1、 機電一體化作業 姓名：司卓印 學號：03100991 班級：機自10-4 機電一體化技術在挖掘機中的應用一、機電一體化技術概述機電一體化是指在機構的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進電子技術，將機械裝置與電子化設計及軟件結合起來所構成的系統的總稱。機電一體化發展至今已成為一門自成體系的新型學科。其基本特征可概括為：機電一體化是從系統的觀點出發，綜合運機械技術、微電子技術、自動控制技術、計算機技術、信息技術、傳感測控技術、電力電子術、接口技術、信息變換技術以及軟件編程技術等群體技術，根據系統功能目標和優化組織目標，合理配置與布局各功能單元，在多功能、高質量、高可靠性、低能耗的意義上

2、實現特定功能價值，并使整個系統最優化的系統工程技術。由此而產生的功能系統，則成為一個機電一體化系統或機電一體化產品。機電一體化是一種以實踐即產品為基礎的技術,這是它和任何其它技術不一樣的地方。它從系統工程的觀點出發,使產品與系統實現整體優化。機電一體化技術給傳統的機械產業和制造業從產業結構、生產方式和管理體制等諸方面都帶來深刻的變化,是當今機械工業技術和產品發展的主要趨勢,也是我國機械工業振興與發展的必由之路。隨著機電一體化產品占有額的迅速增大, 機電一體化技術的重要性將日益為人們所認識。比如機器人,只是機電一體化廣闊領域的一個部分,就具有100億美元的市場, 而整個機電一體化的市場則要大10

3、倍。所以,對機電一體化技術的需求與日俱增。二、國內應用價值機電一體化技術的應用與發展對我國經濟建設起到了很好的促進作用,因此受到了國家的重視。國家科委綜合局組織的我國機電一體化發展途徑與對策中,根據社會需要、投資效益和現有基礎等條件,提出優先發展15個領域中的機電一體化產品,即數控機床及其它機械制造工藝設備、電子化量具量儀、工業自動化控制儀表、中小型電機與電氣傳動控制裝置、電子化低壓電器、工業機器人、電子化家用電器、電子控制的輕工機械、電子控制的紡織機械、機電一體化的醫療器械、汽車電子化和電子控制內燃機、機電一體化的辦公機械、電站電子化自動化自動控制系統、電子式照相機、采用微電子技術的印刷機械

4、等。機電一體化技術應用于我們生產和生活的方方面面。因機電一體化技術應用領域的不同而使機電一體化專業派生出許多專門化,例如數控技術應用、機電一體化設備的制造與維修、自動機和自動線、制冷與空調、機器人等。但是由于種種因素的制約，我國發展“機電一體化”的狀況和面臨的形勢也同樣很艱難。1.我國用微電子技術改造傳統工業的工作量大而廣，有難度 2. 我國用機電一體化技術加速產品更新換代，提高市場占有率的呼聲高，有壓力。 3. 我國用機電一體化產品取代技術含量和附加值低，耗能、耗水、耗材高，污染、擾民產品的責任重，有意義。在我國工業系統中，能耗、耗水大戶，對環境污染嚴重的企業還占相當大的比重。近年來我國的工

5、業結構、產品結構雖然幾經調整，但由于多種原因，成效一直不夠明顯。這里面固然有上級領導部門的政出多門問題，有企業的“故土難離”“死守故業”問題，但不可否認也有優化不出理想的產業，優選不出中意的產品問題。上佳的答案早就擺在了這些企業的面前，這就是發展機電一體化，開發和生產有關的機電一體化產品。機電一體化產品功能強、性能好、質量高、成本低，且具有柔性，可根據市場需要和用戶反映時產品結構和生產過程做必要的調整、改革，而無須改換設備。這是解決機電產品多品種、少批量生產的重要出路。同時，可為傳統的機械工業注入新鮮血液，帶來新的活力，把機械生產從繁重的體力勞動中解脫出來，實現文明生產。 另外，從市場需求的角

6、度看，由于我國研制、開發機電一體化產品的歷史不長，差距較大，許多產品的品種、數量、檔次、質量都不能滿足需求，每年進口量都比較大，因此亟需發展。 三、機電一體化與挖掘機的結合四挖掘機作為一種重要的施工機械,人們對它的質量優良、作業性能完善和生產效率高的需求更加迫切,因此各國挖掘機行業為占領市場都進行有關挖掘機高新技術的研究和開發,因為機械裝置已經基本定型,所以電子技術、傳感技術、計算機技術和電液比例技術在挖掘機上的應用研究已經成為現在挖掘機的主要研究方向。1、普遍采用電子節能技術的大中型液壓挖掘機美國市場在發動機排放上的要求非常嚴格，要求符合Tire 3標準的發動機才能在其國內市場上銷售。所以進

