工程機械中的機電一體化技術

宋少林

（光大水務（濟南歷城）有限公司，山東 濟南 250000）

1 機電一體化技術的概述

由機械技術和微電子技術綜合形成的技術手段稱為機電一體化技術，將其科學、合理的應用于智能制造發展中，可以最大化發揮該技術的優勢。相對于其他技術而言，機電一體化技術所涉及到的領域較為寬泛，能讓生產檢測具有一定的針對性，進而可以高質量的完成任務。機電一體化技術的智能化融合了多個不同方面的知識，如心理學、計算機學等，讓機械設備可以更好地對人類行為思考加以模仿，讓設備具有一定的決策能力，實現智能化控制，進而達到節省人力資源的目標。即便用戶不精通電子設備，對于機電的相關知識與原理掌握不充足，但因為該技術的操作方式比較簡單，也能夠適用于任何群體[1]。機電一體化技術涉及到諸多專業知識，所以提高機電一體化的技術水平可以促進我國機械企業的持續發展。

2 機電一體化的發展進程

20 世紀60 年代以前是機電一體化發展的初級階段，人們主要借助電子技術的成果對機械產品性能予以完善。尤其是在第二次世界大戰中，戰爭更是在一定程度上刺激電子技術與機械產品二者之間的相互融合，機械與電子結合后的軍用技術，由軍用向民用轉變，能夠有效恢復戰后經濟，但站在總體角度上分析仍處于自發狀態中。因為當時電子技術的發展并沒有達到較高的水平，無法深入發展電子技術與機械技術的結合度，并嚴重阻礙開發產品的大量推廣。在20 世紀的90 年代后期，機電一體化技術逐漸向智能化的方向發展，促使機電一體化進入大力發展階段。首先，光學技術與通信技術等諸多技術融入到機電一體化中，而微細加工技術也逐漸在機電一體化中顯露頭角，進而出現微機電一體化與光機電一體化的全新分支[2]。其次，根據機電一體化系統中的建模設計與集成方法，并深入研究機電一體化的發展趨勢，同時人工智能技術、光纖技術等一系列領域取得顯著進步，為機電一體化技術 的持續發展開辟了一條全新途徑，促使機電一體化形成一套完整的科學體系。

3 機電一體化在工程機械中的應用前景

3.1 系統化

機電一體化的關鍵應用趨向就是系統化，其體系結構可以進行靈活組態，具有極強的開放性與模塊性特點，并且通過對多個子系統進行協調控制能夠有效強化系統本身的通信性能。

3.2 網絡化

當機電一體化產品研發成功后，應該對該產品的性能與質量予以保證，借助網絡的優勢對產品進行監控。現階段，我國大部分機電一體化產品在總線技術與局域網技術的背景下充分實現了遠程控制，推動我國機械朝著網絡化方向發展。

3.3 微型化

微型的機電一體化具備機電一體化中的整體功能，同時擁有極強的靈活性能，將會耗費較低的耗能，而且微機電一體化的體積相對較小，通常被其他領域所使用。一般情況下，微型機電一體化本身的加工技術對于產品的生產加工有著直接聯系，同時這種技術可以確保產品的高效性與微型性。

4 工程機械中機電一體化的應用

4.1 應用于電子監控中

工程機械中的電子監控主要是依靠機電一體化技術展開工作，其控制方位對操作系統、加工機械等進行了全面覆蓋，一旦這些系統在運行過程中出現問題，將會完整的在電子監控中顯現，便于相關工作人員按照所出現的情況維修具體部分。該系統能夠有效避免工程機械發生意外事故，并使得檢修工人的工作效率有所提高，在一定程度上節省了工程機械的資金消耗。除此之外，電子監控還能對每一個系統的工作狀態予以檢測，并將所檢測到的情況真實地反饋到機電一體化主體的部分，讓主體依照實際情況對以下各個系統作出指令（如圖1 所示）。

圖1 普通車床結構布局

4.2 應用于挖掘機中

建筑工程中普遍應用的機械設備為液壓挖掘機，并且是一種仿生機器，在挖掘機中應用機電一體化技術可以使挖掘機操作更為簡單。伴隨著我國科學技術的大力發展，對于挖掘機本身的質量與性能而言人們的要求比較高，而傳感技術、電液比例技術的進步推動了挖掘機的發展[3]。目前，挖掘機中通常會使用電子節能技術，提升了挖掘機的整體續航能力，有效節省資源，與我國可持續發展理想相貼合。不僅如此，將機電一體化技術應用于挖掘機中能夠監控機器的各項參數，便于工作人員通過手機了解機器的整體狀態。液壓挖掘機中普遍應用儀表技術，以此來監控挖掘機實際狀態，確保機械可以正常運轉，避免挖掘機在施工中因自身原因出現隱患而延長工期。與此同時，在挖掘機中應用機電一體化技術可以在機械設備參數出現異常時自動探尋故障的具體位置并予以警示，使得人力維護成本明顯降低。

