關(guān)于機(jī)電一體化技術(shù)在工程機(jī)械中的應(yīng)用研究

張斯其 徐茂林 張科

摘要：本文主要通過對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)在工程機(jī)械中應(yīng)用的必要性進(jìn)行分析，重點(diǎn)研究了具體的工程機(jī)械如何應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)進(jìn)行加工生產(chǎn)，從而為更多類型的工程機(jī)械應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)提高加工效率。本文將主要通過對(duì)工程機(jī)械中引入機(jī)電一體化技術(shù)必要性進(jìn)行分析，然后重點(diǎn)研究在具體的工程機(jī)械方面機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用，從而為更多相關(guān)的工程機(jī)械應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)提供技術(shù)上的借鑒和支撐。

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

0 ?引言

近年來，中國(guó)致力于發(fā)展制造業(yè)水平，期望制造業(yè)整體水平有一個(gè)質(zhì)的提高，因此提出中國(guó)制造2025這一宏偉目標(biāo)。而工程機(jī)械是制造業(yè)的重要組成部分。目前我國(guó)的制造業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，尤其是機(jī)電一體化的不斷向前發(fā)展給技術(shù)類企業(yè)注入了新鮮的活力。傳統(tǒng)的制造業(yè)大多數(shù)是通過人工來進(jìn)行生產(chǎn)擴(kuò)產(chǎn)，工藝的改進(jìn)大多是通過老員工的經(jīng)驗(yàn)，整體的效率較低，自從引入到機(jī)電一體化系統(tǒng)，給制造業(yè)的整體效率的提高帶來巨大的活力。機(jī)電一體應(yīng)用了非常多的專業(yè)技術(shù)，包括機(jī)械設(shè)計(jì)制造，電氣設(shè)計(jì)制造還有一部分的計(jì)算機(jī)方面的知識(shí)，整體上更像是一個(gè)綜合類的學(xué)科。將普通的工程機(jī)械通過多個(gè)領(lǐng)域優(yōu)點(diǎn)的結(jié)合可以極大地提高生產(chǎn)效率，并且可以改進(jìn)現(xiàn)有低能耗的生產(chǎn)方法，從而為中國(guó)工程機(jī)械的發(fā)展提供動(dòng)力。

1 ?在工程機(jī)械中引入機(jī)電一體化技術(shù)的必要性

1.1 提高工程機(jī)械加工質(zhì)量

傳統(tǒng)的由純機(jī)械操作完成的工程項(xiàng)目，大多數(shù)誤差較大，比如生產(chǎn)機(jī)床夾具，由于機(jī)床夾具是主要是為了在加工工件的過程中起到定位以及夾緊的功能，整個(gè)的夾具誤差需要盡可能的小，才能保證加工的工件加工質(zhì)量不受到影響，在這個(gè)過程中由于沒有專門的誤差處理裝置，緊靠手工和經(jīng)驗(yàn)來很難保證加工的精度，因此在這個(gè)過程中就需要引入機(jī)電一體化技術(shù)，在生產(chǎn)家具的過程中通過計(jì)算機(jī)調(diào)節(jié)程序，并且在整個(gè)的加工過程中通過傳感器實(shí)時(shí)的反饋信息，從而可以在誤差允許的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的控制誤差，從而完成整個(gè)的加工項(xiàng)目，提高工程機(jī)械的加工質(zhì)量。

1.2 提升加工的安全性

傳統(tǒng)的機(jī)械加工由于機(jī)床設(shè)備較為陳舊，很多都是采取初級(jí)液壓裝備，毛坯的加工都是通過人工來完成，并且機(jī)床等加工設(shè)備很容易受到環(huán)境的影響，機(jī)床出現(xiàn)故障是經(jīng)常的事情，在檢修設(shè)備的過程中很容易受到電氣的影響造成錯(cuò)誤的判斷，甚至?xí)霈F(xiàn)加工事故，嚴(yán)重威脅加工人員的健康安全。而引入機(jī)電一體化技術(shù)就可以有效的監(jiān)控加工過程，并且在加工的過程中可以實(shí)時(shí)的觀察整個(gè)的加工狀態(tài)，一發(fā)現(xiàn)隱藏的危險(xiǎn)點(diǎn)就可以及時(shí)的發(fā)現(xiàn)，然后進(jìn)行處理在，這樣大大提升了加工的安全性。

