機電一體化在工程機械中的應(yīng)用論文

1、XXXXXXX大學(xué)2010屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計）論文題目：機電一體化在工程機械中的應(yīng)用學(xué)生姓名：XXXX所在院系： XXXXXX所學(xué)專業(yè)： XXXXXX導(dǎo)師姓名：XXXXX完成時間：2010年X月XX日摘 要現(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

2、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。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。關(guān)鍵詞：機電一體化工程機械電子控制AbstractModern engineering construction,

3、construction machinery performance, automation and the economy, etc., may directly affect the quality construction technology, and engineering machinery parts of electrical and electronic control systems and quality and performance directly affects the merits of construction machinery power, economy

4、, reliability, construction quality, production efficiency and service life.Also known as Techtronics is an interdisciplinary and integrated high-tech, by the microelectronics, computer technology, information technology, automatic control technology, mechanical technology, hydraulic technology and

5、other technologies from a merging independent interdisciplinary door. Macaronis from the mid 70s of last century construction machinery in foreign countries has been applied. 80 microelectronic technology as the core of the rise of high technology, and promote the construction machinery manufacturin

6、g technology is developing rapidly, especially with the micro-computer and micro-processing technology, sensing and detection technology, the development of information processing technology and its Application of construction machinery, and fundamentally changed the face of construction machinery,

7、which greatly promoted the improvement of product performance, the construction machinery has entered a new stage of development. The computer or microprocessor core electronic control system is currently in the application of foreign construction machinery has been very popular, and has become an i

8、ndispensable high-performance machinery components. Mechanical engineering mechatronics and intelligent will be the future direction of development. Keywords: Mechatronics Construction Machinery Electronic control 目 錄1.前言12.機電一體化概要12.1機電一體化技術(shù)發(fā)展12.2目前工程機械的系統(tǒng)功能33.現(xiàn)代工程機械技術(shù)43.1工程機械核心技術(shù)機電一體化53.2現(xiàn)代工程機械系統(tǒng)的

9、基本結(jié)構(gòu)54.機電一體化在工程機械中的運用64.1機電一體化和工程機械的關(guān)系64.2機電一體化對工程機械功能的改進65.機電一體化技術(shù)在挖掘機中的應(yīng)用75.1普遍采用電子節(jié)能技術(shù)的大中型液壓挖掘機75.2采用自動怠速功能的小型液壓挖掘機75.3采用電液比例控制技術(shù)的液壓挖掘機85.4應(yīng)用于液壓挖掘機上的各種監(jiān)控技術(shù)95.5 GPS技術(shù)在液壓挖掘機上的應(yīng)用95.5.1用于遠程維護、信息管理的GPS技術(shù)95.5.2高精度GPS系統(tǒng)的應(yīng)用95.6具有輔助挖掘系統(tǒng)的液壓挖掘機105.7機電一體化技術(shù)在旋挖鉆機上的運用105.8遙控技術(shù)在工程機械上的應(yīng)用116.機電一體化在煤礦機械中的應(yīng)用117.結(jié)束語

10、13致謝14參考文獻15 1 前言現(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,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

11、上的應(yīng)用將更加廣泛,結(jié)構(gòu)將更加復(fù)雜。特別是隨著我國進口及國產(chǎn)工程機械保有量的逐年增加,如何用好、管好這些價格昂貴的工程機械,使其發(fā)揮最大的效率,是工程施工部門所面臨的一個重要的問題。為幫助廣大工程機械使用人員、維修人員、管理人員對工程機械中的電氣與電子控制裝置的功能、類別及特性有一些初步的了解和掌握,下面以簡單的介紹與論述?，F(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。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)。隨著科學(xué)技

12、術(shù)的不斷發(fā)展及對產(chǎn)品性能要求不斷提高,電子控制系統(tǒng)在工程機械中所占的比重將會越來越大,其功能將會越來越強,應(yīng)用范圍也將越來越廣,而且其復(fù)雜程度也隨之提高,這樣就對使用與維修人員提出了更高的要求?，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)時間。2機電一體化概要2.1機電一體化技術(shù)發(fā)展機電一體化是指在機構(gòu)得主功能、動

