宋永強(qiáng) 徐斌山

山東國眾機(jī)械科技有限公司

現(xiàn)代工程機(jī)械機(jī)電液一體化應(yīng)用技術(shù)

宋永強(qiáng) 徐斌山

山東國眾機(jī)械科技有限公司

伴隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展有了長足的提高。在日常生活當(dāng)中，機(jī)電一體化的技術(shù)有了非常廣泛地用途。特別是工程機(jī)械對于機(jī)電一體化的技術(shù)的應(yīng)用，不但能從根本上增強(qiáng)機(jī)械的生產(chǎn)效率，而且也能夠促進(jìn)在管理方面的應(yīng)用.

機(jī)械機(jī)電；自動(dòng)診斷；速率控制

前言

機(jī)電一體化技術(shù)的進(jìn)步是時(shí)代發(fā)展的內(nèi)在要求。隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的加快，將機(jī)電一體化技術(shù)融入工程機(jī)械的使用中，會(huì)顯著提升工程機(jī)械的使用性能，保障各項(xiàng)工程的安全開展。未來，機(jī)電一體化技術(shù)在工程機(jī)械中的應(yīng)用將會(huì)朝著微型化、系統(tǒng)化、智能化的方向發(fā)展，也將更好地為我國實(shí)現(xiàn)工業(yè)化貢獻(xiàn)力量。

1 機(jī)電液一體化技術(shù)與工程機(jī)械簡介

1.1 機(jī)電一體化

機(jī)電一體化技術(shù)是一個(gè)整體的概念，其融合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、電子技術(shù)、通信技術(shù)、傳感技術(shù)等眾多現(xiàn)代技術(shù)，結(jié)合優(yōu)化組織目標(biāo)指導(dǎo)系統(tǒng)功能目標(biāo)的原則，對系統(tǒng)中的各個(gè)單元進(jìn)行合理布局，確保各個(gè)單元功能化、規(guī)范化、便捷化、成熟化，進(jìn)而將整個(gè)系統(tǒng)的最佳效果充分發(fā)揮出來。這里，將整個(gè)功能系統(tǒng)稱為機(jī)械機(jī)電一體化系統(tǒng)或產(chǎn)品。

1.2 工程機(jī)械

工程機(jī)械指的是大型機(jī)械化工程所必需的機(jī)械裝備，如道路施工、大型橋梁施工、大型建筑工程施工等。它的應(yīng)用領(lǐng)域較為廣泛，涵蓋了國防建設(shè)、能源工業(yè)、礦山生產(chǎn)、交通運(yùn)輸以及環(huán)境保護(hù)等諸多領(lǐng)域?？茖W(xué)技術(shù)水平的不斷提高，使得工程機(jī)械朝著自動(dòng)化、智能化的方向發(fā)展。

1.3 工程機(jī)械應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)的現(xiàn)狀

如今，我國的工程機(jī)械技術(shù)迅猛發(fā)展。結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、機(jī)械液壓技術(shù)等組成的機(jī)電一體化技術(shù)，極大地提升了機(jī)械性能，以較高的使用效率和較好的經(jīng)濟(jì)性成為工業(yè)建設(shè)的關(guān)鍵機(jī)械裝備。目前，嵌入電控裝置的現(xiàn)代工程機(jī)械主要以微型計(jì)算機(jī)和小型處理系統(tǒng)為主，應(yīng)用越來越廣泛。電控技術(shù)在工程機(jī)械的眾多領(lǐng)域都得到了高效利用，如自動(dòng)找平機(jī)、電子調(diào)速汽油機(jī)、自動(dòng)攪拌設(shè)備、工程機(jī)械的狀態(tài)監(jiān)控與自我故障診斷等，都是利用電控技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的。社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)水平的迅速提升，促使人們不斷提高工程機(jī)械的自動(dòng)化效率，而電力電子技術(shù)的應(yīng)用成為必然趨勢，從而更好地滿足我國工業(yè)化建設(shè)的需求。當(dāng)下，我國各項(xiàng)電子技術(shù)的應(yīng)用還處于實(shí)踐優(yōu)化階段，現(xiàn)代工程機(jī)械設(shè)備的購置成本較高且維修相對復(fù)雜和困難。因此，機(jī)電一體化技術(shù)的有效利用成為業(yè)內(nèi)人士研究的重要內(nèi)容。

2 機(jī)電液一體化技術(shù)在工程機(jī)械中的具體應(yīng)用

2.1 在煉鋼技術(shù)中的應(yīng)用

鋼鐵是我國的重要產(chǎn)業(yè)，目前其使用的機(jī)電一體化系統(tǒng)主要以計(jì)算機(jī)處理器為核心，集計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、操控設(shè)備、儀器儀表、顯示設(shè)備等于一體，有機(jī)整合各種技術(shù)手段進(jìn)行協(xié)作，進(jìn)而促進(jìn)機(jī)械設(shè)備使用效率的提升，延長使用壽命?，F(xiàn)代化的煉鋼技術(shù)融合了現(xiàn)代通信技術(shù)、微型處理器、電氣傳動(dòng)技術(shù)等，推進(jìn)了鋼鐵企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。交流傳動(dòng)系統(tǒng)利用先進(jìn)的數(shù)學(xué)理論，有效解決了復(fù)雜的矢量運(yùn)算，交流調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)勢逐步凸顯，直、交流同步電機(jī)的速度可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)轉(zhuǎn)換。在軋鋼中，交流傳動(dòng)系統(tǒng)的使用范圍逐漸擴(kuò)大，為煉鋼技術(shù)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。未來，煉鋼技術(shù)勢必還會(huì)有新的突破，從而不斷推動(dòng)鋼鐵企業(yè)持續(xù)發(fā)展。

