電一體化是一種多元化的技術(shù)，機電一體化系統(tǒng)由 多項技術(shù)組合而成，主要包括以下幾種：

第一，機械技術(shù)。該技術(shù)是機電一體化的基礎(chǔ)技術(shù)，其主要用于機械與該技 術(shù)的適應(yīng)配合，配合其它現(xiàn)代化技術(shù)來進(jìn)行機械概念的更 新，對機械材料、結(jié)構(gòu)、性能等進(jìn)行創(chuàng)新和變更，進(jìn)而減小 機械重量、體積的同時，改善機械應(yīng)用精度、剛度和性能。在機電一體化系統(tǒng)建立的過程中，可以將傳統(tǒng)機械理論與 工藝技術(shù)作為技術(shù)，利用計算機輔助技術(shù)、人工智能系統(tǒng)、專家系統(tǒng)等來實現(xiàn)機械技術(shù)的創(chuàng)新與改造;

第二，計算機 技術(shù)。運用電腦技術(shù)，可以實現(xiàn)信息交換、存儲、運算等操 作，且人工智能、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)也都在計算機信息處理 技術(shù)的范疇之內(nèi)。所以，計算機技術(shù)是該系統(tǒng)的核心技術(shù) 之一;

第三，系統(tǒng)技術(shù)。即將整體概念作為基礎(chǔ)，對各項技 術(shù)進(jìn)行組織應(yīng)用，以全局角度、系統(tǒng)目標(biāo)為根本出發(fā)點，分 解總體使其形成多個功能單元，且單元之間存在一定的聯(lián) 系。其中，接口技術(shù)是不可或缺的技術(shù)內(nèi)容，其能夠?qū)崿F(xiàn)系 統(tǒng)內(nèi)部各部分的連接;

第四，自動技術(shù)。自動技術(shù)包含的內(nèi) 容較多，以控制理論為基礎(chǔ)，對機電一體化系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計，并實現(xiàn)系統(tǒng)仿真和現(xiàn)場調(diào)試等操作目的。其中，控制技術(shù) 是比較核心的應(yīng)用技術(shù)，其主要包括定位控制、自適應(yīng)控 制、自我診斷、矯正、補償?shù)榷鄠€方面;

3 機電一體化技術(shù)在現(xiàn)代工程機械中的應(yīng)用

3.1 應(yīng)用于機床生產(chǎn)

在機床生產(chǎn)的過程中，常用 Z80-CPU 軟件進(jìn)行控制 和操作。該軟件的研究難度較低，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于數(shù) 控機床生產(chǎn)領(lǐng)域。從我國數(shù)控機床生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展歷程來 看，該工業(yè)生產(chǎn)方式由多種不同的技術(shù)組合而成，在整個 技術(shù)系統(tǒng)之中，Z80-CPU 軟件具有成本低、應(yīng)用效率高的 優(yōu)勢，其滿足了我國現(xiàn)代工業(yè)機械的發(fā)展要求，可以進(jìn)一 步推廣和完善。與其它應(yīng)用技術(shù)相比，該技術(shù)還具有節(jié)約 能源、控制污染的特點，能夠保障系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，進(jìn)而 為后續(xù)生產(chǎn)奠定良好基礎(chǔ)。在實際應(yīng)用的過程中，該技術(shù) 對工作臺和道具的要求較高，為了確保應(yīng)用質(zhì)量，要從以 下幾方面入手：首先，明確坐標(biāo)軸運行方向，確保其與工作 臺、道具的方向一致。還要保障插補功能具有連續(xù)性;其 次，充分發(fā)揮氟塑貼面導(dǎo)軌功能，控制導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，增強 導(dǎo)軌耐磨性，進(jìn)而提升數(shù)據(jù)機床的運行效率;最后，如果不 需要低速運作，則數(shù)據(jù)機床的運行成本較低。如果運作速 度較快，則數(shù)據(jù)機床具有穩(wěn)定、準(zhǔn)確的應(yīng)用優(yōu)勢。目前，我 國常見的數(shù)據(jù)機床串座方式為滾珠絲杠復(fù)傳動。

3.2 應(yīng)用于自動化和半自動化作業(yè)

機電一體化技術(shù)在很大程度上提升了自動化和半自 動化的水平，進(jìn)而促進(jìn)了機械應(yīng)用效率，同時降低了人工 成本，帶動了我國現(xiàn)代工程的發(fā)展和進(jìn)步。從我國現(xiàn)代工 程機械制造業(yè)的發(fā)展情況來看，人工操作的內(nèi)容正逐漸減 少，由于操作失誤造成的誤差問題也隨之減少。例如，三菱 企業(yè)的自動化挖掘機應(yīng)用了機電一體化技術(shù)，減少了手動 操作的部分，使挖掘機可以自動進(jìn)行傳信、運作、監(jiān)控等操 作。該技術(shù)可以對挖掘機的電液比例進(jìn)行控制，并設(shè)置了 自動化手柄，根據(jù)操作信號進(jìn)行電液比例的計算，并根基運算結(jié)果獲取控制比例，最后利用傳感器完成自動化作 業(yè)。在實際施工的過程中，可以將傳感器安裝在挖掘機上，進(jìn)而實時掌握挖掘機的工作情況，操作人員可以根據(jù)系統(tǒng) 儀表的顯示內(nèi)容判斷挖掘軌跡，并繪制軌跡形狀，按照相 應(yīng)的技術(shù)操作流程，對設(shè)計好的軌跡形狀進(jìn)行預(yù)定設(shè)置。如果作業(yè)內(nèi)容比較復(fù)雜，系統(tǒng)可以根據(jù)各個操作環(huán)節(jié)提升 控制強度，配合激光技術(shù)，強化操作精度，進(jìn)而確保機械操 作的順利完成。此外，將液晶顯示器安裝在挖掘機上，可以利用高辨 識度的顯示器掌握機械工作狀況，觀察其各個部位的運 作、操作情況。操作人員可以對控制面板上的控制按鈕進(jìn) 行操作，并通過數(shù)字顯示判斷機械運作狀態(tài)，降低了操作 難度，提升了操作效率。此外，在使用相同配件的條件下，應(yīng)用機電一體化技術(shù)可以對機械進(jìn)行全面有效的控制，利 用計算機技術(shù)編輯操作流程，并根據(jù)實際應(yīng)用情況進(jìn)行流 程更改和調(diào)整?？梢詫⒃撓到y(tǒng)應(yīng)用于各類機械中，并利用 自動報警系統(tǒng)、故障檢測系統(tǒng)實時把控機械的工作狀態(tài)，及時處理機械故障，確保應(yīng)用安全和效率。

4 結(jié)束語

綜上所述，機械電子學(xué)可以發(fā)揮各項技術(shù)的特點和作用，進(jìn)而促進(jìn)機械產(chǎn)品質(zhì)量的提升和完善。機電一體化 技術(shù)是機械電子學(xué)的核心技術(shù)，隨著該技術(shù)的發(fā)展，機電產(chǎn)品的功能性、安全性、精度、操作性、柔性等特性都在不斷完善和增強。文章 主要就幾點一體化技術(shù)在現(xiàn)代機械工程中的應(yīng)用進(jìn)行了相關(guān)的探討和分析。

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