淺析機電一體化在工程機械中的應用

葛明濤+李金宣

摘 要：隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應用，機電一體化技術(shù)獲得前所未有的發(fā)展。現(xiàn)在的機電一體化技術(shù)，是機械和微電子技術(shù)緊密集合的一門技術(shù)，其發(fā)展使冷冰冰的機器更加人性化、智能化。為此，本文主要對機電一體化的特點、工程機械中機電一體化的應用及發(fā)展進行了分析與探究。

關(guān)鍵詞：機電一體化；工程機械；應用；特點

20世紀60年代以來，人們利用電子技術(shù)的初步成果來完善機械產(chǎn)品的性能后，刺激了機械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合。計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為機電一體化的發(fā)展更進一步奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。20世紀80年代末期，機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展。各國均開始對機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品給以很大的關(guān)注和支持，20世紀90年代后期，開始了機電一體化技術(shù)向智能化方向邁進的新階段，機電一體化進入了深入發(fā)展時期。光學、通信技術(shù)等進入了機電一體化，微細加工技術(shù)也在機電一體化中展露頭腳，出現(xiàn)了光機電一體化和微機電一體化等新分支。我國從20世紀80年代開始開展機電一體化研究和應用。取得了一定成果，它的發(fā)展和進步依賴并促進相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進步。機電一體化已成為一門有著自身體系的新型學科，隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，還將被賦予新的內(nèi)容。

1 機電一體化的特點

隨著機電一體化相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展，機電產(chǎn)品的外觀更加人性化、功能更加強大、體積和重量更加輕巧、可靠性更高等。與傳統(tǒng)的機電產(chǎn)品相比機電一體化產(chǎn)品具有以下特點。

1、功能增強并且應用廣泛。機電一體化產(chǎn)品最顯著的特點就是突破了原來傳統(tǒng)機電產(chǎn)品的單技術(shù)和單功能的局限性，將多種技術(shù)與功能集成于一體，使其功能更加強大。而且能適應于不同的場合和不同的領(lǐng)域，滿足用戶需求的應變能力較強。

2、精度大大提高。機電一體化技術(shù)簡化了機構(gòu)，減少了傳動部件，從而使機械磨損、配合及受力變形等所引起的誤差大大減少，同時由于采用計算機檢測與控制技術(shù)補償和校正因各種干擾造成的動態(tài)誤差，從而達到單純用機械技術(shù)所無法實現(xiàn)的工作精度。

3、安全性和可靠性提高。機電一體化產(chǎn)品一般具有自動監(jiān)控、報警、自動診斷、自動保護、安全聯(lián)鎖控制等功能。這些功能能夠避免人身傷害和設備事故的發(fā)生，提高了設備的安全性和可靠性。

4、改善操作。機電一體化產(chǎn)品采用計算機程序控制和數(shù)字顯示，具有良好的人機界面，減少了操作按鈕及手柄，改善了設備的操作性能，減少了操作人員的培訓時間，從而大大簡化操作。

5、提高柔性。所謂柔性，即可以利用軟件來改變機器的工作程序，以滿足不同的需要。例如，工業(yè)機器人具有較多的運動自由度，手爪部分可以換用不同的工具，通過改變控制程序改變運動軌跡和運動姿態(tài)，以適應不同的作業(yè)要求。

2 工程機械機電一體化技術(shù)的應用

1、工程機械設備的節(jié)能應用

傳統(tǒng)工程機械設備各功能模塊協(xié)調(diào)性相對較差，整合程度有待提升，直接影響了設備運行效率，存在不同程度的資源浪費現(xiàn)象。現(xiàn)代工程機械中機電一體化技術(shù)的應用，通過各類新型電子節(jié)能裝置，有效提高了挖掘機、碾壓機等工程機械的能源利用效率，節(jié)約能源資源，促進社會持續(xù)健康發(fā)展。同時也能大幅提高工程機械的安全性及運行效率，各功能模塊處于協(xié)調(diào)運行狀態(tài)，降低機械磨損，機械操作更為簡便。機電一體化技術(shù)具有高精度特征，促使機械工作精準度得以有效提升，例如在混凝土攪拌設備中裝設電子稱量系統(tǒng)，不僅能夠自動稱重，也保證了后期混凝土攤鋪質(zhì)量。

