機(jī)電一體化技術(shù)在現(xiàn)代工程機(jī)械中的應(yīng)用

劉 旭

(山推工程機(jī)械股份有限公司工程機(jī)械研究院，山東 濟(jì)寧 272000)

機(jī)電一體化技術(shù)包括電子技術(shù)、信息技術(shù)以及機(jī)械技術(shù)等，它是由多種相關(guān)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)交叉與融合構(gòu)成的綜合性技術(shù)。近年來，隨著我國現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和綜合國力的迅速提高，機(jī)電一體化技術(shù)在工程機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域占據(jù)了重要地位，并經(jīng)過不斷創(chuàng)新和應(yīng)用實踐已趨于成熟。

1 機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要內(nèi)容

機(jī)電一體化技術(shù)與傳統(tǒng)的機(jī)械技術(shù)不同，機(jī)電一體化技術(shù)是微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、光學(xué)技術(shù)與機(jī)械技術(shù)的相互交叉與融合，在信息處理、自動控制等方面逐步向著智能化的方向發(fā)展。借助軟件編程技術(shù)可實現(xiàn)機(jī)械化與智能化的有機(jī)結(jié)合，形成高效的機(jī)電一體化系統(tǒng)。機(jī)電一體化系統(tǒng)主要由機(jī)械本體部分、動力驅(qū)動部分、測試傳感部分、控制及信息處理部分和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。系統(tǒng)各組成部分之間有著密切的邏輯關(guān)聯(lián)，能有序?qū)崿F(xiàn)能量變換以及運(yùn)動傳遞等。該系統(tǒng)突出了多種技術(shù)的集成以及多種功能的協(xié)調(diào)，不是機(jī)械部件的簡單堆積與拼湊。機(jī)電一體化系統(tǒng)涵蓋了多種現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，具有多元技術(shù)集成、跨學(xué)科融合等特點(diǎn)。在現(xiàn)代工程機(jī)械中應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，可有效實現(xiàn)智能化的信息處理。

在工程機(jī)械領(lǐng)域中，采用的動力源多數(shù)為內(nèi)燃機(jī)，主要機(jī)構(gòu)包括行走、操縱、動力等部分。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，很多單位在研發(fā)、設(shè)計、制造工程機(jī)械的過程中陸續(xù)引進(jìn)了智能化技術(shù)，如機(jī)電傳動控制、無線遙控以及仿行控制等多種智能控制技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，推動了工程機(jī)械自動化的快速發(fā)展，大大提升了工程機(jī)械行業(yè)的整體現(xiàn)代化水平。

2 機(jī)電一體化技術(shù)在現(xiàn)代工程機(jī)械中的有效應(yīng)用

隨著科技不斷進(jìn)步，機(jī)電一體化技術(shù)也在不斷創(chuàng)新的過程中得到快速發(fā)展。對機(jī)電一體化技術(shù)在現(xiàn)代工程機(jī)械中常見的應(yīng)用進(jìn)行有針對性的闡述，期望能為相關(guān)工程機(jī)械企業(yè)提供一定的參考。

2.1 信號處理I/O接口技術(shù)

現(xiàn)代工程機(jī)械設(shè)備的指令信號越來越復(fù)雜，對處理指令信號的速度和精度的要求也越來越高。在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用微處理器及I/O接口技術(shù)，可以實現(xiàn)對指令信號的高效處理。首先通過傳感器檢測得到多種信號，然后通過微處理器對接收到的信號進(jìn)行判斷與分析，最后得到需執(zhí)行的綜合控制指令。在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用微處理器及I/O接口技術(shù)，還可實現(xiàn)自動化診斷功能。在基于I/O接口技術(shù)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)信息優(yōu)化，并通過系統(tǒng)所顯示的信息完成人機(jī)交互的傳輸應(yīng)答過程。在機(jī)械設(shè)備中使用單片機(jī)，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理等多個重要環(huán)節(jié)的自動化。通過對電平轉(zhuǎn)換電子線路以及接收信號的轉(zhuǎn)換進(jìn)行改進(jìn)，完成I/O接口電路的構(gòu)建[1]。

2.2 工程機(jī)械故障診斷技術(shù)

在工程機(jī)械實際工作過程中，難免會出現(xiàn)各類因操作失誤而引發(fā)的故障。在現(xiàn)代工程機(jī)械中應(yīng)用機(jī)電一體化系統(tǒng)中的安全容錯裝置，可在一定程度上規(guī)避發(fā)生上述故障的風(fēng)險。在工程機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用故障診斷技術(shù)，需要用到多種高新技術(shù)儀器，如紅外線分光光度儀、金屬微粒含量分析儀器等。應(yīng)用故障診斷技術(shù)，能及時發(fā)現(xiàn)工程機(jī)械設(shè)備在工作過程中的異常情況，并依據(jù)特定算法做出具體判斷，第一時間發(fā)出故障報警。應(yīng)用故障診斷技術(shù)，能有效避免設(shè)備“帶病工作”，降低發(fā)生安全事故的幾率。

2.3 傳感器檢測技術(shù)

