浅谈机电一体化在工程机械上的应用

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　　摘 要：随着科学技术的不断发展与进步，尤其是随着计算机技术和微电子技术的迅猛发展，机械工业领域的机电一体化趋势逐步形成。文章重点介绍了机电一体化技术在工程机械领域的应用现状及发展趋势，希望能为相关人员提供参考和帮助。
　　关键词：机电一体化；工程机械；应用研究
　　中图分类号：TH－39 文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2012）03－0055－02
　　
　　1 概述
　　从我国的发展趋势来看，现代工程机械目前正处于机电一体化的快速发展时代。把机电一体化技术引入工程机械领域，使电子控制技术、液压技术与机械完美地结合，能够提高生产效率和机械性能。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。
　　目前，电子控制技术已被工程机械众多领域广泛采用。随着经济水平的提高和科学技术的进步，生产过程中对工程机械的性能要求有所提高，这就使以微处理器为核心的电子控制装置在工程机械领域的运用越来越普遍，结构也越来越复杂。而随着进口和国产的高精度机械生产设备使用数量的不断增加，管理好它们并使之发挥更大的功效就成为摆在许多工程施工企业面前的重大难题。为了能够帮助施工企业以及工程机械操作人员更好地了解相关电气与电子控制装置的功效、性能、类别等，现就相关问题进行简要阐述。
　　2 机电一体化在工程机械领域的应用现状
　　2.1 机电一体化和工程机械的关系
　　在工程机械领域引入机电一体化技术大大提高了机械性能，而工程机械性能的不断提高也使机电一体化应用更加广泛，两者相互影响，共同促进形成了一个良性发展的循环系统。
　　2.2 机电一体化对工程机械功效的改进
　　现代工程施工通常要求工程机械具有较高的性能：①机械功效高且能耗小；②自动化程度及精度越高越好；③操作安全、简单，使用寿命长；④较高的技术性价比；⑤较低的使用成本；⑥具备运行状态的监视功能、自动报警及故障自诊功能，以降低停机维修频率，提高工作效率。以下对工程机械的电子控制系统功效进行具体说明：
　　2.2.1 及时发现故障，提高设备利用率
　　监视功能、自动报警及故障自诊功能即针对工程机械的传动系统、制动系统、工作装置、液压系统及发动机的运行状态实施电子监视，一旦工程机械在运行过程中出现异常情况，能够发出自动警报，同时准确地对故障部位进行定位，因此，能够最大限度地提高操作人员的工作安全性及工程机械的使用效率，使机械设备的维修工作难度降低，缩短停机维修时间，降低维修作业频率，延长设备使用寿命，最终提高机械设备的利用效率，降低生产成本。
　　2.2.2 降低能耗，提高生产效率
　　与传统工程机械相比，现代工程机械的能源利用率高出很多，目前国家正在倡导节能减排，这就要求对能源利用率低的传统机械设备进行节能改造。
　　2.2.3 提高作业精度和作业效率
　　现代工程施工中的水泥混凝土搅拌设备应用了先进的微机控制电子称量系统，使称量过程最终实现了现代化，成品料的作业精度和作用效率得以保证。沥青混凝土摊铺机设备采用了自动找平系统，使工程施工质量得到了很大程度的提高；同时，供料系统中引入的超声波技术也提高了沥青混凝土摊铺机的摊铺质量。而电子控制系统应用于铲运机铲斗刀刃、平地机刮刀以及推土机铲刀中，不仅可以使作业精度和作业效率得到提高，还能使操作人员的劳动强度降低。
　　2.2.4 降低劳动强度，提高劳动生产率
　　在工程机械领域实现自动化或半自动化控制，可以大大降低操作人员的劳动强度，提高设备的工作效率和劳动生产率，还能降低由于操作人员缺乏经验造成的对作业精度的影响程度。如日本小松公司生产的挖掘机配备轨迹控制系统，它能够根据操作者所操控的铲斗运动轨迹，自动感应不同角度的传感信号，控制斗杆和铲刀的运动，自动进行斜面精确挖掘、断面沟槽等动作，大大提高了机械设备的利用效率，进而提高了劳动生产率。
　　2.2.5 其他应用
　　国外在生产工程机械设备时采用了电子控制的自动变速器，使发动机的功率得到很大提升。如装载机、推土机、铲运机等可以依据外负荷的改变自动对传动系统的传动比进行相应调整，这就大大简化了操作程序，降低了燃油消耗率，同时使劳动强度也大幅降低；为提高操作的安全性，防止作业过程中断臂和翻车等危险事故的发生，现代起重设备中运用了电子控制的力矩限制器；为减少危险施工环境中的人为施工，实现无人操作，国外有些工程机械设备生产公司在生产机械设备时采用了无线遥控设备。
　　总之，电子控制系统在工程机械领域中的运用，使得工程施工的安全性大大增加，工作效率大幅提升。
