关于机电一体化技术其应用的

【摘 要】随着科学技术的发展,工程领域也掀起了技术改革的狂潮,特别是微电子技术以及计算机技术的崛起,它们向机械工业渗透,形成机电一体化,使机械工业的技术结构、构成以及管理方式等都发生了巨大的变化,使人类社会工业生产由“机械电气化”进入到“机电一体化”时代.本文主要介绍了机电一体化的定义、关键技术及其优势,最后分析了它的具体应用范围,并着重分析了机电一体化在工程机械上的应用研究.

【关 键 词】机电一体化；技术；应用

1.引言

目前,我国工程机械正处于机电一体化的特殊发展时期,工程机械领域随着机电一体化技术的引入,电子技术,自动控制,液压技术等与机械技术结合起来,因为与高新技术的融合,这样子提高了生产效率和机械性能.例如,机电一体化提高了机械的操作舒适性、燃油经济性、作业效率、作业精度以及使用寿命等[1].机电一体化是科技发展的结晶,是社会生产力发展到一定阶段的必然要求.它是机械工业发生变革的动力,使传统的机械设计方法和概念发生了革命性的变化.

特别是电子技术和自动控制技术,在工程机械中得到了广泛的采用.由于经济水平的提高和科技的进步,对于工程机械的性能要求也越来越高,这促使以微处理器为核心的电子、控制装置在工程机械中得到了越来越普遍的应用,电子控制装置的结构也越来越复杂.

2.机电一体化技术的研究

2.1机电一体化的概念

机电一体化就是指在结构的主要功能、信息处理功能、控制功能和动力功能上引入电子科学技术,将机械装置与电子化设计、软件相结合的系统的总称.它是工程领域中不同种类的技术的综合,是建立在微电子技术、信息处理技术、自动控制技术等一系列技术基础上发展起来的一种高新技术.它能代替和放大体力,并且机电一体化中的微电子装置不仅仅可以取代某些机械部件,还能拥有很多自己的功能.

2.2机电一体化的关键技术

机电一体化包含软件技术和硬件技术.硬件部分包含机械本体、信息处理单元、驱动单元以及传感器,因此,加快机电一体化发展进度,可以从下面各方面着手：

（1）机械本体：为了减少机械产品的重量,不仅仅可以再结构上加以改进,还可以考虑使用非金属复合材料来代替钢铁材料,这样子减轻了机械本体的重量,增加了实现驱动系统的小型化的可能性,进而可以改善快速响应等特性,做到提高效率,降低功耗.

（2）信息处理技术：提高信息处理设备的可靠性可以进一步发展机电一体化.提高信息处理的可靠性包括提高A/D转换设备的可靠性和分时处理中输入/输出的可靠性,提高处理速度.

（3）驱动：很多设备使用电机作为驱动装置,但是它在快速响应和效率方面还有很多弱点,因此,需要开发新的电机,如开发内部装有编码器的电机或是开发控制专用组件-电机和传感器三位一体的伺服驱动单元.

（4）传感器：传感器是获取自然界中非电量元素的工具,它的可靠性、灵敏度和精确度都时刻影响着机械工程的效率,目前正在开发非接触型检测技术.

（5）软件技术：硬件的发展促使需要配套的软件一起发展,软件的标准化可以减少软件的研发成本,提高维修效率.软件的标准化包括程序标准、软件程序的固话以及程序的模块化等.

