淺析工程機(jī)械機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用

楊飛彪　于永卿

摘要：機(jī)電一體化技術(shù)在工程機(jī)械當(dāng)中的應(yīng)用，進(jìn)一步提高了工程施工的效率、質(zhì)量及安全性。筆者結(jié)合自身實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，首先簡單分析了機(jī)電一體化技術(shù)的概況，然后對機(jī)電一體化技術(shù)在工程機(jī)械中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，以期進(jìn)一步推動機(jī)電一體化技術(shù)在工程機(jī)械中的普及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化；工程機(jī)械；概況

一、工程機(jī)械中機(jī)電一體化的概況

機(jī)電一體化是指在機(jī)構(gòu)主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù)，將機(jī)械裝置與電子化設(shè)計及軟件結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。

機(jī)電一體化發(fā)展至今也已成為一門有著自身體系的新型學(xué)科，隨著科學(xué)技術(shù)的不但發(fā)展，還將被賦予新的內(nèi)容。但其基本特征可概括為：機(jī)電一體化是從系統(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)、自動控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測控技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)以及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組織目標(biāo)，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實(shí)現(xiàn)特定功能價值，并使整個系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。由此而產(chǎn)生的功能系統(tǒng)，則成為一個機(jī)電一體化系統(tǒng)或機(jī)電一體化產(chǎn)品。

因此，“機(jī)電一體化”涵蓋“技術(shù)”和“產(chǎn)品”兩個方面。只是，機(jī)電一體化技術(shù)是基于上述群體技術(shù)有機(jī)融合的一種綜合技術(shù)。而不是機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)以及其它新技術(shù)的簡單組合、拼湊。這是機(jī)電一體化與機(jī)械加電氣所形成的機(jī)械電氣化在概念上的根本區(qū)別。機(jī)械工程技術(shù)有純技術(shù)發(fā)展到機(jī)械電氣化，仍屬傳統(tǒng)機(jī)械，其主要功能依然是代替和放大的體力。但是發(fā)展到機(jī)電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機(jī)械部件的原有功能外，還能賦予許多新的功能，如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調(diào)節(jié)與控制自動診斷與保護(hù)等。即機(jī)電一體化產(chǎn)品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的眼神，具有智能化的特征是機(jī)電一體化與機(jī)械電氣化在功能上的本質(zhì)區(qū)別。

二、機(jī)電一體化在工程機(jī)械中的應(yīng)用

1、機(jī)電一體化技術(shù)在機(jī)床的應(yīng)用

我國數(shù)控機(jī)床一般使用Z80-CPU軟件實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化，這是因?yàn)閆80-CPU系統(tǒng)開發(fā)較為簡單，且配套的芯片具有普遍性和廉價性，因此在機(jī)電一體化技術(shù)上具有額可靠性和通用性。由于我國的數(shù)控機(jī)床是按照坐標(biāo)軸進(jìn)行工作臺運(yùn)動的，因此一般需要采用插補(bǔ)功能實(shí)現(xiàn)連續(xù)控制的目的。其中滾珠絲杠具有摩擦損失小、傳動效率高的優(yōu)勢可以有效消除低速爬行的現(xiàn)象，因此在數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動方式可以使用該種傳動方式。

2、監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用

機(jī)電一體化技術(shù)在工程機(jī)械加裝電子監(jiān)控和故障診治以及自動報警系統(tǒng)可以對工程機(jī)械的各種裝置如傳動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)以及制動系統(tǒng)等進(jìn)行綜合的全方位的監(jiān)控。監(jiān)控系統(tǒng)在工程機(jī)械運(yùn)行過程中如果發(fā)現(xiàn)異常，能夠自動找出機(jī)械出現(xiàn)故障的部位，并發(fā)出警報，提醒工作人員注意。因此機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了工程機(jī)械的工作效率，而且改善了操作人員的工作環(huán)境，降低了工程機(jī)械故障維修的費(fèi)用，縮減了停機(jī)維修的時間，對延長機(jī)械使用壽命和提高機(jī)械經(jīng)濟(jì)效益具有重要的作用。

3、柴機(jī)控制

借助機(jī)電一體化技術(shù)的電子油門控制系統(tǒng)，對柴油機(jī)安裝電子調(diào)速器和升溫控制自動系統(tǒng)可以提高對柴油機(jī)控制的便捷性。