13、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

14、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?？傊K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

15、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。 機電一體化是許多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶,是社會生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。21世紀(jì),機電一體化技術(shù)將成為機械工業(yè)的主角，在各方面均可帶來顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。機電一體化的出現(xiàn)不是孤立的,它是許多科學(xué)技術(shù)發(fā)展的結(jié)晶,是社會生產(chǎn)力發(fā)展到一定階段的必然要求。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,各種技術(shù)相互融合的趨勢將越來越明顯，以機械技術(shù)、微電子技術(shù)的有機結(jié)合為主體的機電一體化技術(shù)是機械工業(yè)發(fā)展的必然趨勢，機電一體化技術(shù)的廣闊發(fā)展前景也將越來越

16、光明。機電一體化發(fā)展至今也已成為一門有著自身體系的新型學(xué)科,機電一體化是從系統(tǒng)的觀點出發(fā),綜合運用機械技術(shù)、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)、信息技術(shù)、傳感測控技術(shù)、電力電子技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(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)和優(yōu)化組織目標(biāo),合理配置與布局各功能單元,由此而產(chǎn)生的功能系統(tǒng),則成為一個機電一體化系統(tǒng)或機電一體化產(chǎn)品。機電一體化產(chǎn)品分系統(tǒng)和基礎(chǔ)元、部件兩大類。典型的機電一體化系統(tǒng)有:數(shù)控機床、機器人、汽車電子化產(chǎn)品、智能化儀器儀表、電子排版印刷系統(tǒng)、CAD/CAM系統(tǒng)等。典型的機電一體化元、部件有:電力電子器件及裝置、可編程序控制器、模糊控制器、微型電機、傳

17、感器、專用集成電路、伺服機構(gòu)等。因此，“機電一體化”涵蓋“技術(shù)”和“產(chǎn)品”兩個方面。只是，機電一體化技術(shù)是基于上述群體技術(shù)有機融合的一種綜合技術(shù)，而不是機械技術(shù)、微電子技術(shù)以及其它新技術(shù)的簡單組合、拼湊。這是機電一體化與機械加電氣所形成的機械電氣化在概念上的根本區(qū)別。機械工程技術(shù)有純技術(shù)發(fā)展到機械電氣化，仍屬傳統(tǒng)機械，其主要功能依然是代替和放大的體力。但是發(fā)展到機電一體化后，其中的微電子裝置除可取代某些機械部件的原有功能外，還能賦予許多新的功能，如自動檢測、自動處理信息、自動顯示記錄、自動調(diào)節(jié)與控制自動診斷與保護等。即機電一體化產(chǎn)品不僅是人的手與肢體的延伸，還是人的感官與頭腦的眼神，具有智能化

18、的特征是機電一體化與機械電氣化在功能上的本質(zhì)區(qū)別。2.2目前工程機械的系統(tǒng)功能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)異常現(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)

19、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

20、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)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

21、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

22、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。工程機械種類繁多,因此各種機型所配備的電器與控制裝置的組成,數(shù)量及復(fù)雜程度等也差別較大,各種自行式工程機械所配備的電器與控制裝置基本上可分為以下兩大類:1）車輛電氣設(shè)備這是各種機械應(yīng)配備的最基本的電器,通常包括以下部分A1 電源:包括蓄電池、發(fā)電機及其調(diào)節(jié)器。B1 起動機:用于啟動發(fā)動機。C1 點火系:用于汽油機,功能是產(chǎn)生電火花,點燃氣缸中的可燃混合氣。D1 照明及信號設(shè)備:包括各種照明和信號燈以及電喇叭、蜂鳴器等,用以保證行駛和施工的人機安全。E1 儀表:包括燃油表、機油壓力表、水溫表、發(fā)動機轉(zhuǎn)速表等,用來監(jiān)視發(fā)動機和其他裝置