在工程機(jī)械設(shè)備中應(yīng)用傳感器檢測技術(shù)，可以將非電量信號轉(zhuǎn)換為有效電量信號，實現(xiàn)良好的數(shù)據(jù)收集與控制功能。應(yīng)用傳感器檢測技術(shù)可以提高工程機(jī)械設(shè)備的整體性能。由于工程機(jī)械的作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，因此對傳感器的耐磨性以及密封性要求較高。在現(xiàn)代工程機(jī)械中，應(yīng)根據(jù)環(huán)境溫度將傳感器的工作溫度設(shè)置在50～120℃范圍內(nèi)，且上、下限的波動幅度要小于5%。還可以通過應(yīng)用先進(jìn)的固態(tài)傳感器實現(xiàn)溫度補(bǔ)償功能，使工程機(jī)械時刻處于最佳工作狀態(tài)。

3 機(jī)電一體化技術(shù)在現(xiàn)代工程機(jī)械中的應(yīng)用效果

在現(xiàn)代工程機(jī)械中應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，不僅可以保障機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行，還可以改善機(jī)械設(shè)備的相關(guān)性能，進(jìn)而提高工程機(jī)械設(shè)備的工作效率。

3.1 工程機(jī)械作業(yè)質(zhì)量與精度有所提高

機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用在現(xiàn)代工程機(jī)械中，可以大幅提升設(shè)備的操作性能，彌補(bǔ)傳統(tǒng)工程機(jī)械無法實現(xiàn)自動微調(diào)操作的不足。例如，推土機(jī)的激光自動整平、自動變速換擋作業(yè)等。應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，可以提升推土機(jī)在進(jìn)行大面積作業(yè)時的精準(zhǔn)度，降低操作人員的操作難度，甚至可以通過遠(yuǎn)程操控來降低在危險區(qū)域施工作業(yè)的人員的安全風(fēng)險[2]。

3.2 工程機(jī)械作業(yè)節(jié)能效率有所提高

將機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用在現(xiàn)代工程機(jī)械中，可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)工程機(jī)械液壓傳動模式的不足，通過自動控制液壓傳動負(fù)荷、優(yōu)化發(fā)動機(jī)的輸出功率并對工程機(jī)械液壓載荷進(jìn)行科學(xué)合理的分配，滿足各種復(fù)雜的操作需求。以現(xiàn)代工程機(jī)械中的發(fā)動機(jī)為例，應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，可以根據(jù)工程機(jī)械設(shè)備的溫度變化自動控制操作，通過保障發(fā)動機(jī)良好的熱效率指標(biāo)實現(xiàn)工程機(jī)械的節(jié)能目標(biāo)。在現(xiàn)代工程機(jī)械設(shè)備中安裝電子燃油控制系統(tǒng)，可以降低液壓節(jié)能系統(tǒng)的損耗，大大提高工程機(jī)械設(shè)備的使用壽命。李靜君[3]試驗證明，在工程機(jī)械設(shè)備中安裝電子燃油控制系統(tǒng)，對降低發(fā)動機(jī)的燃油消耗率、延長工程機(jī)械設(shè)備的使用壽命具有明顯效果。

3.3 完善現(xiàn)代工程機(jī)械的監(jiān)控功能

由于工程機(jī)械設(shè)備尺寸一般都較大，所以在工程機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障時，檢查維修起來十分困難，且維修耗時很長，往往會造成巨量的經(jīng)濟(jì)損失。通過完善現(xiàn)代工程機(jī)械的監(jiān)控功能，可以在設(shè)備工作異常時自動發(fā)出警報信號，幫助工作人員迅速判明故障位置并及時采取措施，既能避免引發(fā)其他相關(guān)設(shè)備的故障，又能縮短維修時間、降低維修成本，充分體現(xiàn)了 CNC集成技術(shù)的價值。

3.4 提升現(xiàn)代工程機(jī)械的自動化和智能化水平

在現(xiàn)代工程機(jī)械中應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，配置自動化、智能化系統(tǒng)，不僅可以有效降低相關(guān)的勞動力成本，還可以大大提升工程機(jī)械的作業(yè)效率。例如，給推土機(jī)配置自動化、智能化系統(tǒng)，可以實現(xiàn)推土機(jī)的自動運(yùn)行或半自動運(yùn)行。工作人員只需對實際操作進(jìn)行規(guī)劃，推土機(jī)可自動完成作業(yè)，降低了操作人員的工作強(qiáng)度。創(chuàng)新應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，可有效提升現(xiàn)代工程機(jī)械設(shè)備的作業(yè)效率，有效提升現(xiàn)代工程機(jī)械的自動化與智能化水平，促進(jìn)我國工程機(jī)械行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展[4]。

4 結(jié)語

在現(xiàn)代工程機(jī)械中創(chuàng)新應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，可大大提升現(xiàn)代工程機(jī)械設(shè)備的性能指標(biāo)，大幅提高現(xiàn)代工程機(jī)械制造企業(yè)與使用單位的經(jīng)濟(jì)效益，提升現(xiàn)代工程機(jī)械的自動化與智能化水平，有效推進(jìn)工程機(jī)械行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，促進(jìn)我國經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步發(fā)展。