芻議機(jī)電液一體化在工程機(jī)械中的應(yīng)用

魯鑫康

摘 要：在各種高新技術(shù)的推動下，機(jī)電液一體化迅速興起并得到了廣泛使用。首先對機(jī)電液一體化的定義，以及在國內(nèi)外的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，然后預(yù)測了該技術(shù)在國內(nèi)的未來發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：機(jī)電液一體化 工程機(jī)械 高壓化 節(jié)能

中圖分類號：TP271 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）08（c）-0086-01

機(jī)械在人類生產(chǎn)活動中的應(yīng)用，使得勞動量大大減少，同時提高了生產(chǎn)效率。隨著機(jī)械設(shè)備的更新及相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)械在各項工程中的作用日益突出。現(xiàn)代化工程較為復(fù)雜，對機(jī)械性能提出了新的要求，如質(zhì)量合格、安全穩(wěn)定、環(huán)保經(jīng)濟(jì)、實現(xiàn)自動化能夠自動監(jiān)測故障并加以診斷等。為滿足新形勢要求，工程機(jī)械必須積極引進(jìn)機(jī)電液一體化技術(shù)。

1 機(jī)電液一體化及其應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 定義特點

機(jī)械除了主功能，多數(shù)還具備控制功能、液壓功能以及信息功能、動力功能等，將微電子技術(shù)應(yīng)用到這些功能中去，使得電子裝置和機(jī)械裝置有機(jī)結(jié)合，進(jìn)而形成的系統(tǒng)即為機(jī)電液一體化。包括傳動、導(dǎo)向和執(zhí)行三大機(jī)構(gòu)，具有智能化、網(wǎng)絡(luò)化、人性化、微型化、模塊化以及綠色化等優(yōu)勢，所以要求機(jī)械的制造精度要高、穩(wěn)定性要好，且還應(yīng)具備較好的動態(tài)響應(yīng)特性。典型的機(jī)電液一體化系統(tǒng)由機(jī)械本體、控制模塊、信息處理模塊、驅(qū)動模塊及檢測模塊等構(gòu)成。

1.2 國外應(yīng)用現(xiàn)狀

從國外現(xiàn)狀來看，機(jī)電液一體化在工程機(jī)械中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）變量泵控制。在機(jī)械作業(yè)較為復(fù)雜時，需對排量進(jìn)行有效調(diào)節(jié)。如借助壓力感應(yīng)控制使發(fā)動機(jī)的功率得到充分利用。若變量泵僅有排量一個被控對象，而控制方式有多種，則變量泵具有不同的輸出特性；（2）電液比例控制。液壓參數(shù)依靠電信號傳遞，系統(tǒng)響應(yīng)速度加快，且機(jī)械動力系統(tǒng)控制更具靈活性，使用更為方便。在當(dāng)前技術(shù)的推動下，電液比例控制將朝著智能化方向邁進(jìn)，屆時可通過計算機(jī)對液壓系統(tǒng)以及其他參數(shù)進(jìn)行自動檢測，在此基礎(chǔ)上有效控制機(jī)械的動力系統(tǒng)；（3）發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速控制。如柴油機(jī)使用電噴控制技術(shù)，使得循環(huán)供油量及噴油前角不再受轉(zhuǎn)速限制，可始終處于保持在最佳作業(yè)狀態(tài)；（4）自動診斷故障控制。隨著現(xiàn)代化工程的發(fā)展，機(jī)電液一體化的應(yīng)用逐漸增多，如德國寶馬公司研制的自動滑轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)，安裝有該系統(tǒng)的壓路機(jī)可爬行68%的陡坡，利用提示燈等元件可減少錯誤操作的發(fā)生率。此外，通過座椅上的開關(guān)還能夠?qū)崿F(xiàn)牽引及行駛液壓回路之間的轉(zhuǎn)換。

