論機(jī)電一體化技術(shù)及其發(fā)展

1、機(jī)電一體化的核心技術(shù)20世紀(jì)7080年代為第二階段，可稱(chēng)為蓬勃發(fā)展階機(jī)電一體化包括軟件和硬件兩方面技術(shù)。硬件是由機(jī)段。這一時(shí)期，計(jì)算機(jī)技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，為械本體、傳感器、信息處理單元和驅(qū)動(dòng)單元等部分組成。因機(jī)電一體化的發(fā)展奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。大規(guī)模、超大規(guī)模集成此，為加速推進(jìn)機(jī)電一體化的發(fā)展，必須從以下幾方面著手。 電路和微型計(jì)算機(jī)的迅猛發(fā)展，為機(jī)電一體化的發(fā)展提供了.1機(jī)械本體技術(shù)充分的物質(zhì)基礎(chǔ)。這個(gè)時(shí)期的特點(diǎn)是：機(jī)械本體必須從改善性能、減輕質(zhì)量和提高精度等幾方(1mcarnc一詞首先在日本被普遍接受，大約到面考慮?，F(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品一般都是以鋼鐵材料為主，為了減輕20世紀(jì)80年代末期在

2、世界范圍內(nèi)得到比較廣泛的承認(rèn);質(zhì)量除了在結(jié)構(gòu)上加以改進(jìn)，還應(yīng)考慮利用非金屬?gòu)?fù)合材(2)機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品得到了極大發(fā)展;料。只有機(jī)械本體減輕了重量，才有可能實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的小(3)各國(guó)均開(kāi)始對(duì)機(jī)電一體化技術(shù)和產(chǎn)品給以很大的型化，進(jìn)而在控制方面改善快速響應(yīng)特性，減少能量消耗，提關(guān)注和支持。傳感技術(shù)方向邁進(jìn)的新階段，機(jī)電一體化進(jìn)人深入發(fā)展時(shí)期。一方傳感器的問(wèn)題集中在提高可靠性、靈敏度和精確度方面，光學(xué)、通信技術(shù)等進(jìn)入了機(jī)電一體化，微細(xì)加工技術(shù)也在面，提高可靠性與防干擾有著直接的關(guān)系。為了避免電干機(jī)電一體化中嶄露頭腳，出現(xiàn)了光機(jī)電一體化和微機(jī)電一體擾，目前有采用光纖電纜傳感器的趨勢(shì)。對(duì)外部信息傳感器

3、化等新分支;另一方面對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的建模設(shè)計(jì)、分析來(lái)說(shuō)，目前主要發(fā)展非接觸型檢測(cè)技術(shù)。 和集成方法，機(jī)電一體化的學(xué)科體系和發(fā)展趨勢(shì)都進(jìn)行了深.3信息處理技術(shù)人研究。同時(shí)，由于人工智能技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及光纖技機(jī)電一體化與微電子學(xué)的顯著進(jìn)步、信息處理設(shè)備(特術(shù)等領(lǐng)域取得的巨大進(jìn)步，為機(jī)電一體化技術(shù)開(kāi)辟了發(fā)展的別是微型計(jì)算機(jī))的普及應(yīng)用緊密相連。為進(jìn)一步發(fā)展機(jī)廣闊天地。這些研究，將促使機(jī)電一體化進(jìn)一步建立完整的電一體化，必須提高信息處理設(shè)備的可靠性包括模/數(shù)轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)和逐漸形成完整的科學(xué)體系。設(shè)備的可靠性和分時(shí)處理的輸入輸出的可靠性(，) ，進(jìn)而提高處現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，極大地推動(dòng)了不同學(xué)科的

4、交理速度，并解決抗干擾及標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題。 叉與滲透，導(dǎo)致了工程領(lǐng)域的技術(shù)革命與改造。在機(jī)械工程.4驅(qū)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，由于微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展及其向機(jī)械電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)已被廣泛采用，但在快速響應(yīng)和效率工業(yè)的滲透所形成的機(jī)電一體化，使機(jī)械工業(yè)的技術(shù)結(jié)構(gòu)、等方面還存在一些問(wèn)題。目前，正在積極發(fā)展內(nèi)部裝有編碼產(chǎn)品機(jī)構(gòu)、功能與構(gòu)成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變器的電機(jī)以及控制專(zhuān)用組件一傳感器一電機(jī)三位一體的伺化，使工業(yè)生產(chǎn)由機(jī)械電氣化邁入了機(jī)電一體化為特服驅(qū)動(dòng)單元。 征的發(fā)展階段。接口技術(shù)機(jī)電一體化發(fā)展至今也已成為一門(mén)有著自身體系的新為了與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，必須使數(shù)據(jù)傳遞的格式標(biāo)準(zhǔn)型學(xué)科，隨著科學(xué)技

