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1、机电一体化在工程机械中的应用 现代工程施工中,工程机械的性能、自动化程度及其经济性等可以直接影响到施工工艺的好坏,而工程机械的电气与电子控制系统部分质量与性能的优劣又直接影响到工程机械的动力性、经济性、可靠性、施工质量、生产效率及使用寿命等。关键词机电一体化工程机械电子控制前言机电一体化又称机械电子学,是一门跨学科的综合性高技术,是由微电子技术、计算机技术、信息技术、自动控制技术、机械技术、液压技术以及其他技术相互融合而成的一门独立的交叉学科。机电一体化技术从上世纪70 年代中期开始在国外工程机械上得到应用。80 年代以微电子技术为核心的高新技术的兴起,推动了工程机械制造技术的迅速发展,特别是
2、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。一、现代工程机械正处在一个机电一体化的发展时代引入机电一体化技术,使机械、液压技术和电子控制技术等有机的结合,可以极大地提高了工程机械的各种性能,如动力性、燃油经济性、可靠性、安全性,操作舒适性以及作业精度、作业效率、使用寿命等。目前以微机或微处理器为核心的
3、电子控制装置在现代工程机械中的应用已相当普及,电子控制技术已深入到工程机械的许多领域,如摊铺机和平地机的自动找平,摊铺机的自动供料,挖掘机的电子功率优化,柴油机的电子调速,装载机、铲运机变速箱的自动控制,工程机械的状态监控与故障自诊等。随着科学技术的不断发展,对工程机械的性能要求不断提高,电子控制装置在工程机械上的应用将更加广泛,结构将更加复杂。特别是随着我国进口及国产工程机械保有量的逐年增加,如何用好、管好这些价格昂贵的工程机械,使其发挥最大的效率,是工程施工部门所面临的一个重要的问题。为帮助广大工程机械使用人员、维修人员、管理人员对工程机械中的电气与电子控制装置的功能、类别及特性有一些初步
4、的了解和掌握,下面以简单的介绍与论述。现代工程施工中,工程机械的性能、自动化程度及其经济性等可直接影响到施工工艺的好坏;而工程机械的电气与电子控制系统部分质量与性能的优劣又直接影响到工程机械的动力性、经济性、可靠性、施工质量、生产效率及使用寿命等。电子控制系统已成为现代工程机械技术水平的一个重要依据。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,而且其复杂程度也随之提高,这样就对使用与维修人员提出了更高的要求。二、现代工程施工要求工程机械具有以下性能生产效率高且能量损失小,节约能源;自动化程度高,施工质
5、量好,精度高;性能稳定,工作可靠,安全,使用寿命长;具有较好的经济性;高的技术价格比和低的制造与使用成本;操作简单、轻便、劳动强度低,驾驶员的工作条件好,具有运行状态监视、故障自诊及自动报警功能,能及时准确地指出故障部位,减少停机维修作业时间。目前工程机械的电子控制系统主要实现如下功能:11 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。21 节能降耗,提
6、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30 %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。日本小松公司挖掘机采用新型节能控制器,具有良好的节能效果,燃料可节省23 %;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98 % ,同时生产率也大大提高。31 柴油机的控制采用电子调速器,电子油门控制装置,自动停机装置,自动升温控制装置等。41 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
7、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。51 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
8、作业实现了自动化。61 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,某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
9、,工作环境非常恶劣,因此电子控制系统应满足:能在- 4080 的环境温度下可靠、稳定地工作;抗老化,具有较长的使用寿命;密封性能好,能防止水分和污物的侵入,较好的耐冲击和抗振性能;较强的抗干扰能力,系统能在各种干扰下可靠地工作。工程机械种类繁多,因此各种机型所配备的电器与控制装置的组成,数量及复杂程度等也差别较大,各种自行式工程机械所配备的电器与控制装置基本上可分为以下两大类:611 车辆电气设备这是各种机械应配备的最基本的电器,通常包括以下部分A1 电源:包括蓄电池、发电机及其调节器。B1 起动机:用于启动发动机。C1 点火系:用于汽油机,功能是产生电火花,点燃气缸中的可燃混合气。D1 照明
