淺談高速公路工程機(jī)電一體化的應(yīng)用

陳小兵 呂建鋒 李亮賓

1 公路工程機(jī)電一體化

機(jī)電一體化從字面上理解就是電氣和機(jī)械統(tǒng)一在一個(gè)系統(tǒng)上的新型的工業(yè)生產(chǎn)模式。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和電氣控制技術(shù)的結(jié)合，機(jī)電一體化已經(jīng)從傳統(tǒng)即“機(jī)械自動(dòng)化”模式中走出，進(jìn)入了智能化、電子自動(dòng)化的時(shí)代。這種機(jī)電一體化是建立在智能化控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上的工業(yè)生產(chǎn)流速的改進(jìn)，將原有的人工化的加工過(guò)程交給了“無(wú)人”生產(chǎn)線，并利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大計(jì)算能力，以網(wǎng)絡(luò)信息傳遞和集成化的電子終端實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)化的控制，以此形成了一種新型的機(jī)電一體化的系統(tǒng)，即自動(dòng)化的生產(chǎn)線。

高速公路的建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜工程，而高速公路的最突出特點(diǎn)就是作業(yè)的強(qiáng)度大、環(huán)境影響大、人為因素對(duì)質(zhì)量影響大等。而機(jī)電一體化的發(fā)展使得流程化的作業(yè)技術(shù)推廣到了工程機(jī)械上，利用機(jī)電一體化的技術(shù)移植，將多種作業(yè)功能不同設(shè)備組合在一起，從而構(gòu)建公路施工的移動(dòng)的“流水線”，這也是機(jī)電一體化在工程施工方面的重要貢獻(xiàn)。

2 高速公路中的機(jī)電一體化

高速公路工程中的機(jī)電一體化實(shí)現(xiàn)的主要方式就是利用工程機(jī)械制造和電子控制系統(tǒng)相融合的思路，打造可在施工中自行作業(yè)、自行檢測(cè)的智能化施工機(jī)械。從某個(gè)方面看，高速公路的機(jī)電一體化更像是對(duì)工程機(jī)械的自動(dòng)化改造，并將某個(gè)施工工藝結(jié)合在一起，使之利用一組工程機(jī)械完成某些施工工藝。因此，高速公路的機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用就是將工程機(jī)械的控制由原來(lái)的人工操作改為自動(dòng)化控制，如給料、高度調(diào)整、鋪設(shè)質(zhì)量檢測(cè)等都由計(jì)算機(jī)控制的終端設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化智能控制，這也是機(jī)電一體化對(duì)公路施工的最大貢獻(xiàn)。同時(shí)隨著控制模塊、微處理器技術(shù)的提高，尤其是一些工程機(jī)械的控制方式的電子化智能化轉(zhuǎn)變，推動(dòng)了機(jī)電一體化在工程作業(yè)機(jī)械中的結(jié)合，使之成為適應(yīng)公路施工的自動(dòng)化，智能化機(jī)械，以此實(shí)現(xiàn)了施工的機(jī)電一體化。下面就施工機(jī)械機(jī)電一體化的應(yīng)用作簡(jiǎn)要介紹:

1)電子控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械自檢。機(jī)電一體化的一個(gè)突出優(yōu)勢(shì)就是可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的自我檢測(cè)，這就給工程機(jī)械的運(yùn)行帶來(lái)動(dòng)態(tài)化的監(jiān)控模式，并以此實(shí)現(xiàn)對(duì)工程機(jī)械的合理操作，提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并予以解決。突出的功能就是在設(shè)備運(yùn)行中對(duì)設(shè)備的發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電子系統(tǒng)等進(jìn)行全面的動(dòng)態(tài)化監(jiān)控，這里要的是電子技術(shù)中數(shù)據(jù)傳感的原理，這也是機(jī)電一體化在工程機(jī)械中應(yīng)用的最佳實(shí)例。這個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)由監(jiān)控和信息處理、報(bào)警系統(tǒng)組成，一旦工程機(jī)械在作業(yè)中發(fā)生機(jī)械性工作或者工作異常就會(huì)向控制人員發(fā)出警報(bào)，并指明故障位置，幫助檢修人員進(jìn)行核實(shí)和調(diào)整，避免更大的事故出現(xiàn)而影響施工作業(yè)。

2)機(jī)電一體化的應(yīng)用提高了作業(yè)的精度。隨著高速公路的等級(jí)不斷提高，對(duì)質(zhì)量的要求也不斷提高，因此一些施工工藝在人為的操作下很難滿足設(shè)計(jì)的高標(biāo)準(zhǔn)，而利用儀器反復(fù)檢測(cè)也相當(dāng)?shù)暮馁M(fèi)人力和物力，因此需要一種技術(shù)提高作業(yè)的精度，還可以隨時(shí)檢測(cè)問(wèn)題。這時(shí)機(jī)電一體化就成功的解決了這樣的問(wèn)題，首先，機(jī)電一體技術(shù)可以設(shè)定機(jī)械的作業(yè)模式，而且這種模式一旦確定，在各自機(jī)械的配合下，就會(huì)形成一個(gè)固定的作業(yè)順序和標(biāo)準(zhǔn)，而且不會(huì)輕易的發(fā)生變化，這樣保證了公路施工的精確性。同時(shí)由于機(jī)械自動(dòng)作業(yè)可以同參數(shù)的調(diào)整提高施工精度，這種精度的設(shè)定是可以看見的，因此可以實(shí)現(xiàn)高精度持續(xù)作業(yè)。這是機(jī)電一體化為公路施工作出的一個(gè)重要貢獻(xiàn)。

