机电一体化技术在机械工程领域的应用研究.pdf

85现 代 工 程 科 技Modern Engineering Technology第 3 卷第 1 期2024 年 1 月Vol.3 No.1Jan.2024机电一体化技术在机械工程领域的应用研究李帅帅，马洪驰，王立国兖州煤业榆林能化有限公司，陕西榆林719099摘要：机电一体化技术是一种将计算机、信息技术、机械工程和机械设计等多学科领域相结合的综合集成技术。机电一体化技术在机械工程中主要应用于现代自动控制系统以及机械系统，在此基础上，可以使机器的设计更加合理，从而使产品具有高可靠性和安全性。对机电一体化技术在机械工程领域中的应用进行了详细分析，以促进机电一体化技术进一步完善与提升。关键词：机电一体化技术；机械工程；应用分析中图分类号：G64 文献标识码：AResearch on the Application of Mechatronics Integration Technology in the Field of Mechanical EngineeringLi Shuaishuai,Ma Hongchi,Wang LiguoYanzhou Coal Yulin Energy Chemical Co.,Ltd.,Yulin,Shaanxi 719099Abstract:Mechatronics integration technology is a comprehensive integration technology that combines multiple disciplines such as computer science,information technology,mechanical engineering,and mechanical design.Mechatronics integration technology is mainly applied in modern automatic control systems and mechanical systems in mechanical engineering.Based on this,it can make the design of machines more reasonable,thereby making products highly reliable and safe.Therefore,this study provides a detailed analysis of the application of mechatronics technology in the field of mechanical engineering,which is of great significance for promoting the further improvement and enhancement of mechatronics technology.Keywords:mechatronics integration technology;mechanical engineering;application analysis作者简介：李帅帅（1993），男，兖州煤业榆林能化有限公司助理工程师，研究方向为机电一体化。机电一体化技术在工程机械上的应用，突破了原有的技术应用模式，电子电气技术、控制技术与机械技术之间出现交叉融合。相对于传统的工程机械作业，机电一体化技术的融合使得自动化水平、操作的便捷性有了明显提升，对人为控制的依赖性明显减少；另外，操作中的可靠性与安全性也明显得到增强。1机电一体化技术的基本含义机电一体化技术是指将电子信息技术和机械技术、自动控制与传感检测技术、计算机软硬件与通信技术等有机地结合在一起，使它们成为一个具有统一规划、综合协调运行能力的完整系统。它是具有综合功能的高科技新领域，为人类社会发展提供最新的科学技术成果，为国防建设提供强大的力量。从人类文明进程来看，机电一体化在工业和农业中得到广泛应用。随着信息产业的兴起和信息化工程全面推进，机电一体化也在迅速发展。从世界经济发展史来看，机电一体化在社会和经济发展中起着重要作用。