2.3机电一体化的优势和发展趋势

机电一体化产品于传统产品相比,有很多优势：（1）使用可靠性和安全性得到了提高.因为自动控制技术的引入,使得机电一体化产品在生产过程中具有自动监视、自动诊断和报警功能.在生产过程中,遇到过压、过载等电力故障时,会自动启用保护措施,减少生产安全事故的发生,设备的使用安全性得到了显著的提高.（2）生产效率和质量得到了显著提高.由于自动信息处理和自动控制技术的参与,机电一体化产品的灵敏度和精度都有了大幅度的提高,自动控制使得机械操作的执行完全按照预计步骤进行,而不受工作人员主观因素的影响,保证了产品的质量,同时提高了产品的合格率和生产效率.（3）机电一体化产品实现了复合功能,可以在更多场合得到应用.由于生产技术的提高,机电一体化产品的功能水平大大提高,它们具备自动控制、自动补偿以及智能化等多种功能,因此可以被应用于各种不同的场合,甚至是不同的领域,满足需求应变力更强.（4）更易于维修.机电一体化产品可以通过软件来实现工作方式的变换,以满足不同用户的需求,这些控制软件的程序在不改变产品硬件的条件下,可以由多种方式植入机电一体化产品的控制系统.

为实现更高的生产效率,开发新一代的机电一体化产品,研究新一代的机电一体化系统,研究和设计各种稳定高效,性能优良的机器人和机电一体化设备是发展趋势.随着人们对制造模式的认识的转变,由质量第一向响应市场需求的转变,使得机电一体化在制造模式领域又开辟了一块新天地.

3.机电一体化在工程器械上的应用

3.1机电一体化和机械工程的关系

在机械工程中引进机电一体化技术,大大提高了机械的性能,而反过来,由于机械工程性能的改善,使得机电一体化产品的应用领域更加广泛,两者相辅相成,相互促进,共同发展,形成了一个良性发展的循环系统.

3.2机电一体化对机械工程的积极作用

由于技术水平的发展,现代施工中对机械工程的性能要求也逐渐提高,为达到施工质量要求,在施工过程中使用的器械要求功效高但是同时要求能耗小,要求具有很好的自动化程度以及精度,这些器械使用方法要求简单,操作安全,并且具有很长的使用寿命.在使用过程中,要求能自动监视,自动诊断,这样有利于降低维修成本,减少施工事故的发生,保障生命和财产的安全.这时,机电一体化技术的引入就成了一件迫在眉睫的事情.它对工程机械发挥了积极的作用.

（1）降低了劳动强度.机电一体化产品和技术在工程机械领域的使用,大大降低了工作人员的劳动强度,而且还减少了由于操作人员缺乏经验而造成对工程精度的影响.日本小松公司所生产的挖掘机配备运行轨迹控制系统能够根据工作人员操作的铲斗的运行轨迹,而自动感应角度信号,然后控制斗杆的运动轨迹,自动进行坡面的精确挖掘等动作,大大提高了生产效率.

（2）提高设备使用寿命.由于机电一体化产品集合了自动报警,监视以及故障自我诊断能力,可以针对工程机械的相应系统如传动系统、制动系统以及发动机的当前工作状态,进行监视,若发现异常情况,马上进行自动警报并实现故障定位,降低工作人员的维修难度,缩短维修时间,达到延长设备使用寿命的目的.同时降低了生产事故的发生频率,降低了生产成本.

（3）环保化.机电一体化工程机械的使用,大大提高了能源的利用率,符合国家的节能减排倡议.因此对传统机械设备进行节能改造具有很重要的意义.日本日立公司的挖掘机由于安装了自动控制系统,实现了对发动机的控制,因此使得对能源的利用率达到了八分之九十八,大大降低了能耗,传统的挖掘机的能源利用率大约为30%.

4.结束语

我国要想全面实现机电一体化技术还任重而道远,用微电子技术改造传统技术的工作量很大,很有难度,而用机电一体化技术来加速产品更新换代速度的呼声很高,但是它的实现仍很有压力.虽然我国的工业结构等已经经过几番调整,但那时由于诸多阻扰因素,效果并不明显.但是由于机电一体化技术的有优势很明显,它的出现并不是巧合,它是科技进步的产物,它促使机械工业发生战略性改革,使传统的机械设计方法和理念受到了挑战,并影响着传统机械发生革命性的变化,它是推动产业革新的必经之路.因此,加快培养机电一体化人才有非常重要的意义.企业只有注重优秀人才的培养,才能在竞争中占据优势.