23、的工作情況。2）電氣、電子(微機) 控 制裝置用于實現(xiàn)各種控制功能。例如,攤鋪機的自動找平裝置及供料自控裝置;電控的電子功率優(yōu)化系統(tǒng);裝載機、鏟運機變速器的電子控制裝置等。3現(xiàn)代工程機械技術(shù)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

24、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,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。特別是,隨著我國進口及國產(chǎn)工程機械保有量的逐年增加,如何用好,管好這些價格昂貴的工程機械,使其發(fā)揮最大的效率,是工程施工部門所面臨的一個重要的問題?，F(xiàn)代工程施工要求工程機械具有以下性能:生產(chǎn)效率且能量損失小,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,即高的技術(shù)價格比和低的制造與使用成本;操作簡單、輕

25、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)效率。為滿足上述的性能要求,工程機械僅僅依靠機械和液壓技術(shù)的進步已顯得力不從心。電子控制技術(shù)的發(fā)展及在工程機械上的應(yīng)用,為工程機械技術(shù)的發(fā)展注入了新鮮的血液。機電一體化作為一項高新技術(shù),將其引入到工程機械中,為工程機械帶來了新的技術(shù)變革,使其各種性能有了質(zhì)的飛躍。3.1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

26、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。

27、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。3.2現(xiàn)代工程機械系統(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)

28、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4機電一體化在工程機

29、械中的運用4.1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

30、,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。4.2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

31、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

32、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，其輸出不再是一個單一的模擬信號（如0-10mV），而是經(jīng)過微電腦處理好后的數(shù)字信號，有點甚至帶有控制功能，即智能傳感器。5機電一體化技術(shù)在挖掘機中的應(yīng)用5.1普遍采用電子節(jié)能技術(shù)的大中型液壓挖掘機美國市場在發(fā)動機排放上的要求非常嚴(yán)格，要求符合Tire 3標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)動機才能在其國內(nèi)市場上銷售。所以進入美國市場的挖掘機多數(shù)都采用了高排放標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)動機，尤其是中大型挖

33、掘機，電噴發(fā)動機已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)配置，該種發(fā)動機無論在可控性還是節(jié)能方面都較機械式發(fā)動機有很大的改善。5.2采用自動怠速功能的小型液壓挖掘機在美國市場，發(fā)動機排放要求非常嚴(yán)格，只有符合Tire 3標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)動機才能在美國市場銷售。因此進入美國市場的中挖多數(shù)都采用了電控發(fā)動機。無論在可控性還是節(jié)能性方面都較機械式發(fā)動機有很大的改善。但由于成本問題，在10t以下的小型挖掘機上，機械式發(fā)動機還是被廣泛采用。因此，在節(jié)能方面，國外挖掘機廠家采用了不同的技術(shù)。JCB小型挖掘機上采用的一種電控的油門執(zhí)行機構(gòu)，驅(qū)動器采用了一種液壓缸，在結(jié)構(gòu)上采用角度傳感器實時反饋油門的位置，另外配合連接到液壓缸上的一個電磁閥實現(xiàn)

34、電子油門及自動怠速功能。NewHolland小挖的自動怠速系統(tǒng)，其油門仍采用機械拉桿（軟軸）的形式，只是設(shè)計了一個自動怠速結(jié)構(gòu)，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到需要自動怠速的時候，電磁鐵吸合，機構(gòu)動作，發(fā)動機回到怠速狀態(tài)。紐荷蘭小型挖掘機的自動怠速系統(tǒng)，其油門仍采用機械拉桿(軟軸)的形式，只是設(shè)計了一個自動怠速結(jié)構(gòu)。當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到需要自動怠速的時候，電磁鐵吸合，機構(gòu)動作，發(fā)動機回到怠速狀態(tài)。5.3采用電液比例控制技術(shù)的液壓挖掘機該類型產(chǎn)品是指在普通的液壓先導(dǎo)式操作挖掘機的基礎(chǔ)上，采用電液比例技術(shù)控制挖掘機，相應(yīng)的運用電比例手柄取代液壓先導(dǎo)手柄。其基本原理是采集電手柄的動作信號，利用控制器進行運算，輸出相應(yīng)的PWM值