目前，全世界60多个国家和地区开展了机电一体化研究与应用活动。美国、日本等发达国家已将其列为国家战略项目优先开发研究领域，我国自20世纪90年代初开始机电领域科研攻关后，也相继开展了一系列相关项目，机电一体化技术是21世纪发展的主要方向。在计算机技术的快速发展下，机电一体化技术不断改进和完善，如今的机电一体化技术已经是集合机械技术、微电子技术、信息技术优势为一体的新型综合技术1。机电一体化技术体系如图1所示。图1机电一体化技术体系图862024 年 1 月第 3 卷第 1 期现 代 工 程 科 技862机电一体化的特征机电一体化具有以下特征：适用性强。机电一体化技术是由多项技术交叉融合形成，因此能够适用于各行各业。此外，对于不同种类的机械，机电一体化技术也同样适用，不但能够对不同种类的机械进行自动化控制，还能够使用不同的功能调控，促进机械的个性化生产；具有综合性优势。机电一体化技术属于多项技术的交叉学科，将多项技术的优势集中在一起，可以一体化、具体化地控制多个领域，提升综合性技术的应用水平，具有良好的综合性能以及逻辑控制能力；操作比较方便。对于旧式的机械工程，机械设备使用非常笨重，操作难度很大，需要技术水平较高的工作人员才能够驾驭。而机电一体化技术的出现为机械设备带来全新的操作，这种操作不需要人力，而是用机电一体化技术自动控制机械，减少了人力资源的消耗，提高了工作效率，增加了机械施工的准确度，为工程带来了更多的收益。3机电一体化技术的应用价值3.1保证运行精准性在设备具体运行时，机电一体化技术应有极高的精准度，通过电子控制系统的引进，来保障机械工程设备自动化运行，并让机械工程设备运行精准度提升，使机械工作具备时效性，提升机械性能。例如，施工期间混凝土、水泥、沥青等采取机电一体化系统达到控制称量系统的效果，让称量自动化功能得以实现，成品作业实施流程更快捷便利，沥青与混凝土机器施工质量进一步增强。同时，以机电一体化技术为主的电子化操控平地机刮刀、推土机铲刀、铲运机铲斗刀的使用，同样减轻操作者工作压力，增强作业准确度以及精准度。3.2提高生产效率机械工程这门学科主要是应用于生产过程中，机电一体化技术的诞生为机械工程的发展带来了便捷。这项技术提高了机械的使用率，降低了人工成本，推动整个行业健康有序发展。这项技术对机械设备的应用具有促进意义，不但能够有效控制机械设施，还可以提升机械设施的实用性，将机械的损坏率降至最低，提高了机械设施的生产效率。由于机械设备的变化影响着整个机械工程行业的发展，因此该项技术在机械工程行业中必不可少，该技术的应用促进生产企业的收益逐渐增加。3.3实现自动监测控制机电一体化技术拥有相当强的自动检测系统，从而对整个机械系统（包含其中的子系统）开展全面检查，并对机械设备整个运行工程实时动态监督控制，并做到全监督反映，一旦发现问题系统则自动报警，同时可让相关人员对故障发生位置作出判断，并在短时间里达到解决故障的效果，使设备处于安全运行状态。并且机械设备能够在机电一体化技术的使用下使自身运行速度加快，使机械检测成本下降，让设备维修与保养周期缩短，使设备得到持续稳定运行。4机电一体化在机械工程中的应用4.1改造机床机电一体化技术在机械工程领域具有广阔的应用前景和价值，尤其是在机床改装方面，更能推动各种工作的顺利进行。在实际工作中，数控机床是使用频率最高的设备，而且在生产过程中，对产品的精确度要求很高，如果在使用过程中出现了问题，那么将会对产品的质量造成很大的影响，因此，必须将机电一体化技术运用到机械工程中，它不仅可以改善现有机床的加工精度，而且还可以大大提高其工作效率，实现智能化。同时，合理地运用机电一体化技术，可以对原有的数控机床进行更好的优化和完善，使其结构更加现代化，减少了刀具和工作台的轨迹误差。在实际工作中，通过采用计算机技术，可以实现对各类数据和信息的自动处理，从而降低了工作人员的劳动强度1。DPS芯片是一种广泛应用的计算机技术，它能极大地提高机床抗干扰能力，提高机械工程的经济效益和社会效益。随着社会的飞速发展，我国机械工业逐步走向了半自动化，使工人的工作强度和工作的难度大大降低。因此，合理地运用自动化技术，可以从根本上减少机械工程中出现的各类非正常现象，提高产品的加工精度。