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Ministerio de Educación Especial Superior y Secundaria de la República de Uzbekistán

Instituto Tecnológico de Ingeniería de Bukhara

Trabajo independiente

Sistemas mecatrónicos para transporte por carretera

Plan

Introducción

1. Propósito y planteamiento del problema

2. Leyes de control (programas) del cambio de marchas

3. Coche moderno

4. Ventajas de la novedad

Bibliografía

Introducción

La mecatrónica surgió como una ciencia compleja a partir de la fusión de partes separadas de la mecánica y la microelectrónica. Puede definirse como una ciencia que se ocupa del análisis y síntesis de sistemas complejos que utilizan dispositivos de control mecánicos y electrónicos en la misma medida.

Todos los sistemas mecatrónicos de los automóviles se dividen en tres grupos principales según su finalidad funcional:

Sistemas de control de motores;

Sistemas de control de transmisión y chasis;

Sistemas de control de equipos de cabina.

El sistema de gestión del motor se subdivide en sistemas de gestión de motores de gasolina y diésel. Por diseño, son monofuncionales y complejos.

En sistemas monofuncionales, la ECU solo envía señales al sistema de inyección. La inyección se puede realizar de forma continua y por pulsos. Con un suministro constante de combustible, su cantidad cambia debido a un cambio de presión en la línea de combustible, y con un pulso, debido a la duración del pulso y su frecuencia. Hoy en día, los automóviles son una de las áreas más prometedoras de la aplicación de sistemas mecatrónicos. Si consideramos la industria automotriz, la introducción de tales sistemas nos permitirá lograr suficiente flexibilidad de producción, captar mejor las tendencias de la moda, introducir rápidamente desarrollos avanzados de científicos, diseñadores y, por lo tanto, obtener una nueva calidad para los compradores de automóviles. El automóvil en sí, especialmente un automóvil moderno, es objeto de un escrutinio minucioso desde el punto de vista del diseño. El uso moderno de un automóvil requiere mayores requisitos para la seguridad en la conducción, debido a la motorización cada vez mayor de los países y los estándares cada vez más estrictos de respeto al medio ambiente. Esto es especialmente cierto para las megaciudades. La respuesta a los desafíos actuales del urbanismo es el diseño de sistemas de rastreo móviles que controlan y ajustan el desempeño de componentes y ensamblajes, logrando un desempeño óptimo en términos de respeto al medio ambiente, seguridad y comodidad operativa del vehículo. La urgente necesidad de equipar los motores de los automóviles con sistemas de combustible más complejos y costosos se debe en gran medida a la introducción de requisitos cada vez más estrictos sobre el contenido de sustancias nocivas en los gases de escape, que, lamentablemente, apenas está comenzando a resolverse.

En sistemas complejos, una unidad electrónica controla varios subsistemas: inyección de combustible, encendido, sincronización de válvulas, autodiagnóstico, etc. El sistema de control electrónico del motor diesel controla la cantidad de combustible inyectado, el momento de inicio de la inyección, la corriente de la bujía de la antorcha. etc. En un sistema de control de transmisión electrónica, el tema de regulación es principalmente una transmisión automática. Basándose en las señales de los sensores de ángulo del acelerador y la velocidad del vehículo, la ECU selecciona la relación de transmisión óptima, lo que mejora la eficiencia del combustible y la capacidad de control. El control del chasis incluye conducción, cambios de trayectoria y frenado del vehículo. Actúan sobre el sistema de suspensión, dirección y frenado y mantienen la velocidad establecida. La gestión del equipamiento interior está diseñada para aumentar la comodidad y el valor del vehículo para el consumidor. Para ello, un acondicionador de aire, un panel de instrumentos electrónico, un sistema de información multifuncional, una brújula, faros, un limpiaparabrisas intermitente, un indicador de lámparas quemadas, un dispositivo de detección de obstáculos al dar marcha atrás, dispositivos antirrobo, equipos de comunicación, central Se utilizan cerraduras de puertas, elevadores de cristales, asientos de posición variable, modo de seguridad, etc.

1. Enunciado del propósito y del problema

La importancia decisiva que tiene el sistema electrónico en el automóvil hace que prestemos mayor atención a los problemas asociados a su mantenimiento. La solución a estos problemas es incorporar funciones de autodiagnóstico al sistema electrónico. La implementación de estas funciones se basa en las capacidades de los sistemas electrónicos que ya se utilizan en el vehículo para el monitoreo continuo y la resolución de problemas con el fin de almacenar esta información y diagnósticos. Autodiagnóstico de sistemas mecatrónicos de vehículos. El desarrollo de sistemas de control electrónico para el motor y la transmisión ha llevado a una mejora en el rendimiento del vehículo.

Según las señales de los sensores, la ECU genera comandos para activar y desactivar el embrague. Estos comandos se envían a la válvula solenoide, que activa y desactiva la transmisión del embrague. Se utilizan dos válvulas de solenoide para cambiar de marcha. El sistema hidráulico establece las cuatro posiciones de marcha (1, 2, 3 y sobremarcha) combinando los estados abierto-cerrado de las dos válvulas. Al cambiar de marcha, el embrague se desacopla, eliminando así las consecuencias de cambiar el momento asociado con el cambio de marcha.

2.

