机电一体化作业 姓名：司卓印 学号：03100991 班级：机自10-4 机电一体化技术在挖掘机中的应用一、机电一体化技术概述机电一体化是指在机构的主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，将机械装置与电子化设计及软件结合起来所构成的系统的总称。机电一体化发展至今已成为一门自成体系的新型学科。其基本特征可概括为：机电一体化是从系统的观点出发，综合运机械技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信息技术、传感测控技术、电力电子术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，根据系统功能目标和优化组织目标，合理配置与布局各功能单元，在多功能、高质量、高可靠性、低能耗的意义上实现特定功能价值，并使整个系统最优化的系统工程技术。由此而产生的功能系统，则成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。机电一体化是一种以实践即产品为基础的技术,这是它和任何其它技术不一样的地方。它从系统工程的观点出发,使产品与系统实现整体优化。机电一体化技术给传统的机械产业和制造业从产业结构、生产方式和管理体制等诸方面都带来深刻的变化,是当今机械工业技术和产品发展的主要趋势,也是我国机械工业振兴与发展的必由之路。随着机电一体化产品占有额的迅速增大, 机电一体化技术的重要性将日益为人们所认识。比如机器人,只是机电一体化广阔领域的一个部分,就具有100亿美元的市场, 而整个机电一体化的市场则要大10倍。所以,对机电一体化技术的需求与日俱增。二、国内应用价值机电一体化技术的应用与发展对我国经济建设起到了很好的促进作用,因此受到了国家的重视。国家科委综合局组织的我国机电一体化发展途径与对策中,根据社会需要、投资效益和现有基础等条件,提出优先发展15个领域中的机电一体化产品,即数控机床及其它机械制造工艺设备、电子化量具量仪、工业自动化控制仪表、中小型电机与电气传动控制装置、电子化低压电器、工业机器人、电子化家用电器、电子控制的轻工机械、电子控制的纺织机械、机电一体化的医疗器械、汽车电子化和电子控制内燃机、机电一体化的办公机械、电站电子化自动化自动控制系统、电子式照相机、采用微电子技术的印刷机械等。机电一体化技术应用于我们生产和生活的方方面面。因机电一体化技术应用领域的不同而使机电一体化专业派生出许多专门化,例如数控技术应用、机电一体化设备的制造与维修、自动机和自动线、制冷与空调、机器人等。但是由于种种因素的制约，我国发展“机电一体化”的状况和面临的形势也同样很艰难。1.我国用微电子技术改造传统工业的工作量大而广，有难度 2. 我国用机电一体化技术加速产品更新换代，提高市场占有率的呼声高，有压力。 3. 我国用机电一体化产品取代技术含量和附加值低，耗能、耗水、耗材高，污染、扰民产品的责任重，有意义。在我国工业系统中，能耗、耗水大户，对环境污染严重的企业还占相当大的比重。近年来我国的工业结构、产品结构虽然几经调整，但由于多种原因，成效一直不够明显。这里面固然有上级领导部门的政出多门问题，有企业的“故土难离”“死守故业”问题，但不可否认也有优化不出理想的产业，优选不出中意的产品问题。上佳的答案早就摆在了这些企业的面前，这就是发展机电一体化，开发和生产有关的机电一体化产品。机电一体化产品功能强、性能好、质量高、成本低，且具有柔性，可根据市场需要和用户反映时产品结构和生产过程做必要的调整、改革，而无须改换设备。这是解决机电产品多品种、少批量生产的重要出路。同时，可为传统的机械工业注入新鲜血液，带来新的活力，把机械生产从繁重的体力劳动中解脱出来，实现文明生产。 