工程機械中的機電一體化技術(shù)

宋少林

摘 要 隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，機電一體化技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛，由機械技術(shù)與微電子技術(shù)等多種技術(shù)相結(jié)合的綜合技術(shù)被稱為機電一體化技術(shù)。機械行業(yè)作為我國的支柱型產(chǎn)業(yè)，能夠在一定程度上推動國民經(jīng)濟的進步與發(fā)展，將機電一體化技術(shù)應(yīng)用于工程機械中，不僅可以有效節(jié)省人力物力，還能提高機械的運行效率，實現(xiàn)工程機械的變革。為此，本文主要圍繞工程機械中的機電一體化技術(shù)展開探討，旨在幫助相關(guān)人員提高機械產(chǎn)品的操作水平，更好地促進我國機械企業(yè)發(fā)展。

關(guān)鍵詞 工程機械 機電一體化技術(shù) 計算機技術(shù) PLC

中圖分類號：TH-39 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）04-0001-03

1 機電一體化技術(shù)的概述

由機械技術(shù)和微電子技術(shù)綜合形成的技術(shù)手段稱為機電一體化技術(shù)，將其科學(xué)、合理的應(yīng)用于智能制造發(fā)展中，可以最大化發(fā)揮該技術(shù)的優(yōu)勢。相對于其他技術(shù)而言，機電一體化技術(shù)所涉及到的領(lǐng)域較為寬泛，能讓生產(chǎn)檢測具有一定的針對性，進而可以高質(zhì)量的完成任務(wù)。機電一體化技術(shù)的智能化融合了多個不同方面的知識，如心理學(xué)、計算機學(xué)等，讓機械設(shè)備可以更好地對人類行為思考加以模仿，讓設(shè)備具有一定的決策能力，實現(xiàn)智能化控制，進而達到節(jié)省人力資源的目標。即便用戶不精通電子設(shè)備，對于機電的相關(guān)知識與原理掌握不充足，但因為該技術(shù)的操作方式比較簡單，也能夠適用于任何群體[1]。機電一體化技術(shù)涉及到諸多專業(yè)知識，所以提高機電一體化的技術(shù)水平可以促進我國機械企業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

2 機電一體化的發(fā)展進程

20世紀60年代以前是機電一體化發(fā)展的初級階段，人們主要借助電子技術(shù)的成果對機械產(chǎn)品性能予以完善。尤其是在第二次世界大戰(zhàn)中，戰(zhàn)爭更是在一定程度上刺激電子技術(shù)與機械產(chǎn)品二者之間的相互融合，機械與電子結(jié)合后的軍用技術(shù)，由軍用向民用轉(zhuǎn)變，能夠有效恢復(fù)戰(zhàn)后經(jīng)濟，但站在總體角度上分析仍處于自發(fā)狀態(tài)中。因為當時電子技術(shù)的發(fā)展并沒有達到較高的水平，無法深入發(fā)展電子技術(shù)與機械技術(shù)的結(jié)合度，并嚴重阻礙開發(fā)產(chǎn)品的大量推廣。在20世紀的90年代后期，機電一體化技術(shù)逐漸向智能化的方向發(fā)展，促使機電一體化進入大力發(fā)展階段。首先，光學(xué)技術(shù)與通信技術(shù)等諸多技術(shù)融入到機電一體化中，而微細加工技術(shù)也逐漸在機電一體化中顯露頭角，進而出現(xiàn)微機電一體化與光機電一體化的全新分支[2]。其次，根據(jù)機電一體化系統(tǒng)中的建模設(shè)計與集成方法，并深入研究機電一體化的發(fā)展趨勢，同時人工智能技術(shù)、光纖技術(shù)等一系列領(lǐng)域取得顯著進步，為機電一體化技術(shù)的持續(xù)發(fā)展開辟了一條全新途徑，促使機電一體化形成一套完整的科學(xué)體系。

