工程機械中機電一體化技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢

摘 要：機電一體化具有很高的自動化水平，可以實現(xiàn)智能化的控制和檢測，將它運用到工程機械上，可以提高作業(yè)的整體效果。為此，從機電一體化技術(shù)的工程機械領(lǐng)域應(yīng)用優(yōu)勢著手，對各類技術(shù)等進行了論述，闡述機電集成技術(shù)在工程機械上的具體應(yīng)用，并對其發(fā)展趨勢作了預(yù)測，以期為從事此項工作的人員提供借鑒。

關(guān)鍵詞：機電一體化；工程機械；電液控制技術(shù)；工程檢測

中圖分類號：TH122;U415.5;TP391.7" " " " " " " " " "文獻標(biāo)識碼：A" " " " " " " " " "文章編號：2096-6903（2024）04-0040-03

0 引言

機電一體化技術(shù)以其安全、高效、方便等優(yōu)點，逐漸在工程機械領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。將機電一體化技術(shù)引入工程機械領(lǐng)域，可以提升對于操作復(fù)雜、規(guī)模龐大設(shè)備的管理與控制水平，提供其穩(wěn)定運行的堅實保障，推動我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步發(fā)展。

1 工程機械與機電一體化技術(shù)概述

1.1 工程機械概述

工程機械包括起重機、挖掘機及各種氣動工具等，在施工環(huán)節(jié)中發(fā)揮著極其重要的角色，施工時需要根據(jù)實際需求來合理搭配機械設(shè)備。現(xiàn)如今，傳統(tǒng)的施工機械控制模式已難以滿足新時期工程建設(shè)的需求。因此，強化工程機械的創(chuàng)新與發(fā)展，提高現(xiàn)代機械設(shè)備的自動化和智能化技術(shù)應(yīng)用變得至關(guān)重要。這也是提升機械設(shè)備應(yīng)用能力以及助推工程建設(shè)長期穩(wěn)定發(fā)展的必要條件[1]。

1.2 機電一體化技術(shù)概述

機電一體化技術(shù)包含許多不同的技術(shù)門類，涵蓋許多不同的學(xué)科，包括信息技術(shù)和電子技術(shù)等，這使得機電一體化技術(shù)具有廣闊的發(fā)展前景和更高頻率的應(yīng)用前景。機電一體化技術(shù)還具備全局最優(yōu)特性，能夠顯著提升生產(chǎn)效率，降低能源消耗，使設(shè)備的利用達到最佳效果。經(jīng)過數(shù)年的研究與發(fā)展，現(xiàn)已構(gòu)建出完善的理論框架，為機電一體化技術(shù)在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域的實際運用奠定了可靠的理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支撐。

2 工程機械領(lǐng)域應(yīng)用機電一體化技術(shù)的優(yōu)勢

2.1 能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目的

在傳統(tǒng)的機械加工領(lǐng)域中，存在著工作方法陳舊、低效、浪費資源等問題。采用機電一體化技術(shù)，可以很好地解決傳統(tǒng)能源浪費的問題。一方面，運用機電一體化技術(shù)，作業(yè)人員可以對機器的操作進行有效的控制，使機器的動力保持在一個合理的區(qū)間，從而提升機器的工作效率。另一方面，工作人員可以根據(jù)實際狀況，調(diào)整機器的運轉(zhuǎn)功率，降低能耗，達到節(jié)約能源的目標(biāo)。

2.2 改善操作準(zhǔn)確度

將機電一體化技術(shù)運用到工程機械領(lǐng)域的開發(fā)中，可以有效地改善其操作管理方式，確保其使用的精度，防止資源的浪費[2]。例如，微電子技術(shù)可以應(yīng)用于工程機械領(lǐng)域，準(zhǔn)確地檢測車輛在使用中有沒有問題，了解車輛的運轉(zhuǎn)情況，降低員工的工作量，節(jié)省操作費用。

2.3 增強對柴油機的控制

柴油發(fā)動機是車用機器中的一個關(guān)鍵部件。運用先進的機電一體化技術(shù)，可以減少了柴油機產(chǎn)生的污染物排放量，保障了設(shè)備平穩(wěn)且安全地運行。