另外，从市场需求的角度看，由于我国研制、开发机电一体化产品的历史不长，差距较大，许多产品的品种、数量、档次、质量都不能满足需求，每年进口量都比较大，因此亟需发展。 三、机电一体化与挖掘机的结合四挖掘机作为一种重要的施工机械,人们对它的质量优良、作业性能完善和生产效率高的需求更加迫切,因此各国挖掘机行业为占领市场都进行有关挖掘机高新技术的研究和开发,因为机械装置已经基本定型,所以电子技术、传感技术、计算机技术和电液比例技术在挖掘机上的应用研究已经成为现在挖掘机的主要研究方向。1、普遍采用电子节能技术的大中型液压挖掘机美国市场在发动机排放上的要求非常严格，要求符合Tire 3标准的发动机才能在其国内市场上销售。所以进入美国市场的挖掘机多数都采用了高排放标准的发动机，尤其是中大型挖掘机，电喷发动机已经成为标准配置，该种发动机无论在可控性还是节能方面都较机械式发动机有很大的改善。2、采用自动怠速功能的小型液压挖掘机对比上面所提到的大中型液压挖掘机普遍采用电喷发动机的现状，由于成本问题，在10吨以下的小型挖掘机上，机械发动机还是被广泛采用；因此，在其节能方面，国外的挖掘机公司采用了不同的技术。JCB小型挖掘机上采用的一种电控的油门执行机构，驱动器采用了一种液压缸，在结构上采用角度传感器实时反馈油门的位置，另外配合连接到液压缸上的一个电磁阀实现电子油门及自动怠速功能。NewHolland小挖的自动怠速系统，其油门仍采用机械拉杆（软轴）的形式，只是设计了一个自动怠速结构，当系统监测到需要自动怠速的时候，电磁铁吸合，机构动作，发动机回到怠速状态。 3、采用电液比例控制技术的液压挖掘机该类型产品是指在普通的液压先导式操作挖掘机的基础上，采用电液比例技术控制挖掘机，相应的运用电比例手柄取代液压先导手柄。其基本原理是采集电手柄的动作信号，利用控制器进行运算，输出相应的PWM值控制比例阀。结合布置于机器上的传感器，还可以实现某些自动或者半自动功能。（1）挖掘机工作平台，该平台是为演示其电控挖掘机控制技术专门定制的，既采用电液比例技术，同时具有辅助挖掘操作装置，通过安装在平台上的显示屏及工作装置上的倾角传感器，可以实时的显示铲斗的轨迹。（2）SWEL55型挖掘装载机，该机型不同与平常的两头忙，其工作装置位于一端，从挖掘机切换成装载机时，只需将工作装置折叠即可完成，反之亦然。为了便于工作装置的模式转换，该机器采用了全电控技术，通过控制器可以轻松完成模式的转换及电手柄在不同模式下的不同功能。（3）主从式挖掘机，控制原理为：属于一种主从方式的控制形式，通过手指，手腕，大臂对应控制铲斗，斗杆与动臂；小臂的左右偏转来控制挖掘机的回转。在操作过程中，当操作者（主控制方）的相应关节动作后，计算机采集到该信号，并与安装在挖掘机（从控制方）上的角度传感器的信号进行比较，如果存在偏差；发出遥控信号控制挖掘机消除偏差，从而达到控制挖掘机的目的。其原理还是点到点控制，因此，在同步性上存在误差。（4）采用Husco技术的液压挖掘机，其工作原理为：动臂和回转仍采用常用的液压先导式主阀，在系统中装有能量回收机构，回收动臂下降的能量，并储存起来，供给其他的工作装置；斗杆与铲斗采用特殊的电控阀，而且该阀分别布置在靠近工作装置液压缸的位置，而不是传统的所有主阀布置在一起的方式，该电控阀由四个插装阀构成，对阀的A口和B口分别进行控制；而不同于常用的单阀芯的形式；具研究者声称：采用该项技术后，挖掘机可以节能25。4、应用于液压挖掘机上的各种监控技术为了方便操作手查看机器的重要参数，实时的了解整机的状态；仪表技术已经广泛的应用到液压挖掘机中，只是出于成本的考虑，不同吨位的挖掘机采用不同层次的仪表。一般说来，10吨以下的小型履带式挖掘机多采用机械式仪表或者黑白液晶显示屏。在挖掘机上，尤其是20吨以上的挖掘机，高品质液晶彩色显示屏的采用，在国内外都得到广泛的认可。挖掘机开发中的CB430型仪表，Komastu型仪表。其中可以以动画的形式实时显示挖掘机的运动轨迹，并提供坐标。