机电一体化的特点及发展趋势

　　摘要：现代科学技术的不断发展，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。

　　由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，导致了工程领域的技术革命与改造，在机械工程领域，极大地推动了不同学科的交叉与渗透。

　　关键词：机电一体化 技术产品 制造技术 发展趋势

　　1.机电一体化的基本概念

　　根据系统功能目标和优化组织目标。

　　机电一体化发展至今也已成为一门有着自身体系的新型学科，随着科学技术的不断发展。

　　由此而产生的功能系统

　　机电一体化是指在机构得主功能、动力功能、信息处理功能和控制功能上引进电子技术，成为一个机电一体化系统或机电一体化产品。

　　机电一体化是从系统的观点出发，合理配置与布局各功能单元，还将被赋予新的内容。

　　并使整个系统最优化的系统工程技术，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，是综合运用机械技术、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、电力电子技术、接口技术、信息变换技术以及软件编程技术等群体技术，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。

　　具有智能化的特征是机电一体化与机械电气化在功能上的本质区别。

　　即机电一体化产品不仅是人的手与肢体的延伸，还是人的感官与头脑的眼神，还能赋予许多新的功能。

　　其中的微电子装置除可取代某些机械部件的原有功能外，但是发展到机电一体化后。

　　“机电一体化”涵盖“技术”和“产品”两个方面，其主要功能依然是代替和放大的体力，机械工程技术有纯技术发展到机械电气化，如自动检测、自动处理信息、自动显示记录、自动调节与控制自动诊断与保护等。

　　而不是机械技术、微电子技术以及其它新技术的简单组合、拼凑，这是机电一体化与机械加电气所形成的机械电气化在概念上的根本区别。

　　因此，机电一体化技术是基于上述群体技术有机融合的一种综合技术。

　　2.机电一体化的优越性

　　(1)显著提高设备的使用安全性。

　　在工作过程中，遇到过载、过压、过流、短路等电力故障时，使用安全性和可靠性提高，机电一体化产品一般都具有自动监视、报警、自动诊断、自动保护等功能。

　　避免和减少人身和设备事故。

　　能自动采取保护措施。

　　(2)保证最佳的工作质量和产品的合格率。

　　通过自动控制系统可精确地保证机械的执行机构按照设计的要求完成预定的动作，使之不受机械操作者主观因素的影响。

　　生产能力和工作质量提高，由于机电一体化产品实现了工作的自动化，数控机床对工件的加工稳定性大大提高，使得生产能力大大提高。

　　机电一体化产品大都具有信息自动处理和自动控制功能，其控制和检测的灵敏度、精度以及范围都有很大程度的提高，同时。

　　生产效率比普通机床提高5～6倍。

　　(3)机电一体化产品普遍采用程序控制和数字显示。

　　使得操作大大简化并且方便、简单，操作按钮和手柄数量显著减少。

　　机电一体化产品的工作过程根据预设的程序逐步由电子控制系统指挥实现，使用性能改善。

　　系统可重复实现全部动作，高级的机电一体化产品可通过被控对象的数学模型以及外界参数的变化随机自寻最佳工作程序。

　　实现自动最优化操作。

　　(4)机电一体化产品一般具有自动化控制、自动补偿、自动校验、自动调节、自动保护和智能化等多种功能。

　　使其应用范围大为扩大，具有复合技术和复合功能，例如。

　　满足用户需求的应变能力较强，能应用于不同的场合和不同领域，。

　　机电一体化产品跳出了机电产品的单技术和单功能限制，电子式空气断路器具有保护特性可调、选择性脱扣、正常通过电流与脱扣时电流的测量、显示和故障自动诊断等功能，使产品的功能水平和自动化程度大大提高。

　　具有复合功能并且适用面广。

　　(5)机电一体化产品的自动化检验和自动监视功能可对工作过程中出现的故障自动采取措施。

　　这些控制程序可通过多种手段输入到机电一体化产品的控制系统中，而不需要改变产品中的任何部件或零件。

　　即可按指定的预定程序进行自动工作，使工作恢复正常，对于具有存储功能的机电一体化产品，可通过改变控制程序来实现工作方式的改变，然后根据不同的工作对象。

　　调整和维护方便，机电一体化产品在安装调试时。

　　只需给定一个代码信号输入，可以事先存入若干套不同的执行程序，以适应不同用户对象的需要以及现场参数变化的需要。

　　3.机电一体化产品的构成及特点

　　(1)机械系统。

　　这部分是实现产品功能的基础，需在结构、材料、工艺加工及几何尺寸等方面满足机电一体化产品高效、多功能、可靠、节能和小型轻量等要求，机电一体化产品的机械系统包括机身、框架、机械传动和联接等机械部分。

