1、机电一体化的发展与应用远程与继续教育学院 专科毕业大作业题 目： 机电一体化的发展与应用 站 点： 指导教师： 学 号： 专 业： 机电一体化技术 年 级： 姓 名： 年 月专科毕业大作业诚信承诺书本人郑重承诺网络教育 专科 层次 机电一体化技术 专业的毕业论文 机电一体化的发展与应用 的主要观点和思想系本人独立思考完成，并在此申明我愿承担与上述承诺相违背的事实所引起的一切消极后果。签名：2018年01月04日 机电一体化技术在煤矿中的应用摘 要随着科学技术日益走向整体化、交叉化和数字化以及微电子技术信息技术的迅速发展，随着科技的发展和市场需求的多样化，机电一体化技术的应用也越来越广泛。机电一
2、体化技术在数字化、智能化、模块化、网络化、人性化、微型化、集体化、带源化、绿色化的影响至关重要，它是现代科技发展的必然结果，其逐步的成为了目前一切经济产业不可或缺的一部分，本文对机电一体化技术未来的发展趋势进行探究，以及在各个领域当中的应用作了简要阐述，证明了机电一体化技术在目前经济发展中，以满足用户对产品环保、节能、操作舒适性及智能化监控维护的重要作用。 关键词： 机电一体化；发展；应用 摘要 III1 机电一体化的基本概念 611 基本概念 62 机电一体化的发展状况 63 机电一体化的趋势 731 绿色化 732 数字化 833 网络化 834 模块化 835 智能化 836 人性化 9
3、37 集成化 938 带源化 94 机电一体化技术的研究在煤矿生产中的重要意义 1041 提高劳动效率 1042 提高了劳动安全保障 1043 增加了经济效益和矿工的劳动收入 105 机电一体化技术在煤矿中的应用 1051 机电一体化技术在采煤机中的应用 1052 机电一体化技术在提升机中的应用 1153 机电一体化技术在带式输送机中的应用 1154 其它 11结束语 13致谢 14参考文献 151 机电一体化的基本概念1.1 基本概念机电一体化又称机械电子学，英语称为Mechatronics，它是由英文机械学Mechanics的前半部分与电子学Electronics的后半部分组合而成。机电一
4、体化最早出现在1971年日本杂志机械设计的副刊上，随着机电一体化技术的快速发展，机电一体化的概念被我们广泛接受和普遍应用。随着计算机技术的迅猛发展和广泛应用,机电一体化技术获得前所未有的发展。现在的机电一体化技术，是机械和微电了技术紧密集合的一门技术，他的发展使冷冰冰的机器有了人性化，智能化。机电一体化是在以机械、电子技术和计算机科学为主的多门学科相互渗透、相互结合过程中逐渐形成和发展起来的一门新兴边缘技术学科，而机电一体化产品是在机械产品的基础上，采用微电子技术和计算机技术生产出来的新一代产品。机电一体化技术同时也是工程领域不同种类技术的综合及集合，它是建立在机械技术、微电子技术、计算机和信
5、息处理技术、自动控制技术、电力电子技术、伺服驱动技术以及系统总体技术基础之上的一种高新技术 2 机电一体化的发展状况20世纪60年代以前为第一阶段，这一阶段称为初级阶段。在这一时期，人们自觉不自觉地利用电了技术的初步成果来完善机械产品的性能。特别是在第二次世界大战期间，战争刺激了机械产品与电子技术的结合，这些机电结合的军用技术，战后转为民用，对战后经济的恢复起了积极的作用。那时研制和开发从总体上看还处于自发状态。由于当时电子技术的发展尚未达到一定水平，机械技术与电子技术的结合还不可能方泛和深入发展，已经开发的产品也无法大量推广。20世纪70-80年代为第二阶段，可称为蓬勃发展阶段。这个时期，计
6、算机技术、控制技术、通信技术的发展，为机电一体化的发展奠定了技术基础。大规模、超大规模集成电路和微型计算机的讯猛发展，为机电一体化的发展提供了充分的物质基础。在这个时期首先mechtronics一词在日本被普遍接受，大约到20世纪80年代末期在世界范围内得到比较广泛的承认；其次机电一体化技术和产品得到了极大发展；最后各国均开始对机电一体化技术和产品给以很大的关注和支技。20世纪90年后期为第三阶段，开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段，机电一体化进入深入发展时期。一方面，光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支；另
7、一方面对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法， 机电一体化的学科体系和发展趋势都进行了深入研究。同时，由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地。这些研究，将促进机电一体化进一步建立完整的基础和逐渐形成完整的科学体系。3 机电一体化的趋势机电一体化向智能化方向迈进.20世纪90年代后期，各主要发达国家开始了机电一体化技术向智能化方向迈进的新阶段。一方面，光学、通信技术等进入了机电一体化，微细加工技术也在机电一体化中崭露头脚，出现了光机电一体化和微机电一体化等新分支；另一方面，对机电一体化系统的建模设计、分析和集成方法，机电一体化的学科
8、体系和发展趋势都进行了深入研究。同时，由于人工智能技术、神经网络技术及光纤技术等领域取得的巨大进步，为机电一体化技术开辟了发展的广阔天地，也为产业化发展提供了坚实的基础。31 绿色化绿色化在如今高科技技术飞速发展的时代背景下，给人们的生活带来巨大变化，人们对生活水平的要求也越来越高，在我们享受着物质丰富、美好环境带来的快乐的同时，也带来资源减少、生太环境恶化的后果。所以，人们呼唤保护环境，回归自然，避免生态环境的破坏以及物质资源的减少，实现可持续发展，绿色产品概念在这种呼声中应运而生。所以，工业生产发展的绿色化标准越来越受我们共同追求的目标。绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协调而可再
