工程機(jī)械中機(jī)電一體化技術(shù)的運(yùn)用分析

付友行

[摘? ? 要]隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，先進(jìn)的技術(shù)逐漸應(yīng)用于工程領(lǐng)域，推動了工程行業(yè)的發(fā)展，尤其是機(jī)電一體化在工程機(jī)械中的應(yīng)用，不僅優(yōu)化了工程機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)流程，提升了工程生產(chǎn)效率，還有效降低了能耗。文章從工程機(jī)械與機(jī)電一體化技術(shù)概述出發(fā)，分析了機(jī)電一體化技術(shù)在工程機(jī)械中的應(yīng)用優(yōu)勢及應(yīng)用情況，并探討了工程機(jī)械中機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用途徑以及發(fā)展趨勢，以期為相關(guān)人員工作的開展提供一定的參考價(jià)值。

[關(guān)鍵詞]工程機(jī)械;機(jī)電一體化;運(yùn)用分析;發(fā)展趨勢

[中圖分類號]TU60 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2022）04–00–03

Application Analysis of Mechatronics Technology in Construction Machinery

Fu You-hang

[Abstract]With the development of science and technology， advanced technology is gradually applied to the engineering field， which promotes the development of the engineering industry， especially the application of Mechatronics in engineering machinery， which not only optimizes the operation process of engineering machinery and equipment， improves the engineering production efficiency， but also effectively reduces the energy consumption. Starting from the overview of construction machinery and mechatronics technology， this paper analyzes the application advantages and application of mechatronics technology in construction machinery， and discusses the application ways and development trend of mechatronics technology in construction machinery， in order to provide some reference value for the work of relevant personnel.

[Keywords]construction machinery; mechatronics; application analysis; development trend

1 工程機(jī)械與機(jī)電一體化技術(shù)概述

1.1 工程機(jī)械概述

工程機(jī)械是科技發(fā)展的產(chǎn)物，是工業(yè)生產(chǎn)與建設(shè)的機(jī)械設(shè)備，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和工程建設(shè)中。隨著工程機(jī)械設(shè)備及控制技術(shù)的改進(jìn)與迭代，工程機(jī)械日趨自動化與智能化，呈現(xiàn)出操作簡單、高效產(chǎn)出的特征，在推動相應(yīng)領(lǐng)域如道路施工、橋梁建設(shè)、建筑工程等穩(wěn)定發(fā)展方面發(fā)揮著重要作用。

1.2 機(jī)電一體化技術(shù)概述

機(jī)電一體化技術(shù)是以系統(tǒng)工程觀念為基點(diǎn)，是集信息技術(shù)、電子技術(shù)、通信技術(shù)、傳感技術(shù)等于一體而達(dá)到系統(tǒng)全面最優(yōu)的整體性現(xiàn)代化高新技術(shù)[1]。機(jī)電一體化技術(shù)以機(jī)械為承載，以軟件為核心，通過預(yù)置程序項(xiàng)目并使用微電子科技控制系統(tǒng)操作，將機(jī)械性能核心能力方面的管控與控制軟件相統(tǒng)一，以達(dá)到對工程機(jī)械的精準(zhǔn)控制，實(shí)現(xiàn)降低能耗、提升效率、減少污染的作業(yè)目的。

機(jī)電一體化技術(shù)系統(tǒng)具有極強(qiáng)的層次感，機(jī)電一體化作業(yè)方便，非機(jī)電專業(yè)人士經(jīng)過培訓(xùn)后也能正常使用。在機(jī)電一體化技術(shù)中，最核心的技術(shù)是信息處置方式與傳感科技等，其中機(jī)械反映的及時(shí)性與機(jī)械自身質(zhì)量有關(guān)，可通過使用不同金屬合成原料替換鋼鐵材料的方式實(shí)現(xiàn)機(jī)械系統(tǒng)輕量化;機(jī)電一體化的應(yīng)用需要穩(wěn)定的信息處置設(shè)備支持，并使用先進(jìn)的光纜傳感裝置提升預(yù)防干擾功能，確保傳感裝置高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 機(jī)電一體化技術(shù)在工程機(jī)械中的應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 生產(chǎn)能力強(qiáng)