　　因此对机械结构提出了更高的要求。

　　(2)动力系统。

　　驱动执行机构工作以完成预定的主功能，机电一体化产品以电能利用为主。

　　动力系统为机电一体化产品提供能量和动力功能。

　　动力系统包括电、液、气等动力源，包括电源、电动机及驱动电路等。

　　(3)传感与检测系统。

　　为机电一体化产品提供运行控制所需的各种信息，同时利用检测系统的功能对这些物理量进行测定。

　　传感器的作用是将机电一体化产品在运行过程中所需要的自身和外界环境的各种参数转换成可以测定的物理量，传感与检测系统的功能一般由测量仪器或仪表来实现，对其要求是体积小、便于安装与联接、检测精度高、抗干扰等。

　　(4)信息处理及控制系统。

　　信息处理及控制系统接收传感与检测系统反馈的信息，机电一体化产品中。

　　并对其进行相应的处理、运算和决策，信息处理及控制系统主要是由计算机的软件和硬件以及相应的接口所组成，根据机电一体化产品的功能和性能要求，以对产品的运行施以按照要求的控制，实现控制功能。

　　(5)执行机构。

　　执行机构因机电一体化产品的种类和作业对象不同而有较大的差异。

　　机电一体化产品的执行机构一般是运动部件，常采用机械、电液、气动等机构，其性能好坏决定着整个产品的性能。

　　因而是机电一体化产品中最重要的组成部分，机电一体化产品的五个组成部分在工作时相互协调。

　　在结构上，各组成部分通过各种接口及其相应的软件有机地结合在一起，执行机构是实现产品目的功能的直接执行者。

　　共同完成所规定的目的功能。

　　实现产品的主功能，。

　　执行机构在控制信息的作用下完成要求的动作，构成一个内部匹配合理、外部效能最佳的完整产品。

　　4.机电一体化的发展趋势

　　(1)智能化。

　　使机电一体化产品具有与人完全相同的智能。

　　机器人与数控机床的智能化就是重要应用，智能化是21世纪机电一体化技术发展的一个重要发展方向，诚然。

　　则是完全可能而又必要的，以求得到更高的控制目标，这里所说的”智能化”是对机器行为的描述。

　　是不可能的，也是不必要的，模拟人类智能，但是，高性能、高速的微处理器使机电一体化产品赋有低级智能或人的部分智能，是在控制理论的基础上。

　　吸收人工智能、运筹学、计算机科学、模糊数学、心理学、生理学和混沌动力学等新思想、新方法，人工智能在机电一体化建设者的研究日益得到重视。

　　使它具有判断推理、逻辑思维、自主决策等能力。

　　(2)模块化。

　　研制和开发具有标准机械接口、电气接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元是一项十分复杂但又是非常重要的事。

　　如研制集减速、智能调速、电机于一体的动力单元，可利用标准单元迅速开发出新产品，同时也可以扩大生产规模，这样。

　　这需要制定各项标准，具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的控制单元。

　　由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，规模化将给机电一体化企业带来美好的前程。

　　由于利益冲突，显然，模块化是一项重要而艰巨的工程。

　　以及各种能完成典型操作的机械装置，以便各部件、单元的匹配和接口。

　　无论是对生产标准机电一体化单元的企业还是对生产机电一体化产品的企业，从电气产品的标准化、系列化带来的好处可以肯定。

　　(3)网络化。

　　20世纪90年代，计算机技术等的突出成就是网络技术。

　　网络技术的兴起和飞速发展给科学技术、工业生产、政治、军事、教育义举人么日常生活都带来了巨大的变革。

　　各种网络将全球经济、生产连成一片，企业间的竞争也将全球化。

　　机电一体化新产品一旦研制出来，只要其功能独到，质量可靠，很快就会畅销全球。

　　由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾，而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品。

　　现场总线和局域网技术是家用电器网络化已成大势，利用家庭网络(home net)将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统(computer integrated appliance system，CIAS)，使人们在家里分享各种高技术带来的便利与快乐。

