機(jī)電一體化在機(jī)械制造中的應(yīng)用

于 泳

（哈爾濱工程機(jī)械制造有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

機(jī)電一體化是將機(jī)械裝置與電子技術(shù)結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、電力電子技術(shù)和傳感測控技術(shù)，合理配置與布局各功能單元，依據(jù)系統(tǒng)高質(zhì)量、多功能的價(jià)值，并使整個(gè)機(jī)電系統(tǒng)最終達(dá)到最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。綜合運(yùn)用各種現(xiàn)代高新功能由硬件來實(shí)現(xiàn)的，硬件數(shù)控實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品內(nèi)部各組成部分技術(shù)的發(fā)展，微處理器和微型計(jì)算機(jī)功能的有機(jī)匹配。使得機(jī)械制造在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和重復(fù)性上獲得競爭，機(jī)械裝置的軟件是靠數(shù)控功能優(yōu)勢來實(shí)現(xiàn)的。

1 一機(jī)電一體化與機(jī)械制造的有機(jī)結(jié)合

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電子控制系統(tǒng)在工程機(jī)械中所占功能將會(huì)越來越強(qiáng),應(yīng)用范圍也將越來越廣而且具有較好的經(jīng)濟(jì)性，制造與使用成本不高，駕駛員能及時(shí)準(zhǔn)確地指出故障部位,減少停機(jī)維修作業(yè)時(shí)間。機(jī)電一體化將機(jī)械裝備與電子化設(shè)計(jì)及軟件結(jié)合起來，刺激了機(jī)械產(chǎn)品與電子技術(shù)的發(fā)展。機(jī)電一體化產(chǎn)品和技術(shù)可分為機(jī)械、電子和軟件三大部分。模塊化技術(shù)可以提高產(chǎn)品間的可維修性和可擴(kuò)展性等。模塊化設(shè)計(jì)與制造是機(jī)械制造系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。隨著微處理器的提高和微機(jī)械電子飛速發(fā)展，機(jī)電一體化技術(shù)將成為機(jī)械工業(yè)的主角，從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā),綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)，優(yōu)化組織目標(biāo)。機(jī)械工程技術(shù)有純技術(shù)發(fā)展到機(jī)械電氣化，其主要功能是取代某些機(jī)械部件的功能，還能賦予機(jī)械產(chǎn)品的自動(dòng)處理信息的診斷與保護(hù)等。

2 控制系統(tǒng)各功能元件的原理及其功能

（1）原理。單片機(jī)通過并行8255接口擔(dān)負(fù)控制系統(tǒng)的信號(hào)處理:接受系統(tǒng)對三相PWM波發(fā)生器所需要的控制信號(hào)進(jìn)行處理。IPM通過模擬輸入口接收電流等檢測信號(hào)。模擬法電路限制了系統(tǒng)的性能，利用微處理器進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的檢測。在電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中多采用差動(dòng)變壓器，但是導(dǎo)電塑料電位器精度不高。因而采用的位置傳感器具有精度高、無溫度限制等特點(diǎn)。電壓、電流及檢測電壓為了快速反映出電流的大小，采用電流互感器檢測三相電流。電子監(jiān)控功能，可以自動(dòng)報(bào)警及故障自診，機(jī)械系統(tǒng)一旦出現(xiàn)異常現(xiàn)象,能準(zhǔn)確地指出故障的部位,從而簡化設(shè)備維護(hù)檢查工作和降低使用維修費(fèi)用。縮短停機(jī)維修時(shí)間,延長設(shè)備的使用壽命。

（2）功能。①節(jié)能降耗。采用卡特電子效率控制系統(tǒng),就可以提高工程機(jī)械的能量利用率，通過對發(fā)動(dòng)機(jī)綜合控制,使功率的生產(chǎn)率也大大提高。②提高作業(yè)精度。采用了微機(jī)控制的電子稱量系統(tǒng),可以保證建筑設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。自動(dòng)找平系統(tǒng)采有超聲波技術(shù)的自動(dòng)供料系統(tǒng),使機(jī)械產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)調(diào)節(jié),減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。③安全性能。利用電子控制自動(dòng)變速器，可以外負(fù)荷的變化改變傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比,充分提高了燃油經(jīng)濟(jì)性,而且也降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，使工程機(jī)械能在危險(xiǎn)地帶進(jìn)行作業(yè)。較強(qiáng)的抗干擾能力，防止受到振動(dòng)和沖擊以及磁等的干擾，防止水分和污物的侵入，較好的耐沖擊和抗振性能。

