淺談高速公路工程機電一體化的應用

陳小兵 呂建鋒 李亮賓

1 公路工程機電一體化

機電一體化從字面上理解就是電氣和機械統一在一個系統上的新型的工業生產模式。隨著計算機控制技術和電氣控制技術的結合，機電一體化已經從傳統即“機械自動化”模式中走出，進入了智能化、電子自動化的時代。這種機電一體化是建立在智能化控制系統基礎上的工業生產流速的改進，將原有的人工化的加工過程交給了“無人”生產線，并利用計算機的強大計算能力，以網絡信息傳遞和集成化的電子終端實現了動態化的控制，以此形成了一種新型的機電一體化的系統，即自動化的生產線。

高速公路的建設是一項復雜工程，而高速公路的最突出特點就是作業的強度大、環境影響大、人為因素對質量影響大等。而機電一體化的發展使得流程化的作業技術推廣到了工程機械上，利用機電一體化的技術移植，將多種作業功能不同設備組合在一起，從而構建公路施工的移動的“流水線”，這也是機電一體化在工程施工方面的重要貢獻。

2 高速公路中的機電一體化

高速公路工程中的機電一體化實現的主要方式就是利用工程機械制造和電子控制系統相融合的思路，打造可在施工中自行作業、自行檢測的智能化施工機械。從某個方面看，高速公路的機電一體化更像是對工程機械的自動化改造，并將某個施工工藝結合在一起，使之利用一組工程機械完成某些施工工藝。因此，高速公路的機電一體化技術的應用就是將工程機械的控制由原來的人工操作改為自動化控制，如給料、高度調整、鋪設質量檢測等都由計算機控制的終端設備進行自動化智能控制，這也是機電一體化對公路施工的最大貢獻。同時隨著控制模塊、微處理器技術的提高，尤其是一些工程機械的控制方式的電子化智能化轉變，推動了機電一體化在工程作業機械中的結合，使之成為適應公路施工的自動化，智能化機械，以此實現了施工的機電一體化。下面就施工機械機電一體化的應用作簡要介紹:

1)電子控制系統實現機械自檢。機電一體化的一個突出優勢就是可以實現機械設備的自我檢測，這就給工程機械的運行帶來動態化的監控模式，并以此實現對工程機械的合理操作，提前發現問題并予以解決。突出的功能就是在設備運行中對設備的發動機、傳動系統、液壓系統、電子系統等進行全面的動態化監控，這里要的是電子技術中數據傳感的原理，這也是機電一體化在工程機械中應用的最佳實例。這個監控系統由監控和信息處理、報警系統組成，一旦工程機械在作業中發生機械性工作或者工作異常就會向控制人員發出警報，并指明故障位置，幫助檢修人員進行核實和調整，避免更大的事故出現而影響施工作業。

2)機電一體化的應用提高了作業的精度。隨著高速公路的等級不斷提高，對質量的要求也不斷提高，因此一些施工工藝在人為的操作下很難滿足設計的高標準，而利用儀器反復檢測也相當的耗費人力和物力，因此需要一種技術提高作業的精度，還可以隨時檢測問題。這時機電一體化就成功的解決了這樣的問題，首先，機電一體技術可以設定機械的作業模式，而且這種模式一旦確定，在各自機械的配合下，就會形成一個固定的作業順序和標準，而且不會輕易的發生變化，這樣保證了公路施工的精確性。同時由于機械自動作業可以同參數的調整提高施工精度，這種精度的設定是可以看見的，因此可以實現高精度持續作業。這是機電一體化為公路施工作出的一個重要貢獻。

另外，在施工中利用傳感器與電子控制技術的結合，可以在施工的同時對施工的成果進行及時的檢測，這樣既可以確保施工成果的質量，而且一旦出現問題也可以就地解決，而無需等待后期檢測的結果出來后再進行補救，提高了施工的效率。

3)機電一體化可以降低工程施工的能源消耗。傳統的工程機械在使用中往往是通過人的操作來調整工作的輸出功率，而這種調整是粗獷性的調整，就簡單的換擋或者轉速變化，可以選擇的變換工況很少，這樣就制約了對能源消耗的控制。在這樣的基礎上，一些機械生產廠商利用電子控制技術有效的降低了挖掘機的工作效率，使其工作中的燃油使用效率提高了一倍還多，所以機電一體化對降低能源消耗和提高工作效率是行之有效的。

4)機電一體化可實現施工的自動化。機電一體化在工程中的應用不僅僅局限在對某種機械的改造和工藝精度的提高上，而是向著某一施工工藝的自動化作業方向發展。即利用一臺機械的電子化控制來實現對一組機械的電子化控制，并使得這一組機械有機的結合起來，來完成某些施工作業，類似鐵路自動化鋪裝設備的組合型機械設備也逐步出現在公路施工中，這就使機電一體化給公路工程帶來更多的幫助。同時在遠程控制技術的完善和幫助下，機電一體化還可以實現遠程作業，這對公路隧道建設中危險工段的作業無疑有著巨大的現實意義。

3 機電一體化技術在公路施工中的應用前景

1)系統的智能化程度將提高。智能化控制是機電一體化發展目標，即利用電子技術和機械控制技術實現 機械的智能化的運行。所謂智能化就是機械可以在不同的情況下利用預先設計好的工況分析系統對當前的工況進行評估，并作出簡單的運行模式的變化，這就是智能化的基本需求。而隨著模擬智能、模糊數學、計算機技術、傳感技術等學科的發展和結合，將推動機電一體化向智能化邁進，最終是對機械設備的智能化改造，并使之在施工中利用簡單的運行動作調整適應復雜工況作業。

2)模塊化作業。機電一體化在工程中的應用前景廣闊還包括了其控制和操作模式的簡化，即智能模塊化控制的實現。這種模塊化的操作和實施就是利用某些固定的程序化模塊與特定機械設備組合相配合，以此進行特定工況下的作業，如:鋪設瀝青的工序采用聯合瀝青攤鋪設備，在模塊化控制的情況下，可根據不同的工程需求對攤鋪設備進行模式設定，即在某個工段采用固定的速度、作業形式等。這樣在該路段就可進行無干擾的作業，同時在自動檢測系統的輔助下，可以將施工過程完全交給機械來完成。

3)對環保的貢獻將不可估量。前面提到了利用機電一體化可以降低工程機械的能耗，在未來的機電一體發展中將進一步提高其對節能環保的貢獻。機械的高度智能化將帶來機械的多功能化，即利用較少數量的智能化施工機械就可以完成大量的工程量，這無疑是對資源的最大節約。同時高效的機械作業也減少了對環境的破壞，如減少機械存放的場地、減少人員生活對環境的影響等。

4 結語

本文對機電一體化以及其應用前景和機電一體化技術在公路工程方面的應用加以分析，簡要的介紹了高速公路工程機電一體化的運用。

［1］殷際英.光機電一體化實用技術［M］.北京:化學工業出版社，2003.

［2］芮延年.機電一體化系統設計［M］.北京:機械工業出版社，2004.