1.3 確保工程機(jī)械設(shè)備的精準(zhǔn)性

由于機(jī)電一體化技術(shù)是機(jī)械電氣以及計(jì)算機(jī)三者之間相結(jié)合，依靠傳感器進(jìn)行監(jiān)控，在這個(gè)過程中就可以通過對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)控反饋從而完成整個(gè)的工作。并且反饋出來的加工結(jié)果還可以及時(shí)的進(jìn)行分析，對(duì)于有缺陷的產(chǎn)品可以直接分析產(chǎn)生這種缺陷的原因，然后就可以具體問題具體分析，從而不斷的提高加工的精準(zhǔn)性。

2 ?機(jī)電一體化技術(shù)在工程機(jī)械中的具體應(yīng)用

2.1 機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用在挖掘機(jī)后支撐臂成形的應(yīng)用

對(duì)于挖掘機(jī)來說，整個(gè)的工作過程中除了挖掘動(dòng)臂的影響之外，好需要后支撐大臂的轉(zhuǎn)動(dòng)以及靈活支撐的作用，由于本身加工的復(fù)雜性，導(dǎo)致在工程機(jī)械加工之中，普通的加工方式是難以滿足整個(gè)的加工需要的，需要用到成形技術(shù)來進(jìn)行工程機(jī)械的發(fā)展，而成形技術(shù)正是機(jī)電一體化技術(shù)的完美應(yīng)用。整個(gè)的挖掘機(jī)后支撐臂的示意圖如圖1所示。

主要有三部分組成，由于整個(gè)挖掘機(jī)后支撐臂在進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的過程中需要機(jī)電與液壓的共同作用，因此在工作的過程中會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)的現(xiàn)象，因此在制作這個(gè)機(jī)器零件的過程中需要考慮填充材料的數(shù)量，主要有三個(gè)填充腔組成，在這個(gè)過程中可以通過傳感器對(duì)整個(gè)過程實(shí)現(xiàn)檢測(cè)，從而實(shí)際計(jì)算出所需要材料的質(zhì)量，確定完質(zhì)量之后就可以確定所需要填充材料的體積，將填充的材料填充到填充腔中去，然后完成整個(gè)的成形過程，通過機(jī)電一體化技術(shù)將整個(gè)的加工成形過程還原如圖2所示。

如圖2所示整個(gè)的過程主要有四個(gè)步驟，首先是加砂，這一步主要是為了測(cè)量整個(gè)的成形腔具體需要多少體積的材料，然后是起振，是為了讓材料可以均勻的融合混合，在這個(gè)過程中是通過電氣控制來進(jìn)行振動(dòng)，是機(jī)械和電氣之間的配合來共同完成，并且在這個(gè)過程中還需要計(jì)算機(jī)通過傳感器實(shí)時(shí)的監(jiān)控溫度以及振動(dòng)所傳輸?shù)臒崃繂栴}，防止因?yàn)樵谄鹫竦倪^程中由于產(chǎn)生較多的熱量從而讓工程機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障，然后是充填，消除材料之間的縫隙，最后是填滿成形完成整個(gè)的加工過程。整個(gè)加工生產(chǎn)過程，通過計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)的進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如圖3所示。

圖3為不同振動(dòng)方向下填充腔Ⅰ的干砂充填數(shù)目曲線，圖中X、Y、Z分別表示砂箱沿X、Y，Z單向振動(dòng)，XY、XZ、YZ分別表示砂箱同時(shí)沿X、Y或X、Z或Y、Z兩個(gè)方向振動(dòng)，XYZ表示同時(shí)沿X、Y、Z三個(gè)方向振動(dòng)。

通過這一例子可以很好的看到，現(xiàn)階段應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)可以很好地解決加工問題以及加工過程中存在的誤差較大的問題，從而極大地提高生產(chǎn)的安全性可靠性，極大地提高生產(chǎn)的效率。