3 機電一體化在工程機械中的應(yīng)用前景

3.1 系統(tǒng)化

機電一體化的關(guān)鍵應(yīng)用趨向就是系統(tǒng)化，其體系結(jié)構(gòu)可以進行靈活組態(tài)，具有極強的開放性與模塊性特點，并且通過對多個子系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)控制能夠有效強化系統(tǒng)本身的通信性能。

3.2 網(wǎng)絡(luò)化

當機電一體化產(chǎn)品研發(fā)成功后，應(yīng)該對該產(chǎn)品的性能與質(zhì)量予以保證，借助網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢對產(chǎn)品進行監(jiān)控?，F(xiàn)階段，我國大部分機電一體化產(chǎn)品在總線技術(shù)與局域網(wǎng)技術(shù)的背景下充分實現(xiàn)了遠程控制，推動我國機械朝著網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。

3.3 微型化

微型的機電一體化具備機電一體化中的整體功能，同時擁有極強的靈活性能，將會耗費較低的耗能，而且微機電一體化的體積相對較小，通常被其他領(lǐng)域所使用。一般情況下，微型機電一體化本身的加工技術(shù)對于產(chǎn)品的生產(chǎn)加工有著直接聯(lián)系，同時這種技術(shù)可以確保產(chǎn)品的高效性與微型性。

4 工程機械中機電一體化的應(yīng)用

4.1 應(yīng)用于電子監(jiān)控中

工程機械中的電子監(jiān)控主要是依靠機電一體化技術(shù)展開工作，其控制方位對操作系統(tǒng)、加工機械等進行了全面覆蓋，一旦這些系統(tǒng)在運行過程中出現(xiàn)問題，將會完整的在電子監(jiān)控中顯現(xiàn)，便于相關(guān)工作人員按照所出現(xiàn)的情況維修具體部分。該系統(tǒng)能夠有效避免工程機械發(fā)生意外事故，并使得檢修工人的工作效率有所提高，在一定程度上節(jié)省了工程機械的資金消耗。除此之外，電子監(jiān)控還能對每一個系統(tǒng)的工作狀態(tài)予以檢測，并將所檢測到的情況真實地反饋到機電一體化主體的部分，讓主體依照實際情況對以下各個系統(tǒng)作出指令（如圖1所示）。

4.2 應(yīng)用于挖掘機中

建筑工程中普遍應(yīng)用的機械設(shè)備為液壓挖掘機，并且是一種仿生機器，在挖掘機中應(yīng)用機電一體化技術(shù)可以使挖掘機操作更為簡單。伴隨著我國科學(xué)技術(shù)的大力發(fā)展，對于挖掘機本身的質(zhì)量與性能而言人們的要求比較高，而傳感技術(shù)、電液比例技術(shù)的進步推動了挖掘機的發(fā)展[3]。目前，挖掘機中通常會使用電子節(jié)能技術(shù)，提升了挖掘機的整體續(xù)航能力，有效節(jié)省資源，與我國可持續(xù)發(fā)展理想相貼合。不僅如此，將機電一體化技術(shù)應(yīng)用于挖掘機中能夠監(jiān)控機器的各項參數(shù)，便于工作人員通過手機了解機器的整體狀態(tài)。液壓挖掘機中普遍應(yīng)用儀表技術(shù)，以此來監(jiān)控挖掘機實際狀態(tài)，確保機械可以正常運轉(zhuǎn)，避免挖掘機在施工中因自身原因出現(xiàn)隱患而延長工期。與此同時，在挖掘機中應(yīng)用機電一體化技術(shù)可以在機械設(shè)備參數(shù)出現(xiàn)異常時自動探尋故障的具體位置并予以警示，使得人力維護成本明顯降低。

