机电一体化技术在工程机械中的应用

贾鋆文

摘  要：世界经济发展日新月异，越来越多的新技术开始进入到了我们的视野，其应用范围也越来越广泛，在此过程中，多学科共融的趋势也日益明显，对于相关领域的变革有着十分重要的推动意义。而从机械工程领域来讲，伴随着计算机技术以及微电子技术发展速度的加快，机械工程的管理方式、产品功能、生产模式、技术体系也都在发生着变化，传统的机械电气化工业模式正在逐渐向机电一体化工业模式转化。机电一体化技术具有较强的综合性，它不仅是一门独立的学科，与此同时，也是一门涉及面较广的学科。随着科学技术的发展以及国家经济发展速度的加快，机电一体化技术中电子计算机技术、信息技术、微电子技术、自动控制技术的应用也越来越广泛。本文就从机电一体化技术的发展过程出发，对机电一体化技术包含的内容，在工程机械中的应用价值以及应用范围几个方面出发进行了具体研究。

关键词：机电一体化技术  工程机械  应用  科技

中图分类号：TH39                               文獻标识码：A                     文章编号：1674-098X（2020）08（c）-0019-04

Abstract： With the rapid development of the world economy， more and more new technologies begin to enter our vision， and their application scope is more and more extensive. In this process， the trend of multi-disciplinary integration is increasingly obvious， which has a very important significance to promote the reform of related fields. In the field of mechanical engineering， with the rapid development of computer technology and microelectronics technology， the management mode， product function， production mode and technical system of mechanical engineering are also changing. The traditional industrial mode of mechanical electrification is gradually transforming into the industrial mode of mechanical and electrical integration. Mechatronics technology has strong comprehensiveness. It is not only an independent subject， but also a wide range of subjects. With the development of science and technology and the acceleration of national economic development， the application of electronic computer technology， information technology， microelectronics technology and automatic control technology in mechatronics technology is more and more extensive. Starting from the development process of mechatronics technology， this paper studies the contents， application value and application scope of mechatronics technology in construction machinery.

Key Words： Mechatronics technology; Construction machinery; Application; Science and technology

伴随着科学技术的不断进步，其对我们日常生活生产的影响也在逐渐增加。在这样的大背景下，机电一体化技术的应用范围也越来越广泛，尤其是在工程机械领域，一直以来，机械工程领域所使用的均为机械电器模式，随着机电一体化技术的引入，工程机械产品的功能也开始逐渐朝着多样化的方向发展，品质也在逐渐提升。机电一体化技术是一门具有较强综合性的学科，其涵盖了多方面的内容，因此，其在工程机械领域发展的关键性也不容忽视，实际应用的过程中收到了十分明显的成效。在这样的情况下，针对工程机械领域机电一体化技术应用的相关问题进行研究就显得十分有必要，希望本文的研究能够带给大家一些有益的帮助。

1  机电一体化技术的发展过程

机电一体化技术产生于20世纪60年代前后，其发展大约历经三个阶段。

第一个阶段为20世纪60年代左右，人们在机械产品的研制过程中加入了电子技术，这也在一定程度上完善了机械产品的功能，在二战爆发的大背景下，机械产品与电子技术的结合日益紧密，但是，这一阶段机械产品与电子技术的结合主要应用于军事领域[1]。而随着二战结束，机电结合技术越来越多的被应用于民用领域，其对于战后经济的恢复发挥了十分重要的推动作用。但是，从现实的角度来讲，这一阶段电子技术的研究还处于探索阶段，这也在一定程度上限制了电子技术与机械技术之间的结合。

第二个阶段为20世纪70年代至80年代，机电一体化技术的研究进程开始逐渐加快。在这一时期，控制技术、通信技术、计算机技术开始被越来越多的与机电一体化技术结合，加之这一时期微型计算机以及集成电路相关技术的研究取得了质的飞跃，这也在一定程度上为机电一体化技术的发展提供了更好的条件[2]。也是在这一阶段，世界各国开始关注机电一体化技术，机电一体化技术也得到了迅猛发展。