显示屏的按钮可以提供视角的切换。Komastu的仪表界面分为两部分：一部分显示整机的工作参数，另外还可以单屏和双屏的形式显示车体尾部安装的摄像头采集到的图像。两套操作仪表整体效果好，显示/监控系统界面直观，简洁；标识准确，易懂，便于进行操作。在仪表方面，国内厂家都均已采用；但国外产品仪表的高品质性，值得国内的挖掘机生产厂家学习。5、GPS技术在液压挖掘机上的应用（1）用于远程维护、信息管理的GPS技术。该类技术的定位精度不高，一般为米级。主要利用GPS控制器采集远程维护所需的信号上传到服务器中，通过Internet可以查看机器的状态（通过采集传感器信息，历史工作记录等。国内很多的工程机械主机厂家也采用了该项技术，但是目前多数厂家的GPS系统不够强大，需进一步完善。（2）高精度GPS系统的应用。该系统利用GPS差分技术，结合激光、全站仪、超声波及多传感器技术，通过软件界面的设计，可以在系统的虚拟仪表中提供施工工地的三维图形、机器的三维坐标等信息；而且精度可以达到厘米级。该项技术在大型的施工现场，尤其是多种机型的工程机械进行集群作业时；能够显示其优势，有利于施工管理方进行有序调度，提高集群的工作效率。6、具有辅助挖掘系统的液压挖掘机为提高作业效率，近几年来，辅助操作系统逐步得到各主机厂的重视。严格来说，高精度GPS技术的运用也属于辅助操作的范畴。有些挖掘机采用挖掘机辅助系统技术，如JohnDeere 60D型挖掘机采用了整套辅助挖掘系统。该套系统的基本工作原理类似，主要利用安装在挖掘机工作装置上的角度或者倾角传感器，实时检测挖掘机的工作状态；利用系统中的仪表显示工作装置的轨迹及铲斗末端的坐标。在进行精细作业时，可以在仪表中输入要完成的工作面的形状，操作者可以按照提示进行工作，直到完成预定的形状。尤其是在挖掘复杂形状的工作面和平整作业中，该系统可以提高工作效率和精度。如果配合激光技术，还可以利用安装在斗杆上的红外接收装置，挖掘规定深度的基坑，提高精度的同时，节约了人工成本。 综上可知，传感技术、信息处理技术、 驱动技术、伺服传动技术、软件技术 等技术被运用于机电一体化系统中，使挖掘机能适应不同工作环境、不同工作要求的场合，更灵活的提高工作效率。四、机电一体化技术的主要应用领域 1、数控机床 数控机床及相应的数控技术经过40 年的发展,在结构、功能、操作和控制精度上都有迅速提高,具体表现在: （1）总线式、模块化、紧凑型的结构,即 采用多CPU、多主总线的体系结构。 （2）开放性设计,即硬件体系结构和功 能模块具有层次性、兼容性、符合接口标准,能最大限度地提高用户的使用效益。 （3）WOP技术和智能化。系统能提供 面向车间的编程技术和实现二、三维加工过程的动态仿真,并引入在线诊断、模糊 控制等智能机制。 （4）大容量存储器的应用和软件的模 块化设计,不仅丰富了数控功能,同时也加强了CNC系统的控制功能。 （5）能实现多过程、多通道控制,即具 有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力,并将刀具 破损检测、物料搬运、机械手等控制都集 成到系统中去。 （6）系统的多级网络功能,加强了系统 组合及构成复杂加工系统的能力。 （7）以单板、单片机作为控制机,加上专 用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置。 2、计算机集成制造系统(CIMS) CIMS的实现不是现有各分散系统 的简单组合,而是全局动态最优综合。它 打破原有部门之间的界线,以制造为基干 来控制“物流”和“信息流”,实现从经营 决策、产品开发、生产准备、生产实验到生产经营管理的有机结合。企业集成度的提 高可以使各种生产要素之间的配置得到 更好的优化,各种生产要素的潜力可以得 到更大的发挥。 3、柔性制造系统(FMS)