机电液一体化技术的行业化应用与发展趋势

机电液一体化技术的行业化应用与发展趋势

赵杰远、赵明洋、陈琨

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摘要：机电液一体化系统通常是机械、控制、液压、气动、电子、软件等多个不同学科子系统的综合组合体。随着机电液一体化技术的不断发展，机电液一体化系统在工业生产、航空航天、船舶车辆、工程机械等领域的应用也将越来越广泛。本文对机电液一体化技术的行业化应用与发展趋势进行分析，以供参考。

关键词：机电液一体化；技术应用；发展趋势

引言

科技的进步发展，各种高新技术被应用到农业播种作业中去，大大提升了播种的质量，以确保出苗齐、出苗壮创造条件，为实现高效优质农业奠定基础。精准播种是现代农业实现节本增效的基本要求，目的在于实现降能耗、增产量、节省种源，是当前发展精准农业的核心技术。

1播种机电液仿形机构研究

在农机具加工制造过程中，基于电液控制的仿形技术几近成熟。该技术体系以电信号为控制媒介，以电信号调整液压电磁阀，通过对其的换向调整改变液压油的流向，随流向马达或液压执行机构驱动工作台，进而带动整个刀架作伺服运动，确保刀架与加工模板的随动，进而实现仿形作业。从电液仿形系统在农机具加工行业的应用来看，该控制系统操作稳定性好、灵敏度高，加工的精度很好满足机械制造设计的要求。电液传动与传统机械传动比较，体积小、质量轻、结构紧凑。各元件能根据需要灵活布局，便于机具的快速连接、启动、制动，便于快频率的换向实现大范围的调速。基于此，完全可以将该系统借鉴过来，将其利用到精播机械播种深度的仿形控制上，以更好的为农业播种服务。

2机电液系统联合仿真现状

机电液系统主流仿真软件主要有ＡＤＡＭＳ、ＡＭＥＳｉｍ、ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ，其中ＡＤＡＭＳ是目前ＣＡＥ领域中应用最为广泛、应用行业最多的机械系统动力学仿真工具，用户可用该软件方便地对机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。ＡＭＥＳｉｍ是液压系统计算机辅助设计与数字仿真的主流软件，ＡＭＥＳｉｍ为流体动力、机械和控制提供了一个完善的仿真环境，具有丰富的模型库，用户采用基本元素法，通过图形化的界面按照实际物理系统结构建立仿真模型，不需要推导复杂的数学模型。Ｓｉｍｕｌｉｎｋ是ＭＡＴＬＡＢ提供的一个图形化仿真环境，可以方便地对专用传递函数、微分方程和状态方程描述的动态系统进行建模和仿真。目前，机电液系统联合仿真最为普遍的是基于ＡＤＡＭＳ、ＡＭＥＳｉｍ、ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ软件间接口技术，通过软件间两两联合仿真实现。ＡＭＥＳｉｍ与ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ联合仿真既可以将ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ模型导入至ＡＭＥＳｉｍ中，也可以将ＡＭＥＳｉｍ模型导入至ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中。将ＡＭＥＳｉｍ模型导入至ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ中通过采取将ＡＭＥＳｉｍ模型编译为Ｓ函数进行。两者仿真过程中，可利用ＡＭＥＳｉｍ模型库中的传感器测量出位移、力、速度等作为Ｓｉｍｕｌｉｎｋ控制系统的输入信号。鉴于机电液系统的复杂程度，虽然ＡＤＡＭＳ、ＡＭＥＳｉｍ、ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ软件间的两两联合仿真能在一定程度上减少系统仿真分析的工作量，但在开展机电液一体化仿真过程中，仍然需要建立至少一个子系统的数学模型，在系统耦合分析时仍存在精度和效率较低的问题。