35、控制比例閥。結(jié)合布置于機器上的傳感器，還可以實現(xiàn)某些自動或者半自動功能。比較典型的電控挖掘機有：（1）Leica公司研發(fā)的挖掘機工作平臺，該平臺是Leica公司為演示其電控挖掘機控制技術(shù)專門定制的，既采用電液比例技術(shù)，同時具有輔助挖掘操作裝置，通過安裝在平臺上的顯示屏及工作裝置上的傾角傳感器，可以實時的顯示鏟斗的軌跡。（2）山河智能的SWEL55型挖掘裝載機，該機型不同與平常的兩頭忙，其工作裝置位于一端，從挖掘機切換成裝載機時，只需將工作裝置折疊即可完成，反之亦然。為了便于工作裝置的模式轉(zhuǎn)換，該機器采用了全電控技術(shù)，通過控制器可以輕松完成模式的轉(zhuǎn)換及電手柄在不同模式下的不同功能。（3）Doos

36、an的主從式挖掘機，控制原理為：屬于一種主從方式的控制形式，通過手指，手腕，大臂對應(yīng)控制鏟斗，斗桿與動臂；小臂的左右偏轉(zhuǎn)來控制挖掘機的回轉(zhuǎn)。在操作過程中，當(dāng)操作者（主控制方）的相應(yīng)關(guān)節(jié)動作后，計算機采集到該信號，并與安裝在挖掘機（從控制方）上的角度傳感器的信號進行比較，如果存在偏差；發(fā)出遙控信號控制挖掘機消除偏差，從而達到控制挖掘機的目的。其原理還是點到點控制，因此，在同步性上存在誤差。（4）采用Husco技術(shù)的液壓挖掘機，其工作原理為：動臂和回轉(zhuǎn)仍采用常用的液壓先導(dǎo)式主閥，在系統(tǒng)中裝有能量回收機構(gòu)，回收動臂下降的能量，并儲存起來，供給其他的工作裝置；斗桿與鏟斗采用特殊的電控閥，而且該閥分別布

37、置在靠近工作裝置液壓缸的位置，而不是傳統(tǒng)的所有主閥布置在一起的方式，該電控閥由四個插裝閥構(gòu)成，對閥的A口和B口分別進行控制；而不同于常用的單閥芯的形式；具研究者聲稱：采用該項技術(shù)后，挖掘機可以節(jié)能25。5.4應(yīng)用于液壓挖掘機上的各種監(jiān)控技術(shù)為了方便操作手查看機器的重要參數(shù)，實時的了解整機的狀態(tài)；儀表技術(shù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到液壓挖掘機中，只是出于成本的考慮，不同噸位的挖掘機采用不同層次的儀表。一般說來，10噸以下的小型履帶式挖掘機多采用機械式儀表或者黑白液晶顯示屏。在挖掘機上，尤其是20噸以上的挖掘機，高品質(zhì)液晶彩色顯示屏的采用，在國內(nèi)外都得到廣泛的認可?，F(xiàn)以展會現(xiàn)場兩款比較精美的儀表加以分析：Tr

38、imble公司為挖掘機開發(fā)的CB430型儀表，Komastu中挖儀表。其中Trimble以動畫的形式實時顯示挖掘機的運動軌跡，并提供坐標(biāo)。顯示屏的按鈕可以提供視角的切換。Komastu的儀表界面分為兩部分：一部分顯示整機的工作參數(shù)，另外還可以單屏和雙屏的形式顯示車體尾部安裝的攝像頭采集到的圖像。兩套操作儀表整體效果好，顯示/監(jiān)控系統(tǒng)界面直觀，簡潔；標(biāo)識準(zhǔn)確，易懂，便于進行操作。在儀表方面，國內(nèi)廠家都均已采用；但國外產(chǎn)品儀表的高品質(zhì)性，值得國內(nèi)的挖掘機生產(chǎn)廠家學(xué)習(xí)。5.5 GPS技術(shù)在液壓挖掘機上的應(yīng)用5.5.1用于遠程維護、信息管理的GPS技術(shù)該類技術(shù)的定位精度不高，一般為米級。主要利用GPS