4、降低工程機(jī)械功耗，促進(jìn)生產(chǎn)效率的提高

沒有使用機(jī)電一體化的工程機(jī)械存在功耗較高、生產(chǎn)率較低的現(xiàn)象，如液壓挖掘機(jī)其能量利用率只有20%左右，且生產(chǎn)率較低，應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)后，給液壓挖掘機(jī)安裝電子控制系統(tǒng)，如卡特電子系統(tǒng)。安裝科特電子系統(tǒng)的液壓挖掘機(jī)其功耗明顯降低，且生產(chǎn)率在不斷提高?；蛘呷缃o柴油機(jī)安裝電子調(diào)速器，可以根據(jù)不同的工況選用的不同的柴油機(jī)工作模式，降低柴油機(jī)的功耗，這有利于提高柴油機(jī)的工作效率。

5、提高產(chǎn)品質(zhì)量

機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用于工程機(jī)械中，借助電子系統(tǒng)的精密控制系統(tǒng)，可以提高工程機(jī)械工作的精密程度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，促進(jìn)良品率的提高。一般的機(jī)床在加工產(chǎn)品時是操作人員依據(jù)自身的操作經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)進(jìn)行操作的，這造成的機(jī)床生產(chǎn)的良品較低。實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化的機(jī)床在進(jìn)行產(chǎn)品加工時依賴于電子系統(tǒng)的控制，因此精確度較高，同時監(jiān)控系統(tǒng)可以及時對機(jī)床操作進(jìn)行調(diào)整，確保良品率的提高。我國較為先進(jìn)的數(shù)控金切機(jī)床已經(jīng)可以進(jìn)行精度為0.001毫米的作業(yè)加工，這是單純的依靠人工操作的機(jī)床難以做到的。

三、工程機(jī)械領(lǐng)域機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢

1、智能化

智能化是機(jī)電一體化技術(shù)的必然發(fā)展趨勢，其應(yīng)用需求也越來越高。所謂智能化，即立足于相關(guān)控制理論，將心理學(xué)、生理學(xué)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)籌學(xué)、人工智能等多學(xué)科知識運(yùn)用到工程機(jī)械領(lǐng)域，使工程機(jī)械的操作可以逐漸取代人為操作，進(jìn)一步降低工程預(yù)算成本，實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的控制，滿足工程施工的更高要求，因此工程機(jī)械的智能化仍是大勢所趨。

2、微型化

微型化這一概念源于上世紀(jì)80年代末期，是指機(jī)電一體化向微電子機(jī)械系統(tǒng)領(lǐng)域發(fā)展的趨勢。微型機(jī)電一體化產(chǎn)品是電子技術(shù)與機(jī)械技術(shù)在納米尺度上相融合的產(chǎn)物，它的特點(diǎn)主要是體積小、耗能低、運(yùn)動靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等領(lǐng)域有著不可超越的優(yōu)越性?，F(xiàn)階段微型機(jī)電一體化產(chǎn)品都朝著小于l立方厘米的體積發(fā)展，甚至是朝著微米、納米級別發(fā)展，其瓶頸為微機(jī)械技術(shù)。

3、網(wǎng)絡(luò)化

隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制設(shè)備可以達(dá)到讓人們足不出戶即可控制多種設(shè)備的目標(biāo)，使工程機(jī)械的操作更加便捷，而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品。工程機(jī)械領(lǐng)域中遠(yuǎn)程控制盒監(jiān)控技術(shù)的快速發(fā)展使得機(jī)電一體化產(chǎn)品向著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展成為必然趨勢。

4、節(jié)能環(huán)?；?/p>

隨著工業(yè)化進(jìn)程的持續(xù)推進(jìn)，人類社會的經(jīng)濟(jì)化水平不斷提高，但與此同時人們賴以生存的環(huán)境也遭到了巨大的破壞。進(jìn)入新世紀(jì)以來，社會公眾對環(huán)保的關(guān)注和呼聲越來越高，國家也出臺了一系列的相關(guān)政策來號召節(jié)能減排，為適應(yīng)節(jié)約型社會的發(fā)展，機(jī)電一體化產(chǎn)品在使用時不造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，報廢后可以回收利用，實(shí)現(xiàn)綠色化產(chǎn)品概念和綠色化設(shè)計制造更能適應(yīng)今后的市場需求。

四、結(jié)束語

綜上所述，工程機(jī)械領(lǐng)域中機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用日趨廣泛，發(fā)展前景可觀，工程機(jī)械為適應(yīng)機(jī)電一體化這一趨勢，盡可能的提高機(jī)械運(yùn)作效率，需要其操作者或使用者順應(yīng)科學(xué)發(fā)展潮流，加大研究力度，全面掌握機(jī)電一體化技術(shù)，振興機(jī)械工業(yè)，更好的為我國建設(shè)事業(yè)服務(wù)。