工程機(jī)械機(jī)電一體化分析論文

　　隨著高級公路、鐵路等工程建設(shè)項目的發(fā)展，人們對施工提出了更高要求�，F(xiàn)階段，受到技術(shù)水平的影響，在工程項目施工過程中主要采用人工操作機(jī)械的方式。這種方式不僅受工作環(huán)境的影響較大，而且制約了施工進(jìn)度，亟待在施工中采用智能化的機(jī)械設(shè)備推動工程項目的建設(shè)與發(fā)展。

　　1工程機(jī)械機(jī)電一體化、機(jī)器人化的發(fā)展現(xiàn)狀

　　20世紀(jì)90年代，隨著信息技術(shù)和機(jī)電技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，智能化工程機(jī)械技術(shù)逐漸應(yīng)用到實踐領(lǐng)域。在蔣新松的倡導(dǎo)和實施的“863計劃”下，工程機(jī)器人化的研究工作逐漸開展，并且將機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用到挖掘機(jī)和推土機(jī)上，如圖1所示，為機(jī)器人挖掘機(jī)。隨著工程機(jī)械機(jī)器人化和機(jī)電一體化后，多所大學(xué)、科學(xué)院、企業(yè)先后加大了工程機(jī)械的研發(fā)力度，大大推動了其向智能化的發(fā)展。例如，清華大學(xué)與徐工集團(tuán)在技術(shù)上進(jìn)行合作，完成單級和集群自動化的課題研究；柳工與蘇州大學(xué)、華中科技大學(xué)合作，成功完成了裝載機(jī)遠(yuǎn)程服務(wù)專家系統(tǒng)與智能化挖掘機(jī)及企業(yè)信息化工程立項的工作，并將其逐漸應(yīng)用到隧道施工等多個領(lǐng)域。隨著科技的發(fā)展，近幾年機(jī)器人和機(jī)電一體化研究有了突破性進(jìn)展，在工程機(jī)械領(lǐng)域應(yīng)用地越來越廣。例如，通過無線電遙控器指揮裝載機(jī)進(jìn)入到危險地帶作業(yè)，運用無人駕駛自卸車深入到1000m深坑中來進(jìn)行多項施工工作�，F(xiàn)階段，在部分推土機(jī)上安裝GPS對其進(jìn)行導(dǎo)引，在密切觀察地形坡度、施工環(huán)境的基礎(chǔ)上，機(jī)械能夠代替人工施工，從而更出色地完成任務(wù)。

　　2工程機(jī)械機(jī)電一體化、機(jī)器人化過程中存在的問題

　　2.1機(jī)械對工作對象的識別能力較差。工程在生產(chǎn)和建設(shè)過程中需要應(yīng)用大量的機(jī)械設(shè)備。機(jī)械設(shè)備圍繞工作內(nèi)容而開展，并且跟隨作業(yè)對象在移動。由于作業(yè)對象和作業(yè)環(huán)境會隨著工作開展的程度而不斷變化，且無規(guī)律可以遵循，如地下環(huán)境和地上的障礙物隨時會發(fā)生變化，所以需要機(jī)械操作人員隨時觀察工程建設(shè)的現(xiàn)場施工情況，監(jiān)測工程現(xiàn)場的作業(yè)情況，根據(jù)現(xiàn)有的作業(yè)環(huán)境對其做出準(zhǔn)確判斷，以更好地指揮機(jī)械設(shè)備，促使其順利完成工作任務(wù)[1]。由于機(jī)械對作業(yè)對象的自我感應(yīng)能力較弱，面對不確定的工作環(huán)境和工作內(nèi)容無法找尋其工作規(guī)律，所以需要操作人員運用自身的技術(shù)對其進(jìn)行操作，在不同環(huán)境下采用不同的工作方式。因此，現(xiàn)階段所運用的工程機(jī)械無法滿足實際應(yīng)用的需求。后續(xù)的研究工作中，為了讓工程機(jī)械更好地為施工現(xiàn)場服務(wù)，要不斷提高工程機(jī)械的判斷和識別能力，研發(fā)出適應(yīng)作業(yè)環(huán)境變化的新型智能機(jī)械設(shè)備。2.2施工環(huán)境對工程機(jī)械機(jī)器人提出了較高要求。工程機(jī)械的作業(yè)場所主要在室外，施工環(huán)境多為40℃以上的高溫或者是-30℃以下的低溫，大風(fēng)天氣較多，且伴有暴雪、塵埃等，作業(yè)環(huán)境十分惡劣。除了天氣對施工環(huán)境造成較大影響外，施工場所經(jīng)常受到強(qiáng)烈的沖擊和震動，甚至在某些作業(yè)環(huán)境下機(jī)械設(shè)備無法開展工作。例如，在-35℃的天氣下，土壤受到寒冷天氣的影響形成凍土層，無法開展挖掘工作，或者是挖掘速度較慢且對設(shè)備的損傷較大。所以，這對控制系統(tǒng)提出了更高要求，希望智能設(shè)備能夠適應(yīng)各種作業(yè)環(huán)境，并且保證其運行效率[2]。同時，施工過程中要采取相應(yīng)的防護(hù)措施保護(hù)好傳感器、微機(jī)系統(tǒng)等機(jī)械設(shè)備上的元件，避免其在惡劣環(huán)境下工作受到損傷。2.3工程機(jī)械機(jī)電一體化和機(jī)械人技術(shù)融合度較低。工程機(jī)械投入到實踐應(yīng)用領(lǐng)域，需要涉及到機(jī)電、光學(xué)、生物等多個學(xué)科中的內(nèi)容，才能保證其滿足智能化發(fā)展的需求。通過研究現(xiàn)階段工程機(jī)械設(shè)備的智能化系統(tǒng)，結(jié)合實際工作情況，發(fā)現(xiàn)智能機(jī)械設(shè)備的信息處理能力較低，各種程序之間的協(xié)調(diào)能力較差。例如，內(nèi)燃機(jī)的工作和排放過程中，需要運用超聲波測距、調(diào)整刀板高度等多項工作內(nèi)容對機(jī)械進(jìn)行控制。再如，測繪超聲波測距儀設(shè)計結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，需要根據(jù)這一設(shè)計思路對機(jī)械進(jìn)行控制，才能實現(xiàn)機(jī)械設(shè)備運行效率的高效化。但是，由于技術(shù)的融合水平較低，機(jī)械設(shè)備無法通過自控系統(tǒng)完成全部的操作內(nèi)容，需要操作人員協(xié)助其開展工作[3]。可見，技術(shù)的發(fā)展水平和融合程度較低，亟待工程機(jī)械設(shè)備的技術(shù)研發(fā)人員加大研發(fā)力度，提高工程機(jī)械的智能化水平。

