機電一體化技術(shù)在工程機械中的應(yīng)用

1、沈陽航空工業(yè)學(xué)院成人教育學(xué)院 畢設(shè)用紙機電一體化技術(shù)在工程機械中的應(yīng)用摘要 在機械工程領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機械工業(yè)的滲透所形成的機電一體化，使機械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品機構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，使工業(yè)生產(chǎn)由“機械電氣化”邁入了“機電一體化”為特征的發(fā)展階段。現(xiàn)代工程施工中,工程機械的性能、自動化程度及其經(jīng)濟性等可以直接影響到施工工藝的好壞,而工程機械的電氣與電子控制系統(tǒng)部分質(zhì)量與性能的優(yōu)劣又直接影響到工程機械的動力性、經(jīng)濟性、可靠性、施工質(zhì)量、生產(chǎn)效率及使用壽命等。機電一體化技術(shù)是面向應(yīng)用的跨學(xué)科技術(shù)，是機械、微電子、信息和控制技術(shù)等有機融合

2、、相互滲透的結(jié)果。今天機電一體化技術(shù)發(fā)展飛速，機電一體化產(chǎn)品更日新月異。在工程機械中的應(yīng)用越來越廣泛。關(guān)鍵詞：機電一體化 技術(shù) 工程機械 應(yīng)用目錄前言 1一、機電一體化概要 2（1）機電一體化的發(fā)展階段 3（2）工程機械核心技術(shù)機電一體化 4二、現(xiàn)代工程機械技術(shù) 5（1）工程機械系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu) 1、機械本體 .2、動力部分 3、測試傳感部分 .4、執(zhí)行機構(gòu) 5、驅(qū)動部分 6、控制及信息處理單元 （2）工程機械的系統(tǒng)功能 1、電子監(jiān)控、自動報警及故障自診 2、節(jié)能降耗,提高生產(chǎn)率 3、柴油機的控制 4、提高作業(yè)精度 5、作業(yè)過程的自動化或半自動化 6、其他應(yīng)用 三、機電一體化在工程機械中的應(yīng)用

3、（1）機電一體化和工程機械的關(guān)系 （2）機電一體化對工程機械功能的改進 四、結(jié)束語 參考文獻 前言機電一體化又稱機械電子學(xué),是一門跨學(xué)科的綜合性高技術(shù),是由微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)、自動控制技術(shù)、機械技術(shù)、液壓技術(shù)以及其他技術(shù)相互融合而成的一門獨立的交叉學(xué)科。機電一體化技術(shù)從上世紀(jì)70 年代中期開始在國外工程機械上得到應(yīng)用。80 年代以微電子技術(shù)為核心的高新技術(shù)的興起,推動了工程機械制造技術(shù)的迅速發(fā)展,特別是隨著微型計算機及微處理技術(shù)、傳感與檢測技術(shù)、信息處理技術(shù)等的發(fā)展及其在工程機械上的應(yīng)用,從根本上改變了工程機械的面貌,極大促進了產(chǎn)品性能的提高,使工程機械進入了一個全新的發(fā)展階段。

4、以微機或微處理器為核心的電子控制系統(tǒng)目前在國外工程機械上的應(yīng)用已相當(dāng)普及,并已成高性能工程機械不可缺少的組成部分。工程機械的機電一體化和智能化將是今后的發(fā)展方向。一、機電一體化概要（1）機電一體化的發(fā)展階段機電一體化是指在機構(gòu)得主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術(shù)，將機械裝置與電子化設(shè)計及軟件結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)的總稱。20世紀(jì)60年代以來,人們利用電子技術(shù)的初步成果來完善機械產(chǎn)品的性能后,刺激了機械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合。計算機技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展,為機電一體化的發(fā)展更進一步奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。20世紀(jì)80年代末期,機電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展。各國均開始對機電一