2.2 在大型挖鉆機(jī)上的運(yùn)用

近年來，大型重點(diǎn)工程所必需的工程機(jī)械設(shè)備就是大型旋挖鉆機(jī)，主要應(yīng)用在大型打樁基礎(chǔ)施工中。就目前的使用情況來看，我國與國外還存在一定的差距。國外的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)相對豐富，并且配套設(shè)施、培訓(xùn)機(jī)制等相對完善，使用效果要好。我國大型挖鉆機(jī)的技術(shù)水平偏低，并且缺乏專業(yè)的操作人員。旋挖鉆機(jī)的使用方法和操作過程較為復(fù)雜，且精細(xì)度要求極高。為了有效提升其精細(xì)度以及進(jìn)行便捷操作，一般采用微處理器控制方法，從而推進(jìn)機(jī)電一體化技術(shù)的有效應(yīng)用，并在實(shí)踐中不斷得以完善優(yōu)化。

2.3 在煤礦生產(chǎn)中的應(yīng)用

煤炭資源的開采環(huán)境相對復(fù)雜和惡劣，作業(yè)都是在地下，工作難度系數(shù)較高，要求作業(yè)設(shè)備必須具有較高的使用性能和安全性。機(jī)電一體化技術(shù)在煤礦中應(yīng)用，有效滿足了節(jié)能降耗以及環(huán)保的要求，將機(jī)械原理、液壓技術(shù)及電力電子技術(shù)有效結(jié)合，增強(qiáng)煤礦機(jī)械設(shè)備的使用性能和可靠性，保障煤礦的安全生產(chǎn)。當(dāng)下，煤礦生產(chǎn)中機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用主要以微型計(jì)算機(jī)、通信技術(shù)為核心，構(gòu)建微電腦控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控、自動(dòng)預(yù)警等功能。另外，電控技術(shù)已在眾多的煤礦機(jī)械中得到了廣泛應(yīng)用，如挖煤機(jī)和升降機(jī)，利用PLC調(diào)速系統(tǒng)來有效提高提升機(jī)的工作效率；利用PLC變頻技術(shù)來提高挖煤機(jī)的產(chǎn)能；自動(dòng)化的安全監(jiān)控、故障報(bào)警、安全排查等各個(gè)方面的應(yīng)用，都大幅度提升了煤礦的產(chǎn)能和生產(chǎn)的安全性?？删幊炭刂破骷碢LC，其能夠控制煤礦生產(chǎn)過程中的所有活動(dòng)，主要內(nèi)容為采集數(shù)據(jù)、控制順序、處理數(shù)據(jù)等。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包括CPU模塊、內(nèi)部存儲(chǔ)器、電源模塊與輸入、輸出單元等，具體程序設(shè)計(jì)步驟見圖1。科學(xué)技術(shù)的發(fā)展會(huì)推動(dòng)煤礦機(jī)械機(jī)電一體化的進(jìn)步，隨著安全生產(chǎn)要求的提高以及煤炭資源需求的日益增多，勢必會(huì)研發(fā)更先進(jìn)的機(jī)電一體化技術(shù)來提高煤礦機(jī)械的使用效能，提升煤礦的產(chǎn)能，以滿足我國社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展需求。

圖1 PLC控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)步驟

2.4 在智能機(jī)器人上的運(yùn)用

智能型機(jī)器人的研發(fā)和應(yīng)用是科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的顯著代表。工程機(jī)械中，智能型機(jī)器人需要有效結(jié)合多種技術(shù)，才能實(shí)現(xiàn)高效工作。智能機(jī)器人在處理自適應(yīng)性控制的信息時(shí)，還存在一些不足，需要相關(guān)研究者攻堅(jiān)克難。機(jī)電一體化技術(shù)在工程機(jī)械智能機(jī)器人上的應(yīng)用，主要是結(jié)合視覺理解和圖像處理識(shí)別等技術(shù)，幫助智能機(jī)器人有效感知作業(yè)對象的方向、位置、形體大小。還有許多無人駕駛工程機(jī)械和遙控型機(jī)器人都是利用機(jī)電技術(shù)中的無線電通信控制技術(shù)。工程機(jī)械中的內(nèi)燃機(jī)工作過程的有效控制，需要采集氧和氮化物傳感器傳回有效信號；激光平地機(jī)的良好使用，需要各種傳感器進(jìn)行傳回信號以及信號的再反饋支撐；掘進(jìn)機(jī)和地下穿孔機(jī)要求以一定的軌跡穿越地下，類似于空中導(dǎo)彈，一般采用內(nèi)部導(dǎo)向的加速度計(jì)、傾斜計(jì)和陀螺儀和外部導(dǎo)向的激光技術(shù)。這些都要機(jī)電一體化技術(shù)的支持。

