机电一体化在工程机械中的应用

2022-10-29

随着信息技术的快速发展, 机电一体化技术成为推动工业发展的强大动力, 并广泛运用于工程机械领域, 从根本上改变了工程机械的面貌, 使工程机械进入了一个全新的发展阶段。特别是以微机或微处理器为核心的电子控制系统目前在国外工程机械上的应用已相当普及, 并已成高性能工程机械不可缺少的组成部分。工程机械的机电一体化和智能化将是今后的发展方向。

1 机电一体化概述

机电一体化是当今自动化技术发展的最高阶段。早期的自动化技术主要是借助凸轮、机械机构等实现的, 这一时期的自动化实际上是机械自动化;随着电子技术的发展, 凸轮、机械机构逐渐被继电器、接触器、电磁开关等机构所取代, 实现了电气自动化, 机械机构大大简化, 自动化水平大为提高;机电一体化则是生产实践对自动化技术进一步发展的需要, 也是微电子技术、计算机技术、信息技术、控制技术和精密机械技术等发展的必然产物, 是以计算机为主要特征的自动化技术。随着科学技术的不断发展及对产品性能要求不断提高, 电子控制系统在工程机械中所占的比重将会越来越大, 其功能将会越来越强, 应用范围也将越来越广, 必将有力地推动工程机械技术的发展。

2 机电一体化的发展趋势

纵观国内外机电一体化的发展现状和高新技术的发展动向, 机电一体化主要呈现五个发展趋势。

2.1 个性化

在信息时代, 机电一体化产品将呈现个性化趋势。与此相适应, 机电一体化产品的生产模式及观念也在发生改变。因此精益生产、敏捷制造、智能制造、虚拟制造等得以相继出现。

2.2 高性能化

高性能化一般包含高速、高精度、高效率、高可靠性。新一代C N C系统就是以此“四高”为满足生产而诞生的。它采用多C P U结构, 以多总线连接, 进行高速数据传递;采用精简指令集机, 实时多任务操作系统并行处理;设置多重缓冲器, 故障诊断、自动检错、纠错、系统自动恢复等技术保证该机电一体化产品具有高性能。

2.3 智能化

智能化是机电一体化技术与传统机械自动化技术的主要区别之一。它是在控制理论的基础上, 吸收人工智能、心理学、生理学、运筹学、计算机科学等新思想、新方法, 模拟人类智能, 对诊断过程、人-机接口、自动编程和加工过程等问题进行分析、判断、推理、构思和决策, 以取代或延伸制造工程中人的部分脑力劳动, 并对人类专家的制造智能进行收集、存储、完善、共享、继承和发展, 以求得到更高的控制目标。

2.4 微型化

微型机电一体化产品, 泛指几何尺寸不超过1cm 3的机电一体化产品, 并向微米、纳米级发展, 其体积小、耗能小、运动灵活, 在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优越性, 是近年和将来十大关键技术之一。

2.5 绿色化

机电一体化产品的绿色化主要是指使用时不污染生态环境, 报废时能回收利用。工业的发展, 使得资源减少, 生态环境受到严重污染。绿色化成了时代的趋势, 产品的绿色化成了适应未来发展的一大特色。

3 机电一体化技术在工程机械中的应用

机电一体化技术推动了工程机械制造技术的迅速发展, 特别是随着微型计算机及微处理技术、传感与检测技术、信息处理技术等的发展及其在工程机械上的应用, 从根本上改变了工程机械的面貌, 极大促进了产品性能的提高, 使工程机械进入了一个全新的发展阶段。以微机或微处理器为核心的电子控制系统目前在国外工程机械上的应用已相当普及, 并已成高性能工程机械不可缺少的组成部分。工程机械的机电一体化和智能化将是今后的发展方向。总体上看, 机电一体化技术在工程机械中主要有以下应用。

3.1 电子监控、自动报警及故障自诊

即对工程机械的发动机、传动系统、工作装置、制动系统和液压系统等的运行状态监控, 工作中一旦出现异常现象, 能自动报警并准确地指出故障的部位, 从而改善驾驶员的工作条件, 提高机器的工作效率, 简化设备维护检查工作, 降低使用维修费用, 缩短停机维修时间, 延长设备的使用寿命。

3.2 节能降耗, 提高生产率

传统工程机械的能量利用率较低, 例如, 液压挖掘机的燃料能量利用率仅为3 0%左右, 如此低的能量利用率迫使工程机械的发展必须着眼于节能。日本日立公司挖掘机节能控制系统采用了卡特电子效率控制系统, 通过对发动机和泵的综合控制, 使功率的利用率可达9 8%, 同时生产率也大大提高。

3.3 提高作业精度

为保证成品料的作业精度, 现代沥青及水泥混凝土拌和设备广泛采用了微机控制的电子称量系统, 并使称量过程实现了自动化。自动找平系统的应用, 使沥青混凝土摊铺机的施工质量有了较大的提高。采有超声波技术的自动供料系统, 使沥青混凝土摊铺机的供料实现了自动调节, 进一步提高了摊铺质量。推土机铲刀、平地机刮刀、铲运机铲斗刀刃的电子控制, 不仅提高了作业精度和作业效率, 而且也减轻了操作人员的劳动强度。

3.4 实现作业过程的自动化或半自动化

工程机械实现自动化或半自动化控制, 可以减轻操作者的劳动强度, 提高生产率, 并减少因操作者的经验不足对作业精度的影响, 例如, 日本三菱公司的挖掘机设有挖掘轨迹控制系统, 操作者在控制板上设定好铲斗运动轨迹的形状后, 微机控制系统能够根据各种角度传感器的信号, 自动控制动臂、斗杆和铲刀的运动, 实现各种特定开口和断面沟槽、斜面的精确挖掘, 使挖掘作业实现了自动化。

3.5 其他应用

一些国外生产的推土机、装载机、铲运机等有了电子控制的自动变速器, 其能够根据外负荷的变化情况自动改变传动系统的传动比, 这不仅充分利用了发动机的功率, 提高了燃油经济性, 而且也简化了操作, 降低了劳动强度。为有效地防止翻车和断臂事故, 提高作业的安全性, 现代起重机上广泛地采用了电子控制的力矩限制器。为实现无人驾驶, 使工程机械能在危险地带或人无法接近的地点进行作业, 一些国外工程机械上设置了无线遥控装置。电子系统的可靠性是现代工程机械非常重要的一项性能指标。由于工程机械一般露天作业, 其直接受到烈日暴晒、雨雾、强风、尘埃等的侵袭, 此外还受到强烈的振动和冲击以及各种电、磁等的干扰, 工作环境非常恶劣, 电子控制系统可以有效地解决这些困难, 并确保操作的准确性和可靠性。

机电一体化是当今世界机械工业发展的主要趋向, 它的应用与发展已引起工农业、科技、经济、军事等领域。我国的机械工业, 迫切需要机电一体化技术改造和振兴。大力发展新一代机电一体化产品, 不仅是改造和武装传统机械老设备的一条新路, 而且是推动机械产品更新换代和开辟新领域、发展与振兴机械工业的必由之路。

摘要：随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用, 机电一体化技术获得前所未有的发展, 并广泛应用于工程机械领域。本文阐述了机电一体化的内涵和发展趋势, 并对机电一体化技术在工程机械中的应用进行了探讨。

关键词：机电一体化,工程机械,电子控制