Leyes de control (programas) cambio de marcha en una transmisión automática, proporcionan una transmisión óptima de la energía del motor a las ruedas del vehículo, teniendo en cuenta las propiedades de tracción y velocidad requeridas y el ahorro de combustible. Al mismo tiempo, los programas para lograr propiedades óptimas de velocidad de tracción y un consumo mínimo de combustible difieren entre sí, ya que no siempre es posible lograr simultáneamente estos objetivos. Por lo tanto, dependiendo de las condiciones de conducción y los deseos del conductor, es posible seleccionar el programa "economía" para reducir el consumo de combustible, el programa "potencia" mediante un interruptor especial. ¿Cuáles eran los parámetros de su computadora de escritorio hace cinco o siete años? Hoy, los bloques del sistema de finales del siglo XX parecen ser un atavismo y solo pretenden ser una máquina de escribir. La situación es similar con la electrónica automotriz.

3. Coche moderno

Un automóvil moderno es ahora imposible de imaginar sin unidades de control y actuadores compactos: actuadores. A pesar de cierto escepticismo, su implementación avanza a pasos agigantados: ya no nos sorprenderán la inyección electrónica de combustible, los servos para espejos, techos solares y ventanas, la dirección asistida eléctrica y los sistemas de entretenimiento multimedia. Y cómo no recordar que la introducción de la electrónica en el automóvil, de hecho, se inició desde el organismo más responsable: los frenos. Ahora, en 1970, el desarrollo conjunto de Bosch y Mercedes-Benz bajo la modesta abreviatura ABS revolucionó la seguridad activa. El sistema de frenos antibloqueo no solo aseguró el control del automóvil con el pedal presionado "hasta el piso", sino que también impulsó la creación de varios dispositivos adyacentes, por ejemplo, el sistema de control de tracción (TCS). Esta idea fue implementada por primera vez en 1987 por uno de los principales desarrolladores de electrónica a bordo: la empresa Bosch. En esencia, el control de tracción es lo opuesto al ABS: este último evita que las ruedas se deslicen al frenar y el TCS al acelerar. El módulo electrónico monitorea la tracción de las ruedas a través de varios sensores de velocidad. Si el conductor "pisa fuerte" el pedal del acelerador más fuerte de lo normal, creando una amenaza de deslizamiento de la rueda, el dispositivo simplemente "estrangulará" el motor. El diseño "apetito" creció de año en año. Pocos años después, se creó ESP, el Programa de Estabilidad Electrónica. Equipando el automóvil con sensores para el ángulo de dirección, la velocidad de las ruedas y la aceleración lateral, los frenos comenzaron a ayudar al conductor en las situaciones más difíciles que se presenten. Al frenar una u otra rueda, la electrónica minimiza el riesgo de que el automóvil se desvíe al pasar a alta velocidad por giros difíciles. La siguiente etapa: se le enseñó al ordenador de a bordo a reducir la velocidad ... 3 ruedas al mismo tiempo. En algunas circunstancias en la carretera, esta es la única forma de estabilizar el automóvil, que las fuerzas centrífugas de movimiento intentarán desviar de una trayectoria segura. Pero hasta ahora, a la electrónica sólo se le ha confiado una función de "supervisión". El chófer siguió ejerciendo presión en la transmisión hidráulica con el pedal. La tradición se rompió con el SBC electrohidráulico (Sensotronic Brake Control), que se ha instalado en serie en algunos modelos de Mercedes-Benz desde 2006. La parte hidráulica del sistema está representada por un acumulador de presión, un cilindro maestro de freno y líneas. Eléctrico - bomba-bomba, creando una presión de 140-160 atm. , sensores de presión, velocidad de la rueda y recorrido del pedal del freno. Al presionar este último, el conductor no mueve la varilla habitual del amplificador de vacío, sino que presiona con el pie el "botón", dando una señal al ordenador, como si estuviera controlando algún tipo de electrodoméstico. La misma computadora calcula la presión óptima para cada circuito y la bomba, a través de válvulas de control, suministra fluido a los cilindros de trabajo.

4. Ventajas de la novedad

Ventajas de la novedad- rendimiento, combinando las funciones del ABS y el sistema de estabilización en un solo dispositivo. También hay otros beneficios. Por ejemplo, si de repente pisa el pedal del acelerador, los cilindros de freno pasarán las pastillas al disco en preparación para el frenado de emergencia. El sistema incluso está vinculado a ... limpiaparabrisas. Según la intensidad del trabajo de los "limpiaparabrisas", el ordenador concluye que se mueve bajo la lluvia. La reacción es corta e imperceptible para que el conductor toque las almohadillas de los discos de secado. Bueno, si tienes "suerte" de quedarte atascado en un atasco en la subida, no te preocupes: el coche no retrocederá mientras el conductor mueve el pie del freno al acelerador. Finalmente, a una velocidad de menos de 15 km / h, se puede activar la llamada función de desaceleración suave: cuando se suelta el gas, el automóvil se detiene tan suavemente que el conductor ni siquiera siente el "mordisco" final. mecatrónica microelectrónica motor transmisión

¿Y si falla la electrónica? Está bien: las válvulas especiales se abrirán por completo y el sistema funcionará como uno tradicional, aunque sin un amplificador de vacío. Hasta ahora, los diseñadores no se atreven a abandonar por completo los dispositivos de freno hidráulico, aunque eminentes empresas ya están desarrollando sistemas "sin líquido" con fuerza y ​​fuerza. Por ejemplo, "Delphi" anunció que había resuelto la mayoría de los problemas técnicos que parecían un callejón sin salida hasta hace poco: se desarrollaron potentes motores eléctricos, se desarrollaron reemplazos para los cilindros de freno y los actuadores eléctricos se hicieron aún más compactos que los hidráulicos.