在工程機(jī)械中應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，可充分發(fā)揮現(xiàn)代信息技術(shù)優(yōu)勢，提高機(jī)械操作的敏感性與精準(zhǔn)度，確保各項(xiàng)操作的規(guī)范性與流程化，進(jìn)而有助于把控機(jī)械生產(chǎn)質(zhì)量與效率，實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)目標(biāo)。

2.2 安全性能高

在工程機(jī)械中應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，可以通過傳感及信號變換技術(shù)對機(jī)械設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控，對生產(chǎn)流程開展動態(tài)化監(jiān)管，進(jìn)而可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題，輔助機(jī)械設(shè)備操作與管理人員工作的開展，從而大幅提升設(shè)備運(yùn)行的安全性，保障設(shè)備操作人員的安全。

2.3 性能更強(qiáng)大

在工程機(jī)械中應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)手柄操作模式，以數(shù)字化形式進(jìn)行全息展示，提升了工程機(jī)械操作設(shè)備的智能化與電子化，為機(jī)械操作提供便利，帶來更加強(qiáng)大的性能體驗(yàn)。

2.4 應(yīng)用范圍廣

在工程機(jī)械中應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，是將計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、通信技術(shù)、傳感技術(shù)等多元技術(shù)引入了工程機(jī)械領(lǐng)域。這樣大大提升了工程機(jī)械設(shè)備的功能，使得機(jī)械設(shè)備可以適用于更多的領(lǐng)域，從而拓寬了機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用范圍，有助于推動工程高效高質(zhì)生產(chǎn)與革新發(fā)展。

3 機(jī)電一體化技術(shù)在工程機(jī)械中的應(yīng)用現(xiàn)狀B222CED0-9C57-4D23-A1D8-A9FEB43EA343

隨著社會經(jīng)濟(jì)與科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，并廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械領(lǐng)域，對工程機(jī)械技術(shù)發(fā)展與創(chuàng)新有著積極的推動作用。機(jī)電一體化技術(shù)在工程機(jī)械實(shí)際應(yīng)用過程中，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需求進(jìn)行了不斷地完善與改進(jìn)，逐漸融合了機(jī)械液壓技術(shù)、自動控制技術(shù)等多元現(xiàn)代化新技術(shù)，大大提升了機(jī)電一體化技術(shù)的整體水平。因此，工程機(jī)械設(shè)備的機(jī)械性能與穩(wěn)定性也實(shí)現(xiàn)了大幅提高，不僅工作效率更高，而且能耗、失誤率得到了有效的控制，在工程建設(shè)領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的重要作用。

此外，新時(shí)期工程機(jī)械設(shè)備自身性能也處于不斷完善狀態(tài)，配置越來越高，除了自帶的小型處理系統(tǒng)、微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)外，還有電控裝置等，可以依托電控技術(shù)來監(jiān)控工程機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)，并自動對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)故障診斷。由此看來，在工程機(jī)械中應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)對提升工程機(jī)械自動化效率、促進(jìn)我國工業(yè)化建設(shè)與其他產(chǎn)業(yè)長足發(fā)展具有重要意義。但是，我國電子技術(shù)起步較晚，仍處于實(shí)踐優(yōu)化階段，很多領(lǐng)域電子技術(shù)的應(yīng)用有賴于對工程機(jī)械設(shè)備的購置，無形中增加了成本投入。且工程機(jī)械設(shè)備構(gòu)造及內(nèi)部軟件又比較復(fù)雜，維修起來難度也很大。因此，為切實(shí)彌補(bǔ)這方面的不足，亟需探索機(jī)電一體化技術(shù)在工程機(jī)械中的有效應(yīng)用路徑與發(fā)展趨勢。

