摘要：自動化系統(tǒng)在工程機(jī)械控制方面有著廣泛的應(yīng)用，智能控制技術(shù)作為自動化控制系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，是未來機(jī)械發(fā)展的重要方向。本篇文章從智能化技術(shù)出發(fā)，闡述了智能化技術(shù)運(yùn)用的主要內(nèi)容，并根據(jù)挖掘機(jī)以及壓路機(jī)的應(yīng)用狀況進(jìn)行實(shí)例解析。

關(guān)鍵詞：工程機(jī)械；智能化系統(tǒng)；實(shí)際運(yùn)用

伴隨著工作量的加大以及工作環(huán)境的惡化，工程機(jī)械施工對施工人員的技術(shù)水平提出了很大的挑戰(zhàn)。即便如此，安全事故的發(fā)生次數(shù)仍然居高不下，為了降低工作人員的操作難度，保證施工人員的人身安全，做好工程機(jī)械中智能化控制系統(tǒng)的研究已經(jīng)勢在必行。

1.工程機(jī)械自動化應(yīng)用現(xiàn)狀

智能化控制其實(shí)就是將人工智能系統(tǒng)引進(jìn)到了機(jī)械控制當(dāng)中，相對于傳統(tǒng)的人工機(jī)械操作來說，智能化系統(tǒng)在一定程度上添加了人腦的某些因素，使機(jī)械有了很好的適應(yīng)能力。智能化的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)將機(jī)械的每個(gè)環(huán)節(jié)例如發(fā)動機(jī)、剎車系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)都納入到了一個(gè)界面之上，工作人員只需要下達(dá)相應(yīng)的指令即可進(jìn)行施工，不需要繁雜的技術(shù)操作，不僅僅方便了施工人員的操作，而且操作的質(zhì)量也會有所提升[1]。下面就常用的幾種智能化控制機(jī)械進(jìn)行介紹：

1.1.鑿巖車

鑿巖車是石料開采工程中的重要機(jī)械，傳統(tǒng)的機(jī)械在開鑿之前需要對土質(zhì)進(jìn)行測驗(yàn)，然后根據(jù)測驗(yàn)的相關(guān)數(shù)據(jù)決定機(jī)械的運(yùn)行參數(shù)。智能化控制技術(shù)在鑿巖車上的使用可以簡化之前的準(zhǔn)備環(huán)節(jié)，設(shè)備能夠根據(jù)自身的運(yùn)行狀況進(jìn)行自主調(diào)整例如鉆進(jìn)速度、回旋速率，操作人員不需要置身于具體的操作當(dāng)中，只需要對機(jī)械進(jìn)行監(jiān)控即可。

2.1.自動裝卸車

自動裝卸車是智能化控制機(jī)械的高端產(chǎn)物，目前也只是在某些先進(jìn)的西方國家中出現(xiàn)，自動裝卸車的控制全程不需要人工的參與，實(shí)現(xiàn)了無人駕駛的目的。它的使用原理主要是通過激光傳感設(shè)備與GPS技術(shù)的融合，促使裝卸車的自動作業(yè)。

1.3.挖掘機(jī)

挖掘機(jī)的工作負(fù)荷量往往會比較大，對操作的精準(zhǔn)度也有很高的要求。操作失誤不僅會使施工的質(zhì)量無法達(dá)標(biāo)，甚至?xí)绊懙绞┕と藛T的人身安全。智能化系統(tǒng)能夠?qū)ν诰驒C(jī)的工作目標(biāo)進(jìn)行測定，根據(jù)鏟斗在施工中所遇阻力的大小選擇挖掘機(jī)的運(yùn)行功率，很大程度上的提升了工作效率。

1.4.壓路機(jī)

與鑿巖機(jī)相似，壓路機(jī)在進(jìn)行碾壓施工之前也需要對實(shí)際的現(xiàn)場情況進(jìn)行人工測量，測量的主要內(nèi)容有瀝青的溫度、鋪設(shè)的厚度等，然后根據(jù)實(shí)際測量的數(shù)據(jù)決定壓路機(jī)的運(yùn)行參數(shù)和碾壓次數(shù)。智能化系統(tǒng)能夠?qū)β访娴臏囟?、硬度等因素進(jìn)行測量，自動匹配設(shè)備運(yùn)行的參數(shù)，簡化了施工之前的測量環(huán)節(jié)[2]。

2.工程機(jī)械智能化研究的主要內(nèi)容

2.1.工程機(jī)械對作業(yè)對象信息的識別

2.1.1.超聲波傳感技術(shù)