近些年，隨著電子信息技術(shù)的進步，諸多高端裝備紛紛被應(yīng)用于柴油機領(lǐng)域，使其能夠在各類復(fù)雜工況下實現(xiàn)自動調(diào)控。這一卓越的技術(shù)手段可以有效控制柴油發(fā)動機的輸出功率，凈化尾氣，達成節(jié)能減排的目的。將電子調(diào)速等創(chuàng)新技術(shù)廣泛運用于車用柴油發(fā)動機，不僅有助于防止因為能量流失導(dǎo)致的麻煩，還能依據(jù)溫度的變幻調(diào)整風(fēng)機轉(zhuǎn)速。因此，機電一體化技術(shù)在車用柴油發(fā)動機方面的應(yīng)用以及大力推行，有效提升設(shè)備的運轉(zhuǎn)效率，降低對生態(tài)環(huán)境的損害。

2.4 實時監(jiān)控

在機械行業(yè)的不斷發(fā)展下，車輛的機械結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，包含的內(nèi)容也越來越多。為確保機械設(shè)備的正常平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，保證其安全，在平時的工作中要強化人工監(jiān)管，掌握機械設(shè)備的潛在問題。但人工監(jiān)管的費用相對較高，一旦發(fā)生故障，如果找不到具體的定位，就無法對其進行合理的分析。

借助機電一體化技術(shù)，運用計算機的強大功能來提高對工程機械的監(jiān)測水平，自動識別潛在的工程機械問題，深入剖析故障產(chǎn)生的根源，快速找到問題[3]。這套系統(tǒng)還具備自我養(yǎng)護功能，在遇到麻煩時通過軟件協(xié)助，向相關(guān)工作人員發(fā)出警報，盡可能地找到并解決問題，以保證機械設(shè)備的正常運行。該技術(shù)還具有自診斷能力，能夠利用電子監(jiān)控控制平臺，精準(zhǔn)甄別設(shè)備可能遇到的各種情況和異常現(xiàn)象，并根據(jù)現(xiàn)場實際情況做出正確的反應(yīng)，從而顯著提升處置效率。

3 工程機械中應(yīng)用的機電一體化技術(shù)

3.1 電液控制技術(shù)

電液控制技術(shù)對于保障工程機械的運營安全至關(guān)重要。傳統(tǒng)的設(shè)備常存在使用效率不佳及風(fēng)險管控不足的問題。引入電子液壓控制技術(shù)于工程機械裝備中，不僅大大提升了生產(chǎn)效益，也有力地保證了運行的安全性。

以液壓挖掘機為例，電液控制使操作更為精確到位。通過在關(guān)鍵部位增加傳感器和控制器，完全能夠滿足工程施工中的平整和壓實的需求。現(xiàn)階段，機電集成領(lǐng)域正在探索運用自由控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等先進科技，希望將這些技術(shù)嫁接到電液控制中，進一步提高機電集成工程機械裝備的作業(yè)表現(xiàn)和效率。

3.2 節(jié)能控制技術(shù)

在高強度作業(yè)環(huán)境下，工程機械的能源消耗量較大。當(dāng)前，提高能源利用效率，降低能耗成為機電一體化技術(shù)研究的重中之重。例如，將CPU嵌入至工程機械的動力控制系統(tǒng)中，可以實時監(jiān)測發(fā)動機運行狀況，并據(jù)此決定最佳輸出功率。這一系統(tǒng)運用了先進的微機以及電子技術(shù)，能夠依據(jù)柴油機的運行情況及工程建設(shè)需求，靈活調(diào)整轉(zhuǎn)速及油泵輸出力度。

3.3 電子傳感技術(shù)

在挖掘機械中，液壓驅(qū)動是主要的驅(qū)動力源，電控傳感器和承載力感應(yīng)裝置的加入，使得設(shè)備整體性能得以顯著提升，也實現(xiàn)了設(shè)備的升級改造。在應(yīng)用中，電氣傳感技術(shù)能精準(zhǔn)地收集電力、鏟斗等各個部分的運作數(shù)據(jù)，將它們匯總到集中式的信息處理中心。這樣做不僅大幅提升了相關(guān)部件如鏟斗、斗桿以及發(fā)動機的運行可靠性，也進一步提升了作業(yè)精度。

3.4 故障診斷技術(shù)

工程機械技術(shù)不斷創(chuàng)新應(yīng)用，既可以節(jié)約能源，保持環(huán)境清潔，也能提高產(chǎn)品質(zhì)量效率。然而，在實踐應(yīng)用過程中，需注意預(yù)防可能影響制造業(yè)發(fā)展的諸多因素，竭力避免任何機械故障[4]。