4 工程機(jī)械中機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用分析

4.1 設(shè)備生產(chǎn)中的應(yīng)用

鋼鐵行業(yè)是我國支柱型產(chǎn)業(yè)，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)著不可忽視的重要地位，其中現(xiàn)代化煉鋼技術(shù)對提升鋼鐵制造流程的規(guī)范性，提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率起著關(guān)鍵性作用。而現(xiàn)代化煉鋼技術(shù)在鋼鐵行業(yè)中的應(yīng)用需要鋼鐵生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備與機(jī)電一體化技術(shù)的有機(jī)結(jié)合才能實(shí)現(xiàn)。機(jī)電一體化技術(shù)在鋼鐵制造行業(yè)的應(yīng)用核心是計(jì)算機(jī)處理器，融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動化儀表、顯示設(shè)備、控制設(shè)備等技術(shù)，其中電氣傳動、微型處理器、通信等技術(shù)是重點(diǎn)應(yīng)用技術(shù)，用于對鋼鐵制造工程機(jī)械設(shè)備綜合性能的優(yōu)化[3]，進(jìn)一步提高了工程機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)水平與效率，同時(shí)通過規(guī)范化操作與養(yǎng)護(hù)大大延長了工程機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用周期。

4.2 設(shè)備精準(zhǔn)度控制中的應(yīng)用

隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)程的推進(jìn)，工程建設(shè)規(guī)模越來越大，種類也更加多元，而體量越大、工藝越復(fù)雜的工程項(xiàng)目對工程機(jī)械設(shè)備與操作的要求越高。比如，大型工程項(xiàng)目在打樁基礎(chǔ)施工中需要應(yīng)用大型的旋挖鉆機(jī)。這種設(shè)備體量大，具有一定特性，操作起來比較煩瑣，應(yīng)用方法也很復(fù)雜，而在實(shí)際施工中又需要很高的精準(zhǔn)度才能滿足工程建設(shè)的需求，成為很多大型工程的施工難點(diǎn)。在大型旋挖鉆機(jī)中應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，通過將微處理器控制方法應(yīng)用于設(shè)備操控中，可以大幅提高大型旋挖鉆機(jī)的敏捷性，使得鉆挖施工作業(yè)更加精準(zhǔn)。而且微處理器控制方法簡化了大型旋挖鉆機(jī)的操作流程，在一定程度上降低了設(shè)備操作的難度，提高了大型旋挖鉆機(jī)的工作性能，更能保障施工作業(yè)的高效高質(zhì)開展。

4.3 機(jī)械監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用

在工業(yè)生產(chǎn)及工程使用中應(yīng)用機(jī)械監(jiān)控系統(tǒng)是提高設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性與生產(chǎn)建設(shè)安全性的重要舉措，但可能受外形、體量等機(jī)械設(shè)備因素及其他因素影響，對一些機(jī)械設(shè)備很難開展有效的監(jiān)控，導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)不夠全面與精確，從而埋下一定的風(fēng)險(xiǎn)隱患。機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展為機(jī)械監(jiān)控系統(tǒng)的完善與優(yōu)化提供了可能：依托傳感及信號變換等技術(shù)可以對電壓系統(tǒng)進(jìn)行全方位與動態(tài)化的實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而為系統(tǒng)操作提供依據(jù)，保障設(shè)備運(yùn)行的高效性與穩(wěn)定性;依托自動報(bào)警裝置對機(jī)械設(shè)備展開故障檢測與預(yù)警，可以及時(shí)、精準(zhǔn)地找出故障發(fā)生的原因，保障故障問題得到及時(shí)解決，有助于夯實(shí)機(jī)械設(shè)備安全應(yīng)用的基礎(chǔ)，并為后續(xù)技術(shù)改進(jìn)提供參考。比如，在航空工程機(jī)械零件生產(chǎn)與制作中，對零件生產(chǎn)的精準(zhǔn)度要求很高，因此需要對零件生產(chǎn)全程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，以保障零件的生產(chǎn)合格率。可以將機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用于零件機(jī)械零件生產(chǎn)與檢測環(huán)節(jié)，依托自動化技術(shù)來嚴(yán)格把控每一項(xiàng)生產(chǎn)流程與工序，并輔