5、體化技術(shù)和產(chǎn)品給以很大的關(guān)注和支持,20世紀(jì)90年代后期,開始了機電一體化技術(shù)向智能化方向邁進的新階段,機電一體化進入了深入發(fā)展時期。光學(xué)、通信技術(shù)等進入了機電一體化,微細加工技術(shù)也在機電一體化中展露頭腳,出現(xiàn)了光機電一體化和微機電一體化等新分支。我國從20世紀(jì)80年代開始開展機電一體化研究和應(yīng)用。取得了一定成果,它的發(fā)展和進步依賴并促進相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和進步。機電一體化已成為一門有著自身體系的新型學(xué)科,隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,還將被賦予新的內(nèi)容。 機電一體化產(chǎn)品和技術(shù)可分為機械、電子和軟件三大部分。模塊化技術(shù)是這三者的共同技術(shù)。模塊化技術(shù)可以減少產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)成本，提高不同產(chǎn)品間的零部件通用

6、化程度，提高產(chǎn)品的可裝配性、可維修性和可擴展性等。融合機械、電子和軟件三大部分的機電一體化模塊代表了未來產(chǎn)品的發(fā)展方向，具有高度自主性、良好的協(xié)調(diào)性和自組織性的特點。總之，模塊化設(shè)計與制造是機電一體化系統(tǒng)的基本方法和發(fā)展趨勢。隨著微處理器性能價格比的迅速提高和微機械電子（mems）技術(shù)的飛速發(fā)展，各種機電一體化模塊將越來越多地出現(xiàn)在市場上。利用這些模塊，可以迅速方便地設(shè)計和制造出各種新的機電一體化產(chǎn)品。機電一體化是當(dāng)今自動化技術(shù)發(fā)展的最高階段。早期的自動化技術(shù)主要是借助凸輪、機械機構(gòu)等實現(xiàn)的,這一時期的自動化實際上是機械自動化;隨著電子技術(shù)的發(fā)展,凸輪、機械機構(gòu)逐漸被繼電器、接觸器、電磁開關(guān)等

7、機構(gòu)所取代,實現(xiàn)了電氣自動化,機械機構(gòu)大大簡化,自動化水平大為提高;機電一體化則是生產(chǎn)實踐對自動化技術(shù)進一步發(fā)展的需要,也是微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)、控制技術(shù)和精密機械技術(shù)等發(fā)展的必然產(chǎn)物,是以計算機為主要特征的自動化技術(shù)。如果說機械系統(tǒng)處理的對象是運動、力、物質(zhì)和能量,電子系統(tǒng)處理的對象是信息和知識,則機電一體化系統(tǒng)不僅有處理能量和物質(zhì)的功能,而且還有處理信息和知識的能力。機電一體化技術(shù)發(fā)展至今已成為一門有著自身體系的新型學(xué)科,其發(fā)展歷程可分為四個階段:1、數(shù)控機床的問世是機電一體化發(fā)展的開始。2、微電子技術(shù)為機電一體化帶來勃勃生機。3、可編程序控制器的發(fā)展為機電一體化提供了堅強基礎(chǔ)

8、。4、激光技術(shù)、模糊技術(shù)、信息技術(shù)使機電一體化躍上新臺階。（2）工程機械核心技術(shù)機電一體化1、機械技術(shù)：是機電一體化的基礎(chǔ)，機械技術(shù)的著眼點在于如何與機電一體化技術(shù)相適應(yīng)，利用其高、新技術(shù)來更新概念，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)上、材料上、性能上變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能要求。2、計算機與信息技術(shù)：其中信息交換、存取、運算、判斷與決策、人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)均屬于計算機信息處理技術(shù)。3、系統(tǒng)技術(shù)：即以整體概念組織應(yīng)用各種相關(guān)技術(shù)，從全局角度和系統(tǒng)目標(biāo)出發(fā)，將總體分解成相互關(guān)聯(lián)的若干功能單元，接口技術(shù)是系統(tǒng)技術(shù)中一個重要方面，是實現(xiàn)系統(tǒng)各部分有機連接的保證。4、自動