第三个阶段为20世纪90年代后期，机电一体化技术开始逐渐朝着智能化的方向发展，又取得了新的进步。在这一时期，在广大技术人员的探索和研究中，机电一体化技术的学科体系日益完善，通信技术、光学与机电一体化技术实现了进一步的结合，开始出现了微机电一体化技术以及光机电一体化技术，进一步丰富了机电一体化的技术体系。加之这一阶段光纤技术以及人工智能技术开始快速发展，这也使机电一体化技术拥有了更加广阔的发展前景。

2  机电一体化技术在工程机械中的应用价值

2.1 合理控制能耗，保证生产效率

传统的工程机械设备在实际运行的过程中，虽然在一定程度上人力劳动的压力得到了有效缓解，但是，技术方面依然存在诸多缺陷，导致这些设备在实际运行的过程中存在较大的局限性，尤其是在能耗方面，传统的工程机械设备普遍具有能耗大的特点，致使设备运行过程中的成本很难得到有效控制，在这样的大背景下，工程机械设备自身的运行优势也很难得到充分发挥[3]。例如，传统的液压挖掘机设备，其并没有体现机电一体化技术的特点，在实际应用的过程中，燃料的利用率整体较低，造成了巨大的能源浪费。而最近几年，通过在该设备上使用机电一体化技术，有效提升了设备的能源利用率，与此同时，与传统设备相比，其工作效率也有了较大幅度的提升。“卡特电子效率节能控制系统”应用到设备中，使设备的发动机以及泵在工作的过程中能够最大限度的实现协调，与此同时，通过设备上的液晶显示屏，技术人员可以实现实时对燃料的使用情况的监控，在减少燃料消耗的基础之上，有效提升燃料的利用率，在此基础上，全面发挥设备的性能。

2.2 监控工程机械运行状态，及时发现运行故障

现代社会，很多领域都在强调效率，因此，项目在实际落实的过程中，对于工程机械的运转能力也提出了更高的要求。相比于以往，现阶段项目单位所使用的工程机械性能已经有了较大幅度的提升，但是，要想进一步提升工程机械设备的运转效率，还需要采取有效措施，提升其各个系统运行的协调度[4]。但是从工程机械自身的角度来讲，由于其各个部分在构造的方面不仅具有较高的精密度，同时具有较高的复杂度，因此，通过肉眼的方式很难及时发现故障所在位置。而通过在工程机械中应用机电一体化技术就能有效解决这一问题，借助机电一体化系统，机械设备能够实时检测自身的运转状态，一旦某一部位发生故障，设备能够第一时间自主发出警报，提醒技术人员及时采取有效措施对问题进行解决。与此同时，借助设备上的显示器以及指示灯，技术人员可以直观观察机械的运转状态，对机械的运转情况进行实时监控，发生故障，借助设备显示屏第一时间对故障位置进行定位，明确故障发生的原因，在此基础上，确保工程机械运转的稳定性。

2.3 提升机械设备的精密化程度，保证运行效益

在工程机械的制造过程中，为了有效保证设备的精密化程度，机电一体化技术的应用必不可少，具体在以下两个方面有所体现：首先，在工程機械中应用机电一体化技术能够实现对设备内部全部子系统的自动检测，在此基础上，有效反应工程机械设备的运转情况，如此一来，技术人员就能实现对于机械设备运行情况的实时监控，发现问题及时采取有效解决措施，实现机械设备制造精密化程度的提升[5]。其次，在工程机械中应用机电一体化技术能够提升设备的自动化程度，使设备在运转的过程中始终处于半自动化状态或自动化状态，进而最大限度的减少设备在运行过程中所占用的人力资源，在此基础上，确保设备能够具有较高的精密度。例如，在机械设备运行的过程中，若完全采用人力的方式进行控制，其运行参数难免会出现偏差。而通过机电一体化技术的应用就能有效减少因人为原因而导致的偏差，通过使用计算机对设备进行控制，提升设备运转过程中的精密化程度。