5、術(shù)的不斷發(fā)展還將被賦予新的內(nèi)容。規(guī)格化。接口采用同一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格不僅有利于信息傳遞和但其基本特征可概括為：機(jī)電一體化是(，) 從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，維修，而且可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。目前，技術(shù)人員正致力于開(kāi)發(fā)低綜合運(yùn)用機(jī)械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技成本、高速串行的接口，來(lái)解決信號(hào)電纜非接觸化、光導(dǎo)纖維術(shù)、信息技術(shù)、傳感測(cè)控技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、信息以及光藕器的大容量化、小型化、標(biāo)準(zhǔn)化等問(wèn)題。變換技術(shù)以及軟件編程技術(shù)等群體技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo).6軟件技術(shù)和優(yōu)化組織目標(biāo)，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高軟件與硬件必須協(xié)調(diào)一致地發(fā)展。為了減少軟件的研質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實(shí)現(xiàn)特定

6、功能價(jià)值，并使整制成本，提高生產(chǎn)維修的效率，要逐步推行軟件標(biāo)準(zhǔn)化，包括個(gè)系統(tǒng)最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。由此而產(chǎn)生的功能系統(tǒng)，則程序標(biāo)準(zhǔn)化、程序模塊化、軟件程序的固化、推行軟件工程成為一個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)或機(jī)電一體化產(chǎn)品。機(jī)電一體化的發(fā)展前景等。機(jī)電一體化是機(jī)械、微電子、控制、計(jì)算機(jī)、信息處理等機(jī)電一體化的發(fā)展概況機(jī)電一體化的發(fā)展大體可以分為3個(gè)階段。20世紀(jì)多學(xué)科的交叉融合，其發(fā)展和進(jìn)步有賴(lài)于相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步與年代以前為第一階段，這一階段稱(chēng)為初級(jí)階段。在這一時(shí)發(fā)展，其主要發(fā)展方向有數(shù)字化、智能化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化、人期，人們自覺(jué)不自覺(jué)地利用電子技術(shù)的初步成果來(lái)完善機(jī)械性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化

7、。產(chǎn)品的性能。特別是在第二次世界大戰(zhàn)期間，戰(zhàn)爭(zhēng)刺激了機(jī).1數(shù)字化械產(chǎn)品與電子技術(shù)的結(jié)合，這些機(jī)電結(jié)合的軍用技術(shù)，戰(zhàn)后微控制器及其發(fā)展奠定了機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎(chǔ)，如不轉(zhuǎn)為民用，對(duì)戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)起了積極的作用。那時(shí)研制和斷發(fā)展的數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人;而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速崛起，為數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造鋪平了道路，如虛擬設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)集成制開(kāi)發(fā)從總體上看還處于自發(fā)狀態(tài)。由于當(dāng)時(shí)電子技術(shù)的發(fā)造等。數(shù)字化要求機(jī)電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性、易展尚未達(dá)到一定水平，機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)的結(jié)合還不可能操作性、可維護(hù)性、自診斷能力以及友好人機(jī)界面。數(shù)字化廣泛和深入發(fā)展，已經(jīng)開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品也無(wú)法大量推廣。智能化即要求機(jī)電產(chǎn)品有一定的

8、智能，使它具有類(lèi)似人的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。例如在 CNC數(shù)控機(jī)床上增加人機(jī)對(duì)話(huà)功能，設(shè)置智能I/O接口和智能工藝數(shù)據(jù)庫(kù)，會(huì)給使用、操作和維護(hù)帶來(lái)極大的方便。隨著模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色理論、小波理論、混沌與分岔等人工智能技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，為機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展開(kāi)辟了廣闊天地。模塊化由于機(jī)電體化產(chǎn)品種類(lèi)和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開(kāi)發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口的機(jī)電體化產(chǎn)品單元模塊是一項(xiàng)復(fù)雜而有前途的工作。如研制具有集減速、變頻調(diào)速電機(jī)體的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)單元;具有視覺(jué)、圖像處理、識(shí)別和測(cè)距等功能的電機(jī)體控制單元等。這樣，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，可以利用這些標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元迅速開(kāi)發(fā)出新的產(chǎn)品。