2.5 發(fā)動(dòng)機(jī)的速率控制

機(jī)電液一體化系統(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)功率并控制系統(tǒng)負(fù)荷(見圖2)。在機(jī)電系統(tǒng)中，主要有比較器、控制器、電機(jī)磁場、電樞、負(fù)載等，而在機(jī)電液一體化系統(tǒng)中，還有傳感器、減壓閥、泵調(diào)節(jié)器等等。打開功率開關(guān)后，傳感器會(huì)將接收到的信息傳輸給系統(tǒng)的主控制器，主控制器處理了接收到的信息后，會(huì)發(fā)出指令，讓減壓閥開始工作，減壓閥會(huì)根據(jù)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)臏p小系統(tǒng)功率，最終達(dá)到調(diào)節(jié)功率、控制負(fù)荷的目的。

3 結(jié)語

總之，機(jī)電液一體化技術(shù)的進(jìn)步是時(shí)代發(fā)展的內(nèi)在要求。隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的加快，將機(jī)電一體化技術(shù)融入工程機(jī)械的使用中，會(huì)顯著提升工程機(jī)械的使用性能，保障各項(xiàng)工程的安全開展。

圖2 機(jī)械機(jī)電一體化旋轉(zhuǎn)負(fù)荷控制系統(tǒng)

[1]丁巧芳.管窺機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢研究[J].現(xiàn)代職業(yè)教育，2016(03).

[2]陳順平，朱江龍.淺析機(jī)電一體化技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展[J].黑龍江科技信息，2015(36).

表2 工人操作水平影響因素分析表

4.2 控制措施

針對存在問題，通過多次分析和實(shí)驗(yàn)，提出解決措施如下：

4.2.1 有效調(diào)解風(fēng)壓

由于井下各作業(yè)面風(fēng)壓充足，調(diào)解風(fēng)壓主要在于將風(fēng)壓控制在合理范圍。因此，為噴漿機(jī)風(fēng)管安裝壓力表和調(diào)節(jié)閥，靠調(diào)節(jié)閥來控制壓強(qiáng)，不失為一個(gè)可行之策，初始壓強(qiáng)按公式確定。在實(shí)際操作中，壓力可根據(jù)需要調(diào)整，為方便工人操作，壓力表在不作業(yè)時(shí)應(yīng)時(shí)刻保持歸零位置。

初始壓強(qiáng)計(jì)算公式：

P=0.1+0.001*L

P——工作風(fēng)壓，單位Pa。

L——為輸料管長度，單位m。

4.2.2 提高員工操作水平

通過實(shí)地調(diào)研，分析出影響工人操作水平的原因。見表2：

針對以上情況，一是要加強(qiáng)員工技能培訓(xùn)，采用師帶徒和組織觀摩等形式，促進(jìn)員工技能提升；二是要加強(qiáng)員工安全防護(hù)，向噴射手配發(fā)專用的防護(hù)服和護(hù)目鏡，防止回彈骨料和粉塵對噴射手造成傷害和干擾；三是加強(qiáng)局部通風(fēng)，確保施工現(xiàn)場粉塵濃度控制在允許范圍以內(nèi)；四是強(qiáng)化管理，對施工人員進(jìn)行技術(shù)交底，切實(shí)明確施工注意事項(xiàng)，將回彈量納入考核范圍，同時(shí)實(shí)行“質(zhì)量責(zé)任卡”制度，誰施工、誰負(fù)責(zé)，確保施工質(zhì)量。

4.2.3 實(shí)行回彈料回收再利用

為避免回彈料浪費(fèi)，施工前可布置好回收措施，在靠近巖壁旁鋪設(shè)好舊風(fēng)筒布、編織袋等，施工結(jié)束，立即將撒落上面的回彈料回收。對未被污染的回彈料，可按一定比例立即摻入干料使用，對不能重新使用的可收集后運(yùn)至轉(zhuǎn)層采場，制作充填擋墻。

五、總結(jié)展望

影響回彈率因素是多方面的，通過綜合分析，提出了可行措施，取得了一定成效。但根據(jù)現(xiàn)有條件，可采取措施相對有限，要進(jìn)一步降低噴射混凝土作業(yè)回彈率，引入潮噴法等先進(jìn)工藝，探索使用配料、攪拌、水灰比控制等方面的配套機(jī)械，將是今后的發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]張景成，陳文波，楊國承.降低噴射混凝土回彈率的方法[J].煤礦機(jī)械，2001(8)：54-56.

[2]張惠玲，彭惠惠，陳友治，黃緒泉.降低機(jī)制砂噴射混凝土回彈率的技術(shù)措施[J].混凝土，2007(3)：110-112.