7、入美國市場的挖掘機多數都采用了高排放標準的發動機，尤其是中大型挖掘機，電噴發動機已經成為標準配置，該種發動機無論在可控性還是節能方面都較機械式發動機有很大的改善。2、采用自動怠速功能的小型液壓挖掘機對比上面所提到的大中型液壓挖掘機普遍采用電噴發動機的現狀，由于成本問題，在10噸以下的小型挖掘機上，機械發動機還是被廣泛采用；因此，在其節能方面，國外的挖掘機公司采用了不同的技術。JCB小型挖掘機上采用的一種電控的油門執行機構，驅動器采用了一種液壓缸，在結構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電子油門及自動怠速功能。NewHolland小挖的自動怠速系統，其油門

8、仍采用機械拉桿（軟軸）的形式，只是設計了一個自動怠速結構，當系統監測到需要自動怠速的時候，電磁鐵吸合，機構動作，發動機回到怠速狀態。 3、采用電液比例控制技術的液壓挖掘機該類型產品是指在普通的液壓先導式操作挖掘機的基礎上，采用電液比例技術控制挖掘機，相應的運用電比例手柄取代液壓先導手柄。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，輸出相應的PWM值控制比例閥。結合布置于機器上的傳感器，還可以實現某些自動或者半自動功能。（1）挖掘機工作平臺，該平臺是為演示其電控挖掘機控制技術專門定制的，既采用電液比例技術，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

9、實時的顯示鏟斗的軌跡。（2）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換，該機器采用了全電控技術，通過控制器可以輕松完成模式的轉換及電手柄在不同模式下的不同功能。（3）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，大臂對應控制鏟斗，斗桿與動臂；小臂的左右偏轉來控制挖掘機的回轉。在操作過程中，當操作者（主控制方）的相應關節動作后，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；發出遙控信號控制挖掘機消除偏差，從而達

10、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技術的液壓挖掘機，其工作原理為：動臂和回轉仍采用常用的液壓先導式主閥，在系統中裝有能量回收機構，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，而且該閥分別布置在靠近工作裝置液壓缸的位置，而不是傳統的所有主閥布置在一起的方式，該電控閥由四個插裝閥構成，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：采用該項技術后，挖掘機可以節能25。4、應用于液壓挖掘機上的各種監控技術為了方便操作手查看機器的重要參數，實時的了解整機的狀態；儀表技術已經廣泛的應用到液壓

11、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，高品質液晶彩色顯示屏的采用，在國內外都得到廣泛的認可。挖掘機開發中的CB430型儀表，Komastu型儀表。其中可以以動畫的形式實時顯示挖掘機的運動軌跡，并提供坐標。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，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/監控系統界面直觀，簡潔；標識準確，易懂，便于進行操作。在儀表方面，國

12、內廠家都均已采用；但國外產品儀表的高品質性，值得國內的挖掘機生產廠家學習。5、GPS技術在液壓挖掘機上的應用（1）用于遠程維護、信息管理的GPS技術。該類技術的定位精度不高，一般為米級。主要利用GPS控制器采集遠程維護所需的信號上傳到服務器中，通過Internet可以查看機器的狀態（通過采集傳感器信息，歷史工作記錄等。國內很多的工程機械主機廠家也采用了該項技術，但是目前多數廠家的GPS系統不夠強大，需進一步完善。（2）高精度GPS系統的應用。該系統利用GPS差分技術，結合激光、全站儀、超聲波及多傳感器技術，通過軟件界面的設計，可以在系統的虛擬儀表中提供施工工地的三維圖形、機器的三維坐標等信息；

13、而且精度可以達到厘米級。該項技術在大型的施工現場，尤其是多種機型的工程機械進行集群作業時；能夠顯示其優勢，有利于施工管理方進行有序調度，提高集群的工作效率。6、具有輔助挖掘系統的液壓挖掘機為提高作業效率，近幾年來，輔助操作系統逐步得到各主機廠的重視。嚴格來說，高精度GPS技術的運用也屬于輔助操作的范疇。有些挖掘機采用挖掘機輔助系統技術，如JohnDeere 60D型挖掘機采用了整套輔助挖掘系統。該套系統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；利用系統中的儀表顯示工作裝置的軌跡及鏟斗末端的坐標。在進行精細作業時，可以在儀表中輸入要完成的工