Lista l iteraciones

1. Butylin V.G., Ivanov V.G., Lepeshko I.I. et al. Análisis y perspectivas de desarrollo de sistemas de control de frenado de ruedas mecatrónicos // Mecatrónica. Mecánica. Automatización. Electrónica. Ciencias de la Computación. - 2000. - No. 2. - P. 33 - 38.

2. Danov B.A., Titov E.I. Equipos electrónicos de automóviles extranjeros: Sistemas de transmisión, suspensión y control de frenos. - M.: Transporte, 1998 .-- 78 p.

3. Danov BA Sistemas de control electrónico de automóviles extranjeros. - M.: Hot line - Telecom, 2002 .-- 224 p.

4. Shiga H., Mizutani S. Introducción a la electrónica automotriz: Per. del japonés. - M.: Mir, 1989 .-- 232 p.

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Ventajas de los sistemas y dispositivos mecatrónicos (MS&D) Las principales ventajas de MS&D en comparación con las herramientas de automatización tradicionales incluyen las siguientes. 1. Costo relativamente bajo debido al alto grado de integración, unificación y estandarización de todos los elementos e interfaces. 2. Alta calidad de implementación de movimientos complejos y precisos debido al uso de métodos de control inteligentes. 1


3. Alta fiabilidad, durabilidad, inmunidad al ruido. 4. Compacidad constructiva de módulos (hasta miniaturización en micromáquinas). 5. Peso, tamaño y características dinámicas mejoradas de las máquinas debido a la simplificación de las cadenas cinemáticas; 6. Posibilidad de integrar módulos funcionales en complejos sistemas mecatrónicos y complejos para tareas específicas del cliente. 2


Aplicación de módulos mecatrónicos (MM) y sistemas mecatrónicos (MS) Hoy en día, MM y MS se utilizan en las siguientes áreas. Construcción de máquinas-herramienta y equipos para la automatización de procesos productivos. Robótica (industrial y especial). Equipo de aviación, espacial y militar. Automotriz (por ejemplo, estabilización de vehículos y sistemas de estacionamiento automático). Medios de transporte no tradicionales (bicicletas eléctricas, carros de carga, sillas de ruedas, etc.). 3


Equipo de oficina (como fotocopiadoras). Equipo informático (por ejemplo, impresoras, discos duros). Equipo médico (rehabilitación, clínico, servicio). Electrodomésticos (lavar, coser, lavavajillas, etc.). Micromáquinas (para medicina, biotecnología, comunicaciones y telecomunicaciones). Dispositivos y máquinas de control y medición; Equipo de fotografía y video. Simuladores para la formación de pilotos y operadores. El espectáculo es una industria. 4




Desarrollo de la mecatrónica El rápido desarrollo de la mecatrónica en los años 90 y ahora, como nueva dirección científica y técnica, se debe a 3 factores principales. 1) Nuevas tendencias en el desarrollo industrial mundial. 2) Desarrollo de los fundamentos fundamentales y la metodología de la mecatrónica (ideas científicas básicas, fundamentalmente nuevas soluciones técnicas y tecnológicas); 3) La actividad de los especialistas en los campos de la investigación y la educación. 6




Los principales requisitos del mercado mundial en el campo de los sistemas mecatrónicos La necesidad de producir y reparar equipos de acuerdo con el sistema internacional de estándares de calidad formulado en la norma ISO9000. Internacionalización del mercado de productos científicos y técnicos y, como resultado, la necesidad de una implementación activa en la práctica de formas y métodos de ingeniería y transferencia de tecnología internacional. ocho


Aumento del papel de las pequeñas y medianas empresas manufactureras en la economía debido a su capacidad para responder de manera rápida y flexible a los requisitos cambiantes del mercado, El rápido desarrollo de sistemas y tecnologías informáticas, telecomunicaciones (en los países de la CEE, hasta el 60% de la El crecimiento del producto nacional agregado se debe precisamente a estas industrias). Una consecuencia directa de esta tendencia es la intelectualización de los sistemas de control de movimiento mecánico y las funciones tecnológicas de las máquinas modernas. nueve




Las empresas modernas que se embarcan en el desarrollo de productos mecatrónicos deben resolver las siguientes tareas principales. 1. Integración estructural de departamentos de perfiles mecánicos, electrónicos e informativos en equipos unificados de diseño y producción. 2. Formación de ingenieros y gerentes de orientación mecatrónica, capaces de integrar sistemas y supervisar el trabajo de especialistas altamente especializados de diversas titulaciones. 3. Integración de tecnologías de la información de diversas áreas científicas y técnicas - mecánica, electrónica, control informático, en un solo conjunto de herramientas para el soporte informático de las tareas mecatrónicas. once


El nivel de integración de los elementos constituyentes se toma como principal criterio de clasificación en mecatrónica. De acuerdo con esta característica, los MC se pueden dividir por niveles o generaciones, si consideramos cronológicamente su aparición en el mercado de productos intensivos en ciencia. 12


Generación MM 1.a generación Motor eléctrico de elemento básico Módulo de motor Motor de alto par Módulo de elemento de trabajo del motor Segunda generación Módulos de movimiento mecatrónico (rotativo y lineal) Módulos mecatrónicos inteligentes de tercera generación Elemento adicional Convertidor de potencia Dispositivo mecánico Elemento de trabajo Sensores de retroalimentación Sensores de información Microordenador (controlador ) Diagrama de desarrollo de los módulos de movimiento mecatrónico 13