4.3 應(yīng)用于智能機器人中

將機電一體化技術(shù)應(yīng)用于工程機械的生產(chǎn)設(shè)備中，能夠有效控制計算機系統(tǒng)的信息，形成一種自動化的生產(chǎn)模式。在智能制造的技術(shù)中融入機電一體化技術(shù)，可以最大化發(fā)揮智能制造技術(shù)的優(yōu)勢，作用于智能制造系統(tǒng)中，能夠科學(xué)地對智能產(chǎn)品進行生產(chǎn)和制造。但是從目前的技術(shù)水平而言，智能機器人屬于高水平的技術(shù)，它不僅涵蓋了傳感技術(shù)、計算機技術(shù)等多種先進的技術(shù)，還充分結(jié)合仿生學(xué)、結(jié)構(gòu)學(xué)，是現(xiàn)階段首要的研發(fā)重點。在智能機器人的研發(fā)中融入機電一體化技術(shù)，不僅可以提升生產(chǎn)效率和質(zhì)量，還能確保生產(chǎn)精度，進而對生產(chǎn)信息進行細微的檢測。另外，有效控制工程機械中內(nèi)燃機整體工作過程，需要將氮化物與氧傳感器所傳回的信號進行全面采集;使用激光平地機時需要通過傳感器的信號傳回，以及信號的反饋作為有力支撐;掘進機則需要具有內(nèi)部導(dǎo)向的加速度計、陀螺儀等技術(shù)，以上均需要得到機電一體化技術(shù)的大力支持。

4.4 應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)中

我國以往的煤礦開采通常是采用人工開挖的方式，但煤礦開采環(huán)境頗為惡劣，安全系數(shù)嚴重偏低，導(dǎo)致煤礦在開采過程中極易出現(xiàn)安全事故，如支護技術(shù)落后造成坍塌事故發(fā)生，這無疑增加了煤礦開采的危險系數(shù)。然而在煤礦開采機械設(shè)備中應(yīng)用機電一體化技術(shù)，能夠最大限度提高煤礦開采的安全性，只需要工作人員正確控制機械設(shè)備就可以實現(xiàn)機械設(shè)備自行開采煤礦的工作，在開采煤礦過程中人力資源的使用得到有效的減少，不僅提高了煤礦開采的安全系數(shù)，又保證開采工人的生命安全。機電一體化技術(shù)的應(yīng)用能夠使提升機自動化運行與全數(shù)字智能控制得到充分實現(xiàn)，就比如說在煤礦生產(chǎn)中應(yīng)用內(nèi)裝式提升機，將滾動與驅(qū)動的方式進行充分結(jié)合，從而改進和優(yōu)化傳統(tǒng)的機械設(shè)備機構(gòu)，并表現(xiàn)出應(yīng)用廣泛、性能穩(wěn)定的優(yōu)勢。將機電一體化技術(shù)應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)中，使煤礦企業(yè)的經(jīng)濟效益明顯提高，增強了煤礦開采行業(yè)的競爭力。除此之外，我國煤礦機械中普遍應(yīng)用電控技術(shù)，通過PLC的調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)升降機工作效率的提升;通過PLC變頻技術(shù)加強挖煤機的產(chǎn)能;自動化的監(jiān)督控制、排查等多方面的應(yīng)用，使得煤礦產(chǎn)能得到一定程度的提高，還能有效保證生產(chǎn)的安全性。