3 機(jī)電一體化技術(shù)在機(jī)械制造中的具體應(yīng)用

（1）液壓技術(shù)的應(yīng)用。液壓技術(shù)采用高科技介質(zhì)的水壓系統(tǒng)，把控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械制造的集成，并向自動(dòng)化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。液壓技術(shù)具有節(jié)能、環(huán)保等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造業(yè)中，在農(nóng)業(yè)機(jī)械、工程機(jī)械和裝配機(jī)械制造業(yè)中均取得了成就。必須充分發(fā)揮自身優(yōu)點(diǎn)和借鑒先進(jìn)技術(shù)成果，在多個(gè)行業(yè)中保持著競爭力。液壓技術(shù)在工程機(jī)械中要求器件具有更高的效率，在變速調(diào)速中采用何種傳動(dòng)方式，滿足工程機(jī)械行走驅(qū)動(dòng)的需要，推動(dòng)著對其行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的深入應(yīng)用。在工程機(jī)械行走系統(tǒng)采用機(jī)械傳動(dòng)中，液壓和電力傳動(dòng)的傳動(dòng)方式表明了科學(xué)技術(shù)發(fā)展對這一領(lǐng)域的巨大推動(dòng)作用。一般情況下機(jī)械傳動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)平均負(fù)荷系數(shù)低，因此一般只能進(jìn)行有級(jí)變速，并且布局方式受到限制，要發(fā)揮在穩(wěn)態(tài)傳動(dòng)效率高和制造成本低方面的優(yōu)勢，就需要配合后置的動(dòng)力換擋式機(jī)械變速器，動(dòng)力傳動(dòng)裝置廣泛應(yīng)用于大中型鏟土運(yùn)土機(jī)械中，而且容易實(shí)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)參數(shù)流量和動(dòng)力參數(shù)壓力的控制。

（2）總功率控制技術(shù)。總功率控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多泵功率互補(bǔ)，但是最大缺點(diǎn)是能量損失大，無法實(shí)現(xiàn)對多執(zhí)行機(jī)構(gòu)不同速度的控制。利用交叉?zhèn)鞲锌刂萍夹g(shù)，在分功率控制基礎(chǔ)上，將兩個(gè)泵工作壓力實(shí)現(xiàn)交叉控制，當(dāng)一個(gè)泵的功率利用小于總功率的45時(shí)，多余功率可被另一個(gè)泵利用，讓兩個(gè)泵功率都達(dá)到 50。反饋交叉?zhèn)鞲泄β士刂萍夹g(shù)將其他泵的壓力反饋至主泵的功率控制口，保證機(jī)械設(shè)備的良好運(yùn)轉(zhuǎn)。

（3）計(jì)算機(jī)控制功率優(yōu)化控制技術(shù)。傳統(tǒng)的恒功率控制中，液壓泵的輸出轉(zhuǎn)矩要遠(yuǎn)低于機(jī)械最大輸出轉(zhuǎn)矩，使得機(jī)械性能下降時(shí)易使機(jī)械轉(zhuǎn)速下降導(dǎo)致熄火。采用計(jì)算機(jī)功率優(yōu)化控制系統(tǒng)可按負(fù)載大小進(jìn)行選擇，計(jì)算機(jī)向步時(shí)電機(jī)發(fā)出輸出指令，數(shù)據(jù)庫中查出該油門開度下的機(jī)械目標(biāo)轉(zhuǎn)速。該系統(tǒng)的輸出模式通過檢測機(jī)械的工作轉(zhuǎn)速，使機(jī)械始終在目標(biāo)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作，實(shí)現(xiàn)對液壓泵排量的控制，使接卸和匹配實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化，還使液壓系統(tǒng)更趨于簡單化。

機(jī)電一體化的在現(xiàn)代化機(jī)械加工生產(chǎn)過程控制中，自動(dòng)控制系統(tǒng)是不可缺少的組成部分。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)存在著控制機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、定位精度低、可靠性差等問題。整個(gè)機(jī)構(gòu)缺乏完善的保護(hù)和故障診斷措施，系統(tǒng)的安全性較差，大流量電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)將閥門、伺服電機(jī)、控制器合為一體，利用異步電動(dòng)機(jī)的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)閥門精確定位。以微處理器為代表的大規(guī)模集成電路以后,“機(jī)電一體化”技術(shù)引起了人們的廣泛注重。

[1]殷際英.光機(jī)電一體化實(shí)用技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[2]唐懷斌.工業(yè)控制的進(jìn)展與趨勢[J].自動(dòng)化與儀器儀表，1996，（4）.