10、及信号设备:包括各种照明和信号灯以及电喇叭、蜂鸣器等,用以保证行驶和施工的人机安全。E1 仪表:包括燃油表、机油压力表、水温表、发动机转速表等,用来监视发动机和其他装置的工作情况。612 电气、电子(微机) 控 制装置用于实现各种控制功能。例如,摊铺机的自动找平装置及供料自控装置;电控的电子功率优化系统;装载机、铲运机变速器的电子控制装置等。三、机电一体化的发展趋势机电一体化是集机械、电子、光学、控制、计算机、信息等多种学科的交叉综合,它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展。机电一体化的主要发展方向大致有以下几个方面:11 智能化。智能化是21 世纪机电一体化技术的一个重要发展方向。人工智能在
11、机电一体化的研究中日益得到重视,机器人与数控机床的智能化就是重要应用之一。这里所说的智能化是对机器行为的描述,是在控制理论的基础上,吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学等新思想、新方法,使它具有判断推理、逻辑思维及自主决策等能力,以求得到更高的控制目标。诚然,使机电一体化产品具有与人完全相同的智能是不可能的,也是不必要的。但是,高性能、高速的微处理使机电一体化产品赋有低级智能或者人的部分智能,则是完全可能而且必要的。21 模块化。模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多,研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口和环境接口等的机电一体化产品单
12、元,是一项十分复杂但又非常重要的事情。如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元,具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元,以及各种能完成操作的机械装置等。有了这些标准单元就可迅速开发新产品,同时也可以扩大生产规模。为了达到以上目的,还需要制定各项标准,以便于各部件、单元的匹配。由于利益冲突,近期很难制定出国际或国内这方面的标准,但可以通过组建一些大企业逐渐形成。显然,从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定,无论是对生产标准机电一体化单元的企业,还是对生产机电一体化产品的企业,模块化将给机电一体化企业带来美好的前程。31 网络化。20 世纪90 年代,计算机技术等的突出成就是网络
13、技术,网络技术的兴起和飞速发展给科学技术,工业生产,政治,军事,教育等日常生活都带来了巨大的变革。各种网络将全球经济、生产连成一片,企业间的竞争也将全球化。机电一体化新产品一旦研制出来,只要其功能独到,质量可靠,很快就会畅销全球,由于网络的普及,基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾,而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品,现场总线和局域网技术的应用使家用电器网络化已形成优势,利用家庭网络将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统,能使人们待在家里就可分享各种高技术带来的便利与快乐。因此,机电一体化产品无疑将朝着网络化方向发展。41 微型化。微型化兴起于20 世纪80 年代末
14、,指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势,国外称其为微电子机械系统,泛指几何尺寸不超过1cm3 的机电一体化产品,并向微米、纳米级发展,微机电一体化产品体积小,耗能少,运动灵活,在生物医疗、军事、信息等方面具有无可比拟的优势,微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术。微机电一体化产品的加工采用精细加工技术,即超精密技术,它包括光刻技术和蚀刻技术两类。51 环保化。工业的发达给人们生活带来巨大变化。一方面,物质丰富,生活舒适;另一方面,资源减少,生态环境受到严重污染。于是,人们呼吁保护环境资源,回归自然,绿色产品概念在这种呼声下应运而生,绿色化是时代的趋势。绿色产品在其设计、制造、使用和销毁
15、的过程中,符合特定的环境保护和人类健康的要求,对生态环境无害或危害极少,资源利用率极高。设计绿色的机电一体化产品,具有远大的发展前景。机电一体化产品的绿色化主要是使用时不污染生态环境,报废后能回收利用。61 系统化。系统化的表现特征之一,就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总体结构。系统可以灵活组态,进行任意剪裁和组合,同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理;表征之二是通信功能大大加强。结束语机电一体化技术在工程机械中的应用将越来越广泛,地位也越来越重要,设备使用和管理以人为本的原则也说明,作为工程施工中工程机械的使用、维修的管理人员,应尽快了解和掌握这门技术,更好地融入科技含量越来越浓