Los MM del 1er nivel son la unión de solo dos elementos originales. En 1927, la firma "Bauer" (Alemania) desarrolló un diseño fundamentalmente nuevo que combina un motor eléctrico y una caja de cambios, que luego se generalizó y se denominó motor-caja de cambios. Así, el motor-reductor es un módulo estructural compacto en el que se combinan un motor eléctrico y un convertidor-reductor de movimiento. catorce


Los MM de segunda generación aparecieron en los años 80 en relación con el desarrollo de nuevas tecnologías electrónicas, que hicieron posible crear sensores en miniatura y unidades electrónicas para el procesamiento de señales. La combinación de módulos de accionamiento con estos elementos dio lugar a la aparición del movimiento MM, a partir del cual se crearon máquinas de potencia controlada, en particular, máquinas PR y CNC. 15


Un módulo de movimiento es un producto funcional y estructuralmente independiente que incluye partes mecánicas y eléctricas que se pueden usar individualmente y en varias combinaciones con otros módulos. Módulo de movimiento mecatrónico: un módulo de movimiento que además incluye una parte de información, que incluye sensores para varios propósitos. dieciséis


La característica principal que distingue al módulo de movimiento del accionamiento industrial general es el uso del eje del motor como uno de los elementos del convertidor mecánico. Ejemplos de módulos de movimiento son motor de engranajes, motor de rueda, motor de tambor, husillo eléctrico, etc. 17


MM 3ª generación. Su desarrollo se debe a la aparición en el mercado de microprocesadores y controladores basados ​​en ellos relativamente económicos. Como resultado, fue posible intelectualizar los procesos que tienen lugar en la EM, en primer lugar, los procesos de control de los movimientos funcionales de máquinas y ensamblajes. Un módulo mecatrónico inteligente (IMM) es un módulo de movimiento mecatrónico que además incluye un dispositivo informático basado en microprocesador y un convertidor de potencia. Dieciocho


Los dispositivos mecatrónicos de cuarta generación son microsistemas y micro-robots mecatrónicos de control y medición de información (por ejemplo, que penetran los vasos en el cuerpo para combatir el cáncer, la aterosclerosis y operar en órganos y tejidos dañados). Se trata de robots para la detección y reparación de defectos en el interior de tuberías, reactores nucleares, naves espaciales, etc. 19


En los dispositivos mecatrónicos de la quinta generación, las herramientas informáticas y de software tradicionales para el control numérico serán reemplazadas por neurochips y neurocomputadoras basadas en los principios del cerebro y capaces de realizar una actividad conveniente en un entorno cambiante. 20



El transporte de automóviles juega un papel importante en la sociedad, el sistema de transporte del país, la economía. El automóvil se usa ampliamente para entregar mercancías a ferrocarriles, atracaderos fluviales y marítimos, dar servicio a empresas comerciales industriales, trabajadores agrícolas y proporcionar transporte de pasajeros. La proporción del transporte por carretera representa aproximadamente la mitad del transporte de pasajeros y carga (Figura 12.1)

Figura 12.1- Distribución de transporte

Literalmente han pasado algo más de cien años desde que apareció el primer coche, y prácticamente no hay ámbito de actividad en el que no se haya utilizado. Por lo tanto, la industria automotriz en las economías de los países desarrollados es ahora la rama líder de la ingeniería mecánica. Hay razones para esto:

Primero, la gente necesita cada día más y más automóviles para resolver diversos problemas económicos;

En segundo lugar, esta industria es intensiva en conocimientos y de alta tecnología. Ella "tira" de muchas otras industrias, cuyas empresas ejecutan sus numerosos pedidos. Las innovaciones introducidas en la industria automotriz obligan inevitablemente a estas industrias a mejorar su producción. Debido al hecho de que hay muchas de estas industrias, como resultado, hay un aumento en toda la industria y, en consecuencia, en la economía en su conjunto;

En tercer lugar, la industria automotriz en todos los países desarrollados es uno de los sectores más rentables de la economía nacional, ya que contribuye a un aumento de la facturación comercial y aporta ingresos considerables al tesoro público a través de las ventas en los mercados nacionales y mundiales;

Cuarto, la industria automotriz es una industria de importancia estratégica. El desarrollo de esta industria hace que el país sea económicamente fuerte y, por lo tanto, más independiente. El uso generalizado de los mejores ejemplos de tecnología automotriz en el ejército sin duda aumenta el poder defensivo del país.

Ahora, en la industria automotriz, hay una serie de tendencias que indican su importancia e importancia, así como industrias relacionadas en las economías de los países industrializados. Existe un enfoque completamente nuevo para el desarrollo técnico del automóvil, la organización y la tecnología de su producción. Las tendencias científicas y técnicas se centran en reducir el consumo de combustible y las emisiones, desarrollar un vehículo ultraligero, mejorar la seguridad, calidad, confiabilidad y durabilidad, así como desarrollar sistemas viales y viales inteligentes.

