议机电一体化技术在林业机械上的应用

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摘 要:为了促进我国林业机械向机电一体化的方向发展,以增强产品的竞争能力,现简要谈谈机电一体化技术及其在林业上的应用,希望能够起到抛砖引玉的作用.


关 键 词:机电一体化;自动控制系统;应用

随着现代科学技术的不断发展,不同学科之间有着极大的交叉与渗透,加速了工程领域的技术革命与改造.在机械工程这一领域中,机电一体化随着微电子技术和计算机技术的迅速发展以及向机械工业的渗透开始逐渐形成并不断完善,其对机械工业的产品机构、技术结构、功能与构成、生产方式及管理体系产生了巨大的变化,我国工业生产已经迈入了以“机电一体化”为特征的发展阶段.

一、机电一体化技术的优点

1.1安全性高

相对而言,机电一体化产品在自动监视、报警、自动诊断、自动保护等方面具有更强的功能.当遇到工作过程中的各种电力故障时,它都能自动启动相应保护措施,最大限度避免和减少人身和设备事故,使设备的使用安全性得到显著提高.

1.2使用性能高

由于数字显示和程序控制的普遍采用,机电一体化产品的手柄数量和操作按钮大大减少,简化操作,使用方便.由于预设程序开始逐步被电子控制系统操控,机电一体化产品实现了对全部动作的大量重复.此外,更高级的机电一体化产品甚至还可以实现随机自动寻找最佳的工作程序,实现了自动最优化操作.

1.3生产能力高

由于具备了较强的信息自动处理和自动控制功能,机电一体化产品在控制和检测灵敏度、精度、范围等方面都有很大程度的提高.通过自身自动控制系统,可确保机械执行机构的动作能够按已设计的要求完成,工作质量和产品的合格率也能得到最佳保证.此外,由于自动化的成功实现,机电一体化产品的生产能力也有显著的提高.

1.4适用面广

由于不受机电产品单技术、单功能的限制,机电一体化产品的复合技术和复合功能,大大提高了产品的自动化程度和功能水平.另外,机电一体化产品还因具备了自动化和智能化等多种功能而应用于各种不同的场合和不同领域,对用户需求的应变能力较强.

二、机电一体化技术在林业机械上的应用

2.1在原有的林业机械产品中,增加信息处理装置(如计算机控制的拖拉机机具升降装置、贮木场木材造材自动化等)或利用微电子装置代替原产品的部分机械控制机构(如微机控制自动喷灌等).

2.2在新产品设计中,应用“机电一体化”技术的全新概念,开发出以电子技术为主的新产品,这些产品的机械本体相对较简单,但加上电子装置后,产品的功能大大超过纯机械产品,如各种实用计算机控制系统及目前市场销售的静电喷雾器、松籽破壳机等.

2.3将电子技术和机械技术各自的优势结合起来,开发出以前无法实现的高技术产品,如激光测距森林罗盘仪、林业遥感遥测技术等.

三、机电一体化技术的效果

机电一体化技术不仅可以用来设计新型的产品,还可用来对旧设备进行技术改造,通常可以取得以下一项或几项技术效果和经济效益.

3.1简化机械结构使设备体积小、重量轻,并增强可靠性.

3.2提高产品性能使其在动态和静态精度、效率、操作性、节能等诸方面得到改善.

3.3增加功能,扩大用途.

3.4提高自动化程度不仅可代替人的体力劳动,而且更多地代替脑力劳动.

3.5获得柔性(灵活性)即利用软件来改变机器的工作程序,以满足不同的需要.

3.6智能化即对环境变化具有一定主动适应能力.

3.7系统化不仅组成单机系统,而且能组成多机综合系统,完成复杂的生产任务.例如,柔性制造系统(FMS)、集成制造系统(1MS)等.

四、实现机电一体化的方法

实现机电一体化的方法,就是如何综合利用机械技术和电子技术各自的特长,在适当的地方用适当的元部件,来组成最优机器系统的问题(机器系统是由若干具有特定功能的要素,所组成的有机整体,可以满足人们对它提出的某种使用要求,如数控机床系统、液压自动控制系统等).具体方法可归纳为以下三种:

4.1取代法

这种方法是在以机械结构、强电控制为基础的机器中,用适当的通用或专用电子设备取代其中某些功能部件或功能子系统.改进老产品时,常用此方法.如用可编程控制器和微计算机等,来替代机械式的凸轮、离合器、脱落蜗杆等控制机构,代替气动、液压控制系统,代替插销板、步进开关、程序鼓、时间继电器等继电接触式强电控制器.此法不但能简化机械结构,而且能提高产品的性能和质量.如果采用电子式传感器,例如光电式(光栅、光电开关等)、电磁式(感应同步器、旋转变压器等)或其它电动式(电阻式、电感式、电容式、压电式)的传感器作检测器时,就容易同电子式的控制器相匹配.这些传感器能把非电量的位移、压力、温度、湿度等信号转换为电信号,从而便于采用电子技术.用电子式检测器来取代机械挡块、刻度盘和行程开关等,在提高检测精度和灵敏度方面也是有利的.

4.2结合法

在新产品设计中,常用此法.通常,把各功能部件或子系统,都设计成该机器系统所专用的.因此,各要素之间的匹配问题已得到充分考虑,接口很简单,甚至可能互相融为一体.在国外,已有把电动机(驱动器)与其控制器作成一体的产品出售.在大规模集成电路和微电子计算机普及的今天,集成电路检测器能与微型机系统相兼容.因此,完全能够设计出执行、驱动、检测、控制与机体五要素融合为一体的新产品.

4.3组合法

如将结合法构成的功能模块,象积木块一样用来组合成各种机器系统,则称组合法.同样的功能模块,可用来组合成不同的机器.例如,把液压各系统中的驱动器、检测器和控制器作成机电一体化的驱动功能模块,可以用来驱动不同的液压系统.在新产品系列设计和设备技术改造中,采用这种方法可缩短设计研制周期,节约工装设备费用,利于生产管理和便于使用维修.

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