　　因此，机电一体化产品无疑朝着网络化方向发展。

　　(4)微型化。

　　指的是机电一体化向微型机器和微观领域发展的趋势。

　　国外称其为微电子机械系统(MEMS)，并向微米、纳米级发展，即超精密技术，微机电一体化产品的加工采用精细加工技术。

　　微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活，微型化兴起于20世纪80年代末。

　　它包括光刻技术和蚀刻技术两类，泛指几何尺寸不超过1cm3的机电一体化产品。

　　微机电一体化发展的瓶颈在于微机械技术，在生物医疗、军事、信息等方面具有不可比拟的优势。

　　(5)绿色化。

　　人们呼吁保护环境资源。

　　资源利用率极高，另一方面，于是。

　　工业的发达给人们生活带来了巨大变化，设计绿色的机电一体化产品。

　　生态环境受到严重污染，绿色化是时代的趋势，具有远大的发展前途，对生态环境无害或危害极少。

　　机电一体化产品的绿色化主要是指，符合特定的环境保护和人类健康的要求。

　　绿色产品概念在这种呼声下应运而生，资源减少。

　　报废后能回收利用，生活舒适，回归自然;一方面，物质丰富，使用时不污染生态环境。

　　绿色产品在其设计、制造、使用和销毁的生命过程中。

　　(6)系统化。

　　许多机电一体化产品都是受动物的启发研制出来的，表现是通信功能的大大加强。

　　未来的机电一体化更加注重产品与人的关系，机电一体化产品的最终使用对象是人。

　　另一层是模仿生物机理，一层是，赋予机电一体化产品人的智能、情感、人性显得越来越重要，系统可以灵活组态，特别是对家用机器人。

　　其高层境界就是人机一体化，同时寻求实现多子系统协调控制和综合管理。

　　研制各种机电一体花产品，事实上，一般除RS232外。

　　还有RS485、DCS人格化，进行任意剪裁和组合，系统化的表现特征就是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构。

　　5.结语

　　综上所述，机电一体化技术的广阔发展前景也将越来越光明。

　　是许多科学技术发展的结晶，各种技术相互融合的趋势将越来越明显，并且随着科学技术的发展，与机电一体化相关的技术还有很多。

　　机电一体化的出现不是孤立的，是社会生产力发展到一定阶段的必然要求。

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　　【摘 要】机电一体化的优势，使得越来越多的企业更加重视这种先进的综合采煤方法的利用,也决定了今后我国采煤技术方向的发展。

　　结合笔者的工作经验,本文阐述了机电一体化技术在煤矿行业的特点以及我国煤矿机电一体化的现状问题,重点对机电一体化技术在煤矿生产中的应用进行了探讨分析,以供相关从业人员参考。

　　【关 键 词】煤矿 机电一体化　优点　现状　应用

　　随着微电子技术以及计算机技术的不断发展,机电一体化技术在工程机械领域占据的优势,受到了越来越多企业的重视,其在煤矿开采中的起着重要的作用。

　　一、机电一体化技术在煤矿生产中的特点

　　机电一体化技术在煤矿生产中的特点主要体现：

　　(1)在线监控、自动报警及故障自诊。

　　即对煤矿机械的电动机、传动系统、工作装置、制动系统和液压系统等的在线运行状态监控,出现故障能动报警并准确地指出故障的部位,从而改善操作员的工作条件,提高机器的工作效率,简化设备维护检查工作,降低应用维修费用,缩短停机维修时间,延长设备的应用寿命。

　　(2)节能降耗,提高生产效率。

　　例如井下应用的胶带输送机、通风机、提升机等,应用变频起动、PLC控制系统,节电量就为30%左右,同时生产效率也大大提高。

　　(3)自动化或半自动化程度的提高。

　　煤矿机械实现自动化或半自动化控制,可以减轻操作者的劳动强度,提高生产效率,并减少因操作者的经验不足,对作业精度的影响。

　　(4)适用范围大。

　　机电一体化产品具有复合技术和功能,不具有单技术、单功能的局限性,这使得机电一体化产品的功能得到很大提高,也深化了自动化的程度。

　　机电一体化产品具有的自动和智能功能可以轻松应对用户的需求。

　　机电一体化的兴起主要得益于电子科技的发展,人们尝试着把电子技术和原有的机械水平相结合,用以提高原有的机械水平,事实证明这种做法也起到了良好的效果,不仅刺激了机械行业的发展也进一步提高了电子技术的发展,从而促使我们进入了计算机时代。

　　计算机技术是机电一体化最重要的一部分,其在机电一体化各个方面的应用都起着重要的作用,在更大程度上促进了机电一体化的发展,使得机电一体化的发展进入了蓬勃发展时期。

　　而随着现代科学技术的发展,机电一体化更加具有了时代感和先进性,尤其是进入本世纪以来,各种智能技术的开发与利用对于机电一体化来说简直起到了天翻地覆的作用,他在全方位提高了机电一体化的水准,并且有效地结合了计算机技术的利用,使得计算机技术的应用更加全面,更加全方位和有效。

　　虽然我国在机电一体化的进程方面和西方发达国家差不多,但在具体的技术和应用上却还是存在着很大的差距,不仅仅在整体的技术水平和利用范围上存在着明显差距,就算在具体的机械设备上也存在着明显的落后趋势。