比如，在挖掘机制造过程中，通过对挖掘机轨迹控制系统的合理选取，并按要求预先设定好的轨迹，再通过计算机技术实现智能化控制，可以降低人力劳动强度，提高工作的精确度。4.2在机械智能机器人领域的应用分析在科技持续发展的背景下，智能机器人的应用范围更加宽泛。然而智能机器人在自适应信息控制处理上的问题也相对突出，要使该问题得到解决，就需要在机电一体化技术的应用下，对工程机械内燃机运行给予优87李帅帅，马洪驰，王立国：机电一体化技术在机械工程领域的应用研究应用科技化，使传感器能够进行多类信号接收，且在传感器信号支持以及反馈下促使激光平地机始终保持高效运行。掘进机、地下穿孔机需根据相应规定展开地下穿越，通常要用到加速度计、内部导向的陀螺仪、外部导向激光技术等。在智能机器人研究中引入机电一体化技术，能够实现作业对象形态、位置等多项信息的感知，再通过图像处理技术、视觉处理原理等的应用，确保各项作业有序开展。现今，无人驾驶机械、遥控型机器人等都会用到机电一体化技术，在和电液控制技术、无线电控制技术的联合使用下，增强机械自动化程度。4.3电子控制系统技术在工程机械行业，产品制造的精度决定了工程的质量。在传统的机械工程中，由于技术和实际条件等多种复杂原因，一些工程的精度不高，无法满足预期要求。这样的项目也浪费了大量的社会资源，以及人力、物力和财力。目前使用的机电一体化技术可以实现高精度施工，确保相关项目的质量，提高创收效率。目前，控制系统广泛应用于挖掘机等工程机械中。在挖掘机等工程机械中，使用相应的控制装置可以提高起重机在各种操作条件下的精度。该系统的应用不仅提高了相关工程的施工精度，而且大大降低了相关工人的工作难度。此外，由于该系统具有相对规范和科学的特点，在操作中不存在人为失误的问题，大大提高了相关人员在某些特殊工作环境中的安全系数，确保了人民群众的生命财产安全，减少了社会资源的浪费2。全球定位系统（Global Positioning System，GPS）和超声技术在现代的建筑设备中得到了越来越多的应用，在危险复杂多变的工作条件下，该控制系统减少了人工失误，有关的工作人员可以对该控制系统进行操纵和设置，从而使工程设备的工作自动化，将工程设备的建造精度提升到厘米级别，极大地提高了有关工作的便利性。4.4在纺织、包装等机械方面的应用纺织机械是现代纺织工业的基础，包括棉纺、麻纺和化纤3个主要品种。我国在“八五”期间就开始进行技术改造，引进了一些机电一体化设备，包括自动络筒机、梳棉所需的自动喂纱器、自动清梳联生产线等。因为这些设备具有机电一体化特点，所以它们与其他机械相结合可构成完整的纺织机械系统。将机电一体化技术应用于纺织工业，对纺织生产进行监控和控制3。例如，采用平面光波导技术（Planar Lightwave Circuit，PLC）、变频器等对纺纱工序、后整理工序及其他辅助工序进行有效的监控和控制。包装机械是指各种需要进行包装或分装物料以及供储运或其他操作场所使用的机械，主要有卷筒机、充填设备等。这些机械的结构复杂、运行可靠和工作效率高是机电一体化设备的主要特征。将各种功能部件集成到机器系统中，使各种功能部件在运动过程中相互协调，达到良好效果，例如，采用伺服系统控制带式输送机的运转，使带式输送机实现无人值守。4.5在机床领域的应用分析数控机床属于机械工程中重要的作业装置，在运行期间对机床刀具提出更高要求，而运行偏差值需控制在最小范围内，从而让整个机械产品质量得到提升，实现作业安全的维护，故而要使数控机床刀具运行精确度得到保障，还需要机电一体化技术来实现机床的优化改进，机电一体化技术的开环伺服系统由于故障发生率、操作便利等优势，在数控机床改造中得到了广泛应用。并且把微机等信息技术和数控机床操作系统结合，经信息技术完成数控机床作业数据信息自动化处理，依照所加工产品特征以及需求进行最佳加工手段选择，确保整个数控机床加工质量大大提高，让数控机床作业智能化目标得以实现。4.6工程机械故障诊断技术目前，先进的工程机械已在能耗和工作噪声方面进行了优化。通过机电一体化技术的深入应用，新型工程机械的性能变得更加自动化和智能化，同时其制造效率也得到了显著提高。相对先进的施工设备可以大大降低施工人员的劳动强度，增加他们的工作舒适性和安全性。