另外，在施工中利用傳感器與電子控制技術(shù)的結(jié)合，可以在施工的同時(shí)對(duì)施工的成果進(jìn)行及時(shí)的檢測(cè)，這樣既可以確保施工成果的質(zhì)量，而且一旦出現(xiàn)問(wèn)題也可以就地解決，而無(wú)需等待后期檢測(cè)的結(jié)果出來(lái)后再進(jìn)行補(bǔ)救，提高了施工的效率。

3)機(jī)電一體化可以降低工程施工的能源消耗。傳統(tǒng)的工程機(jī)械在使用中往往是通過(guò)人的操作來(lái)調(diào)整工作的輸出功率，而這種調(diào)整是粗獷性的調(diào)整，就簡(jiǎn)單的換擋或者轉(zhuǎn)速變化，可以選擇的變換工況很少，這樣就制約了對(duì)能源消耗的控制。在這樣的基礎(chǔ)上，一些機(jī)械生產(chǎn)廠商利用電子控制技術(shù)有效的降低了挖掘機(jī)的工作效率，使其工作中的燃油使用效率提高了一倍還多，所以機(jī)電一體化對(duì)降低能源消耗和提高工作效率是行之有效的。

4)機(jī)電一體化可實(shí)現(xiàn)施工的自動(dòng)化。機(jī)電一體化在工程中的應(yīng)用不僅僅局限在對(duì)某種機(jī)械的改造和工藝精度的提高上，而是向著某一施工工藝的自動(dòng)化作業(yè)方向發(fā)展。即利用一臺(tái)機(jī)械的電子化控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)一組機(jī)械的電子化控制，并使得這一組機(jī)械有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，來(lái)完成某些施工作業(yè)，類似鐵路自動(dòng)化鋪裝設(shè)備的組合型機(jī)械設(shè)備也逐步出現(xiàn)在公路施工中，這就使機(jī)電一體化給公路工程帶來(lái)更多的幫助。同時(shí)在遠(yuǎn)程控制技術(shù)的完善和幫助下，機(jī)電一體化還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程作業(yè)，這對(duì)公路隧道建設(shè)中危險(xiǎn)工段的作業(yè)無(wú)疑有著巨大的現(xiàn)實(shí)意義。

3 機(jī)電一體化技術(shù)在公路施工中的應(yīng)用前景

1)系統(tǒng)的智能化程度將提高。智能化控制是機(jī)電一體化發(fā)展目標(biāo)，即利用電子技術(shù)和機(jī)械控制技術(shù)實(shí)現(xiàn) 機(jī)械的智能化的運(yùn)行。所謂智能化就是機(jī)械可以在不同的情況下利用預(yù)先設(shè)計(jì)好的工況分析系統(tǒng)對(duì)當(dāng)前的工況進(jìn)行評(píng)估，并作出簡(jiǎn)單的運(yùn)行模式的變化，這就是智能化的基本需求。而隨著模擬智能、模糊數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)等學(xué)科的發(fā)展和結(jié)合，將推動(dòng)機(jī)電一體化向智能化邁進(jìn)，最終是對(duì)機(jī)械設(shè)備的智能化改造，并使之在施工中利用簡(jiǎn)單的運(yùn)行動(dòng)作調(diào)整適應(yīng)復(fù)雜工況作業(yè)。

2)模塊化作業(yè)。機(jī)電一體化在工程中的應(yīng)用前景廣闊還包括了其控制和操作模式的簡(jiǎn)化，即智能模塊化控制的實(shí)現(xiàn)。這種模塊化的操作和實(shí)施就是利用某些固定的程序化模塊與特定機(jī)械設(shè)備組合相配合，以此進(jìn)行特定工況下的作業(yè)，如:鋪設(shè)瀝青的工序采用聯(lián)合瀝青攤鋪設(shè)備，在模塊化控制的情況下，可根據(jù)不同的工程需求對(duì)攤鋪設(shè)備進(jìn)行模式設(shè)定，即在某個(gè)工段采用固定的速度、作業(yè)形式等。這樣在該路段就可進(jìn)行無(wú)干擾的作業(yè)，同時(shí)在自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的輔助下，可以將施工過(guò)程完全交給機(jī)械來(lái)完成。

3)對(duì)環(huán)保的貢獻(xiàn)將不可估量。前面提到了利用機(jī)電一體化可以降低工程機(jī)械的能耗，在未來(lái)的機(jī)電一體發(fā)展中將進(jìn)一步提高其對(duì)節(jié)能環(huán)保的貢獻(xiàn)。機(jī)械的高度智能化將帶來(lái)機(jī)械的多功能化，即利用較少數(shù)量的智能化施工機(jī)械就可以完成大量的工程量，這無(wú)疑是對(duì)資源的最大節(jié)約。同時(shí)高效的機(jī)械作業(yè)也減少了對(duì)環(huán)境的破壞，如減少機(jī)械存放的場(chǎng)地、減少人員生活對(duì)環(huán)境的影響等。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)機(jī)電一體化以及其應(yīng)用前景和機(jī)電一體化技術(shù)在公路工程方面的應(yīng)用加以分析，簡(jiǎn)要的介紹了高速公路工程機(jī)電一體化的運(yùn)用。

［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］芮延年.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004.