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1、毕 业 设 计 题 目机电一体化在工程机械中的应用系 别机电工程系专 业机电一体化班 级08机电五班学生姓名XXX学 号11111指导教师XXX定稿日期2012年3月10日毕业设计（论文）任务书专业班级08机电五班姓名XXX学号0204308指导教师XXX设计（论文）题目机电一体化在工程机械中的应用主要研究内容1 机电一体化概要2 机电一体化发展趋势3 机电一体化在工程机械中的应用主要技术指标或研究目标机电一体化的出现不是随机出现的，而是一个时代的产物，随着科学技术的发展，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，机电一体化技术的发展与应用也将更加广阔。基本要求了解机电一体化的发展趋势了解机电一体化
2、和工程机械的关系主要参考资料及文献1 殷际英.光机电一体化实用技术M.北京:化学工业出版社,200302 戴勇.高职机电一体化技术专业课程开发M.北京:机械工业出版社,2004.3 唐怀斌.工业控制的进展与趋势J.自动化与仪器仪表,1996.4 王静。浅析机电一体化技术的现状和发展趋势J.同煤科技。2006.（4）5 顾京现代机床设备M北京：化学工业出版社，2001.6 戴勇高职机电一体化技术专业课程开发M北京：机械工业出版社，20047 高钟毓机电控制工程北京：清华大学出版社，2002摘 要现代工程施工中,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
3、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。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
4、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。关键词：机电一体化工程机械电子控制AbstractModern engineering construction, construction machinery performance, automation and the economy, etc., may directly affect the quality construction technology, and engineering machinery pa
5、rts of electrical and electronic control systems and quality and performance directly affects the merits of construction machinery power, economy, reliability, construction quality, production efficiency and service life.Also known as Techtronics is an interdisciplinary and integrated high-tech, by
6、the microelectronics, computer technology, information technology, automatic control technology, mechanical technology, hydraulic technology and other technologies from a merging independent interdisciplinary door. Macaronis from the mid 70s of last century construction machinery in foreign countrie
7、s has been applied. 80 microelectronic technology as the core of the rise of high technology, and promote the construction machinery manufacturing technology is developing rapidly, especially with the micro-computer and micro-processing technology, sensing and detection technology, the development o
8、f information processing technology and its Application of construction machinery, and fundamentally changed the face of construction machinery, which greatly promoted the improvement of product performance, the construction machinery has entered a new stage of development. The computer or microproc
9、essor core electronic control system is currently in the application of foreign construction machinery has been very popular, and has become an indispensable high-performance machinery components. Mechanical engineering mechatronics and intelligent will be the future direction of development. Keywor
10、ds: Mechatronics Construction Machinery Electronic control目 录摘 要.Abstract.1.前言12.机电一体化概要 .12.1机电一体化技术发展12.2目前工程机械的系统功能33.现代工程机械技术43.1工程机械核心技术机电一体化53.2现代工程机械系统的基本结构5 4.机电一体的发展趋势.64.1 智能化.64.2 模块化.64.3 网络化.74.4 微型化.74.5 环保化.74.6 系统化.75.机电一体化在工程机械中的运用.85.1机电一体化和工程机械的关系85.2机电一体化对工程机械功能的改进86.机电一体化技术在挖掘机中