9、控制技術(shù)：其范圍很廣，在控制理論指導(dǎo)下，進行系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)計后的系統(tǒng)仿真，現(xiàn)場調(diào)試，控制技術(shù)包括如高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷校正、補償、再現(xiàn)、檢索等。5、傳感檢測技術(shù)：是系統(tǒng)的感受器官，是實現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其功能越強，系統(tǒng)的自動化程序就越高。6、伺服傳動技術(shù)：包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，伺服系統(tǒng)是實現(xiàn)電信號到機械動作的轉(zhuǎn)換裝置與部件、對系統(tǒng)的動態(tài)性能、控制質(zhì)量和功能有決定性的影響。二、現(xiàn)代工程機械技術(shù) （1）工程機械系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)1、機械本體系統(tǒng)所有功能元素的機械支持結(jié)構(gòu)，包括機身、框架、機械聯(lián)接等。機械本體要在結(jié)構(gòu)、材料、加工工藝性及幾何尺寸等方

10、面適應(yīng)產(chǎn)品高效、多功能、可靠和節(jié)能、小型輕量等要求。2、動力部分按照系統(tǒng)控制要求，為系統(tǒng)提供能量和動力，用盡可能小的動力輸入獲得盡可能大的功能輸出3、測試傳感部分對系統(tǒng)運行中所需要的本身和外界環(huán)境的各種參數(shù)及狀態(tài)進行檢測，變成可識別信號，傳輸?shù)叫畔⑻幚韱卧?，?jīng)過分析、處理后產(chǎn)生相應(yīng)的控制信息。4、執(zhí)行機構(gòu)根據(jù)控制信息和指令，完成要求的動作。執(zhí)行機構(gòu)是運動部件，一般采用機械、電磁、電液等機構(gòu)。5、驅(qū)動部分在控制信息作用下提供動力，驅(qū)動各種執(zhí)行機構(gòu)完成各種動作和功能。一方面要求驅(qū)動的高效率和快速響應(yīng)特征，同時要求對水、油、溫度、塵埃等外部環(huán)境的適應(yīng)性和可靠性；另一方面，由于幾何尺寸的限制，動作范圍

11、狹窄，還需考慮維修及標(biāo)準(zhǔn)化。6、控制及信息處理單元將來自各傳感器的檢測信息和外部輸入命令進行集中、儲存、分析、加工，根據(jù)信息處理結(jié)果，按照一定的程序和節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)指令，控制整個系統(tǒng)有目的地運行（2）工程機械的系統(tǒng)功能現(xiàn)代工程機械正處在一個機電一體化的發(fā)展時代引入機電一體化技術(shù),使機械、液壓技術(shù)和電子控制技術(shù)等有機的結(jié)合,可以極大地提高了工程機械的各種性能,如動力性、燃油經(jīng)濟性、可靠性、安全性,操作舒適性以及作業(yè)精度、作業(yè)效率、使用壽命等。目前以微機或微處理器為核心的電子控制裝置在現(xiàn)代工程機械中的應(yīng)用已相當(dāng)普及,電子控制技術(shù)已深入到工程機械的許多領(lǐng)域,如攤鋪機和平地機的自動找平,攤鋪機的自動供料

12、,挖掘機的電子功率優(yōu)化,柴油機的電子調(diào)速,裝載機、鏟運機變速箱的自動控制,工程機械的狀態(tài)監(jiān)控與故障自診等。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,對工程機械的性能要求不斷提高,電子控制裝置在工程機械上的應(yīng)用將更加廣泛,結(jié)構(gòu)將更加復(fù)雜。電子控制系統(tǒng)已成為現(xiàn)代工程機械技術(shù)水平的一個重要依據(jù)?，F(xiàn)代工程施工要求工程機械具有以下性能生產(chǎn)效率高且能量損失小,節(jié)約能源;自動化程度高,施工質(zhì)量好,精度高;性能穩(wěn)定,工作可靠,安全,使用壽命長;具有較好的經(jīng)濟性;高的技術(shù)價格比和低的制造與使用成本;操作簡單、輕便、勞動強度低,駕駛員的工作條件好,具有運行狀態(tài)監(jiān)視、故障自診及自動報警功能,能及時準(zhǔn)確地指出故障部位,減少停機維修作業(yè)