39、控制器采集遠程維護所需的信號上傳到服務(wù)器中，通過Internet可以查看機器的狀態(tài)（通過采集傳感器信息），歷史工作記錄等?，F(xiàn)場JohnDeere、Hitachi、Hyandai、CAT、Komastu等紛紛展出自己的該項技術(shù)，其中JohnDeere更是可以現(xiàn)場操作，如圖16所示。Hitachi展出了其GPS系統(tǒng)的構(gòu)成，如圖17所示。國內(nèi)很多的工程機械主機廠家也采用了該項技術(shù)，但是目前多數(shù)廠家的GPS系統(tǒng)不夠強大，需進一步完善。5.5.2高精度GPS系統(tǒng)的應(yīng)用該系統(tǒng)利用GPS差分技術(shù)，結(jié)合激光、全站儀、超聲波及多傳感器技術(shù)，通過軟件界面的設(shè)計，可以在系統(tǒng)的虛擬儀表中提供施工工地的三維圖形、機器的

40、三維坐標(biāo)等信息；而且精度可以達到厘米級。該項技術(shù)在大型的施工現(xiàn)場，尤其是多種機型的工程機械進行集群作業(yè)時；能夠顯示其優(yōu)勢，有利于施工管理方進行有序調(diào)度，提高集群的工作效率?？v觀近三年來的三次展會，在該技術(shù)方面，做的比較領(lǐng)先的幾家企業(yè)分別為：Trimble、Topcon及Leica。這三家企業(yè)除了自己的展位之外，還專門布置了具有相當(dāng)規(guī)模的產(chǎn)品應(yīng)用展示區(qū)，所展示的產(chǎn)品無論從數(shù)量還是品種都遠多于上兩次展會。其中Trimble的用戶主要為：CAT、Komastu，Topcon；的主要用戶為：CAT、JohnDeere及Volvo；Leica的用戶主要為：JohnDeere。產(chǎn)品類型包括挖掘機、兩頭忙、

41、推土機、平地機、壓路機和農(nóng)業(yè)機械等。如此多產(chǎn)品的展出，也顯示了美國市場對于該項技術(shù)有著廣泛的運用，而因成本及市場需求原因，該項技術(shù)在國內(nèi)還處于實驗室階段。5.6具有輔助挖掘系統(tǒng)的液壓挖掘機為提高作業(yè)效率，近幾年來，輔助操作系統(tǒng)逐步得到各主機廠的重視。在展會現(xiàn)場也展出了相關(guān)的產(chǎn)品。嚴(yán)格來說，高精度GPS技術(shù)的運用也屬于輔助操作的范疇，因上面已經(jīng)敘述，在此不加展開，僅對單機的輔助挖掘系統(tǒng)進行敘述?，F(xiàn)舉幾個例子加以說明：CAT公司的挖掘機采用Trimble開發(fā)的挖掘機輔助系統(tǒng)，Prolec公司開發(fā)的挖掘機輔助挖掘系統(tǒng)；JohnDeere 60D型挖掘機采用了Leica公司開發(fā)的整套輔助挖掘系統(tǒng)。該套

42、系統(tǒng)的基本工作原理類似，主要利用安裝在挖掘機工作裝置上的角度或者傾角傳感器，實時檢測挖掘機的工作狀態(tài)；利用系統(tǒng)中的儀表顯示工作裝置的軌跡及鏟斗末端的坐標(biāo)。在進行精細作業(yè)時，可以在儀表中輸入要完成的工作面的形狀，操作者可以按照提示進行工作，直到完成預(yù)定的形狀。尤其是在挖掘復(fù)雜形狀的工作面和平整作業(yè)中，該系統(tǒng)可以提高工作效率和精度。如果配合激光技術(shù)，還可以利用安裝在斗桿上的紅外接收裝置，挖掘規(guī)定深度的基坑，提高精度的同時，節(jié)約了人工成本。通過比較，不難發(fā)現(xiàn)：更多廠家更注重其挖掘機電控技術(shù)，尤其是不少廠家推出了成熟的具有電控功能的產(chǎn)品，顯示了國外很多廠商對于該技術(shù)的重視程度，也體現(xiàn)了機電一體化技術(shù)在