11、的应用96.1普遍采用电子节能技术的大中型液压挖掘机96.2采用自动怠速功能的小型液压挖掘机96.3采用电液比例控制技术的液压挖掘机106.4应用于液压挖掘机上的各种监控技术116.5 GPS技术在液压挖掘机上的应用126.5.1用于远程维护、信息管理的GPS技术126.5.2高精度GPS系统的应用126.6具有辅助挖掘系统的液压挖掘机136.7机电一体化技术在旋挖钻机上的运用146.8遥控技术在工程机械上的应用157.机电一体化在煤矿机械中的应用158.结束语16致谢18参考文献191 前言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
12、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
13、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
14、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。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。2机电一体化概要2.1机电一体化技术发展机电一体化是指在机构得主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。20世纪60年代以来,人们利用电子
15、技术的初步成果来完善机械产品的性能后,刺激了机械产品与电子技术的结合。计算机技术、控制技术、通信技术的发展,为机电一体化的发展更进一步奠定了技术基础。20世纪80年代末期,机电一体化技术和产品得到了极大发展。各国均开始对机电一体化技术和产品给以很大的关注和支持,20世纪90年代后期,开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段,机电一体化进入了深入发展时期。光学、通信技术等进入了机电一体化,微细加工技术也在机电一体化中展露头脚,出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支。我国从20世纪80年代开始开展机电一体化研究和应用。取得了一定成果,它的发展和进步依赖并促进相关技术的发展和进步。机电一体化已
16、成为一门有着自身体系的新型学科,随着科学技术的不断发展,还将被赋予新的内容。 机电一体化产品和技术可分为机械、电子和软件三大部分。模块化技术是这三者的共同技术。模块化技术可以减少产品的开发和生产成本，提高不同产品间的零部件通用化程度，提高产品的可装配性、可维修性和可扩展性等。融合机械、电子和软件三大部分的机电一体化模块代表了未来产品的发展方向，具有高度自主性、良好的协调性和自组织性的特点。总之，模块化设计与制造是机电一体化系统的基本方法和发展趋势。随着微处理器性能价格比的迅速提高和微机械电子（MEMS）技术的飞速发展，各种机电一体化模块将越来越多地出现在市场上。利用这些模块，可以迅速方便地设计
17、和制造出各种新的机电一体化产品。 机电一体化是许多科学技术发展的结晶,是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。21世纪,机电一体化技术将成为机械工业的主角，在各方面均可带来显著的经济效益和社会效益。机电一体化的出现不是孤立的,它是许多科学技术发展的结晶,是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。随着科学技术的发展,各种技术相互融合的趋势将越来越明显，以机械技术、微电子技术的有机结合为主体的机电一体化技术是机械工业发展的必然趋势，机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科,机电一体化是从系统的观点出发,综合运用机械技术、微电子技术、自动控制技术、计
18、算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术,根据系统功能目标和优化组织目标,合理配置与布局各功能单元,由此而产生的功能系统,则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。机电一体化产品分系统和基础元、部件两大类。典型的机电一体化系统有:数控机床、机器人、汽车电子化产品、智能化仪器仪表、电子排版印刷系统、CAD/CAM系统等。典型的机电一体化元、部件有:电力电子器件及装置、可编程序控制器、模糊控制器、微型电机、传感器、专用集成电路、伺服机构等。因此，“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面。只是，机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种
19、综合技术，而不是机械技术、微电子技术以及其它新技术的简单组合、拼凑。这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。机械工程技术有纯技术发展到机械电气化，仍属传统机械，其主要功能依然是代替和放大的体力。但是发展到机电一体化后，其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，还能赋予许多新的功能，如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制自动诊断与保护等。即机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的眼神，具有智能化的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。2.2目前工程机械的系统功能目前工程机械的电子控制系统主要实现如下功能:（1）电子监控
20、、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。（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,
21、使功率的利用率可达98 % ,同时生产率也大大提高。（3）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。（4） 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。（5）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
22、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。（6）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