16、厚的现代工程施工中。机电一体化技术未来的发展 1 概述机电一体化指的是在机械的主功能、动力功能、控制功能和信息功能的基础上引进微电子技术，并且将机械设备和电子设备用软件有机结合而构成的系统的总称，因此，机电一体化技术是机械、微电子和信息三项技术相互融合、交叉的产物，是机械技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术、检测传感技术、伺服传动技术和系统技术等多学科技术领域综合交叉的技术密集型系统工程。随着电子技术的迅速发展，微处理器、微型机在各个技术领域已经得到广泛应用，对各个领域的发展起了很大的推动作用，正因电子技术的快速发展，进而带动了机电一体化技术的发展，科技的进步更是依赖于其发展，因此其未来的
17、发展对科技的进步起着至关重要的作用。2 机电一体化技术未来的发展2.1 全息系统化全息系统化也即智能化，是对机器的行为描述，即在控制理论的基础上，吸收计算机科学、模糊数学、运筹学、混沌动力学、人工智能、心理学和生理学等新的学科方法、新的设计思想，从而模拟人类的思维能力，使它如同人一样具有思维、意识等能力，以便达到更高水平的控制目标。随着机电一体化技术的发展，机电一体化产品智能特征也越来越明显，智能化水平也是日趋上升，新世纪机电一体化技术中的智能化的快速发展，人工智能在机电一体化的研究中也日益得到重视，其中机器人与数控机床的智能结合就是一项重要应用。当然，要使机电一体化产品具有与人完全相同的智能
18、永远是不可能的，也没有这个必要，但是，高性能、高速的微处理器使机电一体化产品具有低级智能或者人的部分智能，则是完全可能而又必要的。2.2 微型机电化在实验室中，目前，通过半导体蚀刻技术，已经制造出亚微米级的机械元件，如果这一成果应用于实际产品时，那么就没有必要再区分什么是控制器、什么是机械部分了，这时就完全的实现机械和电子的融合，这样CPU、机体、传感器、执行机构就可以集成在一起，而且体积小，同时组成一种自律元件。这种微型机械学是机电一体化的一个重要的前进方向，更是机电一体化向微观领域和微型机器的发展趋势，在国外，人们称其为微电子机械系统，也指外观尺寸不超过1cm3 的机电一体化产品，一并向微
19、米级、纳米级发展，正因为微机电一体化产品耗能少、体积小、运动灵活，在军事、生物医疗、信息等方面占有很高的地位和很大的优势。2.3 光机电一体化光机电一体化是机电产品发展的重要趋势，因为机电一体化系统是由机械系统、能源系统、传感系统和信息处理系统等部件构成的，因此，在机电一体化技术中引进光学技术，充分利用光学技术的先天优点，有效地改进机电一体化系统的能源系统、传感系统和信息处理系统。2.4 产品网络全球化计算机网络技术的兴起和飞速发展带动了科学技术的巨大发展，同时给日常生活都带来了全新的面貌，全球生产、经济被各种网络连成一片，企业间的竞争也将出现网络全球化，一旦研制出机电一体化新产品，只要其质量
20、有保证，功能可靠，必然会畅销全球。因为有了网络的普及，那么只要是关于网络的各种远程监视和控制技术也就方兴未艾，然而远程控制的终端设备就是机电一体化产品，因此，机电一体化产品也必然会朝着网络全球化发展。2.5 产品绿色化随着工业的发达，人们的生活也发生了巨大的变化：物质需求丰富，生活舒适;可用资源减少，生态环境受到严重破坏。因为这些现象的出现，人们开始呼吁保护环境资源，回归自然，那么此时，绿色产品的概念也就应运而生，这是一个时代的绿色化趋势，在这里，机电一体化产品的绿色化主要是指：使用时不破坏生态环境，报废后还能回收利用。因此，机电一体化绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的过程中，应完全符合生存
21、环境和人类健康的要求，对生态环境尽可能的无害或危害极少，资源利用率要极高。由于这种客观的存在性，设计绿色的机电一体化产品所需要的技术成本很高，但其具有远大的发展空间。2.6 生物软件化未来的机电一体化技术发展注重产品与人的关系，即机电一体化的人格化，其有两层含义：机电一体化产品的使用对象是人，怎样将人的智能、情感、人性赋予机电一体化产品显得越来越重要，尤其是家用机器人，其最高境界就是人机一体化;模仿生物机理，研制出各种机电一体化产品。随着科技的发展，机电一体化装置对信息的依赖性越来越大，很多时候类似于活的生物:当大脑停止工作时，生物便死亡，而大脑工作时，生物就充满活力，即信息决定系统的工作与否
22、。目前，在仿生学研究领域中已经发现的一些生物体优良的机构，可为机电一体化产品提供新型的机体，但是如何使这些新型机体具有生命力还是研究中的一大难题，这一研究领域被称之为生物软件或者说生物系统，而生物的特点正是肌体(硬件)大脑(软件)一体，不可分割。机电一体化产品向生物系统化发展是好，但是目前的技术与理论还是有很大的差距，因此，还需要更加倍的努力。3 结束语通过本文的论述可见，机电一体化的出现不是随机出现的，而是一个时代的产物，文中叙述的这些发展方向是科技发展到一定阶段的必然要求，更是一个必然结果。目前，因为科学技术的限制，其与一些相关技术的互融程度还是不是太明显，但是随着科学技术的发展，各种技术
23、相互融合的趋势必将越来越明显，因为它既是多项科学技术发展的结晶，又极大地推动了不同学科的交叉与渗透，其发展前景也将越来越光明，这必然会给世界带来更大的技术力量。浅谈机电一体化技术的发展与应用：机电一体化技术是面向应用的跨学科的技术，它是机械技术、微电子技术、信息技术和控制技术等有机融合、相互渗透的结果。关键词：机电一体化；信息技术；发展与应用机电一体化是集机械、电子、光学、控制、直线电机在机床上开始使用，主轴上大量采用统和信息处理系统。计算机、信息等多学科的交叉综合，它的发展和内装式主轴电机。 柔性化方向。未来机电一体化产品，控进步依赖并促进相关技术的发展和进步。 高精度化。数控机床的定位精度
