機(jī)電一體化技術(shù)在工程機(jī)械中的應(yīng)用與展望

邢玉奎

【摘 要】機(jī)電一體化技術(shù)是將機(jī)械、電工電子、微電子、信息、傳感器、接口、信號(hào)變換等多種技術(shù)進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合，并應(yīng)用到實(shí)際中的綜合技術(shù)。機(jī)電一體化技術(shù)在工程機(jī)械中主要有以下應(yīng)用。電子監(jiān)控、自動(dòng)報(bào)警及故障自診；節(jié)能降耗，提高生產(chǎn)率；提高作業(yè)精度，使稱量過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；實(shí)現(xiàn)作業(yè)過(guò)程的自動(dòng)化或半自動(dòng)化。展望機(jī)電一體化技術(shù)的未來(lái)，其發(fā)展呈現(xiàn)智能化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】機(jī)電一體化 工程機(jī)械 應(yīng)用 展望

從我國(guó)工程機(jī)械領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，現(xiàn)代工程機(jī)械目前正處于機(jī)電一體化的快速發(fā)展時(shí)代。機(jī)電一體化技術(shù)在工程機(jī)械領(lǐng)域的應(yīng)用已相當(dāng)普及。

一、機(jī)電一體化概述

機(jī)電一體化技術(shù)是將機(jī)械技術(shù)、電工電子技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、傳感器技術(shù)、接口技術(shù)、信號(hào)變換技術(shù)等多種技術(shù)進(jìn)行有機(jī)地結(jié)合，并綜合應(yīng)用到實(shí)際中去的綜合技術(shù)?，F(xiàn)在的機(jī)電一體化技術(shù)，是機(jī)械和微電子技術(shù)緊密集合的一門技術(shù)。機(jī)電一體化是當(dāng)今自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的最高階段。

二、機(jī)電一體化和工程機(jī)械的關(guān)系

在工程機(jī)械領(lǐng)域引入機(jī)電一體化技術(shù)大大提高了機(jī)械性能，而工程機(jī)械性能的不斷提高也使機(jī)電一體化應(yīng)用更加廣泛，兩者相互影響，共同促進(jìn)形成了一個(gè)良性發(fā)展的循環(huán)系統(tǒng)。

三、機(jī)電一體化技術(shù)在工程機(jī)械中的應(yīng)用

總體上看，機(jī)電一體化技術(shù)在工程機(jī)械中主要有以下方面應(yīng)用。

1.電子監(jiān)控、自動(dòng)報(bào)警及故障自診。

即對(duì)工程機(jī)械的發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、工作裝置、制動(dòng)系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控，工作中一旦出現(xiàn)異常現(xiàn)象，能自動(dòng)報(bào)警并準(zhǔn)確地指出故障的部位，從而改善駕駛員的工作條件，提高機(jī)器的工作效率，簡(jiǎn)化設(shè)備維護(hù)檢查工作，降低使用維修費(fèi)用，縮短停機(jī)維修時(shí)間，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。

2.節(jié)能降耗，提高生產(chǎn)率。

傳統(tǒng)工程機(jī)械的能量利用率較低，例如，液壓挖掘機(jī)的燃料能量利用率僅為30%左右，如此低的能量利用率迫使工程機(jī)械的發(fā)展必須著眼于節(jié)能。日本日立公司挖掘機(jī)節(jié)能控制系統(tǒng)采用了卡特電子效率控制系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和泵的綜合控制，使功率的利用率可達(dá)98%，同時(shí)生產(chǎn)率也大大提高。

3.提高作業(yè)精度，使稱量過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

為保證成品料的作業(yè)精度，現(xiàn)代瀝青及水泥混凝土拌和設(shè)備廣泛采用了微機(jī)控制的電子稱量系統(tǒng)，并使稱量過(guò)程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。自動(dòng)找平系統(tǒng)的應(yīng)用，使瀝青混凝土攤鋪機(jī)的施工質(zhì)量有了較大的提高。采有超聲波技術(shù)的自動(dòng)供料系統(tǒng)，使瀝青混凝土攤鋪機(jī)的供料實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)調(diào)節(jié)，進(jìn)一步提高了攤鋪質(zhì)量。推土機(jī)鏟刀、平地機(jī)刮刀、鏟運(yùn)機(jī)鏟斗刀刃的電子控制，不僅提高了作業(yè)精度和作業(yè)效率，而且也減輕了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