13、時間。目前工程機械的電子控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)如下功能:1、電子監(jiān)控、自動報警及故障自診即對工程機械的發(fā)動機、傳動系統(tǒng)、工作裝置、制動系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等的運行狀態(tài)監(jiān)控,工作中一旦出現(xiàn)異?，F(xiàn)象,能自動報警并準(zhǔn)確地指出故障的部位,從而改善駕駛員的工作條件,提高機器的工作效率,簡化設(shè)備維護檢查工作,降低使用維修費用,縮短停機維修時間,延長設(shè)備的使用壽命。2、節(jié)能降耗,提高生產(chǎn)率傳統(tǒng)工程機械的能量利用率較低,例如液壓挖掘機的燃料能量利用率僅為30 %左右,如此低的能量利用率迫使工程機械的發(fā)展必須著眼于節(jié)能。日本小松公司挖掘機采用新型節(jié)能控制器,具有良好的節(jié)能效果,燃料可節(jié)省23 %;日本日立公司挖掘機節(jié)能控制

14、系統(tǒng)采用了卡特電子效率控制系統(tǒng),通過對發(fā)動機和泵的綜合控制,使功率的利用率可達98 % ,同時生產(chǎn)率也大大提高。3、柴油機的控制采用電子調(diào)速器,電子油門控制裝置,自動停機裝置,自動升溫控制裝置等。4、提高作業(yè)精度為保證成品料的作業(yè)精度,現(xiàn)代瀝青及水泥混凝土拌和設(shè)備廣泛采用了微機控制的電子稱量系統(tǒng),并使稱量過程實現(xiàn)了自動化。自動找平系統(tǒng)的應(yīng)用,使瀝青混凝土攤鋪機的施工質(zhì)量有了較大的提高。采有超聲波技術(shù)的自動供料系統(tǒng),使瀝青混凝土攤鋪機的供料實現(xiàn)了自動調(diào)節(jié),進一步提高了攤鋪質(zhì)量。推土機鏟刀、平地機刮刀、鏟運機鏟斗刀刃的電子控制,不僅提高了作業(yè)精度和作業(yè)效率,而且也減輕了操作人員的勞動強度。5、作業(yè)

15、過程的自動化或半自動化工程機械實現(xiàn)自動化或半自動化控制,可以減輕操作者的勞動強度,提高生產(chǎn)率,并減少因操作者的經(jīng)驗不足對作業(yè)精度的影響,例如,日本三菱公司的挖掘機設(shè)有挖掘軌跡控制系統(tǒng),操作者在控制板上設(shè)定好鏟斗運動軌跡的形狀后,微機控制系統(tǒng)能夠根據(jù)各種角度傳感器的信號,自動控制動臂、斗桿和鏟刀的運動,實現(xiàn)各種特定開口和斷面溝槽、斜面的精確挖掘,使挖掘作業(yè)實現(xiàn)了自動化。6、其他應(yīng)用一些國外生產(chǎn)的推土機、裝載機、鏟運機等有了電子控制的自動變速器,其能夠根據(jù)外負荷的變化情況自動改變傳動系統(tǒng)的傳動比,這不僅充分利用了發(fā)動機的功率,提高了燃油經(jīng)濟性,而且也簡化了操作,降低了勞動強度。為有效地防止翻車和斷

16、臂事故,提高作業(yè)的安全性,現(xiàn)代起重機上廣泛地采用了電子控制的力矩限制器。為實現(xiàn)無人駕駛,使工程機械能在危險地帶或人無法接近的地點進行作業(yè),某些國外工程機械上設(shè)置了無線遙控裝置。電子系統(tǒng)的可靠性是現(xiàn)代工程機械非常重要的一項性能指標(biāo)。由于工程機械一般露天作業(yè),其直接受到烈日暴曬、雨霧、強風(fēng)、塵埃等的侵襲,此外還受到強烈的振動和沖擊以及各種電、磁等的干擾,工作環(huán)境非常惡劣,因此電子控制系統(tǒng)應(yīng)滿足:能在- 4080 的環(huán)境溫度下可靠、穩(wěn)定地工作;抗老化,具有較長的使用壽命;密封性能好,能防止水分和污物的侵入,較好的耐沖擊和抗振性能;較強的抗干擾能力,系統(tǒng)能在各種干擾下可靠地工作。三、機電一體化在工程機