工程機械設(shè)備的構(gòu)造和體系相當(dāng)復(fù)雜，涉及多個領(lǐng)域的高新技術(shù)。若是配合不當(dāng)，運行時發(fā)生故障，那無疑會對生產(chǎn)產(chǎn)生不良影響，運用高效的故障診斷技術(shù)能解決這個問題。故障診斷技術(shù)能深入解決工程裝備中的根本問題，不僅能預(yù)防控制故障，還可以加強各因素間的協(xié)調(diào)運作，使機器運轉(zhuǎn)效果達到最佳。故障診斷技術(shù)采用了機電一體化技術(shù)，增強了施工設(shè)備的安全性，降低設(shè)備故障對生產(chǎn)力和品質(zhì)的影響，推動著施工設(shè)備的快速進步。

故障診斷技術(shù)還可以用于工程機械運行監(jiān)測與診斷，實現(xiàn)對其作業(yè)狀態(tài)的實時監(jiān)測和嚴(yán)謹判斷，進而提升其安全運行標(biāo)準(zhǔn)。盡管工程機械的故障相對容易預(yù)測，但其發(fā)生的時間和方式仍難以預(yù)料和控制。運用故障診斷術(shù)搭建自動診斷模塊，通過對數(shù)據(jù)和參數(shù)的智能協(xié)調(diào)對比，在系統(tǒng)運行過程中，如果發(fā)現(xiàn)異常情況，能迅速將問題傳達至相關(guān)工作人員手中，便于其及時處理。還可以借助故障診斷技術(shù)的優(yōu)勢對監(jiān)控數(shù)據(jù)的智能化運算分析，再融合專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等先進技術(shù)，從而實現(xiàn)工程機械的精準(zhǔn)檢修和維護。

4 機電一體化技術(shù)在工程機械中的具體應(yīng)用

4.1 精度控制方面

隨著工業(yè)現(xiàn)代化進程的不斷推進，對工程設(shè)備的設(shè)計和制造有了更高的標(biāo)準(zhǔn)。深入運用機電一體化技術(shù)，適應(yīng)各個工藝流程的獨特需求，從而解決傳統(tǒng)制造業(yè)的復(fù)雜難題，實現(xiàn)精密切度控制和原材料質(zhì)量提升。這些改進不僅保障了施工機械的優(yōu)良性能，還大幅提升了精確控制水平，為長時間穩(wěn)定的生產(chǎn)創(chuàng)造了有利環(huán)境。在機械生產(chǎn)過程中，如果有任何偏離或問題出現(xiàn)，機電一體化生產(chǎn)系統(tǒng)將會立即發(fā)出警報，使得員工可以迅速做出反應(yīng)，進一步提升整個生產(chǎn)體系的穩(wěn)定性。

4.2 監(jiān)控系統(tǒng)方面

在機電一體化科技領(lǐng)域，使用監(jiān)測系統(tǒng)可全天候全面監(jiān)控設(shè)備制作過程，確保安全、穩(wěn)定并為長期發(fā)展奠基。監(jiān)測系統(tǒng)可以對設(shè)備生產(chǎn)之全過程進行管理和監(jiān)控，從而讓項目中所遇到的問題得以及時修復(fù)。經(jīng)過對液力系統(tǒng)、剎車系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)等多重控制，使得監(jiān)測效率得以提升。

監(jiān)測系統(tǒng)還具備自動預(yù)警的能力，對潛在問題盡早應(yīng)對，從而有效地降低故障排除的時間成本。而且，此系統(tǒng)具備機械設(shè)備自我維護、修復(fù)的特質(zhì)，能自動處理所發(fā)生的故障，保障設(shè)備穩(wěn)定運行[5]。

4.3 節(jié)能優(yōu)化方面

在機電一體化技術(shù)中，通過監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)對裝備的生產(chǎn)、加工等全過程的全面監(jiān)控，確保了裝備的安全、穩(wěn)定，為企業(yè)的良性發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ)。在機電一體化技術(shù)的運用中，通過監(jiān)控系統(tǒng)對設(shè)備的生產(chǎn)運行全過程進行監(jiān)控與管理，能夠及時地發(fā)現(xiàn)并解決工程中存在的問題。通過對液壓、制動、傳動等各個環(huán)節(jié)的運行過程的監(jiān)控，實現(xiàn)良好的監(jiān)控效果。此外，該監(jiān)控系統(tǒng)還將機械設(shè)備的自保護、自修復(fù)等功能融入監(jiān)控系統(tǒng)中，使其可以對出現(xiàn)的故障進行自我保護，增強設(shè)備的安全性和穩(wěn)定性。

