机电一体化系统在机械工程中的应用

【摘 要】随着我国科学技术的不断革新与发展,作为集信息学、机械学、电子学等众多学科为一体的机电一体化技术得到了前所未有的发展,这一技术也被广泛的应用在了工程机械领域.正是这一技术的引用使工程机械的自动化或半自动化成为了可能,从而极大的增加了工程机械作业的精度和准确度.本文主要介绍了机电一体化的关键技术和在工程机械中的应用.

【关 键 词】机电一体化机械技术应用发展

1.前言

随着我国科学技术的不断发展,人们的生产及生活水平正在发生着巨大的改变,而这些改变正是得益于科学技术的不断应用,在众多的领域,科学技术正在不断的革新与改造,这就促使了很多学科相互交叉渗透,尤其是在机械工程领域,这一领域正在由以前的以机械电气化为主逐渐转变为机电一体化,这一转变很大程度上是由于微电子技术和计算机技术的快速发展而形成的,而这也促使了工程机械企业的技术结构、产品结构、生产方式、管理体系等发生了重大的改变.

2.对机电一体化的理解

时至今日,机电一体化已经发展成为一门有着自身特点及体系的新型学科,随着科学技术的不断革新与推进,一些新的血液还将会持续不断的注入进来.机电一体化技术的突破使得机械工业实现自动化控制成为了可能,机电一体化作为一门交叉性的新型学科,它不仅继承了电子学、机械学、信息学等其他学科的特点,同时还发展了自身的特点.从概念的外延来看,机电一体化包括了机电一体化技术和机电一体化产品两个方面.机电一体化技术是从系统工程的观点出发,将机械、电子和信息等有关技术有机结合起来,以实现系统或产品整体最优的综合性技术.为加快机电一体化的发展,我们必须解决和推进以下几个关键型技术的发展：

1）机械本体技术

机械本体技术应当从改善性能、减轻质量和提高精度等几个方面着手.机械系统的小型化及性能的优化都建立在机械本体的轻质化基础上,因此首先要减轻机械本体的质量,我们可以考虑选择用非金属复合材料代替传统的钢铁材料.以此来提高机械的快速响应特性,减少能量消耗,提高效率.

2）信息处理技术

机电一体化与微电子技术的显著进步、信息处理设备的普及和广泛应用有着密切的关系.因此,为进一步的促使机电一体化的发展,必须提高信息处理设备的稳定性和可靠性.

3）传感技术

提高传感器的性能应当注重提高传感器的可靠性、灵敏度和精度,而提高可靠性与防干扰有着密切的关系,为避免干扰,目前光纤电缆传感器正在逐步的发展壮大.

4）软件技术

软件作为机械一体化系统中的重要组成部分,必须要和硬件协调一致的发展.为降低软件的研发成本没提高生产维修的效率,应当逐步推进软件的标准化,包括程序的标准化、程序模块化.软件程序的固化等.

3.机电一体化未来发展方向

1）自律分配化系统方向

当机电一体化发展到一定的程度,其执行和控制系统将获得足够的空间,具备很强的“柔性”,能够从容的面对突发事件,即被设计成“自律分配系统”,当这系统运行时,各子系统独立运行,互不影响,但其本身也具备足够的自律性,当外界环境发生变化时,他们也随之发生相应的变化以适应外界的变化.这一系统的特点是子系统可产生本身的信息并附加所给信息,在总体的指令条件下,每个子系统的“行动”都可以有所改变.这一特征,既避免了因为某一子系统的故障而使得整个系统瘫痪,在很大程度上增加了系统的柔性.

2）全息系统化方向

所谓的全息,即指全方位呈现,在将来的机电一体化发展中,其“全息”的特点将会越来越明显,机电一体化将从不同的角度使得“指令”得以准确执行,智能化发展是一大趋势,而这一发展趋势则主要得益于信息技术和模糊技术的高度发展.