24、已由制和执行系统有足够的冗余度，有较强的柔一机电一体化概要般的001002mm提高到0008左右；亚性，能较好地应付突发事件，被设计成自律分机电一体化是指在机构的主功能、动力功05a配系统。在这系统中，微米级机床达到000rm左右；纳米级机床各子系统是相互独立工能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，达到0001um；最小分辨率为lnm 作的，子系统为总系统，同时具有本身的自律将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构(的数控系统和机床已问世。性可根据不同环境条件做出不同反应。其特成的系统的总称。数控中两轴以上插补技术大大提高，纳米点是子系统可产生本身的信息并附加所给信机电一体化发展至今也已成
25、为一门有着级插补使两轴联动出的圆弧都可以达到lu的息，在总的前提下，具有行动是可以改变的。自身体系的新型学科，随着科学技术的不但发圆度，插补前多程序预读，大大提高了插补质这样，既明显地增加了系统的能力(柔性)，又不展，还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括量，并可进行自动拐角处理等。 因某一子系统的故障而影响整个系统。为：机电一体化是从系统的观点出发，综合运用。复合加工，新结构机床大量出现。如533智能化方向机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机轴5面体复合加工机床，5轴5联动加工各类今后的机电一体化产品全息特征越来越技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、异形零件。同时派生出各种新颖
26、的机床结构，包明显。智能化水平越来越高。这主要得益于模糊接j技术、信息变换技术以及软件编程技术等括6轴虚拟轴机床，串并联绞链机床等，采用特技术与信息技术(尤其是软件及芯片技术)的发群体技术，根据系统功能目标和优化组织目标，殊机械结构，数控的特殊运算方式，特殊编程要展。合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质求。 仿生物系统化方向量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价。使用各种高效特殊功能的刀具使数今后的机电一体化装置对信息的依赖性很值，并使整个系统最优化的系统工程技术。由此控机床如虎添翼。如内冷转头由于使高压冷大，并且往往在结构上处于静态时不稳定，但而产生的功能系统，则成为一个机电一体化系
27、却液直接冷却转头切削刃和排除切屑，在转深在动态江作)时却是稳定的。这有点类似于活的统或机电一体化产品。孔时大大提高效率。加工刚件切削速度能达 生物：当控制系统伏脑)停止工作时，生物便死因此，涵盖产品0Oeri，0Oeri。 ，大脑)生物就很有活机电一体化技术 和10ran加工铝件能达50ran亡而当控制系统(工作时，两个方面。只是，机电一体化技术是基于上述群。数控机床的开放性和联网管理。数控力。就目前情况看，机电一体化产品虽然有仿生体技术有机融合的一种综合技术，而不是机械机床的开放性和联网管理已是使用数控机床的物系统化方向发展的趋势，但还有一段很漫长技术、微电子技术以及其它新技术的简单组合、基
28、本要求，它不仅是提高数控机床开动率、生产的道路要走。拼凑，这是机电一体化与机械加电气所形成的率的必要手段，而且是企业合理化、最佳化利用35微型化方向机械电气化在概念上的根本区别。机械工程技这些制造手段的方法。因此，计算机集成制造、目前，利用半导体器件制造过程中的蚀刻术由纯技术发展到机械电气化，仍属传统机械，网络制造、异地诊断、虚拟制造、并行工程等等技术，在实验室中已制造出亚微米级的机械元其主要功能依然是代替和放大的体力。但是发各种新技术都在数控机床基础上发展起来，这件。当这一成果用于实际产品时，就没有必要再展列机电一体化后，其中的微电子装置除可取必然成为21世纪制造业发展的一个主要潮流。 区分
29、机械部分和控制器部分了。那时，机械和电代某些机械部件的原有功能外，还能赋予许多。自动机械与自动生产线子完全可以融合机体，执行结构、传感器、新的功能，如自动检测、自动处理信息、自动显在国民经济生产和生活中广泛使用的各种CPU等可集成在一起，体积很小，并组成一种自示记录、自动调节与控制自动诊断与保护等。即自动机械、自动生产线及各种自动化设备，是当律元件。这种微型化是机电一体化的重要发展机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，前机电一体化技术应用的又一具体体现。数控机床。目前我国是全世界机床拥期的水平。使用这些自动机和生产线的企业越有量最多的国家，但数控机床只占约5。且大来越多，对维护和管理这些设备的相关人员的多数是普通数控。近些年来数控机床为适应加需求也越来越多。工技术的发展，在以下几个技术领域都有巨大3机电一体化技术的发展趋势进步。本论文网专业从事毕业论文业务！如需转载请保留一个链接：机电一体化毕业论文