El desarrollo de la mecatrónica en automóviles (figura 12.2) y en máquinas de producción tiene sus propias características. En los automóviles, la expansión de la automatización y, por tanto, de la mecatrónica, se inició principalmente en el campo de los dispositivos de confort. La primera de las unidades mecatrónicas, como es históricamente la costumbre, existía un motor con un sistema de suministro de combustible y control automático del mismo. El segundo es el sistema Power Attachment Control (EHR), el líder mundial en cuya producción es Bosch. El tercero es la transmisión. Aquí el proceso comenzó con la llegada de las transmisiones mecánicas con cambio de marchas bajo carga. Estaban equipados con dispositivos de conmutación hidráulicos, luego electrohidráulicos y luego con control automático electrónico de conmutación. Las empresas occidentales (la alemana ZF y otras) comenzaron a suministrar a las fábricas de automóviles y a producir para la venta transmisiones en un conjunto tan completo

La fuerza y ​​el beneficio del diseño mecatrónico de las unidades es especialmente claramente visible en el ejemplo de las transmisiones, que, en presencia y ausencia de control automático con los mismos otros componentes del complejo, muestran un contraste llamativo en las características de ambos. y los vehículos equipados con ellos. En forma mecatrónica, proporcionan un orden de magnitud de características más favorables en casi todos los indicadores de funcionamiento de la máquina: técnicos, económicos y ergonómicos.

Al comparar los complejos mecatrónicos con sus prototipos no mecatrónicos en términos de perfección técnica, es fácil ver que los primeros son significativamente superiores a los segundos, no solo en los indicadores generales, sino también en el nivel y la calidad del diseño. Esto no es sorprendente: el efecto sinérgico se manifiesta no solo en el producto final, sino también en el proceso de diseño debido al nuevo enfoque de diseño.

Figura 12.2- Clasificación de sistemas mecatrónicos de vehículos

Al controlar el funcionamiento del motor de un automóvil, se utilizan varios sistemas:

- AVCS (sistema de control activo de válvulas)- El sistema de sincronización variable de válvulas en los vehículos Subaru cambia la elevación de la válvula dependiendo de la carga instantánea del motor. Carril común(Nissan) es un sistema de inyección que suministra combustible a los cilindros a través de un riel común a alta presión. Se diferencia en una serie de ventajas gracias a las cuales la conducción brinda más placer al conductor: los motores diésel con Common Rail se caracterizan por una excelente respuesta del acelerador y un bajo consumo de combustible, lo que elimina la necesidad de detenerse a menudo en las estaciones de servicio.

- GDI- Inyección directa de gasolina, que se puede traducir como "inyección directa de combustible", es decir, el combustible de dicho motor no se inyecta en el colector de admisión, sino directamente en los cilindros del motor. M-Fuego- sistema de control de combustión: el contenido de humo de los gases de escape y el contenido de óxidos de nitrógeno en ellos se reducen significativamente, mientras que se aumenta la potencia y se reduce el nivel de ruido.

- MIVEC(Mitsubishi): controla de manera óptima el momento de apertura de las válvulas de admisión de acuerdo con las condiciones de funcionamiento del motor, lo que mejora la estabilidad del motor en ralentí, las características de potencia y par para todo el rango de funcionamiento.

- VTEC(Honda) - Sistema de sincronización variable de válvulas. Se utilizan para mejorar las características del par en un amplio rango de rpm, así como para mejorar la economía y el rendimiento medioambiental del motor. También se aplica a los vehículos Mazda.

- DPS- Sistema de bomba doble: dos bombas de aceite conectadas en serie (es decir, una tras otra). A la misma velocidad de rotación de ambas bombas de aceite, tiene lugar una circulación de aceite "uniforme", es decir, E. no hay áreas con alta y baja presión (Fig. 12.3).

Figura 12.3- Sistema de bomba dual

- Carril común(ing. carretera común) - tecnología moderna de sistemas de suministro de combustible en motores diesel con inyección directa. En el sistema de riel común, la bomba bombea combustible a alta presión (250 - 1800 bar, según el modo de funcionamiento del motor) al riel común. Los inyectores controlados electrónicamente con válvulas de solenoide o piezoeléctricas inyectan combustible en los cilindros. Dependiendo del diseño, los inyectores producen de 2 a 5 inyecciones por ciclo. El cálculo preciso del ángulo de inyección y la cantidad de combustible inyectado permite que los motores diésel cumplan con los crecientes requisitos ambientales y económicos. Además, los motores diesel con un sistema common rail en su potencia y características dinámicas se han acercado y en algunos casos han superado a los motores de gasolina.

Existen diferentes tipos de dispositivos de transmisión mecatrónica:

- CVT- Transmisión automática con variador. Es un mecanismo con un rango de cambio de relación de transmisión mayor que el de una transmisión manual de 5 velocidades.

- DAC- Downhill Assist Control: el sistema controla el comportamiento del automóvil en pendientes pronunciadas. Las ruedas están equipadas con sensores que miden la velocidad de rotación de las ruedas y la comparan constantemente con la velocidad del automóvil. Analizando los datos obtenidos, la electrónica frena las ruedas delanteras a tiempo a una velocidad de unos 5 km / h.

- DDS- Soporte de conducción cuesta abajo: un sistema de control de movimiento en vehículos Nissan en pendientes pronunciadas. El DDS mantiene automáticamente una velocidad de 7 km / h al descender, evitando que las ruedas se bloqueen.

- Drive Select 4x4- La tracción total se puede encender y apagar en movimiento a velocidades de hasta 100 km / h.

- TSA(Asistente de estabilidad del remolque): sistema de estabilización del vehículo mientras se conduce con un remolque. Cuando el vehículo pierde estabilidad, por lo general comienza a vibrar en la carretera. En este caso, el TSA frena las ruedas "en diagonal" (delantera izquierda - trasera derecha o delantera derecha - trasera izquierda) en antifase, mientras reduce la velocidad del vehículo al reducir el suministro de combustible al motor. Utilizado en vehículos Honda.