23、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,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
24、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:1）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。2）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
25、载机、铲运机变速器的电子控制装置等。3现代工程机械技术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电子控制装置(系统)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,拌利设备称重计量过程的自动控制,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
26、不断发展,对工程机械的性能要求不断提高,电子(微机)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。现代工程施工要求工程机械具有以下性能:生产效率且能量损失小,节约能源;自动化程度高,施工质量好,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,即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,减少停机维修作业效率。为满足上述
27、的性能要求,工程机械仅仅依靠机械和液压技术的进步已显得力不从心。电子控制技术的发展及在工程机械上的应用,为工程机械技术的发展注入了新鲜的血液。机电一体化作为一项高新技术,将其引入到工程机械中,为工程机械带来了新的技术变革,使其各种性能有了质的飞跃。何谓机电一体化呢？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,特别是随着微型计算
28、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。3.1工程机械核心技术机电一体化1.机械技术：是机电一体化的基础，机械技术的着眼点在于如何与机电一体化技术相适应，利用其高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上变更，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能要求。2.计算机与信息技术：其中信息交换、存
29、取、运算、判断与决策、人工智能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。3.系统技术：即以整体概念组织应用各种相关技术，从全局角度和系统目标出发，将总体分解成相互关联的若干功能单元，接口技术是系统技术中一个重要方面，是实现系统各部分有机连接的保证。4.自动控制技术：其范围很广，在控制理论指导下，进行系统设计，设计后的系统仿真，现场调试，控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。5.传感检测技术：是系统的感受器官，是实现自动控制、自动调节的关键环节。其功能越强，系统的自动化程序就越高。6.伺服传动技术：包括电动、气动、液压等各种类型的传动
30、装置，伺服系统是实现电信号到机械动作的转换装置与部件、对系统的动态性能、控制质量和功能有决定性的影响。3.2现代工程机械系统的基本结构（1）机械本体系统所有功能元素的机械支持结构，包括机身、框架、机械联接等。机械本体要在结构、材料、加工工艺性及几何尺寸等方面适应产品高效、多功能、可靠和节能、小型轻量等要求。（2）动力部分按照系统控制要求，为系统提供能量和动力，用尽可能小的动力输入获得尽可能大的功能输出（3）测试传感部分。对系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测，变成可识别信号，传输到信息处理单元，经过分析、处理后产生相应的控制信息。（4）执行机构。根据控制信息和指令，完成要求
31、的动作。执行机构是运动部件，一般采用机械、电磁、电液等机构。（5）驱动部分。在控制信息作用下提供动力，驱动各种执行机构完成各种动作和功能。一方面要求驱动的高效率和快速响应特征，同时要求对水、油、温度、尘埃等外部环境的适应性和可靠性；另一方面，由于几何尺寸的限制，动作范围狭窄，还需考虑维修及标准化。（6）控制及信息处理单元。将来自各传感器的检测信息和外部输入命令进行集中、储存、分析、加工，根据信息处理结果，按照一定的程序和节奏发出相应指令，控制整个系统有目的地运行 4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
32、。机电一体化的主要发展方向大致有以下几个方面:4.1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。4.2模块化 模块化是一项重要而
33、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
34、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。4.3网络化 20 世纪90 年代,计算机技术等的突出成就是网络技术,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
35、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。4.4微型化 微型化兴起于20 世纪80 年代末,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。4.5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。
36、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。4.6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。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
37、“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厚的现代工程施工中5机电一体化在工程机械中的运用5.1机电一体化和工程机械的关系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电子控制装置(系统)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