3）光机电一体化方向

机械电子工程,是光机电一体化的别称,它是机械工程与自动化的一种,相对于传统的机电一体化技术,光机电一体化引进了光学技术,充分利用光学技术的特点,进一步改变优化机电一体化系统中的传感系统、信息处理系统、能源系统等各子系统.

4）模块化方向

在机电一体化的发展过程中,模块化始终是一项艰巨而又漫长的工程.机电一体化发展到今日,其产品种类和生产厂商繁多纷杂,研发和开发具备标准化电气接口、机械接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品是相困难的.然而,对于机电一体的模块化生产又是具备相当重要的意义的,这不仅能够降低机电一体化的生产、维修、维护的成本,还能有益于相关技术人员的培训.

5）仿生物系统化方向

信息处理是机电一体化的一大核心,随着机电一体化的发展,其承载的信息处理的负荷也将越来越大,而其往往在结构上处于“静态”时不稳定,处于“动态”时,较稳定.仿生物系统化的应用能够是这一问题得到根本上的解决.

4.机电一体化在机械工程中的应用

随着我国经济的不断发展,现代工程施工的规模及难度也在不断的加大,这在某种程度上要求工程机械具备良好的性能,其自动化的程度也将直接影响到工程施工的质量及经济效益.现代工程机械应当具备以下性能：施工质量、精度高；生产效率、经济效益好；性能稳定,工作可靠安全等,为满足这些性能要求,因此我们在工程机械领域引进了机电一体化技术,其应用范围主要包括以下几个方面.

4.1监督控制作用

电子监控系统,作为机电一体化系统中的重要组成部分,其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运行状体进行监控,在机械工作当中一旦出现异常,电子控制系统能立即的触发报警系统并且准确的找出故障的所在位置,进而减少相关事故的发生,与此同时,也方便工作人员及时的检修和排除故障,极大地提高了工作效率,降低了不必要的经济损失.

4.2节能降耗,提高生产效率相对于传统的柴油机能源利用率低,电控系统能够充分有效的发挥柴油机的输出功率,使柴油能够尽量完全燃烧、净化排气.为减少柴油机的能量损失,采用电子控制技术,根据负荷条件自动调节柴油机的油门,以此来增大能源的利用率.例如：日本小松公司挖掘机采用新型的节能控制器（OLLS系统）,燃气可节省23%,同时机械的使用功率的利用率可达到98%之高,而这主要得益于其采用的卡特电子效率控制系统.

4.3提高作业精度

在工程机械设备上引进电子控制系统,不仅可以使称量自动化,而且还可以使称量变得更为精确,从而有效的避免了人工称量效率低、误差大的特点,进而使得成品的作业精度得到明显的提高.例如：在商品混凝土广泛普及的今天,许多的商品混凝土拌合站都在混凝土拌合设备上采用了微电控制的电子称量系统,并使计量过程实现了自动化,电子称量系统的引用,保证了混凝土的绝对配合比,极大的提高了混凝土的质量.此外,在沥青混凝土摊铺机上应用自动找平系统,使沥青摊铺质量得到了明显的提高,路面的平整度可达到0.127m/3m.

4.4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,不仅可以减轻操作者的劳动强度,提高生产效率,还能有效的降低作业的安全系数.例如,日本三菱公司的挖掘机设有挖掘轨迹控制系统,操作人员在控制板上设定好铲斗的运动轨迹形状之后,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,实现各种形状和断面沟槽,斜面的准确开挖,从而使挖掘工作实现了自动化,同时也降低了人工开挖的危险性.

5.结语

综上所述,机电一体化在工程机械方面的应用越来越广泛,其使用价值也越来越高,机电一体化正逐步成为机械领域的发展方向,同时也为传统的机械行业带来了新的发展空间.在科学技术的各个分支高度发展以后,各分支之间的相互交融渗透是必不可少的,以机械技术、信息技术、电子技术为基础的机电一体化技术正是众多学科相互渗透融合的产物.我相信,在相当长的一段时间内,机电一体化技术将源源不断的应用于工程机械.