機電一體化在工程機械中的應用

劉奇

摘要：本文探討了機電一體化技術(shù)，對機電一體化技術(shù)在工程機械中的應用進行研究分析，尤其是在挖掘機、裝載機等典型施工機械，希望能能夠引起工程企業(yè)的重視。

關(guān)鍵詞：機電一體化；工程機械；應用分析

中圖分類號：TH-39 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）08-0077-02

自20世紀70年代開始，機電一體化技術(shù)在國外投產(chǎn)應用，時間進入80年代后，微電子技術(shù)的成熟應用更是讓機電一體化技術(shù)推向了發(fā)展快車道。工程施工機械引入機電一體化，將電子控制技術(shù)和機械技術(shù)進行有機結(jié)合，促進工程施工機械性能（可靠性、動力性、安全性、精度、經(jīng)濟性以及操作舒適性）的提高[1]。

1 機電一體化

機電一體化技術(shù)將機械技術(shù)、計算機科學技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、信息處理技術(shù)、自動控制技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)、電工電子技術(shù)等多種技術(shù)有機結(jié)合，綜合利用，可以說現(xiàn)代化的自動生產(chǎn)設(shè)備都不同程度利用了機電一體化的相關(guān)的技術(shù)。

1.1 機械技術(shù)

機械技術(shù)是機電一體化的基礎(chǔ)，更是其他各項技術(shù)概念實現(xiàn)的載體，以往的機械技術(shù)無論是在結(jié)構(gòu)、材料還是性能上都不能滿足當前機電一體化發(fā)展的需要，因此機械方面的技術(shù)需要緊隨發(fā)展潮流，保證相關(guān)理論迭代更新的及時性，可以從結(jié)構(gòu)、材料、性能等角度進行變更，借助計算機輔助技術(shù)、人工智能等先進的技術(shù)理念，滿足體積變小、精度提高、性能改善、剛度更強等發(fā)展趨勢。

1.2 計算機與信息技術(shù)

計算機與信息技術(shù)為實現(xiàn)機電一體化提供了“思維大腦”，利用計算機與信息技術(shù)，機械設(shè)備不再是執(zhí)行工作，而是在信息傳遞、運算、處理等的基礎(chǔ)上，保證機械設(shè)備可以自動化、智能化的運行。

1.3 傳感檢測技術(shù)

當今的傳感檢測技術(shù)日趨發(fā)達，在機電一體化中，傳感檢測技術(shù)扮演了感受器官的角色，基于日益強大的傳感檢測技術(shù)，機械設(shè)備實現(xiàn)了自我檢測、自我調(diào)節(jié)、自我控制。傳感檢測技術(shù)水平的高低直接反映了機械自動化程度的高低，兩者可以說是成正比的。現(xiàn)代工程要求傳感器能快速、精確地獲取信息，并且能夠在嚴酷惡劣的環(huán)境中正常工作，例如在高溫、高濕、海水浸泡等惡劣環(huán)境，可以說傳感檢測技術(shù)是檢驗機電一體化系統(tǒng)是否達到高水平的重要參數(shù)。

1.4 自動控制技術(shù)

自動控制技術(shù)范圍很廣，包括如速度控制、進程控制、自我調(diào)整（自糾錯、自動校正、自動報警等）高精度定位控制等技術(shù)，自動控制技術(shù)從控制方式上將分為兩種，分別是閉環(huán)控制與開環(huán)控制，其中閉環(huán)控制是指有反饋的控制技術(shù)，開環(huán)控制技術(shù)主要是指按照事先確定好的程序，依次發(fā)出信號去控制對象。

1.5 系統(tǒng)技術(shù)

機電一體化是將上述技術(shù)有機融合，綜合使用，而不是簡單的堆積，因此這就涉及到系統(tǒng)技術(shù)，在設(shè)計規(guī)劃階段就要從全局角度和系統(tǒng)目標出發(fā)，利用整體的概念科學組織應用各種相關(guān)技術(shù)，每個功能單元并不是獨立的，而是互相緊密相連的，其中，接口技術(shù)是系統(tǒng)技術(shù)的關(guān)鍵，保證了各個功能單元的高匹配性。

2 機電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢

2.1 綠色化趨勢

當前國家提出可持續(xù)化發(fā)展戰(zhàn)略，改變以往的高能耗、高污染的使用現(xiàn)狀，因此機電一體化技術(shù)必須按照國家發(fā)展要求，朝著綠色節(jié)能的方向發(fā)展，降低環(huán)境污染，例如促使企業(yè)使用更加清潔的能源，機械排放的尾氣、噪音改善等；同時提高機械產(chǎn)品的可回收性等。

2.2 智能化趨勢

計算機與信息技術(shù)將促使機電一體化朝著智能化的發(fā)展方向邁進。從設(shè)備運行、控制、調(diào)整、反饋等多個環(huán)節(jié)實現(xiàn)智能化控制。