1.3 國內(nèi)的應(yīng)用現(xiàn)狀

同樣以壓路機(jī)為例，國內(nèi)在此方面也取得了一定的成就，如完成了對關(guān)鍵參數(shù)的有效監(jiān)控，而且形成了自己的控制體系；安裝維護(hù)較為簡單，抗干擾能力較強(qiáng)。然而與國外相比，顯然還有很大差距，且其自身尚存在很多不足。如線束過多，各個功能單元要想實現(xiàn)復(fù)合控制具有一定的難度，傳感器資源利用率較低；監(jiān)控信息逐漸多量化，警報燈和儀表等難以布置，以至于其他自動控制功能也未能夠進(jìn)一步擴(kuò)充。

在這些問題中，人為因素占了很大比例。有關(guān)調(diào)查結(jié)果顯示，壓路機(jī)機(jī)械技術(shù)當(dāng)前的難點集中在對操縱和控制系統(tǒng)的改進(jìn)上。所以引進(jìn)的電子技術(shù)、電液傳感技術(shù)等必須具備較強(qiáng)的信息處理能力和較高的控制性能。在傳統(tǒng)的負(fù)荷傳感和極限功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)中引進(jìn)電子傳感元件和執(zhí)行回路，使液壓系統(tǒng)的調(diào)節(jié)品質(zhì)和功能具有明顯的改進(jìn)。

2 國內(nèi)工程機(jī)械機(jī)電液一體化的發(fā)展趨勢

2.1 朝高壓化方向邁進(jìn)

就液態(tài)系統(tǒng)來說，大型及特大型的工程機(jī)械在近些年迅速發(fā)展，尤其是礦山機(jī)械的應(yīng)用，使得液態(tài)系統(tǒng)的力矩和功率大幅增加。因此，液態(tài)系統(tǒng)應(yīng)在現(xiàn)代化社會應(yīng)朝著高壓化方向邁進(jìn)。從現(xiàn)狀來看，人機(jī)安全、元件壽命等諸多因素都對此有所阻礙。如隨著系統(tǒng)壓力的增加，人機(jī)安全風(fēng)險也會有所增大；壓力越大，泄漏越大，進(jìn)而使工作面積有所減小；在高壓環(huán)境下，系統(tǒng)內(nèi)的腐蝕物質(zhì)會出現(xiàn)嚴(yán)重磨損的狀況。

2.2 節(jié)能型方向

當(dāng)前社會對節(jié)能非常重視，可持續(xù)發(fā)展是時代的主體，機(jī)電液一體化必然要遵循這一大的方向。為達(dá)到節(jié)能效果，可利用電噴發(fā)動機(jī)對燃油和功率進(jìn)行自動控制。通常來說，節(jié)能增效應(yīng)同時實現(xiàn)，所以還應(yīng)積極研制新型材料，不斷提高零部件的裝配工藝，以實現(xiàn)增效的目的。

2.3 高速微處理器、敏感元件及傳感器的應(yīng)用

對一些通用機(jī)械而言，按照施工要求也應(yīng)實現(xiàn)多功能化和智能化，所以對其數(shù)據(jù)處理能力有著嚴(yán)格要求。為實現(xiàn)這一要求，可引進(jìn)高速微處理器、敏感元件及傳感器等設(shè)備，同時還能提高整機(jī)的動態(tài)性能，加快響應(yīng)速度，使得通用機(jī)械在突發(fā)事故中也能及時做出正確反應(yīng)。

2.4 電流變流體技術(shù)

電流變流體在自由狀態(tài)下是可以自由流動的混懸液體，若處于電場作用下，很快便會固定化，且固化度與電場強(qiáng)度成正比。這一特性促使得其在液壓系統(tǒng)中可發(fā)揮重大作用，因?qū)﹄娦盘栍绊戄^為快速，在1ms內(nèi)可實現(xiàn)狀態(tài)變化，且還采用PWM控制，有利于降低能量消耗，簡化設(shè)計，延長其使用壽命。該技術(shù)代表著液態(tài)技術(shù)發(fā)展的未來。

3 結(jié)語

機(jī)械在各類工程中的作用不言而喻，隨著工程生產(chǎn)或建設(shè)復(fù)雜性的增加，對機(jī)械及其相關(guān)技術(shù)提出了更高的要求。機(jī)電液一體化技術(shù)的應(yīng)用是時代的要求，對工程機(jī)械的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保諸多方面具有重大影響，是工程機(jī)械未來發(fā)展的主要方向。

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