2、工程機械運行狀態(tài)及故障監(jiān)控應用

現(xiàn)代工程機械的構(gòu)成相對復雜，對于其使用性能及運行管理提出了更高的要求，應加強設備運行狀態(tài)的檢測，以保證設備正常作業(yè)。機電一體化技術(shù)實現(xiàn)了在設備運行過程中的自動檢測，綜合利用控制技術(shù)、電子技術(shù)等構(gòu)建遠程監(jiān)控系統(tǒng)，全面實時監(jiān)控各個子系統(tǒng)，包括工作裝置、發(fā)電機等功能模塊，進行全方位動態(tài)監(jiān)測。一旦出現(xiàn)檢測異常狀況，通過相關(guān)裝置進行自診斷，精準確定工程機械故障具體位置，并利用自動報警系統(tǒng)發(fā)出警報，操作人員根據(jù)診斷結(jié)果進行故障排除，恢復設備正常平穩(wěn)運行。在具體實踐應用過程中，自動檢測節(jié)省了大量的人力、物力資源，不僅減少停機時間，也降低了故障檢測費用，大幅提升設備運行效率。

3、工程機械自動化作業(yè)中的應用

在工程機械領(lǐng)域中自動化技術(shù)應用日益普及，現(xiàn)代工程機械對于自動化作業(yè)的需求不斷增加，機電一體化技術(shù)進一步提高了設備自動化水平，實現(xiàn)全自動化或半自動化作業(yè)，減少人工操作，從而有效降低此方面成本投入。在傳統(tǒng)操作模式中，不可避免的存在人為操作失誤或疲勞操作現(xiàn)象，機電一體化技術(shù)能夠有效解決此類問題，運行效率更高且具有良好的作業(yè)效果。傳統(tǒng)工程機械的主要以人工操作為主，工藝相對簡單，在工程測量、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析等方面可能會存在一定誤差，進而影響工程整體質(zhì)量。在工程機械中應用機電一體化技術(shù)最大限度上保證了工程精度，實現(xiàn)測量環(huán)節(jié)自動運行，通過計算機對數(shù)據(jù)進行分析處理，減少數(shù)據(jù)統(tǒng)計、計算誤差，優(yōu)化工程機械效率，降低施工人員勞動強度。

3 工程機械機電一體化技術(shù)發(fā)展趨勢

1、智能化趨勢

智能化是21世紀機電一體化技術(shù)發(fā)展的一個重要發(fā)展方向。人工智能在機電一體化建設者的研究日益得到重視，機器人與數(shù)控機床的智能化就是重要應用。這里所說的“智能化”是對機器行為的描述，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運籌學、計算機科學、模糊數(shù)學、心理學、生理學和混沌動力學等新思想、新方法，模擬人類智能，使它具有判斷推理、邏輯思維、自主決策等能力，以求得到更高的控制目標。機電一體化產(chǎn)品不可能具有與人完全相同的智能。但是，高性能、高速的微處理器使機電一體化產(chǎn)品賦有低級智能或人的部分智能。

2、微型化趨勢

微型化指的是機電一體化向微型機器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢，國外稱其為微電子機械系統(tǒng)（MEMS），泛指幾何尺寸不超過1cm的機電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級發(fā)展。微機電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運動靈活，具有不可比擬的優(yōu)勢。微機電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機械技術(shù)，微機電一體化產(chǎn)品的加工采用精細加工技術(shù)，即超精密技術(shù)，它包括光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)。

3、綠色化趨勢

工業(yè)的發(fā)達給人們生活帶來了巨大變化。物質(zhì)豐富，生活舒適；另一方面，資源減少，生態(tài)環(huán)境受到嚴重污染。于是人們呼吁保護環(huán)境資源，回歸自然。綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲下應運而生，綠色化是時代的趨勢。綠色產(chǎn)品在其設計、制造、使用和銷毀的生命過程中，符合特定的環(huán)境保護和人類健康的要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少，資源利用率極高。設計綠色的機電一體化產(chǎn)品，具有遠大的發(fā)展前途。機電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指使用時不污染生態(tài)環(huán)境，報廢后能回收利用。

4 結(jié)束語

綜上所述，機電一體化是一種復合技術(shù)，是機械技術(shù)與微電子技術(shù)、信息技術(shù)互相滲透的產(chǎn)物，是機電工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。微電子信息技術(shù)的引入，使古老的機械工業(yè)煥發(fā)了青春，使傳統(tǒng)的機械電器產(chǎn)品在功能上、性能上以及制造技術(shù)上都提高到了一個嶄新水平，所帶來的經(jīng)濟效益和社會效益也十分巨大。

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