4.4 智能制造方面

隨著建筑智能化和數(shù)字化逐漸成為各行業(yè)發(fā)展的重點，機電一體化技術(shù)可以結(jié)合現(xiàn)代人工智能、大數(shù)據(jù)等先進技術(shù)，使機器生產(chǎn)智能化，由智能機器人來完成機器的生產(chǎn)和加工，而不是依賴人工操作。根據(jù)智能應(yīng)用和生產(chǎn)實際需要，在智能機器人的幫助下，進行各種生產(chǎn)參數(shù)的設(shè)定、運行監(jiān)測等工作，從而達到工業(yè)機械生產(chǎn)的智能化。

5 工程機械中機電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢

5.1 可持續(xù)性

隨著工程機械的快速發(fā)展，其所帶來的環(huán)境污染也日益嚴(yán)重。在工程機械行業(yè)發(fā)展中，充分運用機電一體化的思想，將可持續(xù)發(fā)展的思想融入工程機械行業(yè)。制訂出一套可持續(xù)發(fā)展的計劃，更好地利用機電一體化技術(shù)，促進機械工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，以達到減少資源浪費，減少環(huán)境污染的目的。

5.2 微型化

隨著工程機械行業(yè)的日益壯大，應(yīng)當(dāng)積極采納機電一體化技術(shù)，巧妙地將其與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相融合，進而推動整個行業(yè)的繁榮進步。微小型設(shè)備的廣泛使用，既順應(yīng)了社會發(fā)展的大趨勢，也為行業(yè)帶來了新的生機和活力。

在塑造工程機械新形象的過程中，借鑒納米技術(shù)的優(yōu)勢，并將電子技術(shù)同機械技術(shù)有機結(jié)合，可讓機器設(shè)備擁有更強的靈活性，從而改善現(xiàn)有機器裝備的使用效應(yīng)。如果成功實現(xiàn)這一目標(biāo)，這項創(chuàng)新技術(shù)定會成為其他行業(yè)持續(xù)發(fā)展的動力源泉[6]。

5.3 區(qū)域化

在未來工程機械領(lǐng)域的進步過程中，有望將機電一體化技術(shù)滲透到汽車機械工程里，并借助電腦科技及人工智能技術(shù)進行深化利用，提升這個技術(shù)的綜合性與實用價值。在這些強大技術(shù)支持下，推動機電一體化技術(shù)更進一步地發(fā)展，尤其是向著網(wǎng)絡(luò)化方向邁進。將該技術(shù)與工程技術(shù)緊密融合，也將更加充分發(fā)揮自動控制技術(shù)的功能，從而帶動汽車機械行業(yè)的健康發(fā)展，提升企業(yè)的經(jīng)濟收益。

5.4 綠色化

針對工業(yè)環(huán)境帶來的污染，可借助機電一體化技術(shù)來降低危害程度。在發(fā)展機電一體化技術(shù)的同時，應(yīng)堅持環(huán)保理念，特別是在工程機械領(lǐng)域，構(gòu)建污染監(jiān)測系統(tǒng)，深化其應(yīng)用和推廣，并設(shè)立污染檢測機制，對機動車機械所產(chǎn)生的污染物質(zhì)進行定期檢測，妥善處理污染物排放，盡力減小對生態(tài)環(huán)境的破壞及污染。在今后的發(fā)展進程中，應(yīng)積極推進與國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略協(xié)調(diào)一致的機電一體化技術(shù)。

6 結(jié)束語

機械與電子技術(shù)的有機融合，使其在實際應(yīng)用中得以應(yīng)用，從而使其智能化和自動化水平得到極大的提高。在工程機械裝備中應(yīng)用機電一體化技術(shù)，可以全面保證其生產(chǎn)和運行的性能、效率和質(zhì)量。設(shè)計者要積極地學(xué)習(xí)各種方法，并全面地掌握其應(yīng)用，將機電一體化技術(shù)應(yīng)用到工程機械裝備中，促進其高效率發(fā)展。

參考文獻

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收稿日期：2023-12-01

作者簡介：劉凱，男，江蘇南通人，研究方向：光電信息材料與器件。