- Fácil selección 4WD- el sistema de tracción total, ampliamente utilizado en los automóviles Mitsubishi, le permite cambiar 2WD a 4WD, y viceversa, mientras el automóvil está en movimiento.

- Control de lógica de pendiente- El sistema de selección de marchas "inteligente", proporciona una tracción uniforme, lo que es especialmente importante en la subida.

- CVT-M6 hipertrónico(Nissan): ofrece una aceleración suave y continua sin las sacudidas de las transmisiones automáticas tradicionales. También son más económicas que las transmisiones automáticas tradicionales. CVT-M6 está diseñado para conductores que desean combinar las ventajas de las transmisiones automáticas y manuales en el agua. Al mover la palanca de cambios a la ranura más alejada del conductor, tiene la oportunidad de cambiar seis velocidades con relaciones de cambio fijas.

- INVECS-II- Máquina automática adaptativa (Mitsubishi) - Transmisión automática con modo deportivo y posibilidad de control mecánico.

- EBA- un sistema electrónico de control de presión en el sistema de freno hidráulico, que, en caso de frenado de emergencia y esfuerzo insuficiente en el pedal de freno, aumenta de forma independiente la presión en la línea de freno, haciéndolo muchas veces más rápido que una persona. Y el sistema EBD distribuye uniformemente las fuerzas de frenado y trabaja en conjunto con ABS - sistema de frenos antibloqueo.

- ESP +- Sistema de estabilización antideslizante ESP: el sistema más complejo que utiliza las capacidades de antibloqueo, control de tracción con control de tracción y sistemas de control electrónico del acelerador. La unidad de control recibe información de los sensores de aceleración angular del vehículo, ángulo del volante, información sobre la velocidad del vehículo y la rotación de cada una de las ruedas. El sistema analiza estos datos y calcula la trayectoria de movimiento, y si en giros o maniobras la velocidad real no coincide con la calculada y el auto "saca" afuera o adentro de la curva, corrige la trayectoria de movimiento, frenando las ruedas. y reduciendo el empuje del motor.

- HAC- Control de asistencia de arranque en pendiente: el sistema controla el comportamiento de la máquina en pendientes pronunciadas. El HAC no solo evita que las ruedas patinen cuando se sube por una pendiente resbaladiza, sino que también puede evitar el retroceso si la velocidad del vehículo es demasiado lenta y se desliza hacia abajo bajo el peso de la carrocería.

- Portaherramientas- con la ayuda de este dispositivo, el automóvil se mantiene en los frenos incluso después de que se suelta el pedal del freno, el Portabrocas se desacopla solo después de que se suelta el pedal del embrague. Diseñado para comenzar a moverse cuesta arriba.

- Control dual AIRMATIC- Suspensión neumática activa con control electrónico y sistema de amortiguación adaptativa ADS II funciona en modo totalmente automático (Fig. 12.4). En comparación con la suspensión de acero tradicional, mejora significativamente la comodidad y la seguridad de la conducción. AIRMATIC DC funciona con cojines de aire, cuya electrónica los hace más duros o más blandos según la situación de la carretera. Si los sensores, por ejemplo, han detectado un estilo de conducción deportivo, la suspensión neumática que es cómoda en el funcionamiento normal es automáticamente más rígida. El comportamiento de la suspensión y la amortiguación también se puede ajustar manualmente a Sport o Comfort mediante un interruptor.

La electrónica funciona con cuatro modos de amortiguación diferentes (ADS II), que se adaptan automáticamente en cada rueda a las condiciones de la carretera. Por lo tanto, el vehículo rueda con suavidad, incluso en carreteras en mal estado, sin comprometer la estabilidad.

Figura 12.4- Control dual AIRMATIC

El sistema también está equipado con una función para ajustar el nivel del vehículo. Proporciona una distancia al suelo casi constante incluso con un vehículo cargado, lo que le da estabilidad al vehículo. Al conducir a alta velocidad, el vehículo puede descender automáticamente para reducir la inclinación de la carrocería. Por encima de 140 km / h, el vehículo se baja automáticamente en 15 mm, y por debajo de 70 km / h, se restablece el nivel normal. Además, en malas condiciones de la carretera, es posible elevar manualmente el vehículo 25 mm. Conducir continuamente a una velocidad de aproximadamente 80 km / ho superando la velocidad de 120 km / h volverá automáticamente al nivel normal.

También en los automóviles, se utilizan varios sistemas de frenado, que se utilizan para reducir significativamente la distancia de frenado, interpretar correctamente el comportamiento del conductor durante el frenado y activar la fuerza máxima de frenado en caso de frenado de emergencia.

- Asistencia de frenado (BAS) de serie en todos los turismos Mercedes-Benz, interpreta el comportamiento del conductor durante el frenado y, si se detecta un frenado de emergencia, genera la máxima fuerza de frenado si el conductor no presiona el pedal del freno lo suficiente. El desarrollo de la asistencia de frenado se basa en los datos recibidos por el Departamento de Investigación de Accidentes de Mercedes-Benz: en una situación crítica, los conductores presionan el pedal del freno rápidamente, pero no lo suficientemente fuerte. De esta forma, el asistente de frenado puede ayudar de forma eficaz al conductor.