14、作面的形狀，操作者可以按照提示進行工作，直到完成預定的形狀。尤其是在挖掘復雜形狀的工作面和平整作業中，該系統可以提高工作效率和精度。如果配合激光技術，還可以利用安裝在斗桿上的紅外接收裝置，挖掘規定深度的基坑，提高精度的同時，節約了人工成本。 綜上可知，傳感技術、信息處理技術、 驅動技術、伺服傳動技術、軟件技術 等技術被運用于機電一體化系統中，使挖掘機能適應不同工作環境、不同工作要求的場合，更靈活的提高工作效率。四、機電一體化技術的主要應用領域 1、數控機床 數控機床及相應的數控技術經過40 年的發展,在結構、功能、操作和控制精度上都有迅速提高,具體表現在: （1）總線式、模塊化、緊湊型的結構,

15、即 采用多CPU、多主總線的體系結構。 （2）開放性設計,即硬件體系結構和功 能模塊具有層次性、兼容性、符合接口標準,能最大限度地提高用戶的使用效益。 （3）WOP技術和智能化。系統能提供 面向車間的編程技術和實現二、三維加工過程的動態仿真,并引入在線診斷、模糊 控制等智能機制。 （4）大容量存儲器的應用和軟件的模 塊化設計,不僅豐富了數控功能,同時也加強了CNC系統的控制功能。 （5）能實現多過程、多通道控制,即具 有一臺機床同時完成多個獨立加工任務或控制多臺和多種機床的能力,并將刀具 破損檢測、物料搬運、機械手等控制都集 成到系統中去。 （6）系統的多級網絡功能,加強了系統 組合及構成復雜

16、加工系統的能力。 （7）以單板、單片機作為控制機,加上專 用芯片及模板組成結構緊湊的數控裝置。 2、計算機集成制造系統(CIMS) CIMS的實現不是現有各分散系統 的簡單組合,而是全局動態最優綜合。它 打破原有部門之間的界線,以制造為基干 來控制“物流”和“信息流”,實現從經營 決策、產品開發、生產準備、生產實驗到生產經營管理的有機結合。企業集成度的提 高可以使各種生產要素之間的配置得到 更好的優化,各種生產要素的潛力可以得 到更大的發揮。 3、柔性制造系統(FMS) 柔性制造系統是計算機化的制造系 統,主要由計算機、數控機床、機器人、料盤、自動搬運小車和自動化倉庫等組成。 它可以隨機地、實

17、時地、按量地按照裝配 部門的要求,生產其能力范圍內的任何工 件,特別適于多品種、中小批量、設計更改 頻繁的離散零件的批量生產。 4、工業機器人 第1代機器人亦稱示教再現機器人, 它們只能根據示教進行重復運動,對工作環境和作業對象的變化缺乏適應性和靈活 性;第2代機器人帶有各種先進的傳感元 件,能獲取作業環境和操作對象的簡單信 息,通過計算機處理、分析,做出一定的判 斷,對動作進行反饋控制,表現出低級智 能,已開始走向實用化;第3代機器人即智 能機器人,具有多種感知功能,可進行復雜 的邏輯思維、判斷和決策,在作業環境中獨 立行動,與第5代計算機關系密切。 五、應用研究展望智能化是機電一體化與傳統

18、機械自動化的主要區別之一,也是21世紀機電一體化的重要發展方向。近幾年,處理器速度 的提高和微機的高性能化、傳感器系統的 集成化與智能化為嵌入智能控制算法創 造了條件,有力地推動著機電一體化產品 向智能化方向發展。智能機電一體化產品可以模擬人類智能,具有某種程度的判斷推理、邏輯思維和自主決策能力,從而取代制造工程中人的部分腦力勞動。在人與機器對話方面，需要人機接口。由于計算機技術的發展，出現了能代替人的五官功能的電子機械。與此同時，由于圖像認別技術的發展，以及通過聲音輸入輸出實現與機器的對話，或者為人眼服務的物體認別及文字認別技術的進步，即將出現能代替多數人勞動的機械。機械制造廠通過采用這種智能化的電子技術，便可實現工廠的自動化和無人化。由于微型機的普及，可以設置智能終端來分