超聲波傳感器主要是用來解決特殊環(huán)境下距離測量的難題，它主要是根據(jù)聲波發(fā)射器和聲波接收器兩個(gè)設(shè)備來進(jìn)行距離測量的，聲波發(fā)射器發(fā)射聲波，然后到達(dá)目的地之后聲波會原路返回，智能系統(tǒng)根據(jù)聲波返回的時(shí)間進(jìn)行測算，就可以得到施工的距離。

2.1.2.激光掃描技術(shù)

激光是利用光的反射原理對距離進(jìn)行測量，相對于超聲波傳感器而言，激光掃描得到的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度較高。但是，激光掃描技術(shù)對環(huán)境的要求比較高，如果測量環(huán)境中含有大量的粉塵，就會使激光的傳輸速率下降，從而造成最終結(jié)果的偏差。因此，在對聲波和激光兩種技術(shù)進(jìn)行選擇時(shí)，要對施工現(xiàn)場的條件進(jìn)行具體判定。

2.1.3.圖像處理技術(shù)

圖像處理技術(shù)的發(fā)展進(jìn)度相對比較緩慢一些，原因在于圖像處理設(shè)備需要對大范圍的環(huán)境信息進(jìn)行測量，這對傳感器的技術(shù)有著很高的要求，再加上圖像處理技術(shù)需要在短時(shí)間內(nèi)對收集而來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，加大了技術(shù)研發(fā)的難度。

2.1.4.自動化識別技術(shù)

自動識別技術(shù)采用的是智能傳感系統(tǒng)，它能夠?qū)C(jī)械運(yùn)動的具體環(huán)節(jié)進(jìn)行控制，將力度、軌跡、功率等因素納入到智能化控制系統(tǒng)之中，機(jī)械內(nèi)部的計(jì)算機(jī)能夠?qū)κ占臄?shù)據(jù)進(jìn)行分析，然后向機(jī)械的各個(gè)環(huán)節(jié)下達(dá)操作指令，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)械的智能化控制[3]。

2.2.工程機(jī)械對環(huán)境的適應(yīng)性作業(yè)

工程機(jī)械在施工中受很多因素的影響，施工環(huán)境的變化帶動了施工機(jī)械的參數(shù)變化，如果機(jī)械不能夠?qū)ν庠诃h(huán)境的具體變化做及時(shí)的反應(yīng)，就會影響整個(gè)施工的進(jìn)程。下面就對工程機(jī)械的適用性進(jìn)行介紹：

2.2.1.導(dǎo)航系統(tǒng)

導(dǎo)航系統(tǒng)主要是通過傳感器的組合來實(shí)現(xiàn)的，內(nèi)部傳感器是導(dǎo)航系統(tǒng)的核心，主要包括編碼器、回轉(zhuǎn)儀等設(shè)備，他們能夠合理的規(guī)劃設(shè)備的移動方向，而且可以調(diào)整行進(jìn)的速度。由于內(nèi)部傳感器在工程機(jī)械中的應(yīng)用并不是很完善，所以在運(yùn)作時(shí)中會存在著一定的數(shù)據(jù)偏差，為了保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，就需要外部傳感器的使用，以對數(shù)據(jù)的偏差進(jìn)行修正。目前，外部傳感器技術(shù)主要包括電磁和光反兩種：

通過對機(jī)械的行走線路進(jìn)行分析，找出機(jī)械在移動中出現(xiàn)錯(cuò)誤的位置，并對位置進(jìn)行標(biāo)記，然后在錯(cuò)誤位置上鋪設(shè)電磁設(shè)備，使該位置形成一個(gè)電力磁場，當(dāng)機(jī)械移動到該位置時(shí)，磁場能夠引導(dǎo)機(jī)械回歸到正常的軌道之上，從而使機(jī)械的移動線路得到修正。

光學(xué)反射技術(shù)在黑暗的施工環(huán)境下有著很好的導(dǎo)向效果。一般情況下，這種技術(shù)都是應(yīng)用于地下工程之中，通過光線的反射作用找到機(jī)械移動的具體方向，從而對機(jī)械實(shí)施控制。為了防止機(jī)械在拐彎時(shí)出現(xiàn)碰撞，需要在通道拐彎的地方設(shè)置明顯的路標(biāo)，然后利用光線反射加以識別。

3.實(shí)例分析

為了對智能化系統(tǒng)在機(jī)械控制方面做進(jìn)一步的剖析，下面筆者就以履帶式液壓挖掘機(jī)和全液壓振動壓路為例，對智能化機(jī)械控制系統(tǒng)進(jìn)行介紹：