4.實(shí)現(xiàn)作業(yè)過(guò)程的自動(dòng)化或半自動(dòng)化。

工程機(jī)械實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化或半自動(dòng)化控制，可以減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)率，并減少因操作者的經(jīng)驗(yàn)不足對(duì)作業(yè)精度的影響，例如，日本三菱公司的挖掘機(jī)設(shè)有挖掘軌跡控制系統(tǒng)，操作者在控制板上設(shè)定好鏟斗運(yùn)動(dòng)軌跡的形狀后，微機(jī)控制系統(tǒng)能夠根據(jù)各種角度傳感器的信號(hào)，自動(dòng)控制動(dòng)臂、斗桿和鏟刀的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)各種特定開(kāi)口和斷面溝槽、斜面的精確挖掘，使挖掘作業(yè)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。

四、機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展展望

機(jī)電一體化是當(dāng)今世界機(jī)械工業(yè)發(fā)展的主要趨向，它的應(yīng)用與發(fā)展已引起工農(nóng)業(yè)、科技、經(jīng)濟(jì)、軍事等領(lǐng)域。展望機(jī)電一體化技術(shù)的未來(lái)，其發(fā)展趨勢(shì)如下：

1.智能化。

智能化是21世紀(jì)機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要發(fā)展方向。智能化是對(duì)機(jī)器行為的描述，是在控制理論的基礎(chǔ)上，吸收人工智能、運(yùn)籌學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、模糊數(shù)學(xué)、心理學(xué)、生理學(xué)和混沌動(dòng)力學(xué)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(biāo)。

2.微型化。

微型化興起于20世紀(jì)80年代末，指的是機(jī)電一體化向微型機(jī)器和微觀領(lǐng)域發(fā)展的趨勢(shì)。國(guó)外稱其為微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS），泛指幾何尺寸不超過(guò)1立方厘米的機(jī)電一體化產(chǎn)品，并向微米、納米級(jí)發(fā)展。微機(jī)電一體化產(chǎn)品體積小、耗能少、運(yùn)動(dòng)靈活，在生物醫(yī)療、軍事、信息等方面具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。微機(jī)電一體化發(fā)展的瓶頸在于微機(jī)械技術(shù)，微機(jī)電一體化產(chǎn)品的加工采用精細(xì)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)兩類。

3.網(wǎng)絡(luò)化趨勢(shì)。

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起和飛速發(fā)展給科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、政治、軍事、教育及人們的日常生活都帶來(lái)了翻天覆地的變化。機(jī)電一體化新產(chǎn)品一經(jīng)研制出來(lái)，只要其功能獨(dú)到，質(zhì)量可靠，很快就會(huì)暢銷全球。由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)迅速發(fā)展起來(lái)，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?，F(xiàn)場(chǎng)總線和局域網(wǎng)技術(shù)是家用電器網(wǎng)絡(luò)化已成大勢(shì)，利用家庭網(wǎng)絡(luò)將各種家用電器連接成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家電系統(tǒng)，使人們?cè)诩依锓窒砀鞣N高技術(shù)帶來(lái)的便利與快樂(lè)。這也使機(jī)電一體化技術(shù)朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展成為必然趨勢(shì)。

4.系統(tǒng)化。

系統(tǒng)化的特點(diǎn)之一就是系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)一步采用開(kāi)放式和模式化的總線結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)可以靈活組態(tài)，進(jìn)行任意剪裁和組合，同時(shí)尋求實(shí)現(xiàn)多子系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制和綜合管理。系統(tǒng)化的特點(diǎn)之二是通信功能的大大加強(qiáng)，即未來(lái)的機(jī)電一體化更加注重產(chǎn)品與人的關(guān)系。機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對(duì)象是人，如何賦予機(jī)電一體化產(chǎn)品人的智能、情感、人性顯得越來(lái)越重要，特別是對(duì)家用機(jī)器人，其高層境界就是人機(jī)一體化。

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