机电一体化在机械制造中的应用

于 泳

（哈尔滨工程机械制造有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150000）

机电一体化是将机械装置与电子技术结合起来所构成的系统的总称。随着科学技术的不断发展，从系统的观点出发，运用计算机技术、电力电子技术和传感测控技术，合理配置与布局各功能单元，依据系统高质量、多功能的价值，并使整个机电系统最终达到最优化的系统工程技术。综合运用各种现代高新功能由硬件来实现的，硬件数控实现产品内部各组成部分技术的发展，微处理器和微型计算机功能的有机匹配。使得机械制造在产品结构和重复性上获得竞争，机械装置的软件是靠数控功能优势来实现的。

1 一机电一体化与机械制造的有机结合

随着科学技术的不断发展，电子控制系统在工程机械中所占功能将会越来越强,应用范围也将越来越广而且具有较好的经济性，制造与使用成本不高，驾驶员能及时准确地指出故障部位,减少停机维修作业时间。机电一体化将机械装备与电子化设计及软件结合起来，刺激了机械产品与电子技术的发展。机电一体化产品和技术可分为机械、电子和软件三大部分。模块化技术可以提高产品间的可维修性和可扩展性等。模块化设计与制造是机械制造系统的发展趋势。随着微处理器的提高和微机械电子飞速发展，机电一体化技术将成为机械工业的主角，从系统的观点出发,综合运用机械技术、微电子技术，优化组织目标。机械工程技术有纯技术发展到机械电气化，其主要功能是取代某些机械部件的功能，还能赋予机械产品的自动处理信息的诊断与保护等。

2 控制系统各功能元件的原理及其功能

（1）原理。单片机通过并行8255接口担负控制系统的信号处理:接受系统对三相PWM波发生器所需要的控制信号进行处理。IPM通过模拟输入口接收电流等检测信号。模拟法电路限制了系统的性能，利用微处理器进行整个系统的检测。在电动执行机构中多采用差动变压器，但是导电塑料电位器精度不高。因而采用的位置传感器具有精度高、无温度限制等特点。电压、电流及检测电压为了快速反映出电流的大小，采用电流互感器检测三相电流。电子监控功能，可以自动报警及故障自诊，机械系统一旦出现异常现象,能准确地指出故障的部位,从而简化设备维护检查工作和降低使用维修费用。缩短停机维修时间,延长设备的使用寿命。

（2）功能。①节能降耗。采用卡特电子效率控制系统,就可以提高工程机械的能量利用率，通过对发动机综合控制,使功率的生产率也大大提高。②提高作业精度。采用了微机控制的电子称量系统,可以保证建筑设备实现自动化。自动找平系统采有超声波技术的自动供料系统,使机械产品实现了自动调节,减轻了操作人员的劳动强度。③安全性能。利用电子控制自动变速器，可以外负荷的变化改变传动系统的传动比,充分提高了燃油经济性,而且也降低了劳动强度，使工程机械能在危险地带进行作业。较强的抗干扰能力，防止受到振动和冲击以及磁等的干扰，防止水分和污物的侵入，较好的耐冲击和抗振性能。

3 机电一体化技术在机械制造中的具体应用

（1）液压技术的应用。液压技术采用高科技介质的水压系统，把控制技术和计算机技术相结合，实现了机械制造的集成，并向自动化、智能化和网络化方向发展。液压技术具有节能、环保等特点。广泛应用于机械制造业中，在农业机械、工程机械和装配机械制造业中均取得了成就。必须充分发挥自身优点和借鉴先进技术成果，在多个行业中保持着竞争力。液压技术在工程机械中要求器件具有更高的效率，在变速调速中采用何种传动方式，满足工程机械行走驱动的需要，推动着对其行走驱动系统的深入应用。在工程机械行走系统采用机械传动中，液压和电力传动的传动方式表明了科学技术发展对这一领域的巨大推动作用。一般情况下机械传动的发动机平均负荷系数低，因此一般只能进行有级变速，并且布局方式受到限制，要发挥在稳态传动效率高和制造成本低方面的优势，就需要配合后置的动力换挡式机械变速器，动力传动装置广泛应用于大中型铲土运土机械中，而且容易实现其运动参数流量和动力参数压力的控制。

（2）总功率控制技术。总功率控制系统可以实现多泵功率互补，但是最大缺点是能量损失大，无法实现对多执行机构不同速度的控制。利用交叉传感控制技术，在分功率控制基础上，将两个泵工作压力实现交叉控制，当一个泵的功率利用小于总功率的45时，多余功率可被另一个泵利用，让两个泵功率都达到 50。反馈交叉传感功率控制技术将其他泵的压力反馈至主泵的功率控制口，保证机械设备的良好运转。

（3）计算机控制功率优化控制技术。传统的恒功率控制中，液压泵的输出转矩要远低于机械最大输出转矩，使得机械性能下降时易使机械转速下降导致熄火。采用计算机功率优化控制系统可按负载大小进行选择，计算机向步时电机发出输出指令，数据库中查出该油门开度下的机械目标转速。该系统的输出模式通过检测机械的工作转速，使机械始终在目标转速范围内工作，实现对液压泵排量的控制，使接卸和匹配实现最优化，还使液压系统更趋于简单化。

机电一体化的在现代化机械加工生产过程控制中，自动控制系统是不可缺少的组成部分。电动执行机构存在着控制机械传动机构多、结构复杂、定位精度低、可靠性差等问题。整个机构缺乏完善的保护和故障诊断措施，系统的安全性较差，大流量电动执行机构将阀门、伺服电机、控制器合为一体，利用异步电动机的模糊神经网络，实现阀门精确定位。以微处理器为代表的大规模集成电路以后,“机电一体化”技术引起了人们的广泛注重。

[1]殷际英.光机电一体化实用技术[M].北京:化学工业出版社，2003.

[2]唐怀斌.工业控制的进展与趋势[J].自动化与仪器仪表，1996，（4）.