这种方法取代了传统的手动故障排除，大大降低了故障排除的成本，成为一种应用前景良好的新技术。适当重视机电一体化技术在故障诊断中的应用，可以提升其在工程机械中的应用效率和整体效果，从而展示其优秀特性4-5。由于其良好的诊断性能，该技术可以用于处理实际操作中出现的问题，有效地延长了设备的使用寿命，确保了性能稳定。因此，在现代机械工程中，机电一体化技术的故障诊断功能非常重要。在实际应用中，它可以提高自动化诊断的有效性，降低人力使用成本，节省大量资金，在快速完成维护处理的同时，有效提高设备的维护效率，确保其充分发挥作用。4.7在工程机械节能系统中的应用在我国的建设进程中，经济发展起着主导作用，而882024 年 1 月第 3 卷第 1 期现 代 工 程 科 技88能源消费又是一个重要的组成部分。因此，相关部门应该意识到节约能源和减少能源消耗的时代意义。同时，对施工机械的安全运行也要有足够的了解。现在，很多机械设备都是以柴油作为动力。但这样的设备耗能十分高，尤其对环境的污染也比较大。为达到节约能源和减少排放的目的，将节能技术引入工程机械的整个系统中，让其节能和减少排放的效率极大地提高。通过机电一体化技术，还能进一步提高柴油机的利用率，从实践中可以看出，机电一体化技术能将柴油机的供油效率提高到97%。也就是说，同样的动力，采用电机驱动，可以节约22%的柴油，这就是电机驱动在节能、环保方面的优点。5机电一体化技术在机械工程中的发展趋势现阶段，机电一体化技术被应用于现代机械工程领域中，属于机械工程发展的改革与进步。相较于传统机械工程，现代机械工程在机电一体化技术的支持下，不但让生产产品外观体积得到改变，并且让生产作业产品质量得到提升，大大提高作业生产效率，降低工人劳动强度，属于传统机械工程发展的一大突破点。5.1拥有更加全面统一的管理平台机电一体化技术在不断探索和提升技术的同时，首先，要针对目前存在的问题作出相应的调整和修正，特别是机电一体化技术，必须在一个更完整、更统一的平台上进行管理与维护，以确保整体技术体系的稳定与安全。通过搭建统一、综合的管理平台，使各有关工作人员在机械工程生产中，可以随时进行技术问题的沟通，并及时正确地调整技术应用和操作，同时，也可以将自己的技术经验分享给相关的员工，让他们能够根据自己的需求进行智能化、一体化的应用，从而推动整个机械制造业的发展，让整个工程的生产更加智能化。5.2微型化当前出现了一种全新的机电一体化技术微型机电一体化技术，该技术属于机械技术和纳米电子技术联合应用下的产物，在应用该技术制造的产品体积均相当小，当前该技术因能耗低、运转快等特征，已在很多领域得到了广泛应用，增加了公众生活便利性，若能将其应用于机械工程领域中将使机械设备现代化水平更高，确保机械领域取得更加长远的发展，为人类社会进步造福。但现阶段微型机电一体化技术在机械工程中的应用仍处于初步阶段，但也取得了一定的成果，如半导体等。而研究人员也已在微型机电一体化技术的应用下实现了亚微米级微型化制造元件的制造，且在产品中进行了应用，这为该技术在机械工程的应用发展奠定了一定的基础。5.3逐步实现智能化、可持续化发展随着社会的发展，我国的科学技术也在不断发展，同时也需要将各种现代技术与机械技术相结合，使其朝着智能化的方向发展。产品的智能化是实现机电一体化智能化发展的前提和保障，这与传统的机械技术有很大的不同，所以必须坚持以控制理论为基础，将生理学、人工智能、心理学相结合，再通过人工智能来实现自动化诊断和产品加工。但不可否认的是，目前的智能化机电一体化技术还处于摸索阶段，还没有得到很好的实施，因此，在今后的机械工程发展中，必须加强对智能机电一体化技术的研发。6结语总而言之，社会的有序发展离不开制造业的支撑，机械工程的发展更是重中之重，而机电一体化技术又是促进机械工程发展的动力。机电一体化是一门交叉学科，涵盖了多项技术例如信息技术、机械技术等，能够促进机械工程的高速发展，被广泛应用于各大行业中。机电一体化技术在未来具有良好的发展趋势，将朝着智能化、绿色化、网络化以及模块化趋势发展。参考文献1 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