谈机电一体化在工程机械中的应用

谈机电一体化在工程机械中的应用

刘慧敏

（山东省工业设备安装有限公司山东省济南市250013）

摘要：新时代背景下，随着科技水平的不断提升，机电一体化技术在原有的基础上，创新出更多实践新工艺，并广泛应用于工程机械领域。本文阐述了机电一体化的内涵和发展趋势，并对机电一体化技术在工程机械中的应用进行了讨论。工程机械的电子与电气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、施工质量、生产效率、可靠性、经济性及使用寿命等。

关键词：机电一体化；工程机械；电子控制

0.引言

机电一体化又称机械电子学，是一门跨学科的综合性高技术，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。机电一体化技术从1970年开始，在国外工程机械上得到初步应用，80年代以微电子技术为核心代表的高新技术的蓬勃发展，使得微型计算机及微处理技术、传感与检测技术、信息处理技术等在工程机械上得到应用，推动了工程机械制造技术的迅速发展，从根本上改变了工程机械的面貌，极大提高了产品性能，使工程机械进入了一个全新的发展阶段。以微机或微处理器为核心的电子控制系统在国外工程机械上的应用已相当普及，并已成高性能工程机械不可缺少的组成部分。

1.机电一体化技术应用的优势

1.1提高产品使用性能

机电一体化产品主要使用数字显示和控制技术在产品控制平面上利用按钮进行操作，同时减少操作数量，这使得工程操作具有简洁方便的特点。在实现机电一体化的过程中利用电子系统实现工程机械指挥的智能化。

1.2工程机械调试和养护更为方便

借助机电一体化技术对工程机械进行控制，在不改变任何配件情况下，只要输入机电一体化操作程序，根据工程机械的特点进行相应的调整和变化。对于原先具备储备功能的机械可以预先安装不同的体系，满足工程机械产品不同的需要，实现工程机械的自动化操作，根据生产的需要更换操作，从而提高工作效率。

1.3有利于提高设备的安全性

因为机电一体化产品具有自动报警、监控和修复功能，这相对于传统的机械设备在安全方面得到了巨大的进步。机电一体化设备一旦出现故障可以利用自身装有的设备，设备可以采取相应的防护措施，从而确保设备的安全性。

1.4使用范围较广

机电一体化产品可以改变传统机械产品单一的情况，实现工程机械生产技术的多样化，从而使得工程机械设备使用的范围不断增加。这对我国工程机械实业的发展具有重要意义。

2.机电一体化的应用

机电一体化技术推动了工程机械的迅速发展，从根本上改变了工程机械的原始面貌，极大促进了机械产品性能的提高，使工程机械进入了一个全新的发展阶段。

2.1在线监控与故障自诊

对工程机械的发动机、工作装置、传动系统、制动系统与液压系统等的运行状态进行实时监控，一旦出现异常现象，能自动报警并准确地指出故障的部位，从而改善技术人员的工作条件，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，延长设备的使用寿命。

2.2节约能源，提高效率

传统工程机械的能量利用率较低，这种现状迫使工程机械的发展必须着眼于节能。日本某公司研发的新型挖掘机采用节能控制器，燃料可节省23%，具有良好的节能效果；挖掘机节能控制系统采用了卡特电子效率控制系统，对发动机和泵的综合控制使功率的利用率可达98%。

2.3保证作业质量

机电一体化大大提高了传统工程机械的作业精度。现代沥青及水泥混凝土拌和设备广泛采用了微机控制的自动化电子称量系统；自动找平系统的也使沥青混凝土摊铺机的施工精度和质量有了较大的提高；超声波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。平地机刮刀、推土机铲刀、铲运机铲斗刀刃的机电控制，既提高了作业精度和作业效率，也减轻了操作人员的劳动强度。

2.4作业自动化

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。例如，日本某挖掘机公司的设有挖掘轨迹控制系统，技术人员在控制板上预先设定好铲斗运动轨迹后，微机控制系统就能根据传感器的信号，自动控制动臂、斗杆和铲刀的运动，实现各种条件下精确挖掘，使挖掘作业实现了自动化。为实现无人驾驶，使工程机械能在危险地带或人无法接近的地点进行作业，某些国外工程机械上设置了无线遥控装置。

