機電一體化在機械工程中的應用淺析

張相宏

(秦皇島市首鋼長白機械有限公司，河北 撫寧 066311)

隨著科學技術的不斷發展及對產品性能要求的不斷提高，電子控制系統在工程機械中所占的比重將會越采越大，其功能將會越采越強，應用范圍也將越來越廣，而其復雜程度也隨之提高，這樣就對使用與維修人員提出了更高的要求。

機電一體化技術從70年代中期開始在國外工程機械上得到應用。80年代以微電子技術為核心的高新技術的興起，推動了工程機械制造技術的迅速發展，特別是隨著微型計算機及微處理技術、傳感與檢測技術、信息處理技術等的發展及其在工程機械上的應用，從根本上改變了工程機械的面貌，極大促進了產品性能的提高，使工程機械進入了一個全新的發展階段。以微機或微處理器為核心的電子控制系統目前在國外工程機械上的應用已相當普及，并已成高性能工程機械不可缺少的組成部分。工程機械的機電一體化和智能化將是今后的發展方向。

1 目前工程機械的電子(微機)控制系統主要功能

(1)電子監控、自動報警及故障自診。即對工程機械的發動機、傳動系統、工作裝置、制動系統和液壓系統等的運行狀態監控，工作中一旦出現異常現象，能動報警并準確地指出故障的部位，從而改善駕駛員的工作條件，提高機器的工作效率，簡化設備維護檢查工作，降低使用維修費用，縮短停機維修時間，延長設備的使用壽命。

(2)節能降耗，提高生產率。傳統工程機械的能量利用率較低，例如液壓挖掘機的燃汕能量利用率僅為20%左右，如此低的能量利用率迫使工程機械的發展必須著眼于節能。日本小松公司挖掘機所采用的新型節能控制器(OLLS系統)，具有良好的節能效果，燃汕可節省23%；日本日立公司挖掘機節能控制系統采用了卡特電子效率控制系統，通過對發動機和泵的綜合控制，使功率的利用率可達98%，同時生產率也大大提高。

(3)柴油機的控制。如電子調速器、電子油門控制裝置、自動停機裝置、自動升溫控制裝置等。

(4)提高作業精度。為保證成品料的級配精度，現代瀝青及水泥混凝土拌和設備廣泛采用了微機控制的電子稱量系統，并使計量過程實現了自動化。自動找平系統的應用，使瀝青混凝土攤鋪機的施工質量有了較大的提高，路面的平整度可達到0.127m/3m。采用超聲波技術的自動供料系統，使瀝青混凝土攤鋪機的供料實現了自動調節，進一步提高了攤鋪質量。推土機鏟刀、平地機刮刀、鏟運機鏟斗刀刃的電子(微機)控制，不僅提高了作業精度和作業效率，而且也減輕了操作人員的勞動強度。

(5)作業過程的自動化或半自動化。工程機械實現自動化或半自動化控制，可以減輕操作者的勞動強度，提高生產率，并減少因操作者的經驗不足，對作業精度的影響。例如，日本三菱公司的挖掘機設有挖掘軌跡控制系統，操作者在控制板上設定耗鏟斗運動軌跡的形狀后，微機控制系統能夠根據各種角度傳感器的信號，自動控制動臂、斗桿和鏟刀的運動，實現各種特定形狀和斷面溝槽，斜面的精確挖掘，使挖掘作業實現了自動化。

(6)其他應用。一些國外生產的推土機、裝載機、鏟運機等采用了電子控制的自動變速器，其能夠根據外負荷的變化情況自動改變傳動系的傳動比，這不僅充分利用了發．動機功率，提高了燃油經濟性，而且也簡化了操作，降低了勞動強度。為有效地防止翻車和斷臂事故，提高作業的安全性，現代起重機上廣泛地采用了電子(微機)控制的力矩限制器。為實現無人駕駛，使工程機械能在危險地帶或人無法接近的地點進行作業，某些國外工程機械上設置了無線遙控裝置。

電子系統的可靠性是現代工程機械非常重要的一項性能指標。由于工程機械一般露天作業，其直接受到烈日的暴曬、雨霧、強風、塵埃等的侵襲，此外還受到強烈的振動和沖擊以及各種電、磁等的干擾，工作環境非常惡劣，因此電子控制系統應能在-40℃~80℃的環境溫度下可靠、穩定地工作；抗老化，具有較長的使用壽命；密封性能好，能防止水分和污物的侵入；較好耐沖擊和抗振性能；較強的抗干擾能力，系統能在各種干擾下可靠地工作。

工程機械種類繁多，因此各種機型所配備的電器與控制裝置(系統)的組成，數量及復雜程度等也差別較大。各種自行式工程機械(即靠自身的動力行駛的機械，如壓路機、推土機、攤鋪機等)，所配備的電器與控制裝置基本上可分為車輛電氣設備與電氣、電子(微機)控制裝置兩大類。

2 車輛電氣設備

這是各種自行式機械應配備的最基本的電器，通常包括以下部分：①電源包括蓄電池、發電機及其調節器。②起動機用于起動發動機。③點火系用于汽油機，功能是產生電火花，點燃氣缸中的可燃混合氣。④照明及信號設備包括各種照明和信號燈以及電喇叭、蜂鳴器等，用以保證行駛和施工的人機安全。⑤儀表包括燃油表、機油壓力表、水溫表、發動機轉速表等，用來監視發動機和其他裝置的工作情況。

3 電氣、電子(微機)控制裝置

用于實現各種控制功能。例如，攤鋪機的自動找平裝置及供料自控裝置；電控的電子功率優化系統；裝載機、鏟運機變速器的電子控制裝置等。

4 結語

綜上所述，機電一體化技術在工程機械中的應用將越來越廣泛，地位也越來越重要，設備使用和管理“以人為本”的原則也說明，作為工程施工中工程機械的使用、維修和管理人員應盡快了解和掌握這門技術，更好地融入科技含量越來越加深厚的現代工程施工中。

[1]王軍.談機電一體化在工程機械中的應用[J].黑龍江科技信息，2009，(10).

[2]許海濤.論機電一體化的現狀及發展趨勢[J].China's Foreign Trade，2010，(24).