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电子控制系统质量与性能优劣又直接影响到工程机械的施工质量、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
一、机电一体化概要
现阶段工程机械较传统工程机械来说各种性能都得到了显著改善，如操作舒适性提高；机械功率高且能耗小；可靠性提高；作业精度及作业效率提高等。工程机械各种性能的提高正是因为将机电一体化技术引入到工程机械中，使得机械、液压技术和电子控制技术有机结合。目前现代工程机械的许多领域都应用了电子技术，表现为应用电子控制装置（系统），这种装置（系统）以微机或微处理器为核心，诸如工程机械的状态监控与故障自诊，拌和设备称重计量过程的自动控制等。随着科学技术的不断发展，功能越来越先进、结构越来越复杂的电子控制装置将广泛地应用于现代工程机械上。
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。
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，随着科学技术的不断发展，还将被赋予新的内容。但其基本特征可概括为：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，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。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。
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。
二、机电一体化在工程机械中的应用
1.机电一体化技术应用于机床的创新
在机电一体化应用中，Z80-CPU各种应用软件较多，在我国机床数控方面应用比较普遍，因为它的系统开发较容易。我国的数控机床一般均采用经济型的光电隔离电路及Z80-CPU微机、微机I/O接口电路以及功率放大电路等。而且这类Z80-CPU及其配套的芯片普遍、廉价并且相对于其他的技术来说相对可靠、维修方便、通用性强。
2.由于大部分的数控机床要求工作刀具或工作台必须精确按照沿坐标轴的运动，因此在这类机电一体化应用中，就必须要考虑采用具有插补功能的连续控制方式。滚珠丝杠摩擦损失小，副传动效率高，在整个操作中无爬行现象，运动平稳，给予适当预紧，采用氟塑贴面导轨，它具有耐磨性好，摩擦系数小，可消除低速运动的爬行现象，同时它的抗撕伤能力强、以及成本低等优点。反向时可以定位精度高、消除空间死区以及刚度好。
3.电子监控、故障自诊以及自动报警
电子监控、故障自诊以及自动报警，也就是说对于工程机械的工作装置，传动系统、发动机、液压系统以及制动系统进行全面的监控，一旦在运行的过程中发生异常情况，就会自动地找出故障的位置并自动进行报警提示。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
4.柴油机控制
通过采用电子油门控制体系、电子调速器、自动控制升温系统以及自动停机系统，对柴油机的使用更加控制自如。
5.降低功耗，提高生产率
一般的工程机械使用时功耗较高，但是生产效率确较低，例如传统的液压挖掘机不仅功耗较高，能量利用率不到30%，而且生产率较低。但是应用了机电一体化技术的工程机械利用先进的电子控制系统使机械的功耗大大降低，生产率明显提高，例如采用了卡特电子系统的液压挖掘机，功率利用率明显提高，从而使机器的生产率大大增加。又如将机电一体化技术应用于柴油发动机，由于电子调速器等的应用，使柴油发动机可以根据不同的工况选择不同的工作模式，降低了柴油发动机的功耗，增加了柴油发动机的工作效率。
三、工程机械的电子控制系统功能
利用工程机械的机电一体化和智能化，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。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、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，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。
结语
机电一体化决不是机械与电子两种技术的混合或简单叠加，而是两者的有机结合。机电一体化系统是先进的自动控制系统，可以处理更多被控参数的复杂情况，计算速度也更快、更准确。机电一体化技术是新技术，是在传统技术的基础上发展而来的，机电一体化技术具有明显的综合性和先进性。机电一体化技术既不同于传统的机械技术、电子技术和微电子技术，又不同于普通的计算机技术，而是将这些技术相互融合、相互渗透并产生飞跃而形成的新技术。
参考文献：
［１］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.2016.
［２］顾京.现代机床设备[M].北京：化学工业出版社.2017.
论文作者:胡军
论文发表刊物:《基层建设》2019年第5期
论文发表时间:2019/4/26
标签：机电一体化论文; 工程机械论文; 技术论文; 作业论文; 功能论文; 电子论文; 机械论文; 《基层建设》2019年第5期论文;