9、生利用的产品。在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求，机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境，产品寿命结束时，产品可分解和再生利用。在当今时代一定会非常受欢迎，并且也将很好地发挥出其作用。 32 数字化微控制器和接口技术的发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、通用性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程控制操作、诊断和修复。33 网络化网络技术的产生和发展给我们的日常生活带来了很
10、多的方便，也给社会各个领域带来了巨大变革。而且由于网络技术的高科技性能其在工业生产以及科学技术等方面都有所涉及。伴随着网络技术的发展普及，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使家用电器网络化成为可能，利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统，随着计算机技术的使用和不断推广，使人们足不出户就可充分享受各种高技术带来的好处，因此，机电一体化技术逐步的走向网络化是必然的发展趋势。34 模块化是一项重要而艰巨的工程。由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、动力接口、环境接口的机
11、电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。从而避免利益的冲突，并能使之标准化、系列化。35 智能化如今是一个智能化水平相对比较高的社会，要想跟随上社会的步伐，就要在机电一体化技术当中加入人工智能，实现机电一体化的智能化。即要求机电产品有一定的智能，使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如在CNC 数控机床上增加人机对话功能，设置智能I/O 接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。也
12、包括加设一些控制理论基础以及引进源自于多方面的思维和方法。比如说：计算机科学技术、心理学等，虽然说机电一体化的产品是无法达到与人同等智能水平的，不过其中高性能的微处理器具是绝对可以生产出低级智能产品的。随着模糊数学、神经网络、灰色理论、心理学、生理学和混沌动力学等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。 36 人性化人性化是各类产品的必然发展方向。机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赐予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说更自然，更接近生活习惯。还是一种艺术享受，
13、如家用机噐人的最高境界就是人机一体化。37 集成化集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合，又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。首先可将系统分解为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又安全地运转，然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强。38 带源化是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。由于在许多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具有独特的好处。带源化是机电一体化产品的发展方向之一。4
14、机电一体化技术的研究在煤矿生产中的重要意义41 提高劳动效率机电一体化产品的应用使过去落后的生产方式得到极大的改变,大量新型自动化电子设备的使用彻底转变了煤矿的作业模式,明显降低了工人的劳动强度,大幅提升了劳动生产率,极大地提高了劳动效率。 42 提高了劳动安全保障传统的煤矿工作环境非常恶劣,在潮湿、充满煤尘的环境中长时间、高负荷地工作严重影响到矿工的身体健康和生活质量,某些情况下还会危及到他们的人身安全。采用机电一体化设备进行煤炭的采掘、运输、提升等,不仅可以使矿工从繁重的体力劳动中解脱出来,而且还能降低发生事故和危险的几率,防止工伤和职业病的发生,保证了矿工的生命安全。43 增加了经济效益
15、和矿工的劳动收入煤矿机电一体化技术的运用使得煤炭的产量大幅提高,增加了企业的经济效益,同样使矿工的劳动收入有所提高,改善矿工的生活质量。煤矿企业的快速发展带动了其它相关行业的快速发展,对地方经济的快速发展起到积极的推动作用。5 机电一体化技术在煤矿中的应用51 机电一体化技术在采煤机中的应用机电一体化技术在采煤机的一个典型应用就是电牵引采煤机。它具有许多液压牵引采煤机不具备的优势和特点:良好的牵引特性。在采煤机前进时它可以提供牵引力,在采煤机下滑时它还可以进行发电制动;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,可用在4050倾角的煤层,而不需要其它防滑装置;运行可靠,使用