9、網(wǎng)絡(luò)化由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾。而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品，現(xiàn)場(chǎng)總線和局域網(wǎng)技術(shù)使家用電器網(wǎng)絡(luò)化成為可能，利用家庭網(wǎng)絡(luò)把各種家用電器連接成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家用電器系統(tǒng)，使人們?cè)诩依锟沙浞窒硎芨鞣N高技術(shù)帶來(lái)的好處，因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無(wú)疑應(yīng)朝網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展。人性化機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對(duì)象是人如何給機(jī)電一體化產(chǎn)品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來(lái)愈(，) 重要，機(jī)電一體化產(chǎn)品除了完善的性能外，還要求在色彩、造型等方面與環(huán)境相協(xié)調(diào)，使用這些產(chǎn)品，對(duì)人來(lái)說(shuō)還是一種藝術(shù)享受，如家用機(jī)器人的最高境界就是人機(jī)一體化。微型化微型化是精細(xì)加工技術(shù)發(fā)展的

10、必然，也是提高效率的需要。微機(jī)電系統(tǒng)(MirlcrncMehnclSse，簡(jiǎn)稱(chēng)是指可批量制作的，集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控制電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。自1986年美國(guó)斯坦福大學(xué)研制間隙，引起動(dòng)作失靈，影響工作性能或造成事故，還可能引起濾網(wǎng)堵塞，并可能使濾網(wǎng)完全喪失過(guò)濾作用，造成液壓系統(tǒng)的惡性循環(huán)。加速元件磨損。污染顆粒在液壓缸內(nèi)會(huì)刮傷缸筒內(nèi)表面，加速密封件的損壞，使泄漏增大，引起推力不足或者動(dòng)作不穩(wěn)定、爬行、速度下降、異常噪聲等故障現(xiàn)象，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。加速油液性能的劣化。液壓油中的污染顆粒長(zhǎng)期存在，會(huì)與油液發(fā)生一些反應(yīng)，反應(yīng)的生

11、成物會(huì)腐蝕元件。液壓油被污染的主要原因及解決措施。作業(yè)環(huán)境粉塵多，系統(tǒng)外部不清潔。液壓系統(tǒng)長(zhǎng)期在粉塵污染嚴(yán)重的場(chǎng)地作業(yè)時(shí)，最好2個(gè)月過(guò)濾一次油液，大概半年更換一次進(jìn)油濾油器。在加油、檢查油面和檢修作業(yè)時(shí)，雜質(zhì)被帶人系統(tǒng)，通過(guò)被損壞的油封、密封環(huán)進(jìn)入系統(tǒng)。泄漏泄漏的危害。液壓系統(tǒng)一旦發(fā)生泄漏，將會(huì)使系統(tǒng)壓力建立不起來(lái)。液壓油泄漏還會(huì)造成環(huán)境污染，影響生產(chǎn)，甚至產(chǎn)生無(wú)法估計(jì)的嚴(yán)重后果。泄漏產(chǎn)生的主要原因及解決措施。設(shè)計(jì)因素。由于設(shè)計(jì)中密封結(jié)構(gòu)選用不合理，密封件的選用不合乎規(guī)范;另外，由于工程機(jī)械的使用環(huán)境中具有塵埃和雜質(zhì)和沒(méi)有選用合適的防塵密封，致使塵埃等污物進(jìn)人系統(tǒng)破壞密封而產(chǎn)生泄漏。應(yīng)在選用和

12、設(shè)計(jì)密封件的時(shí)候，考慮液壓油與密封材料的相容型式、負(fù)載情況、極限壓力、工作速度高低、環(huán)境溫度的變化等，選擇合理的密封件，當(dāng)在惡劣的環(huán)境下工作時(shí)，要選用合適的防塵密封。制造和裝配因素。所有的液壓元件及密封部件都有嚴(yán)格的尺寸公差、表面處理、表面光潔度及形位公差等要求。出第一個(gè)醫(yī)用微探針，年美國(guó)加州大學(xué)Berkeley分校研制出第一個(gè)微電機(jī)以來(lái)，國(guó)內(nèi)外在 MEMS工藝、材料以及微觀機(jī)理研究方面取得了很大進(jìn)展，開(kāi)發(fā)出各種 MEMS器件和系統(tǒng)如各種微型傳感器(壓力傳感器、微加速度計(jì)、微觸覺(jué)傳感器)(，) ，各種微構(gòu)件(微膜、微粱、微探針、微連桿、微齒輪、微軸承、微泵、微彈簧以及微機(jī)器人等)。集成化集成化