43、美國市場已得到充分的認可，并且今后將會有更大的發(fā)展。而在該領(lǐng)域，國內(nèi)的一些大學(xué)、工程機械生產(chǎn)廠家和研究院所已經(jīng)充分認識到其重要性，但多數(shù)停留在實驗室階段；因此，在其成熟性、可靠性和市場化的發(fā)展道路上，還需要有很長的一段路要走。5.7機電一體化技術(shù)在旋挖鉆機上的運用旋挖鉆機是近幾年來在國內(nèi)被廣泛采用的一種重要的工程機械，其應(yīng)用主要集中在大型樁基礎(chǔ)施工中。而在國外，旋挖鉆機使用時間比較長，且發(fā)展也較成熟。此次展會更是展出了門類齊全的旋挖鉆機，無論在廠家數(shù)量還是旋挖鉆機的類型上都多于前2屆展會，更有很多旋挖鉆機的變形產(chǎn)品展出，顯示了國外在該產(chǎn)品領(lǐng)域技術(shù)的成熟，同時也反映出該產(chǎn)品在美國有著廣闊的市場。

44、主要的國外廠家有：寶峨、Soilmec、IMT、Mait、Casagrande、Junttan等，我國有三一、山河智能等。旋挖鉆機因其施工工藝較為復(fù)雜，且在施工過程中對精度要求較高，因此很多公司都開發(fā)了自動控制功能以提高施工效率和精度。最為常見的有2種功能：鉆桅自動調(diào)垂直功能和鉆孔工程中自動回位功能。硬件方面，有些廠家采用了建筑工程機械的通用控制器、儀表，也有些廠家為提高自身競爭力，定制開發(fā)了具有公司特色的控制器、儀表。其中寶峨就定制了自己的控制系統(tǒng)，司機室內(nèi)除了具有顯示儀表外，還配有圖像監(jiān)視屏和具有寶峨特色的報警面板。5.8遙控技術(shù)在工程機械上的應(yīng)用隨著工程機械功能的擴展，遙控技術(shù)的應(yīng)用環(huán)境

45、越來越廣。很多時候應(yīng)用遙控技術(shù)是出于對操作手的保護和操作的便利性。例如在水泥混凝土泵車上已經(jīng)廣泛采用該技術(shù)。此次展會除了常見的應(yīng)用機型外，山貓的一款滑移裝載機上也開發(fā)了遙控功能，同時展出的還有遙控技術(shù)在一些小型多功能產(chǎn)品上的延用。該機型是在小型挖掘機的底盤上更換成鉆機的工作裝置，而工作裝置是可以遙控的?，F(xiàn)場還展出了運用遙控技術(shù)的叉車產(chǎn)品，展出產(chǎn)品的品牌有：Maniton、紐荷蘭等。6.機電一體化在煤礦機械中的應(yīng)用煤礦機電一體化技術(shù)在這一時期顯得尤為重要,它使機械、電子技術(shù)和液壓控制技術(shù)有機的結(jié)合,極大地提高了煤礦機械的各種性能,如安全性、經(jīng)濟性、可靠性、操作舒適性以及作業(yè)精度、作業(yè)效率、使用壽

46、命、方便安裝拆除、便于維護等。目前以微機或微處理器為核心的電子(微電腦)控制裝置(系統(tǒng))在煤礦機械中的應(yīng)用已很普及,電子控制技術(shù)已深入到煤礦機械的許多領(lǐng)域,如提升機和采煤機,提升機的PLC系統(tǒng),采煤機的變頻控制系統(tǒng)和PLC系統(tǒng)操作等,煤礦機械的在線狀態(tài)監(jiān)控與故障自診、故障報警等。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,對煤礦機械的性能要求也在不斷提高,電子(微機)控制裝置在煤礦機械上的應(yīng)用將更加廣泛,結(jié)構(gòu)將更加復(fù)雜、維護也將更加專業(yè)化。特別是,隨著我國進口及國產(chǎn)煤礦機械數(shù)量的逐年增加,如何用好,管好這些價格昂貴的煤礦機械,使其發(fā)揮最大的效率,是煤礦機電部門所面臨的一個重要的問題。煤礦生產(chǎn)中,煤礦機械的性能自動