以機(jī)電一體化檢測手段進(jìn)行進(jìn)一步篩查，進(jìn)而有效提升機(jī)械制造的監(jiān)控水平。

4.4 機(jī)械節(jié)能系統(tǒng)中應(yīng)用

動力控制系統(tǒng)是機(jī)械設(shè)備制造環(huán)節(jié)中的重要構(gòu)成，是保障設(shè)計(jì)制造質(zhì)量與設(shè)備節(jié)能化的關(guān)鍵所在。然而，不少工程機(jī)械在制造環(huán)節(jié)受生產(chǎn)技術(shù)影響沒有能夠?qū)崿F(xiàn)對能源燃料的高效利用，不僅增加了工程運(yùn)行成本，導(dǎo)致了大量資源的浪費(fèi)。比如，液壓系統(tǒng)是由動力、控制、執(zhí)行等元件組成的，是動力控制系統(tǒng)中能量轉(zhuǎn)換與傳遞中的重要構(gòu)成，僅延用傳統(tǒng)的生產(chǎn)技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)對能源的充分利用，影響了節(jié)能發(fā)展理念在工業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)踐效果。依托機(jī)電一體化技術(shù)來對液壓系統(tǒng)進(jìn)行自動化控制，可以彌補(bǔ)人工操作的主觀性與局限性，有效改進(jìn)傳統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行不足的問題，實(shí)現(xiàn)對機(jī)械運(yùn)行能源消耗率的有效控制。實(shí)踐證明，應(yīng)用了節(jié)能控制系統(tǒng)裝置機(jī)電一體化挖掘機(jī)在相同工作效率下所消耗的能源遠(yuǎn)低于普通挖掘機(jī)。

4.5 數(shù)控管理系統(tǒng)中應(yīng)用

機(jī)電一體化技術(shù)在工程機(jī)械數(shù)控管理系統(tǒng)中的應(yīng)用也很廣泛，它以自然環(huán)境與現(xiàn)有的技術(shù)設(shè)備為基礎(chǔ)，結(jié)合實(shí)際控制需求引入計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)等，構(gòu)建起數(shù)字化管控系統(tǒng)，通過數(shù)字化控制來提升工程機(jī)械運(yùn)行的規(guī)范化，進(jìn)而提升工程機(jī)械運(yùn)行效率及應(yīng)用價(jià)值。依托機(jī)電一體化數(shù)控管理系統(tǒng)可以從精細(xì)化角度管理工程機(jī)械每一項(xiàng)運(yùn)轉(zhuǎn)流程，從源頭上規(guī)避操作失誤的出現(xiàn)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)化與精細(xì)化的管理目標(biāo)。比如，在污水處理中應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，可以事先將鼓風(fēng)機(jī)出水量、水泵提升流量等與污水處理相關(guān)的參數(shù)錄入數(shù)控管理系統(tǒng)，并運(yùn)用傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等來收集和分析污水中的各項(xiàng)參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)對污水處理過程與結(jié)果的實(shí)時(shí)把控。同時(shí)，還可依托數(shù)控管理系統(tǒng)呈現(xiàn)的分析結(jié)果來尋找污水處理存在的問題及設(shè)備故障等，不僅有助提高工程作業(yè)質(zhì)量與水平，還能有效規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)因素。