13、既包含各種技術(shù)的相互滲透、相互融合和各種產(chǎn)品不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與復(fù)合，又包含在生產(chǎn)過(guò)程中同時(shí)處理加工、裝配、檢測(cè)、管理等多種工序。為了實(shí)現(xiàn)多品種、小批量生產(chǎn)的自動(dòng)化與高效率，應(yīng)使系統(tǒng)具有更廣泛的柔性。首先可將系統(tǒng)分解為若干層次，使系統(tǒng)功能分散，并使各部分協(xié)調(diào)而又安全地運(yùn)轉(zhuǎn)，然后再通過(guò)軟、硬件將各個(gè)層次有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，使其性能最優(yōu)、功能最強(qiáng)。帶源化是指機(jī)電一體化產(chǎn)品自身帶有能源，如太陽(yáng)能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場(chǎng)合無(wú)法使用電能，因而對(duì)于運(yùn)動(dòng)的機(jī)電一體化產(chǎn)品，自帶動(dòng)力源具有獨(dú)特的好處。帶源化是機(jī)電一體化產(chǎn)品的發(fā)展方向之一。綠色化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展給人們的生活帶來(lái)巨大變化，在物質(zhì)豐富的同時(shí)也帶

14、來(lái)資源減少、生態(tài)環(huán)境惡化的后果。所以，人們呼喚保護(hù)環(huán)境，回歸自然，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲中應(yīng)運(yùn)而生。綠色產(chǎn)品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協(xié)調(diào)而可再生利用的產(chǎn)品。在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷(xiāo)毀時(shí)應(yīng)符合環(huán)保和人類(lèi)健康的要求，機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指在其使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)品壽命結(jié)束時(shí)，產(chǎn)品可分解和再生利用。綜上所述，機(jī)電一體化技術(shù)是眾多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶，是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。它促使機(jī)械工業(yè)發(fā)生戰(zhàn)略性的變革，使傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)概念發(fā)生著革命性的變化。大力發(fā)展新一代機(jī)電一體化產(chǎn)品，不僅是改造傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備的要求，而且是推動(dòng)機(jī)械產(chǎn)品更新?lián)Q代和開(kāi)辟新領(lǐng)域

15、、發(fā)展與振興機(jī)械工業(yè)的必由之路。由于在制造過(guò)程中超差，使得密封件就會(huì)有變形、劃傷、壓死或壓不實(shí)等現(xiàn)象發(fā)生，使其失去密封功能：液壓元件在裝配中的野蠻操作，過(guò)度用力將使零件產(chǎn)生變形，特別是用銅棒等敲打缸體、密封法蘭等。這些原因都可以破壞密封而產(chǎn)生泄漏。應(yīng)在設(shè)計(jì)和加工環(huán)節(jié)中要充分注意密封部件的設(shè)計(jì)和加工，另外要選擇正確的裝配方法。零部件損傷。密封件是由耐油橡膠等材料制成的，由于長(zhǎng)時(shí)間使用發(fā)生的老化、龜裂、損傷等都會(huì)引起系統(tǒng)泄漏。如果零件在工作過(guò)程中受碰撞而損傷，會(huì)劃傷密封元件造成泄漏。要選擇合適的密封件，延長(zhǎng)其老化時(shí)間，并注意對(duì)密封件的保護(hù)，避免其被別的部件劃傷。故障診斷時(shí)應(yīng)遵循的一般原則當(dāng)發(fā)生故障時(shí)要根據(jù)不同機(jī)型的特點(diǎn)，充分利用設(shè)備自身的監(jiān)控系統(tǒng)，具體問(wèn)題具體分析，掌握有效的故障分析方法。在診斷時(shí)應(yīng)遵循由外到內(nèi)、由易到難、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜的原則進(jìn)行，挖掘機(jī)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)故障診斷的順序是：查問(wèn)資料(挖掘機(jī)使用說(shuō)明書(shū)及運(yùn)行、維修記錄等)了解故障發(fā)生前后的設(shè)備工作情況外部檢查試車(chē)觀察(故障現(xiàn)象、車(chē)上儀表)內(nèi)部系統(tǒng)檢查(參照系統(tǒng)原理圖)儀器檢查系統(tǒng)參數(shù)(流量、溫度等)邏輯