16、寿命长。与液压牵引不同是电牵引采煤机除电动机的电刷和整流子有磨损外,其它元件没有磨损,因此运行可靠,使用寿命长,维修量小;反应灵敏,动态特性好;结构简单、效率高。电牵引采煤机机械传动结构轻便简单,只做一次转换电能转换为机械能,转换效率可高达99%,而液压采煤机的电能转换机械能的转换效率只有65%70%左右。52 机电一体化技术在提升机中的应用目前煤矿机电一体化、自动化水平最高的设备是矿井提升机,为全数字化交直流提升机。尤其是内装式提升机,在结构上将滚筒和驱动合二为一,大大简化了机械结构,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,使电器安装大大简化,此
17、外,硬件配置简单,互相兼容。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。53 机电一体化技术在带式输送机中的应用带式输送机是我国煤矿井下输送系统的主要运输设备,具有长距离连续输送、输送量大、运行可靠、效率高和易于实现自动化等特点。因此,近几年来带式输送机已成为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,我国带式输送机一般
18、为3点驱动,对输送机的单机长度和运量存在一定的限制。而且,输送机的监控设备的功能、可靠性、灵敏度和寿命都与发达国家相比存在显着的差距。 54 其他煤矿机电一体化设备液压支架则向电液控制方向发展,将计算机技术与液压控制有机结合,实现定压双向邻架或成组自动移架,避免对顶板和支架产生冲击载荷。煤矿供电要求是供电要可靠,质量要高,能满足大功率设备。因此应该推广节能型产品。高压开关柜采用维护量小,使用寿命长的真空开关。目前高、低开关柜普遍采用了“微机保护”,具备网络功能,可以实现远程遥控、遥测、遥信和遥调。机电一体化技术是企业信息化的重要支撑技术,目前已经成为矿山综合自动化的基础。机电一体化技术在煤矿采
19、、掘、运装备的应用和推广,极大地提升了我国煤矿生产的综合实力,为实现高效、安全、洁净、结构优化的煤炭工业生产打下了扎实的基础。机电一体化系统是机械、电子和信息等功能各异的技术融为一体的综合系统，其构成要素或子系统之间的接口极为重要，从某种意义上说，机电一体化系统设计归根结底就是接口设计概念设计是产品设计进程中最富创新性的阶段之一，原理方案设计则是概念设计的核心，对提高产品性能、降低产品成本有决定性的影响。近年来，国内外研制了一些能够实现特定功能的功能原理解的设计知识目录或知识库，探索了单一功能原理解的计算机表达及智能搜索策略，研制了能对单一功能求解的试验系统口。但对多学科领域集成的机电一体化系
20、统概念设计阶段的功能原理求解，尤其是基于接口特征匹配的机电一体化系统功能原理求解的研究却很少见到报道本文着重探讨了基于接口特征匹配的机电一体化系统功能原理求解策略和实现方法结束语随着机电一体化技术的发展，各种产品与装置实现了机电一体化，有利实现整体优化，提高产品质量和生产效率，缩短开发新产品的生产准备周期，加速科技成果向商品转化，有利推动传统产业发生深刻变革，同时，随着新产品的研发及高精密等设备的发展，要求新一代机电一体化技术、产品及系统朝着高性能、智能化、系统化以及轻量化、微型化方向发展，经过20多年的发展，机电一体化技术已经成为当今世界最热门、最重要的技术发展方向之一，并影响到几乎全部的工
21、业行业。我国从80年代初对机电一体化技术和产品开始予以重视，先后在国家科技攻关计划、863高科技计划和国家自然科学基金中列专项对机电一体技术加以研究，并取得了一系列重大科技成果。从而为国家带来更大的经济效益与社会效益。致谢光阴似箭，日月如梭，不知不觉中我已在华中科技大学度过了美好的两年半学习时光。期间，在老师和同学们的关怀和帮助下，我丰富了知识、扩大了视野、提高了能力，为今后的学习与发展奠定了基础。在论文完成之际，我要特别感谢我的指导老师王莉老师的热情关怀和悉心指导。在我撰写论文的过程中，王老师倾注了大量的心血和汗水，无论是在论文的选题、构思和资料的收集方面，还是在论文的研究方法以及成文定稿方
22、面，我都得到了王老师悉心细致的教诲和无私的帮助，特别是他广博的学识、深厚的学术素养、严谨的治学精神和一丝不苟的工作作风使我终生受益，在此表示真诚地感谢和深深的谢意。在论文的写作过程中，也得到了许多同学的宝贵建议，同时还到许多在工作过程中许多同事的支持和帮助，在此一并致以诚挚的谢意。感谢所有关心、支持、帮助过我的良师益友。感谢我的父母，是他们一直在背后默默地支持我。最后，向在百忙中抽出时间对本文进行评审并提出宝贵意见的各位专家表示衷心地感谢！参考文献1 杨自厚人工智能技术及其在钢铁工业中的应用冶金自动化，1994（5）2 唐立新.钢铁工业CIMS特点和体系结构的研究冶金自动化，1996（4）3
23、唐怀斌工业控制的进展与趋势自动化与仪器仪表，1996（4）4 王俊普智能控制M合肥：中国科学技术大学出版社，1996 5 林行辛钢铁工业自动化的进展与展望河北冶金，1998（1）6 殷际英光机电一体化实用技术北京：化学工业出版社，2003 7 芮延年机电一体化系统设计北京：机械工业出版社，2004成绩评定：一、对毕业大作业的学术评语（应具体、确切、实事求是）：二、对毕业大作业评分按下表要求综合评定：（1）理工科评分表评分项目(分值)调研论证(10分)技术水平与实际能力(25分)基本理论与专业知识(25分)创新(15分)毕业大作业撰写质量(15分)学习态度(10分)合计(100分)得分（2）文科评分表评分项目(分值)文献阅读与文献综述(10分)学术水平与创新(30分)毕业大作业能力(30分)毕业大作业撰写质量(20分)学习态度(10分)合计(100分)得分指导老师签字： 年 月 日