4.5 應(yīng)用于自動化作業(yè)中

我國工程機械中最常使用的技術(shù)手段就是自動化以及半自動化生產(chǎn)控制技術(shù)，主要是在人機界面控制裝置、傳感器等設(shè)備中應(yīng)用，同時充分應(yīng)用于飲料、香煙等各類產(chǎn)品制造中。不僅如此，還可以把自動化與半自動化生產(chǎn)控制技術(shù)作為各類產(chǎn)品生產(chǎn)過程的載體，并設(shè)計出能夠監(jiān)控生產(chǎn)過程的系統(tǒng)，通過這個系統(tǒng)可以對產(chǎn)品的生產(chǎn)流程予以全方位分析，對產(chǎn)品生產(chǎn)流程予以實時了解。例如大部分挖掘機就是以機電一體化為基礎(chǔ)，實現(xiàn)機械設(shè)備的自動化以及半自動化，利用數(shù)控系統(tǒng)等設(shè)備的控制功能，對挖掘機鏟斗運動的形狀與軌跡加以控制。同時通過微機操作相關(guān)系統(tǒng)對挖掘角度進行控制，確保挖掘機能夠準確挖掘，在一定程度上降低對操作者本身技能的要求，實現(xiàn)對生產(chǎn)力的解放，與我國現(xiàn)代工程施工提出的要求較為貼合。

4.6 應(yīng)用于改造機床中

工程機械中最為關(guān)鍵的一項設(shè)備就是數(shù)控機床，在實際的工作中對數(shù)控工機床以及工作臺刀具的實際運行軌跡有著極為嚴格的要求，并且其偏差值應(yīng)控制在規(guī)定的范圍中，以此來保證產(chǎn)品的精確程度。為了有效提高數(shù)控機床整體的工作效率，就應(yīng)該運用機電一體化技術(shù)對其予以改造，尤其是開環(huán)伺服系統(tǒng)的操作性能較為簡單、便捷，一旦發(fā)生故障時極易被發(fā)現(xiàn)，因此被廣泛使用;而滾珠絲杠副具的摩擦后損失度比較少，且傳動率較高，只需要按照要求對滾珠方向加以調(diào)整方可消除空間死區(qū)，降低數(shù)控機床出現(xiàn)偏差的可能性。伴隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，目前數(shù)控機床中都會借助微機技術(shù)對相關(guān)數(shù)據(jù)信息進行自動化處理，并根據(jù)產(chǎn)品的實際需求選用技術(shù)與功能。如果數(shù)控機床的改動性比較大，就應(yīng)該在原有操作系統(tǒng)基礎(chǔ)上減少對其的調(diào)整，使得企業(yè)投入成本有所降低，實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)效益的增強[4]。

4.7 應(yīng)用于煉鋼技術(shù)中

鋼鐵作為我國一項重要產(chǎn)業(yè)，其中應(yīng)用的機電一體化系統(tǒng)通常是將計算機處理器作為核心，將操控設(shè)備、儀器儀表以及顯示設(shè)備等集為一體，并將各種技術(shù)手段予以整合，進而提高機械設(shè)備的使用效率，延長機械設(shè)備的使用壽命。目前，現(xiàn)代化的煉鋼技術(shù)融入了通信技術(shù)、微型處理器與電動技術(shù)等先進技術(shù)，進一步推動了我國鋼鐵企業(yè)的發(fā)展。不僅如此，交流傳動系統(tǒng)中應(yīng)用現(xiàn)代數(shù)學(xué)理論，對于較為復(fù)雜的矢量運算進行有效解決，更加凸顯交流調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)勢，實現(xiàn)交流同步電機與直流同步電機之間的速度轉(zhuǎn)換。在軋鋼的過程中，交流傳動系統(tǒng)的使用范圍明顯增大，為我國煉鋼技術(shù)提供一定的技術(shù)支持。

5 結(jié)語

總而言之，機電一體化技術(shù)作為持續(xù)發(fā)展的技術(shù)，需要融合全新的科學(xué)技術(shù)對機電一體化技術(shù)予以豐富，機電一體化技術(shù)的大力發(fā)展能夠有效增強我國的國際競爭力，同時也是我國科學(xué)技術(shù)的關(guān)鍵體現(xiàn)。將機電一體化技術(shù)應(yīng)用于工程機械中，不僅可以改善以往工程機械的生產(chǎn)情況，還能提高工程機械產(chǎn)品的質(zhì)量，進而推動我國經(jīng)濟的快速進步。

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