3.1.挖掘機(jī)的智能控制方法

3.1.1負(fù)載適應(yīng)控制

通常情況下，挖掘機(jī)的工作都不是局限于一種動力，挖掘機(jī)根據(jù)實(shí)際情況可以對多個(gè)動力進(jìn)行選擇。但是，無論是哪一種功率模式，其發(fā)動機(jī)的輸出功率都是在一個(gè)固定的數(shù)值之上，既不會過大，也不會過小。為了適應(yīng)多種情況下挖掘機(jī)的智能化控制，技術(shù)人員一般會對挖掘機(jī)的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定，保證泵的拉伸功率始終大于或者等于發(fā)動機(jī)的額定功率，這就使發(fā)動機(jī)得到了有效的利用，不僅保證了挖掘機(jī)能夠持續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)，還可以降低發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的能源和設(shè)備損耗。

3.1.2.動力適應(yīng)控制

動力適應(yīng)控制技術(shù)是挖掘機(jī)智能控制系統(tǒng)的典型，它能夠?qū)ψ鳂I(yè)環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，然后通過計(jì)算機(jī)的分析，將數(shù)據(jù)指令進(jìn)行傳達(dá)，最終依靠挖掘機(jī)的動力系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。例如挖掘機(jī)在進(jìn)行挖掘作業(yè)時(shí)，如果挖掘的土質(zhì)較為堅(jiān)硬，就會使挖掘的難度增加，挖掘機(jī)的智能系統(tǒng)會對鏟斗傳輸過來阻力程度進(jìn)行分析，發(fā)動機(jī)會根據(jù)計(jì)算機(jī)傳來的指令增加輸出功率，從而達(dá)到挖掘的目的。動力適應(yīng)裝置的采用，有效的避免了人工操作的局限性，使挖掘質(zhì)量有了數(shù)據(jù)性的支持。

3.1.3.控制方法

智能技術(shù)對挖掘機(jī)的控制主要是通過挖掘機(jī)的液壓系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，智能系統(tǒng)將施工條件進(jìn)行數(shù)字化轉(zhuǎn)變，然后經(jīng)過智能系統(tǒng)的運(yùn)算對液壓設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。檢測的數(shù)據(jù)主要包括泵的吸收能力、輸油能力等等，有的智能化系統(tǒng)相對比較完整一些，可能會對控制桿的移動距離進(jìn)行測量，這些微小數(shù)據(jù)的測量，會使智能化系統(tǒng)的準(zhǔn)確程度大大提高。

3.2.壓路機(jī)的控制策略

3.2.1.自我調(diào)節(jié)

壓路機(jī)根據(jù)施工質(zhì)量的大體要求進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的設(shè)定，然后通過在實(shí)際作業(yè)中的具體應(yīng)用，逐步找到質(zhì)量控制的具體數(shù)據(jù)，從而達(dá)到自我調(diào)節(jié)的目的。智能系統(tǒng)的調(diào)節(jié)主要體現(xiàn)在壓路機(jī)的推進(jìn)速度、振動輪的振幅和振動頻率之上，如果路面的硬實(shí)度沒有達(dá)到施工的要求，壓路機(jī)就會減緩?fù)七M(jìn)的速度，通過加大振幅和頻率的方法，對路面進(jìn)行進(jìn)一步的碾壓，直至達(dá)到施工的標(biāo)準(zhǔn)。

3.2.2.控制方法

智能系統(tǒng)通過對振動輪的振動頻率和振幅等數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，判斷路面的壓實(shí)度是否達(dá)到指定要求[4]。目前，有一種叫BTM-E全新的智能控制系統(tǒng)能夠?qū)β访娴奈锢碜兞窟M(jìn)行測定，通過路面的負(fù)載和變形得到最終的數(shù)據(jù)。

結(jié)束語：

智能化控制系統(tǒng)使人工智能化在工程機(jī)械中的應(yīng)用變?yōu)榭赡?。隨著信息化、網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代的推進(jìn)，這種智能技術(shù)將得到更進(jìn)一步的提升。為此，做好智能化技術(shù)在工程機(jī)械控制中的研究，對企業(yè)的未來發(fā)展有著重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]王樹明.智能化技術(shù)在工程機(jī)械上的應(yīng)用[J].山東交通學(xué)院.2011（05）

[2]張宏.智能控制技術(shù)在工程機(jī)械上的應(yīng)用[J].徐工研究院.2012（07）

[3]呂昊.工程機(jī)械上智能技術(shù)的應(yīng)用[J].大慶石油管理局長春機(jī)械廠.2012（11）

[4]魏洪興.智能化工程機(jī)械及其關(guān)鍵技術(shù)研究[J].北京航空航天大學(xué).2011（17）

作者簡介：

王明冬（1976.12-）男，漢族，高級實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師，高級技師，大學(xué)本科學(xué)歷，中國地質(zhì)大學(xué)（武漢），研究方向：控制工程