2.5其他方面的应用

在发达国家，包装机械设计广泛应用机电一体化技术已是十分成熟的技术，它们可使传统的机械设备变得简单可靠，在实现其复杂包装功能的过程中。食品机电一体化包装机械提高包装机械的自动化程度，将包装机械的研发与计算机结合，实现机电一体化控制。包装机械应用机电一体化技术，开发智能化包装技术，按产品自动包装工艺要求组合成全自动包装系统进行生产，生产过程的检测与控制、故障的诊断与排除将实现全面自动化，实现高速、优质、低耗和安全生产。可用于水产加工食品的精确计量、高速充填和包装过程自动控制等，将使包装机械结构大为简化，提高包装产品质量。如最常见的塑料袋封口机，其封口质量与包装材料、热封温度和运行速度等有关。如材料(材质、厚度)发生变化，那温度和速度也要随之改变，但变化多少却难把握。如采用微机控制，将各种包装材料的封口温度和速度的最佳参数匹配输入微机存储器，再配上必要的传感器，组成自动跟踪系统，这样，不管哪个工艺参数改变，都能保证最佳的封口质量。

机电一体化在玻璃纸成型机中的应用在国内也很成功，陕西某设计研发单位在造纸机械中采用了国内较先进的工控机，实现全电脑操作，研制了目前国内玻璃纸行业首台采用机电一体化的设备。在整体外观设计上，将造纸机械的优势融进玻璃纸机的设计当中，使其结构性能更趋于优化合理，特别是在控制系统上更趋完善。经过近1个月的生产，全线设备运行稳定，出纸正常，各项技术指标均达到设计要求。

3.机电一体化的发展趋势

机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多种学科的交叉综合，它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展。

3.1智能化

人工智能在机电一体化的研究中越来越被人们认可并重视，机器人与数控机床的智能化就是重要应用之一。这里所说的“智能化”是对机器行为的描述，是在控制理论的基础上，吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学等新思想、新方法，使它具有判断推理、逻辑思维及自主决策等能力，以求得到更高的控制目标。诚然，使机电一体化产品具有与人完全相同的智能是不可能的，也是不必要的。

3.2模块化

模块化是一项非常艰巨的项目工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口和环境接口等的机电一体化产品单元，是一项十分复杂但又非常重要的事情。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元，以及各种能完成操作的机械装置等。有了这些标准单元就可迅速开发新产品，同时也可以扩大生产规模。为了达到以上目的，还需要制定各项标准，以便于各部件、单元的匹配。由于利益冲突，近期很难制定出国际或国内这方面的标准，但可以通过组建一些大企业逐渐形成。显然，从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定，无论是对生产标准机电一体化单元的企业，还是对生产机电一体化产品的企业，模块化将给机电一体化企业带来美好的前程。

3.4微型化

微型化兴起于20世纪80年代末，指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势，国外称其为微电子机械系统，泛指几何尺寸不超过1cm?的机电一体化产品，并向微米、纳米级发展，微机电一体化产品体积小，耗能少，运动灵活，在生物医疗、军事、信息等方面具有无可比拟的优势，微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术。微机电一体化产品的加工采用精细加工技术，即超精密技术，它包括光刻技术和蚀刻技术两类。

4.结语

机电一体化系统是先进的自动控制系统，可以处理更多被控参数的复杂情况，计算速度也更快、更准确。机电一体化是我国机械发展的一个主流趋势，其应用与发展已引起农业、工业、科技、经济、社会等各个领域阶层的重点关注。机电一体化技术在工程机械中的应用逐步在扩大，地位也彰显的尤为突出，所以大力创新发展新一代机电一体化机械产品，就需要改造和武装我国传统老机械设备，还需要推动机械产品更新换代、开辟新领域，来振兴我国机械工业工程的发展。

参考文献

［１］戴勇.高职机电一体化技术专业课程开发[M].北京:机械工业出版社.2004.

［２］顾京.现代机床设备[M].北京:化学工业出版社.2001.