3协调器故障树的建立

3.1协调器机电液系统的组成

协调器系统由齿轮泵、液压马达、油箱、溢流阀、减压阀、伺服阀、控制器、平衡阀、电子球阀、节流阀和油缸组成。齿轮泵、液压马达、油箱和溢流阀组成协调器系统的液压站，为协调器系统提供压力源；油液再通过减压阀达到一个适当的压力，打开电子球阀使系统油路导通，通过控制器发出指令变换伺服阀的位置，从而控制协调油缸的运动。

3.2协调器故障树建立

首先对系统进行分析，了解系统的组成及各项操作内容，熟悉其正常运行时的作业图；其次对系统的故障进行定义，对预计可能发生的故障、过去发生过的故障事例及故障统计作广泛的调查；再仔细分析各故障之间的逻辑关系，收集各因素发生的概率；最后做出故障逻辑图。协调器控制未到位主要分为电器故障、液压故障和机械故障3大类。电器故障主要发生在控制器、控制面板和协调编码器等处；机械故障主要发生在结构装配位置；液压故障会出现在各个液压部件中。由于系统的复杂性，引起协调控制不到位的故障因素很多，并且很多都存在于系统内部，难以排查，因此通过故障树分析来建立各个故障点之间的逻辑关系。

4机电液一体化技术的行业化应用

在汽车功能领域的应用,现阶段，汽车产品逐渐向着自动化和智能化发展，汽车产品在技术上的快速升级离不开机电液一体化技术的支持。机电液一体化技术在汽车功能上的应用主要包括以下几大方面:一是自动变速器技术，主要是利用汽车电控系统根据汽车的行驶状态自动控制液压变矩器对变速箱进行挡位控制，自动变速器不仅减轻了驾驶难度，而且提高了驾驶安全性和燃油经济性;二是可变悬架技术，很多高端汽车能够根据行驶路面的特征和车身状态实时调整悬架的软硬程度，其调整过程依靠电控系统获取信息并控制液压悬架产生改变，这也是机电液技术应用的典型案例;三是车身稳定系统技术，也称ESP技术，主要利用机电液一体化技术改变汽车的转向能力和轨迹跟踪，避免出现较高车速刹车或路面不良状态时的侧滑问题，使行车安全得到进一步保证。

5机电液一体化技术的发展趋势

5.1与智能化技术实现结合

机电液一体化技术的发展为机械产品的功能提升和可控制性提升创造了良好条件，在一定程度上提升了各个行业产品的自动化水平。从机械行业总体发展目标来看，机电液一体化技术和相关产品发展的一个主要方向是智能化。机电液一体化技术在实现了三大主要学科融合的前提下，利用人工智能技术、计算机技术、逻辑分析技术等方面的研究成果，能够在机械自动化的基础上实现机械作业过程具有自主逻辑思维和决策能力，使机械化作业逐步脱离人工的直接参与，进一步提高机械化作业的效率和安全性。

5.2具备远程控制和极简结构特征

随着网络技术的进一步普及，对人们的生活和工作方式带来了很大改变，机械产品与网络技术的结合使很多专业技术工作者或机电产品的使用者能够实现跨地区远程操作，利用机电液一体化的精准控制功能，为生活与工作创造更多便利。同时机电液一体化技术的进一步发展还应考虑利用更多先进技术进一步优化传统机械结构，使机械产品的结构进一步简化，产品功能执行所产生的误差和可能出现的故障问题进一步减少，产品逐渐呈现精细化特点，并使机械产品的体积进一步缩小，其制造过程对材料的需求进一步降低，具备更好的资源节约型特点。

结束语

通过故障树分析法对协调器系统进行故障分析，并且以协调器控制未到位为顶事件，通过上行法求出所有底事件的最小割集。根据平时对故障的统计，以系统工作300h为基础计算出故障底事件的发生概率和顶事件的发生概率，通过公式计算出底事件的概率重要度和关键重要度。结合各个底事件的概率重要度总结出协调器系统各部件的概率重要度，并通过柱状图分析得出结果。

参考文献

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