2.3 個性化趨勢

隨著社會經(jīng)濟發(fā)展，消費者對于產(chǎn)品的需要不斷提升，不同消費者對產(chǎn)品的需求各不相同，尤其是現(xiàn)階段高度信息化時代，例如數(shù)控車床就是根據(jù)使用人員要求進行個性化定制，因此機電一體化的產(chǎn)品如果想要順應時代潮流發(fā)展，就必要改變以往產(chǎn)品“一刀切”的情況，轉(zhuǎn)而向個性化發(fā)展，機電一體化技術(shù)在這個過程中也應該順應這種趨勢。

2.4 網(wǎng)絡(luò)化趨勢

當前已進入物聯(lián)網(wǎng)時代，網(wǎng)絡(luò)化也是機電一體化的發(fā)展趨勢，例如將機械所用到的各類檢測設(shè)備以及精密儀器聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)設(shè)的遠程監(jiān)控，這樣可以大大降低人力資源成本，提高工作效率，同時監(jiān)控設(shè)備可以與應急控制設(shè)備相連，保證設(shè)備運行安全。

2.5 集約化的發(fā)展趨勢

正如電腦的發(fā)展一樣，晶體管、集成電路的誕生將電腦又龐然大物發(fā)展成為便攜式的筆記本，同樣機電一體化也是如此，例如傳感器的信息采集、傳遞就要實現(xiàn)集約化發(fā)展，舉個例子，在瀝青攤鋪機上充分應用傳感技術(shù)，首先是攤鋪機可以自動找平，保證路面的平整度，其次是能夠保證攤鋪機在工作過程中勻速前進，一舉兩得，集約化的發(fā)展趨勢在其余方面也是如此。

3 機電一體化在工程機械中的具體應用

3.1 應用電子控制系統(tǒng)提高施工精度

在工程機械施工過程中，精度問題直接關(guān)乎施工質(zhì)量好壞，因此高精度施工是現(xiàn)代工程機械的基本要求，目前在電子控制在挖掘機等工程機械中廣泛應用，通過設(shè)置相關(guān)參數(shù)，電子控制技術(shù)可自行按照參數(shù)指令設(shè)定運行機械設(shè)備，保證工程機械在施工過程中運行行程、稱量數(shù)據(jù)等更加精確；有些操作需要必須要依靠人工的，也可以由電子控制系統(tǒng)提前設(shè)計動作路徑，操作人員只需要按照提示進行操作即可，上述兩種方式不但提高了施工進度，還解放了勞動力，減少了人力資源成本為工程施工的現(xiàn)代化提供不斷的動力源。舉個具體的實例，例如利用GPS的定位功能與激光、超聲波等技術(shù)結(jié)合在一起，對軟件進行界面的控制，可以將工程施工機械的圖像呈現(xiàn)在系統(tǒng)的儀表中，便于施工人員進行操作，這樣技術(shù)的精度非常高，可以達到厘米[2]。在進行施工時，操作人員只需要嚴格按照界面上的步驟操作即可，我們知道一些挖掘作業(yè)環(huán)境較差，工況復雜惡劣，電子控制系統(tǒng)的介入大大可以增強作業(yè)的精度。

3.2 監(jiān)控反饋系統(tǒng)應用

現(xiàn)代工程機械通過設(shè)置監(jiān)控反饋系統(tǒng)，能對工程機械的各個模塊進行實時的動態(tài)監(jiān)控，如果各個模塊出現(xiàn)了工作故障，監(jiān)控系統(tǒng)就會發(fā)出報警信號，提醒操作人員及周邊工作人員，如果出現(xiàn)嚴重的安全故障，部分機械的“急?！笨刂苹虬踩?lián)動裝置就會動作，暫停機械的運轉(zhuǎn)，甚至有一些先進的機電一體化系統(tǒng)還可以對設(shè)備的故障判斷識別，告訴提醒維修人員可能出現(xiàn)故障的地方，一些簡單的故障甚至可以實現(xiàn)自行修復，實現(xiàn)了實時維修的可能，這樣就可以保證機械長期高效運轉(zhuǎn)，避免因為工程機械的設(shè)備故障問題影響工程進度。

3.3 運用機電一體化技術(shù)提高工程機械的節(jié)能性

工程機械都是高能耗的，在高能耗的背后既有因?qū)嶋H工作需要而產(chǎn)生的有用功，但是也有很大一部分是無用功，因為不良操作習慣，工程機械時常處在超載運行、低功率運行的狀態(tài)，從而白白浪費燃料，但是如果合理利用機電一體化技術(shù)中的電工電子相關(guān)技術(shù)，就可以有效解決此類問題，可以設(shè)置電子控制系統(tǒng)，對作業(yè)過程中的工程機械的功率進行實時檢測調(diào)整，保證機械在正常荷載和功率下運行，這就起到了節(jié)能的作用。

4 結(jié)語

機電一體化技術(shù)在工程機械中得到了廣泛的應用，也起到了非常好的效果，未來機電一體化技術(shù)將擁有更加廣闊的發(fā)展前景，朝著智能化、個性化、網(wǎng)絡(luò)化、集約化、綠色化的方向發(fā)展，為人類社會進步奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

參考文獻

[1]彭旺殷.試析工程施工機械機電一體化[J].低碳世界，2016，（16）：236-238.

[2]那鳳華.工程施工機械中的機電一體化探討[J].中華民居（下旬刊），2014，（7）：161-162.