3  机电一体化技术主要包含的内容

3.1  机械技术

从机电一体化技术自身的角度来讲，机械技术是一项基础技术，其主要通过机电一体化技术与其他类型的现代化技术进行融合，实现对传统机械概念的更新，达到对传统机械性能、结构以及材料进行调整的目的，在此基础上，使工程机械自身的体积、重量能够最大限度的得到缩小，促使工程机械自身的性能、刚度以及精度都能得到有效改善[6]。在建立机电一体化系统的过程中，需要在合理利用传统机械工艺技术与机械理论的基础之上，合理的将人工智能系统、计算机辅助技术引入其中，达到改造与创新机械技术的目的。

3.2 计算机技术

计算机技术也被称作电脑技术，其不仅可以达到快速运算的目的，与此同时，还能实现对信息的实时存储与交换，而随着计算机技术的发展，现阶段神经网络技术、人工智能技术也开始越来越多的受到了人们的关注，其虽然属于计算机信息处理技术的范围之内，但是却在一定程度上提升了计算机信息处理的速度。因此，从机电一体化技术自身的角度来讲，计算机技术也属于核心技术范畴之内。

3.3 系统技术

整体概念是系统技术的基础，其能够以系统目标为前提，从全局的角度出发，实现对各项技术的有效组织与应用，在此基础上，将工程机械的总体功能分解成若干个功能单元，确保所分解的功能单元之间能够相互联系。而在此过程中，接口技术发挥了十分重要的作用，其是工程机械内部各个系统之间连接的重要载体。

3.4 自动化技术

自动化技术是一个内容十分丰富的项目，其主要是在控制理论的基础之上建构起来的，主要作用在于提升机电一体化技术应用的系统性，一方面能够辅助技术人员现场对工程机械设备进行调试，另一方面能够达到系统仿真的目的。也可将控制技术看作是自动化技术的核心因素，其主要内容包括补偿、定位控制、自我诊断、自适应控制、矫正等几个方面。

3.5 传感技术

传感技术最主要的作用在于对机电一体化系统进行调节与检测，因此，人们也将传感设备形象的称之为系统感受器，其不仅能够达到对设备运行进行调节的问题，与此同时，还能实现对工程机械设备的自动控制。传感技术的水平是工程机械功能的重要体现，传感技术水平越高，工程机械设备自身的功能往往也越强大，这也在一定程度上预示着工程机械设备在运行的过程中具有较高的自动化水平[7]。从现阶段的情况来看，项目在实际推进的过程中，工程机械设备往往需要在相对严苛的作业条件下和作业环境下工作，因此，就需要传感器拥有较高的运转水平，不仅能够快速的实现信息获取，还需要保证所获得信息的精确性，在此基础上，切实保障系统自身的运转能力。

4  在工程机械中机电一体化技术的应用范围

4.1 在机床生产中的应用

在机床生产工作的开展过程中，在实际控制和操作环节相关软件的应用必不可少。尤其是在数控设备的生产过程中，要控制好软件研究的难度整体较低。从我国机床生产技术的发展情况来看，机床的生产往往需要涉及多个不同领域的理论知识，同时需要应用到多种不同的技术，而从技术系统的角度来讲，软件的选择不仅需要考虑到其运转效率，还需要考虑到其运转成本，在此基础上，确保其能够使我国工程机械发展的相关要求得到充分的满足，实现对相关技术的进一步完善和推广。相比于其他类型的应用技术，机电一体化技术的应用还能够达到控制生产污染、节约能源的目的，而在此过程中，系统运行的稳定性并不会受到影响，为后续生产活动的高质量展开打下了良好的基础[8]。在实际应用的过程中，机电一体化技术对于工作道具和工作台都有着较高的要求，因此，为了保证机电一体化技术的积极作用能够得到充分发挥，通常情况下需要从以下两个方面出发来进行操作：首先，要对坐标轴运行的方向予以明确，确保在实际工作的过程中道具的方向以及工作台的方向能够最大限度的保证一致。与此同时，在进行插补操作的过程中要保证连续性，避免中断。其次，要重视全面发挥氟塑贴面导轨的功能，要使其功能能够得到全面发挥，尤其需要控制好导轨摩擦的系数，确保导轨能够具有较强的耐磨性，为保证机床运转的效率打下坚实的基础。最后，在机床不需要进行低速运作的情况下，往往机床的运行成本也能得到很好的控制。运行速度越快，机床内部各系统运转的稳定性越高，准确性越能得到保证。从我国现阶段市面上常见的数据机床种类来讲，滚珠丝杠副传动座方式的应用十分普遍，优势也最明显。