47、化程度及其經(jīng)濟性等可以說直接影響到生產(chǎn);也直接影響到煤礦供電、排水、通風(fēng)、提升等的安全運行。而煤礦機械電氣與電子控制系統(tǒng)部分質(zhì)量的好壞與性能的優(yōu)劣又直接影響到機械的動力性、經(jīng)濟性、可靠性,從而影響施工質(zhì)量、生產(chǎn)效率及使用壽命等。電子(微電腦)控制系統(tǒng)已成為煤礦現(xiàn)代機械不可缺少的組成部分,同時也是評價煤礦現(xiàn)代機械技術(shù)水平的一個重要依據(jù)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,以及對煤礦機電產(chǎn)品性能要求不斷提高,電子(微電腦)控制系統(tǒng)在煤礦機械中所占的比重越來越大,其功能將會越來越強,應(yīng)用范圍也將越來越廣,而其復(fù)雜程度也隨之提高,這樣就對使用與維修維護這些設(shè)備的煤礦工作人員提出了更高的要求,對煤礦職工的培訓(xùn)工作和

48、對煤礦設(shè)備的管理工作也顯得尤為重要。煤礦生產(chǎn)施工要求煤礦機械具有以下性能:皮實耐用且維修簡單、生產(chǎn)效率高且節(jié)能降耗,自動化程度高且操作簡單,施工質(zhì)量好,精度高;性能穩(wěn)定,工作可靠,安全性高,使用壽命長;具有較好的經(jīng)濟性,即高的技術(shù)價格比和低的制造與使用成本;工人勞動強度低,操作員的工作條件好;具有在線運行狀態(tài)監(jiān)視,故障自診及自動故障報警功能,能及時準(zhǔn)確地指出故障部位,減少停機維修時間。為適應(yīng)煤礦機械對性能的要求,僅僅依靠機械和液壓技術(shù)的已顯得力不從心。電子(微電腦)控制技術(shù)的發(fā)展就成了煤礦機械的必要選擇。機電一體化是一項新興的技術(shù),將其引入到煤礦機械中,必將會給煤礦機械帶來了新的技術(shù)變革,使其

49、各種性能有了質(zhì)的飛躍。機電一體化又稱機械電子工程學(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70年代中期開始在國外機械上得到應(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)展及其在機械上的應(yīng)用,極大促進了煤礦機電產(chǎn)品的性能,使煤礦機械進入了一個飛躍的發(fā)展時期。以微電腦或微處理器為核心的電子控制系統(tǒng)在國外機械上的應(yīng)用已相當(dāng)普及,在我國也是發(fā)展的方向,已成為機械高性能的體現(xiàn)。目前機

50、械的電子(微機)控制系統(tǒng)主要用以實現(xiàn)如下功能:1、在線監(jiān)控、自動報警及故障自診,即對煤礦機械的電動機、傳動系統(tǒng)、工作裝置、制動系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等的在線運行狀態(tài)監(jiān)控,出現(xiàn)故障能動報警并準(zhǔn)確地指出故障的部位,從而改善操作員的工作條件,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。如采煤機上變頻器就采用PLC控制,可實現(xiàn)多種在線監(jiān)控和故障自診,還有煤礦用各種電器設(shè)備也越來越智能化。2、節(jié)能降耗,提高生產(chǎn)效率。例如井下使用的膠帶輸送機、通風(fēng)機、提升機等,使用變頻起動、PLC控制系統(tǒng),節(jié)電量就為30%左右,同時生產(chǎn)效率也大大提高。3、自動化或半自動化程度的提高 煤