2.2 機(jī)電一體化技術(shù)在水輪機(jī)擴(kuò)容改造的應(yīng)用

水輪機(jī)也是工程機(jī)械經(jīng)常加工的重要機(jī)械部件。水輪機(jī)經(jīng)常應(yīng)用到水庫(kù)的發(fā)電之中，由于很多情況下水輪機(jī)的應(yīng)用條件對(duì)于水的流量等多種情況是十分嚴(yán)格的，因此需要利用機(jī)械加工進(jìn)行擴(kuò)容的加工生產(chǎn)，但是在傳統(tǒng)機(jī)械中由于沒有引入計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)導(dǎo)致在很多時(shí)候都需要重新的改造，具體的實(shí)用效率十分的差，從而浪費(fèi)了很多的人力物力。而機(jī)電一體化技術(shù)的引入給水輪機(jī)擴(kuò)容生產(chǎn)提供了更好的加工環(huán)境，可以在擴(kuò)容的過程中運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行模擬擴(kuò)容制造，具體的水輪機(jī)如圖4所示。

根據(jù)某種小型的水電站混流式水輪機(jī)的增效擴(kuò)容的基本參數(shù)的具體值為機(jī)器的具體運(yùn)行工況值為Q1=1.32，轉(zhuǎn)速n1為77.15r/min，具體的改造之后的數(shù)值運(yùn)行工況變?yōu)镼1=1.19，而轉(zhuǎn)速變?yōu)?8r/min。通過計(jì)算機(jī)的模擬分析，得出分析的曲線如圖5所示。

從圖中可以看出葉輪導(dǎo)葉的最大開值為84mm，并且對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速大約在1.27左右，排量的實(shí)際工況在1.2左右。然后通過計(jì)算機(jī)反饋出來的具體加工信息在進(jìn)行實(shí)際的工程機(jī)械的加工生產(chǎn)，這樣利用一整套的機(jī)電一體化加工技術(shù)既可以節(jié)省了人力物力，還可以提高整體的誤差，利用計(jì)算機(jī)模擬分析，確定水輪機(jī)加工誤差，極大地提高生產(chǎn)的效率。

2.3 機(jī)電一體化技術(shù)在優(yōu)化數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用

機(jī)電一體化技術(shù)最先應(yīng)用的場(chǎng)景就是應(yīng)用在優(yōu)化數(shù)控機(jī)床上面，由于許多的工程機(jī)械零件的加工生產(chǎn)過程都離不開數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用，因此優(yōu)化數(shù)控機(jī)床的參數(shù)將會(huì)極大的增加工程機(jī)械的加工效率。對(duì)于數(shù)控機(jī)床來說，機(jī)電一體化技術(shù)極大的增強(qiáng)了數(shù)控系統(tǒng)的整體性以及穩(wěn)定性，并且在很多時(shí)候給數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)注入新鮮的活力，比如回轉(zhuǎn)刀架的設(shè)計(jì)，刀架的定位是數(shù)控機(jī)床需要考慮的重點(diǎn)問題，并且在很多時(shí)候容易造成重復(fù)的回轉(zhuǎn)定位，從而引起過誤差的增大，因此運(yùn)用機(jī)電一體化技術(shù)就可以監(jiān)控回轉(zhuǎn)刀架的重復(fù)定位問題，從而優(yōu)化了數(shù)控機(jī)床。

3 ?總結(jié)

綜上所述，本文首先介紹了在工程機(jī)械中應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)的必要性，主要是提高加工質(zhì)量，提升加工過程的安全性以及確保設(shè)備的精準(zhǔn)性。然后重點(diǎn)介紹了機(jī)電一體化技術(shù)在具體工程機(jī)械的應(yīng)用，主要選擇了挖掘機(jī)后大臂、水輪機(jī)擴(kuò)容以及數(shù)控機(jī)床的改進(jìn)方面的具體應(yīng)用，從而讓機(jī)電一體化技術(shù)更好的更廣泛的應(yīng)用到工程機(jī)械之中。

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作者簡(jiǎn)介：張斯其，四川成都人，碩士，工程師，研究方向?yàn)闄C(jī)電一體化、數(shù)字化控制。