17、械中的應(yīng)用（1）機電一體化和工程機械的關(guān)系現(xiàn)代工程機械正處在一個機電一體化的發(fā)展時代。引入機電一體化技術(shù)，使機械、液壓技術(shù)和電子控制技術(shù)等有機的結(jié)合, 可以極大地提高了工程機械的各種性能，如動力性、燃油經(jīng)濟性、可靠性、安全性、操作舒適性以及作業(yè)精度、作業(yè)效率、使用壽命等。目前以微機或微處理器為核心的電子控制裝置(系統(tǒng))在現(xiàn)代工程機械中的應(yīng)用已相當(dāng)普及，電子控制技術(shù)已深入到工程機械的許多領(lǐng)域, 如攤鋪機和平地機的自動找平，攤鋪機的自動供料，拌利設(shè)備稱重計量過程的自動控制,挖掘機的電子功率優(yōu)化，柴油機的電子調(diào)速，裝載機、鏟運機變速箱的自動控制，工程機械的狀態(tài)監(jiān)控與故障自診等。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展

18、,對工程機械的性能要求不斷提高，電子（微機）控制裝置在工程機械上的應(yīng)用將更加廣泛，結(jié)構(gòu)將更加復(fù)雜。（2）機電一體化對工程機械功能的改進在工程機械上運用傳感器技術(shù)是當(dāng)前機電一體化技術(shù)最主要的技術(shù)手段和特征，傳感器技術(shù)是實現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是機電一體化系統(tǒng)不可缺少的關(guān)鍵技術(shù)之一，其水平高低在很大程度上影響和決定著系統(tǒng)的功能；其水平越高，系統(tǒng)的自動化程度就越高。在一套完整的機電一體化系統(tǒng)中，如果不能利用傳感檢測技術(shù)對被控對象的各項參數(shù)進行及時準(zhǔn)確地檢測出并轉(zhuǎn)換成易于傳送和處理的信號，我們所需要的用于系統(tǒng)控制的信息就無法獲得，進而使整個系統(tǒng)就無法正常有效的工作。我國傳感器的研究主要集中

19、在專業(yè)研究所和大學(xué)，始于20世紀(jì)80年代，與國外先進技術(shù)相比，我們還有較大差距，主要表現(xiàn)在：1、先進的計算、模擬和設(shè)計方法；2、先進的微機械加工技術(shù)與設(shè)備；3、先進的封裝技術(shù)與設(shè)備；4、可靠性技術(shù)研究等方面。因此，必須加強技術(shù)研究和引進先進設(shè)備以提高整體水平。傳感器技術(shù)今后的發(fā)展方向可有幾方面：1、加速開發(fā)新型敏感材料：通過微電子、光電子、生物化學(xué)、信息處理等各種學(xué)科，各種新技術(shù)的互相滲透和綜合利用，可望研制出一批基于新型敏感材料的先進傳感器。2、向高精度發(fā)展：研制出靈敏度高、精確度高、響應(yīng)速度快、互換性好的新型傳感器以確保生產(chǎn)自動化的可靠性。3、向微型化發(fā)展：通過發(fā)展新的材料及加工技術(shù)實現(xiàn)傳感器微型化將是近十年研究的熱點。4、向微功耗及無源化發(fā)展：傳感器一般都是非電量向電量的轉(zhuǎn)化，工作時離不開電源，開發(fā)微功耗的傳感器及無源傳感器是必然的發(fā)展方向。5、向智能化數(shù)字化發(fā)展：隨著現(xiàn)代化的發(fā)展，傳感器的功能已突破傳統(tǒng)的功能，其輸出不再是一