4.3 應用于智能機器人中

將機電一體化技術應用于工程機械的生產設備中，能夠有效控制計算機系統的信息，形成一種自動化的生產模式。在智能制造的技術中融入機電一體化技術，可以最大化發揮智能制造技術的優勢，作用于智能制造系統中，能夠科學地對智能產品進行生產和制造。但是從目前的技術水平而言，智能機器人屬于高水平的技術，它不僅涵蓋了傳感技術、計算機技術等多種先進的技術，還充分結合仿生學、結構學，是現階段首要的研發重點。在智能機器人的研發中融入機電一體化技術，不僅可以提升生產效率和質量，還能確保生產精度，進而對生產信息進行細微的檢測。另外，有效控制工程機械中內燃機整體工作過程，需要將氮化物與氧傳感器所傳回的信號進行全面采集；使用激光平地機時需要通過傳感器的信號傳回，以及信號的反饋作為有力支撐；掘進機則需要具有內部導向的加速度計、陀螺儀等技術，以上均需要得到機電一體化技術的大力支持。

4.4 應用于煤礦生產中

我國以往的煤礦開采通常是采用人工開挖的方式，但煤礦開采環境頗為惡劣，安全系數嚴重偏低，導致煤礦在開采過程中極易出現安全事故，如支護技術落后造成坍塌事故發生，這無疑增加了煤礦開采的危險系數。然而在煤礦開采機械設備中應用機電一體化技術，能夠最大限度提高煤礦開采的安全性，只需要工作人員正確控制機械設備就可以實現機械設備自行開采煤礦的工作，在開采煤礦過程中人力資源的使用得到有效的減少，不僅提高了煤礦開采的安全系數，又保證開采工人的生命安全。機電一體化技術的應用能夠使提升機自動化運行與全數字智能控制得到充分實現，就比如說在煤礦生產中應用內裝式提升機，將滾動與驅動的方式進行充分結合，從而改進和優化傳統的機械設備機構，并表現出應用廣泛、性能穩定的優勢。將機電一體化技術應用于煤礦生產中，使煤礦企業的經濟效益明顯提高，增強了煤礦開采行業的競爭力。除此之外，我國煤礦機械中普遍應用電控技術，通過PLC 的調速系統實現升降機工作效率的提升；通過PLC 變頻技術加強挖煤機的產能；自動化的監督控制、排查等多方面的應用，使得煤礦產能得到一定程度的提高，還能有效保證生產的安全性。

4.5 應用于自動化作業中

我國工程機械中最常使用的技術手段就是自動化以及半自動化生產控制技術，主要是在人機界面控制裝置、傳感器等設備中應用，同時充分應用于飲料、香煙等各類產品制造中。不僅如此，還可以把自動化與半自動化生產控制技術作為各類產品生產過程的載體，并設計出能夠監控生產過程的系統，通過這個系統可以對產品的生產流程予以全方位分析，對產品生產流程予以實時了解。例如大部分挖掘機就是以機電一體化為基礎，實現機械設備的自動化以及半自動化，利用數控系統等設備的控制功能，對挖掘機鏟斗運動的形狀與軌跡加以控制。同時通過微機操作相關系統對挖掘角度進行控制，確保挖掘機能夠準確挖掘，在一定程度上降低對操作者本身技能的要求，實現對生產力的解放，與我國現代工程施工提出的要求較為貼合。

4.6 應用于改造機床中

工程機械中最為關鍵的一項設備就是數控機床，在實際的工作中對數控工機床以及工作臺刀具的實際運行軌跡有著極為嚴格的要求，并且其偏差值應控制在規定的范圍中，以此來保證產品的精確程度。為了有效提高數控機床整體的工作效率，就應該運用機電一體化技術對其予以改造，尤其是開環伺服系統的操作性能較為簡單、便捷，一旦發生故障時極易被發現，因此被廣泛使用；而滾珠絲杠副具的摩擦后損失度比較少，且傳動率較高，只需要按照要求對滾珠方向加以調整方可消除空間死區，降低數控機床出現偏差的可能性。伴隨著信息技術的快速發展，目前數控機床中都會借助微機技術對相關數據信息進行自動化處理，并根據產品的實際需求選用技術與功能。如果數控機床的改動性比較大，就應該在原有操作系統基礎上減少對其的調整，使得企業投入成本有所降低，實現企業生產效益的增強[4]。

4.7 應用于煉鋼技術中

鋼鐵作為我國一項重要產業，其中應用的機電一體化系統通常是將計算機處理器作為核心，將操控設備、儀器儀表以及顯示設備等集為一體，并將各種技術手段予以整合，進而提高機械設備的使用效率，延長機械設備的使用壽命。目前，現代化的煉鋼技術融入了通信技術、微型處理器與電動技術等先進技術，進一步推動了我國鋼鐵企業的發展。不僅如此，交流傳動系統中應用現代數學理論，對于較為復雜的矢量運算進行有效解決，更加凸顯交流調速系統的優勢，實現交流同步電機與直流同步電機之間的速度轉換。在軋鋼的過程中，交流傳動系統的使用范圍明顯增大，為我國煉鋼技術提供一定的技術支持。

5 結語

總而言之，機電一體化技術作為持續發展的技術，需要融合全新的科學技術對機電一體化技術予以豐富，機電一體化技術的大力發展能夠有效增強我國的國際競爭力，同時也是我國科學技術的關鍵體現。將機電一體化技術應用于工程機械中，不僅可以改善以往工程機械的生產情況，還能提高工程機械產品的質量，進而推動我國經濟的快速進步。