摘要：随着科学技术的不断发展及对产品性能要求的不断提高，电子控制系统在工程机械中所占的比重将会越采越大，其功能将会越采越强，应用范围也将越来越广，而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。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
1 机电一体化的核心技术
1.1机械本体技术
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，利用其它高、新技术来更新概念，实现结构上、材料上、性能上的变更，满足减小重量、缩小体积、提高精度、提高刚度及改善性能的要求。在机电一体化系统制造过程中，经典的机械理论与工艺应借助于计算机辅助技术，同时采用人工智能与专家系统等，形成新一代的机械制造技术。机械本体必须从改善性能、减轻质量和提高精度等几方面考虑。现代机械产品一般都是以钢铁材料为主,为了减轻质量，除了在结构上加以改进,还应考虑利用非金属复合材料。只有机械本体减轻了重量,才有可能实现驱动系统的小型化,进而在控制方面改善快速响应特性,减少能量消耗,提高效率。
1.2传感技术
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。现代工程要求传感器能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境的考验，它是机电一体化系统达到高水平的保证。传感器的问题集中在提高可靠性、灵敏度和精确度方面,提高可靠性与防干扰有着直接的关系。为了避免电干扰,目前有采用光纤电缆传感器的趋势。对外部信息传感器来说,目前主要发展非接触型检测技术。
1.3信息处理技术
机电一体化与微电子学的显著进步、信息处理设备(特别是微型计算机)的普及应用紧密相连。为进一步发展机电一体化,必须提高信息处理设备的可靠性,包括模/数转换设备的可靠性和分时处理的输入输出的可靠性,进而提高处理速度,并解决抗干扰及标准化问题。
1.4驱动技术
电机作为驱动机构已被广泛采用,但在快速响应和效率等方面还存在一些问题。目前,正在积极发展内部装有编码器 的电机以及控制专用组件-传感器-电机三位一体的伺服驱动单元。
1.5接口技术
为了与计算机进行通信,必须使数据传递的格式标准化、规格化。接口采用同一标准规格不仅有利于信息传递和维修, 而且可以简化设计。目前,技术人员正致力于开发低成本、高速串行的接口,来解决信号电缆非接触化、光导纤维以及光藕器的大容量化、小型化、标准化等问题。
1.6 软件技术
软件与硬件必须协调一致地发展。为了减少软件的研制成本,提高生产维修的效率,要逐步推行软件标准化,包括程序标准化、程序模块化、软件程序的固化、推行软件工程等。
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。
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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。
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。
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。
结束语
综上所述,可以预料在2I世纪。随着科学技术的不断发展,虚拟技术必将会在机械领域逐步扩大应用。当然,亦应充分认识到,虚拟技术是一门新兴的高科技发展技术,具有很大的潜力,在我国尚处于开拓时期的初级阶段。但是只要重视并大力发展虚拟技术在机械工程中的应用,虚拟技术在机械中将会有广阔的发展前景。
参考文献:
[1]周廷美.虚拟现实技术在汽车车身开发中的应用[J].汽车工业研究,2013,3:37-39.
[2]李霞.虚拟技术在农业机械中的应用[J].农机化研究,2015,5:54-56.
论文作者:宋帅
论文发表刊物:《防护工程》2019年10期
论文发表时间:2019/8/19
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