4.2 在半自动化和自动化作业中的应用

从工程机械自身的角度来讲，机电一体化技术的应用很大程度上提升了设备运转过程中的半自动化水平以及自动化的水平，使工程机械设备自身的运转效率得到有效提升，不仅有效降低了设备运转过程中所需要投入的人力成本，与此同时，对于推动我国现代工程的进步和发展也有着十分积极的现实意义。从我国工程机械设备制造工作的开展情况来看，人工操作在其中发挥的作用正在逐渐减少，这也在一定程度上说明了工程机械制造过程中自动化程度在逐渐提升，机电一体化技术的应用就能有效提升工程机械制造过程中相关操作的精细化程度，在此基础上，最大限度的减少因人工操作而带来的误差问题。例如，我公司在液晶显示屏的生产过程中就合理的应用到了机电一体化技术，不仅节约了大量人力资源成本，减少了人工手动操作的部分，与此同时，也增加了相应设备的精益化程度，不合格产品问题的发生率得到了大幅度的降低。与此同时，在大型工程机械设备的制造过程中，通过自动化技术的合理应用，还能有效控制精密部位的制造比例，以此为基础，在设备内部安装传感器，切实提升工程机械设备作业过程中的自动化程度。在实际制造的过程中，很多机械设备都应用到了传感器，不仅能够辅助工人实时监控设备的运转情况，操作人员还可以根据仪表所显示的数据判断设备的作业情况，在此基础上，绘制设备的作业轨迹，严格依照相关的操作流程完成最终的施工工作。除此之外，机电一体化技术还能提升工程机械设备对于各个施工环节的控制，例如，现阶段十分常用的激光技术就能起到提升操作精度的目标，在此基础上，确保机械施工任务能够顺利完成。

与此同时，还可以在工程机械表面安装液晶显示器，在此基础上，使技术人员能够直观的了解机械的运转状况，观察各个部位的操作情况以及运行状态。与此同时，操作人员通过液晶显示屏表面的控制按钮，还能实现对工程机械的控制，通过相应数据判断工程机械运转过程中的状态，不仅使设备的操作难度大大降低，对于设备操作效率的提升也有着十分积极的推动意义。除此之外，在配件相同的情况下，机电一体化技术的应用还能有效提升对工程机械设备进行控制的全面性。通过计算机技术对操作流程进行编辑，根据实际需要调整和更改操作流程，在此基础上，提高工程机械的使用范围，保证工程机械自身功能的全面性。

5  在工程机械中机电一体化技术应用的未来展望

现代工程机械在制造以及实际使用的过程中，机电一体化技术的应用越来越普遍，其使现代社会的发展需要得到了最大限度的满足，与此同时，很好的适应了现代社会自动化的发展趋势以及智能化的发展趋势。与传统的机械制造业相比，机电一体化技术不仅使产品的外观得到有效改善，与此同时，有效提升了产品的工作效率以及运转质量，使机械制造过程中投入的人工成本得到了大幅度降低，不仅在制造业方面得到了十分广泛的应用，在经济发展、科技发展方面也有着十分积极的推动意义。

6  结语

综上所述，从现代工程机械制造业自身的发展角度来讲，为了使设备的质量和使用效率能够得到最大限度的提升，合理应用智能化技术、自动化技术是前提条件。在开展工程机械制造工作的过程中，机电一体化技术能够有效实现设备稳定性、作业精确度、功能性以及安全性的全面提升，在此基础上，使工程机械能够真正满足社会的发展需要，相信在不久的将来，机电一体化技术的应用能够成为我国工程机械制造的一个重要的发展趋势。

参考文献

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