　　3實現(xiàn)工程機(jī)械機(jī)電一體化、機(jī)器人化的有效措施

　　3.1提高工程機(jī)械的識別能力。工程項目的施工環(huán)境較為復(fù)雜，作業(yè)條件經(jīng)常變化。為了提高施工效率，減少操作人員的參與，需加大研發(fā)力度，提高工程機(jī)械的識別能力。首先，設(shè)備的研究部門要深入施工現(xiàn)場，了解不同作業(yè)環(huán)境對機(jī)械設(shè)備所提出的要求[4]。其次，與科研院校進(jìn)行合作，提高工程機(jī)械設(shè)備的技術(shù)含量。通過提升智能化水平的方式，更好地感應(yīng)作業(yè)環(huán)境的變化，讓機(jī)械設(shè)備通過傳感器所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)調(diào)整其作業(yè)方式，適應(yīng)作業(yè)環(huán)境的變化，滿足作業(yè)對象提出的多種要求，從而提高工程的施工效率。3.2工程機(jī)械要滿足作業(yè)環(huán)境的需求。通過分析施工現(xiàn)場工程機(jī)械的運行和發(fā)生的故障，受高溫或者低溫等自然因素的影響，電氣、傳感器等設(shè)備在正常溫度下可以開展工作，但在施工現(xiàn)場卻難以開展。因此，要調(diào)整工程機(jī)械設(shè)備上的元件。首先，機(jī)械設(shè)備研發(fā)人員研發(fā)出適應(yīng)惡劣天氣的設(shè)備元件，在各種環(huán)境下均可以保持良好的工作狀態(tài)[5]。其次，施工人員要定期檢修和維護(hù)設(shè)備，避免出現(xiàn)停工修理機(jī)械設(shè)備的現(xiàn)象。最后，保護(hù)好控制元件，對必要的設(shè)備做好隔離和反干擾措施，減少外界環(huán)境對機(jī)械設(shè)備的影響。3.3提高技術(shù)的融合度。工程項目的作業(yè)環(huán)境和工作內(nèi)容，對工程機(jī)械設(shè)備提出了較高的技術(shù)要求。只有機(jī)械設(shè)備的技術(shù)水平高，才能最大限度地降低人工介入，進(jìn)而提高施工速度和效率。例如，在地下穿孔作業(yè)中，需要工程機(jī)械沿著一定的軌跡工作，所以要融入激光技術(shù)并設(shè)置傾斜計、加速度計為其提供數(shù)據(jù)，保證其按照設(shè)計的軌跡工作。同時，為了了解工程機(jī)械的施工緊張情況，需要工程機(jī)械傳輸大量的圖像資料，通過圖像資料找出其所在的位置等�，F(xiàn)階段，智能化的應(yīng)用水平較低，需要多種設(shè)備分散進(jìn)行，才能完成工程建設(shè)的工作內(nèi)容。因此，工程機(jī)械設(shè)備只有將光學(xué)、計算機(jī)、自動控制等多個領(lǐng)域的知識進(jìn)行有效融合，并平行向前發(fā)展，才能加快機(jī)電一體化和機(jī)器人化建設(shè)的步伐。

　　4結(jié)語

　　隨著工程項目的發(fā)展，應(yīng)用設(shè)備機(jī)械化水平不斷提高。受國家政策上的支持和大學(xué)、科研機(jī)構(gòu)的參與，工程機(jī)械機(jī)電一體化和機(jī)械人化取得了較好發(fā)展。由于施工環(huán)境較為惡劣，技術(shù)發(fā)展不完善，它在實際應(yīng)用中存在一定的不足。所以，要加大研發(fā)力度，不斷改進(jìn)設(shè)備工藝，進(jìn)而更好地投入到實踐工作領(lǐng)域，從而推動其更好地發(fā)展。

　　參考文獻(xiàn)

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