Para una mejor comprensión, hagamos una breve descripción de la tecnología de los sistemas de frenado modernos: el servofreno, que aumenta la presión creada por el pie del conductor, consta de dos cámaras, que están separadas por una membrana móvil. Si no se frena, hay vacío en ambas cámaras. Al presionar el pedal del freno en el servofreno, se abre una válvula de control mecánico, que deriva el aire en la cámara trasera y cambia la relación de presión en las dos cámaras. El esfuerzo máximo se crea cuando reina la presión atmosférica en la segunda cámara. En la asistencia de frenado (BAS), un sensor de movimiento de diafragma detecta si la frenada es extrema. Detecta el movimiento del diafragma entre las cámaras y transmite el valor a la centralita BAS. Comparando constantemente los valores, la microcomputadora reconoce el momento en que la velocidad de presionar el pedal del freno (igual a la velocidad de movimiento del diafragma en el servofreno) excede el valor estándar; esto es frenado de emergencia. En este caso, el sistema activa una válvula solenoide, a través de la cual la cámara trasera se llena instantáneamente de aire y se genera la máxima fuerza de frenado. A pesar de este frenado total automático, las ruedas no se bloquean, porque el conocido sistema antibloqueo de frenos ABS mide la fuerza de frenado, manteniéndola óptimamente al borde del bloqueo, manteniendo así la controlabilidad del vehículo. Si el conductor quita el pie del pedal del freno, un sensor de actuación especial cierra la válvula solenoide y se desactiva la asistencia automática de frenado.

Figura 12.6- Asistente de freno (BAS) Mercedes

- Sistema de frenos antibloqueo (ABS)(Sistema antibloqueo alemán Sistema de frenos antibloqueo en inglés (ABS)): un sistema que evita que las ruedas del vehículo se bloqueen al frenar. El objetivo principal del sistema es reducir la distancia de frenado y garantizar la capacidad de control del vehículo durante un frenado brusco, y excluir la posibilidad de resbalones incontrolados.

El ABS consta de los siguientes componentes principales:

Sensores de velocidad o aceleración (desaceleración) instalados en los cubos de las ruedas del vehículo.

Válvulas de control, que son elementos del modulador de presión, instaladas en la línea del sistema de freno principal.

Unidad de control que recibe señales de sensores y controla el funcionamiento de las válvulas.

Después del inicio del frenado, el ABS inicia una determinación constante y bastante precisa de la velocidad de rotación de cada rueda. En el caso de que una rueda en particular comience a girar mucho más lento que las otras (lo que significa que la rueda está a punto de bloquearse), una válvula en la línea de freno limita la fuerza de frenado en esa rueda. Tan pronto como la rueda comienza a girar más rápido que las demás, se restablece la fuerza de frenado.

Este proceso se repite varias veces (o varias decenas de veces) por segundo y, por lo general, conduce a una pulsación notable del pedal del freno. La fuerza de frenado se puede limitar tanto en todo el sistema de frenado al mismo tiempo (ABS monocanal), como en el sistema de frenado del talón (ABS de dos canales) o incluso en una rueda individual (ABS multicanal). Los sistemas de un solo canal proporcionan una desaceleración bastante eficaz, pero solo si las condiciones de tracción de todas las ruedas son más o menos las mismas. Los sistemas multicanal son más caros y más complicados que los sistemas monocanal, pero son más efectivos al frenar en superficies no uniformes, si, por ejemplo, al frenar, una o más ruedas golpean el hielo, una sección mojada del camino, o al costado del camino.

Los sistemas de control y navegación se están generalizando en los automóviles modernos. .

- Sistema DISTRONIC- Realiza la regulación electrónica de la distancia al vehículo de delante mediante un radar, control simple mediante la palanca TEMPOMAT, proporciona comodidad adicional en las autopistas y carreteras similares, mantiene las condiciones de trabajo del conductor.

El ajustador de distancia DISTRONIC mantiene la distancia requerida con el vehículo de adelante. Si la distancia disminuye, se activa el sistema de frenado. Si no hay ningún vehículo delante, DISTRONIC mantiene la velocidad establecida por el conductor. DISTRONIC proporciona comodidad adicional para conducir en Autobahn y carreteras similares. El microordenador procesa las señales del radar, que está instalado detrás de la rejilla del radiador, a una velocidad de 30 a 180 km / h. Los pulsos de radar se reflejan desde el vehículo de delante, se procesan y, en base a esta información, se calcula la distancia al vehículo de delante y su velocidad. Si un Mercedes-Benz con DISTRONIC se acerca demasiado al vehículo delantero, DISTRONIC reduce automáticamente el acelerador y aplica el freno para mantener la distancia establecida. Si es necesario frenar con fuerza, se informa al conductor mediante una señal acústica y una luz de advertencia, lo que significa que el conductor debe pisar el pedal del freno él mismo. Si la distancia aumenta, el DISTRONIC vuelve a mantener la distancia requerida y acelera el vehículo a la velocidad establecida. DISTRONIC es un desarrollo posterior de la función TEMPOMAT estándar con límite de velocidad variable SPEEDTRONIC

Figura 12.7- Sistema de control y navegación

Mercedes-Benz ha presentado la primera suspensión neumática mecatrónica, AIR-matic, con control de amortiguación ADS de serie en los sedán Clase S.