4.6 包裝機(jī)械中的應(yīng)用

隨著生活水平的提升，包裝機(jī)械行業(yè)得到了迅猛的發(fā)展，包裝機(jī)械體系也越來越復(fù)雜，僅憑借傳統(tǒng)的連接機(jī)制已無法滿足新時(shí)期對電路構(gòu)造管控形式的要求，不僅操作難度大，工作效率低下，而且還容易引發(fā)機(jī)械故障，增加機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)成本。在包裝機(jī)械中應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，可以從機(jī)械功能、信息處理、傳感測量3個(gè)方面有效預(yù)防與處理傳統(tǒng)操作技術(shù)存在的問題，通過穩(wěn)固的技術(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)管理系統(tǒng)與精度管控系統(tǒng)來提升機(jī)械包裝成效。具體原理如下：①要應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)來設(shè)置包裝機(jī)械功能，結(jié)合包裝需求設(shè)置拆卸、開箱、清洗等各種包裝程序，讓包裝機(jī)械按照包裝程序開展相應(yīng)的操作。②應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)優(yōu)化信息處理功能，確保系統(tǒng)在接收手操傳感裝置訊號后向相應(yīng)的執(zhí)行組織發(fā)送行動指令，驅(qū)動執(zhí)行組織執(zhí)行行動指令要求，進(jìn)而確保每一項(xiàng)流程的標(biāo)準(zhǔn)化推進(jìn)。③應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)來控制包裝機(jī)械設(shè)備的感應(yīng)器官，對機(jī)械設(shè)施運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)、四周環(huán)境等進(jìn)行搜集與分析，并將相應(yīng)的測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電子信息傳送至信息處置部分，控制和結(jié)束包裝整體步驟[4]。B222CED0-9C57-4D23-A1D8-A9FEB43EA343

5 工程機(jī)械中機(jī)電一體化應(yīng)用的發(fā)展趨勢

5.1 微型化發(fā)展

微型化是工程機(jī)械發(fā)展的時(shí)代趨勢，要能以更小的體量完成更加靈活精準(zhǔn)的操作任務(wù)，這樣可以突破工程機(jī)械運(yùn)輸困難、運(yùn)轉(zhuǎn)成本高、能耗大等方面的弊端，從而實(shí)現(xiàn)在更多生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用。因此，機(jī)電一體化技術(shù)在工程機(jī)械中的應(yīng)用也將呈現(xiàn)出微型化的發(fā)展趨勢。微型機(jī)電一體化系統(tǒng)可從納米程度上將網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、微電子技術(shù)、機(jī)械技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行融合，以更好地匹配微型化工程機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)與應(yīng)用的需求，提升產(chǎn)品生產(chǎn)的安全性與可靠性[5]。

5.2 系統(tǒng)化發(fā)展

工程機(jī)械中機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用呈現(xiàn)出系統(tǒng)化發(fā)展趨勢，系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)由多個(gè)開放型模塊構(gòu)成，可以通過對模塊的靈活組合與調(diào)整控制整體結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)工程機(jī)械操作的機(jī)動性與功能性。而工程機(jī)械系統(tǒng)化發(fā)展的實(shí)現(xiàn)需要能夠?qū)Χ鄠€(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行綜合性管理，就需要機(jī)電一體化技術(shù)沿著系統(tǒng)化發(fā)展，以控制和協(xié)調(diào)多個(gè)子系統(tǒng)，進(jìn)而進(jìn)一步加強(qiáng)各子系統(tǒng)的功能發(fā)展。

5.3 智能化發(fā)展

互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)是現(xiàn)代人類文明發(fā)展的印證，其在生產(chǎn)、生活中的廣泛應(yīng)用提升了生產(chǎn)生活的智能化水平，推動了社會各行各業(yè)的發(fā)展。智能化是機(jī)電一體化技術(shù)與機(jī)械自動化控制技術(shù)的核心區(qū)別，未來機(jī)電一體化技術(shù)在工程機(jī)械中的應(yīng)用更趨于智能化。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)與人工智能技術(shù)的融合或?qū)楣こ虣C(jī)械的發(fā)展注入強(qiáng)勁動力。

6 結(jié)束語

在工程機(jī)械中科學(xué)應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)對提高工程機(jī)械生產(chǎn)能力、優(yōu)化安全性能、拓寬功能性能與應(yīng)用范圍等具有重要意義。相關(guān)人員應(yīng)加強(qiáng)對機(jī)電一體化技術(shù)在工程機(jī)械中的應(yīng)用探索，結(jié)合工程機(jī)械發(fā)展趨勢不斷研發(fā)、優(yōu)化與創(chuàng)新機(jī)電一體化技術(shù)，以更好地發(fā)揮新技術(shù)優(yōu)勢，在降低能源損耗與環(huán)境污染的同時(shí)提高工程機(jī)械生產(chǎn)效率與質(zhì)量，為各行各業(yè)的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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