38、料，拌利设备称重计量过程的自动控制,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（微机）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。5.2机电一体化对工程机械功能的改进在工程机械上运用传感器技术是当前机电一体化技术最主要的技术手段和特征，传感器技术是实现自动控制、自动调节的关键环节，也是机电一体化系统不可缺少的关键技术之一，其水平高低在很大程度上影响和决定着系统的功能；其水平越高，系统的自动化程度就越高。在一套完整的机电一体化系统中，如果不能利用传感检测技术对被控对象
39、的各项参数进行及时准确地检测出并转换成易于传送和处理的信号，我们所需要的用于系统控制的信息就无法获得，进而使整个系统就无法正常有效的工作。我国传感器的研究主要集中在专业研究所和大学，始于20世纪80年代，与国外先进技术相比，我们还有较大差距，主要表现在：（1）先进的计算、模拟和设计方法；（2）先进的微机械加工技术与设备；（3）先进的封装技术与设备；（4）可靠性技术研究等方面。因此，必须加强技术研究和引进先进设备，以提高整体水平。传感器技术今后的发展方向可有几方面：1.加速开发新型敏感材料：通过微电子、光电子、生物化学、信息处理等各种学科，各种新技术的互相渗透和综合利用，可望研制出一批基于新型敏
40、感材料的先进传感器。2.向高精度发展：研制出灵敏度高、精确度高、响应速度快、互换性好的新型传感器以确保生产自动化的可靠性。3.向微型化发展：通过发展新的材料及加工技术实现传感器微型化将是近十年研究的热点。4.向微功耗及无源化发展：传感器一般都是非电量向电量的转化，工作时离不开电源，开发微功耗的传感器及无源传感器是必然的发展方向。5.向智能化数字化发展：随着现代化的发展，传感器的功能已突破传统的功能，其输出不再是一个单一的模拟信号，而是经过微电脑处理好后的数字信号，有点甚至带有控制功能，即智能传感器。6机电一体化技术在挖掘机中的应用6.1普遍采用电子节能技术的大中型液压挖掘机美国市场在发动机排放
41、上的要求非常严格，要求符合Tire 3标准的发动机才能在其国内市场上销售。所以进入美国市场的挖掘机多数都采用了高排放标准的发动机，尤其是中大型挖掘机，电喷发动机已经成为标准配置，该种发动机无论在可控性还是节能方面都较机械式发动机有很大的改善。 如图1+3所示列出了几款具有代表性的中挖产品，分别为：Komastu、Terex、Jcb三家公司的产品。 6.2采用自动怠速功能的小型液压挖掘机在美国市场，发动机排放要求非常严格，只有符合Tire 3标准的发动机才能在美国市场销售。因此进入美国市场的中挖多数都采用了电控发动机。无论在可控性还是节能性方面都较机械式发动机有很大的改善。但由于成本问题，在10
42、t以下的小型挖掘机上，机械式发动机还是被广泛采用。因此，在节能方面，国外挖掘机厂家采用了不同的技术。图4所示的为JCB小型挖掘机上采用的一种电控的油门执行机构，驱动器采用了一种液压缸，在结构上采用角度传感器实时反馈油门的位置，另外配合连接到液压缸上的一个电磁阀实现电子油门及自动怠速功能。图5为NewHolland小挖的自动怠速系统，其油门仍采用机械拉杆（软轴）的形式，只是设计了一个自动怠速结构，当系统监测到需要自动怠速的时候，电磁铁吸合，机构动作，发动机回到怠速状态。 图4 JCB小挖的油门执行机构 图5 NewHolland小挖的自动怠速系统6.3采用电液比例控制技术的液压挖掘机该类型产品是
43、指在普通的液压先导式操作挖掘机的基础上，采用电液比例技术控制挖掘机，相应的运用电比例手柄取代液压先导手柄。其基本原理是采集电手柄的动作信号，利用控制器进行运算，输出相应的PWM值控制比例阀。结合布置于机器上的传感器，还可以实现某些自动或者半自动功能。比较典型的电控挖掘机有：（1）Leica公司研发的挖掘机工作平台（如图6所示），该平台是Leica公司为演示其电控挖掘机控制技术专门定制的，既采用电液比例技术，同时具有辅助挖掘操作装置，通过安装在平台上的显示屏及工作装置上的倾角传感器，可以实时的显示铲斗的轨迹。（2）山河智能的SWEL55型挖掘装载机（如图7所示），该机型不同与平常的两头忙，其工作
44、装置位于一端，从挖掘机切换成装载机时，只需将工作装置折叠即可完成，反之亦然。为了便于工作装置的模式转换，该机器采用了全电控技术，通过控制器可以轻松完成模式的转换及电手柄在不同模式下的不同功能。（3）Doosan的主从式挖掘机（如图8所示），控制原理为：属于一种主从方式的控制形式，通过手指，手腕，大臂对应控制铲斗，斗杆与动臂；小臂的左右偏转来控制挖掘机的回转。在操作过程中，当操作者（主控制方）的相应关节动作后，计算机采集到该信号，并与安装在挖掘机（从控制方）上的角度传感器的信号进行比较，如果存在偏差；发出遥控信号控制挖掘机消除偏差，从而达到控制挖掘机的目的。其原理还是点到点控制，因此，在同步性上
45、存在误差。（4）采用Husco技术的液压挖掘机（如图9所示），其工作原理为：动臂和回转仍采用常用的液压先导式主阀，在系统中装有能量回收机构，回收动臂下降的能量，并储存起来，供给其他的工作装置；斗杆与铲斗采用特殊的电控阀，而且该阀分别布置在靠近工作装置液压缸的位置，而不是传统的所有主阀布置在一起的方式，该电控阀由四个插装阀构成，对阀的A口和B口分别进行控制；而不同于常用的单阀芯的形式；具研究者声称：采用该项技术后，挖掘机可以节能25。 图6 Leica电控挖掘机平台 图7 山河智能SWEL55型挖掘装载机 图8 Doosan的主从式挖掘机在现场表演 图9 采用Husco技术的挖掘机6.4应用于液
46、压挖掘机上的各种监控技术为了方便操作手查看机器的重要参数，实时的了解整机的状态；仪表技术已经广泛的应用到液压挖掘机中，只是出于成本的考虑，不同吨位的挖掘机采用不同层次的仪表。一般说来，10吨以下的小型履带式挖掘机多采用机械式仪表或者黑白液晶显示屏。如图10所示的takeuchi挖掘机的机械仪表，图11所示的Jcb挖掘机的黑白液晶仪表。在挖掘机上，尤其是20吨以上的挖掘机，高品质液晶彩色显示屏的采用，在国内外都得到广泛的认可。现以展会现场两款比较精美的仪表加以分析：Trimble公司为挖掘机开发的CB430型仪表（如图12），Komastu中挖仪表（如图13）。其中Trimble以动画的形式实时显示挖掘机的运动轨迹，并提供坐标。显示屏的按钮可以提供视角的切换。Komastu的仪表界面分为两部分：一部分显示整机的工作参数，另外还可以单屏和双屏的形式显示车体尾部安装的摄像头采集到的图像。两套操作仪表整体效果好，显示/监控系统界面直观，简洁；标识准确，易懂，便于进行操作。在仪表方面，国内厂家都均已采用；但国外产品仪表的高品