　　举例来说,国外现在最流行的一种SL500系列采煤机的各种数据在我国暂时研制不出来,并且在交流变频开采技术等方面也存在着明显的差距,最大的差距是存在于自动化技术上,因为智能的自动化技术是新兴起的一种技术,这种技术在我国还没有流行的很广泛,因此也就存在着很大的差距。

　　就我国目前来说,煤矿机电一体化还存在着很明显的不足也与西方国家存在明显的差距,但任然取得了很明显的进步,这在很多方面都得到了体现：MGD150NW采煤机的应用是最明显的一个标志,它不仅大大提高了产量,还增加了安全性。

　　综合液压支架的应用不仅仅大量减轻了重力的压力,也提高了人身设备安全。

　　钢丝绳损耗定量检测系统,这一系统就充分利用了计算机的作用,精确的计算了钢丝绳的损耗程度,使安全隐患消失于无形。

　　此外,还有很多其他技术的利用也充分体现了我国煤矿机电一体化的进程,例如提升机交流电控系统、LC煤矿提升机综合后备保护装置、ZDC30/30煤矿用斜巷防跑车挡车装置等。

　　二、机电一体化技术在煤

　　1、机电一体化技术在采煤机中的应用。

　　电牵引采煤机是机电一体化技术在采煤机的一个典型应用。

　　与液压牵引相比,它具有以下特点：①良好的牵引特性：可以在采煤机前进时提供牵引力,使其克服阻力移动,也可以在采煤机下滑时进行发电制动,向电网反馈电能。

　　②可用于大倾角煤层：牵引电动机轴端装有停机时防止机器下滑的制动器,因为它的设计制动力矩为电动机额定转矩的1.6～2.0倍,所以电牵引采煤机可用在40°～50°倾角的煤层,而不需要其它防滑装置。

　　③运行可靠,应用寿命长,电牵引和液压牵引不同,前者除电动机的电刷和整流子有磨a损外,其它元件均无磨损,因此工作可靠,故障少,寿命长,维修工作量小。

　　④反应灵敏,动态特性好：电控系统能及时调整各种参数,防止采煤机超载运行。

　　⑤结构简单、效率高：电牵引采煤机机械传动结构简单、尺寸小、重量轻,电能转换为机械能只做一次转换,效率可达99%,而液压采煤机的效率只有65%-70%左右。

　　2、机电一体化技术在带式输送机中的应用。

　　带式输送机由于长距离连续输送、输送量大、运行可靠、效率高和易于实现自动化等特点,已成为我国煤矿井下原煤输送系统的主要运输设备。

　　因此,成为近几年来机电一体化技术的研究重点。

　　目前主要采用机、电、液一体化的CST可控软启动装置。

　　它是一种专门为平滑起动运送大惯性载荷,如煤炭或金属矿石的长距离皮带运输机而设计的软驱动装置。

　　一条皮带运输机可以由一台或几台CST驱动。

　　由于尚未解决动态分析和在线监控技术以及启动延迟技术,我国带式输送机的中间驱动点不能过多,一般为3点驱动,这样就限制了输送机的单机长度和运量。

　　3、机电一体化技术在提升机中的应用。

　　矿井提升机是目前煤矿机电一体化、自动化水平最高的设备,全数字化交直流提升机。

　　尤其是内装式提升机,从结构上将滚筒和驱动合为一体,机械结构大大简化,充分体现了机械-电力电子-计算机-自动控制的综合体。

　　而全数字化提升机高度可靠,采用总线方式,大大简化了电器安装,此外,硬件配置简单,互相兼容。

　　“九五”期间,国产数字化直流提升机已成为煤矿提升机的首选机型。

　　我国研制成功的具有自主知识产权的全数字化提升机,其核心部分ASCS是由双CPU构成的计算机系统,其性能先进、操作简便、准确可靠。

　　4、矿井安全生产监控系统。

　　多数煤矿应用监控系统还存在一些问题,主要问题是传感器的不足,并且应用过程中,其稳定性相对较差,应用寿命不足,一些研究所和应用单位在这方面进行了大量的研究,对一些关键技术也实施多次再设计改进措施,但仍然没有得到预期的效果,因此这些在实际现场应用率不是很高。

　　在国外,由于计算机网络软硬件技术发展很快,运行速度和质量也在不断提高,传输介质由同轴电缆发展到光缆,信息媒体由字符发展到声像,煤矿的安全监控系统有了很大的发展,他们的机电一体化技术在监控系统上的应用已有了非常高的水平。

　　结语

　　随着科技的进步和技术的发展,现代综合采煤工艺也正在逐步发展,并且变得越来越先进,越来越实用,促进了我国的采煤水平。

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