　　3 机电一体化在工程机械领域应用的发展趋势
　　机电一体化的发展依赖于电子、控制、光学、计算机信息等多种技术和学科的发展，其在工程机械领域的应用趋势可概括为以下几点：
　　3.1 智能化
　　作为21世纪机电一体化的重要发展方向，在工程机械领域，智能化的应用趋势将更加明显。从目前看来，人工智能方面的研究越来越多，数控机床与机器人的智能化应用就是其中的重要表现。我们通常所说的智能化是指在相关控制理论的基础上，通过对运筹学、人工智能、模糊数学、计算机科学、心理学、生理学等新思想、新方法在工程机械上的分析和应用，使工程机械的行为能够具有判断推理、逻辑思维及自主决策等能力，以满足机电一体化的更高要求。虽然使工程机械具有等同或接近人的智能是不可能的，但工程机械的智能化仍是时代发展的大势所趋。
　　3.2 模块化
　　随着科技的进步和社会分工的不断深入，机电一体化产品的种类和数量也越来越多，因此，机械产品的电气接口、动力接口和机械接口等的生产一定要实现标准化，这虽然比较复杂却至关重要，所以说，模块化是工程机械机电一体化发展的一项长期而又艰巨的任务。模块化有利于各部件或单元之间的匹配，例如研制集智能调速、减速于一体的动力单元，或具备图像处理、视觉、识别等功能的控制单元等。唯有如此，才能促进社会的进一步分工，加快新产品的研发速度，扩大工程机械的生产规模。模块化必将进一步促进机电一体化在工程机械中的应用。
　　3.3 信息化
　　计算机网络技术的迅速发展也必将促进机电一体化在工程机械中的应用。新型的机电一体化产品只要质量可靠、功能强大，具有很好的经济价值和社会价值，就会在最短的时间内借助网络迅速畅销。此外，远程控制技术和监视技术将会在工程机械中得到越来越多的应用。总之，机电一体化将逐渐趋向网络化和信息化。
　　3.4 环保化
　　工业化进程的不断深入虽然在很大程度上改善了人类的生活质量，但也对我们的生存环境造成了严重的破坏，导致了自然资源的大量浪费。21世纪以来，社会对环保的关注和投入越来越多，公众的环保意识也在不断加强，绿色产品的概念和设计制造已成为新形势下的必然趋势。工程机械产品在其设计、制造、使用和销毁的每个环节，都要适应环保的要求，满足人类对健康的需求，提高资源的利用效率。所以，绿色机电一体化产品将会在工程机械中占据优势。
　　3.5 系统化
　　系统化的表现特征主要有以下两点：①工程机械系统体系结构将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；②机械的通信功能将得到极大的提高。
　　4 结束语
　　综上所述，基于机电一体化技术在工程机械领域占据的优势和应用的广泛性，它必将得到愈来越多的重视，从而为工程机械领域作出更大的贡献。作为工程机械的管理者和使用者，我们也必须顺应科技发展的潮流，尽快地了解、学习和掌握机电一体化技术，只有这样才能更好地参与到现代化的工程施工当中，为我国的建设事业作出更大的贡献。
　　
　　（编辑：尤俊丽）
　　
　　On the Mechanical and Electrical Integration’s Application in Construction Machinery
　　Chen Feihuang
　　Abstract: With the continuous development and progress of science and technology, especially with the rapid development of computer technology and microelectronics technology, mechanical and electrical integration for mechanical industry trend is gradually formed. The article focuses on the situation and development trend of mechatronics technology in the field of construction machinery, hoping to provide reference and help for the relevant personnel.
　　Key words: mechanical and electrical integration; construction machinery; applied research

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