En el sistema AIR-matic, el pilar del sedán clase S contiene un elemento elástico neumático: el papel de los resortes al que estamos acostumbrados es el aire comprimido, encerrado bajo una carcasa de cordón de goma. También en el bastidor hay un amortiguador con una "extensión" inusual en el lateral. Naturalmente, se proporciona un sistema neumático completo en el automóvil (compresor, receptor, líneas, dispositivos de válvula). Y también una red de sensores y, por supuesto, un procesador. Cómo funciona el sistema. A la orden del procesador, las válvulas abren el aire del sistema neumático a los elementos elásticos (o purgan el aire de allí). Así, el nivel del piso de la carrocería cambia: el sistema incorpora su dependencia de la velocidad del vehículo. El conductor también puede "mostrar voluntad": levantar el automóvil, por ejemplo, moverse sobre irregularidades importantes.

ANUNCIOS realiza trabajos más "delicados" - controla los amortiguadores. Durante la carrera de la varilla del amortiguador, parte del fluido fluye no solo a través de las válvulas en el pistón, sino también a través de la misma "extensión", dentro de la cual el actuador es un sistema de válvulas que proporciona cuatro posibles modos de funcionamiento del amortiguador. A partir de la información recibida de los sensores y de acuerdo con el algoritmo elegido por el conductor (“deportivo” o “cómodo”), el procesador selecciona para cada amortiguador el modo más adecuado al “momento actual” y envía comandos al actuadores.

Los coches modernos están equipados con sistema de control de clima... Este sistema está diseñado para crear y mantener automáticamente un microclima en el interior del vehículo. El sistema asegura el funcionamiento conjunto de los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado mediante control electrónico.

El uso de la electrónica hizo posible lograr un control de clima zonal en el habitáculo. Dependiendo del número de zonas de temperatura, se distinguen los siguientes sistemas de climatización:

· Control de clima de una zona;

· Control de clima de dos zonas;

· Control de clima de tres zonas;

· Climatizador de cuatro zonas.

El sistema de control de clima tiene lo siguiente acuerdo General:

· Instalación climática;

· sistema de control.

Instalación climática incluye elementos estructurales de los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado, que incluyen:

· Radiador de calefacción;

Ventilador de aire de suministro;

· Un acondicionador de aire compuesto por un evaporador, un compresor, un condensador y un receptor.

Los elementos principales sistemas de control de clima están:

· Sensores de entrada;

· Bloque de control;

· Dispositivos ejecutivos.

Sensores de entrada medir los parámetros físicos correspondientes y convertirlos en señales eléctricas. Los sensores de entrada del sistema de control incluyen:

· Sensor de temperatura del aire exterior;

· Sensor de nivel de radiación solar (fotodiodo);

· Sensores de temperatura de salida;

· Potenciómetros para flaps;

· Sensor de temperatura del evaporador;

· Sensor de presión en el sistema de aire acondicionado.

La cantidad de sensores de temperatura de salida está determinada por el diseño del sistema de control de clima. Se puede agregar un sensor de temperatura de salida del espacio para los pies al sensor de temperatura de salida. En un sistema de control de clima de dos zonas, el número de sensores de temperatura de salida se duplica (sensores a la izquierda y a la derecha), y en un sistema de control de clima de tres zonas, se triplica (izquierdo, derecho y trasero).

Los potenciómetros de la compuerta registran la posición actual de la compuerta de aire. Los sensores de temperatura y presión del evaporador garantizan el funcionamiento del sistema de aire acondicionado. La unidad de control electrónico recibe señales de los sensores y, de acuerdo con el programa programado, genera acciones de control sobre los actuadores.

Los actuadores incluyen accionamientos de compuertas y un motor de ventilador de aire de suministro, con la ayuda de los cuales se crea y mantiene un régimen de temperatura dado. Los amortiguadores pueden accionarse mecánica o eléctricamente. Los siguientes amortiguadores se pueden utilizar en el diseño de aire acondicionado:

· Amortiguador de aire de admisión;

· Colgajo central;

· Compuertas de control de temperatura (en sistemas con 2 o más zonas de control);

· Amortiguador de recirculación;

· Contraventanas para descongelar vasos.

El sistema de control de clima proporciona control automático de temperatura en el interior del vehículo dentro del rango de 16-30 ° C.

El valor de temperatura deseado se establece usando los controles en el tablero del vehículo. La señal del regulador va a la centralita electrónica, donde se activa el programa correspondiente. De acuerdo con el algoritmo establecido, la unidad de control procesa las señales de los sensores de entrada y activa los actuadores necesarios. El aire acondicionado se enciende si es necesario.

El automóvil moderno es una fuente de mayor peligro. El aumento constante de la potencia y la velocidad del automóvil, la densidad del tráfico en los flujos de automóviles aumentan significativamente la probabilidad de una emergencia.

Para proteger a los pasajeros en caso de accidente, se están desarrollando e implementando activamente dispositivos técnicos de seguridad. A finales de los años 50 del siglo pasado, cinturones de seguridad diseñado para mantener a los pasajeros en su lugar en caso de colisión. A principios de los 80 se aplicaron bolsas de aire.

El conjunto de elementos estructurales utilizados para proteger a los pasajeros de lesiones en un accidente conforma el sistema de seguridad pasiva del vehículo. El sistema debe brindar protección no solo a los pasajeros y un vehículo específico, sino también a otros usuarios de la carretera.

Los componentes más importantes del sistema de seguridad pasiva del vehículo son:

· cinturones de seguridad;

· Tensores de cinturones de seguridad;

· Reposacabezas activos;

· Airbags;

· Carrocería, resistente a la deformación;

· Seccionador de batería de emergencia;

· Varios otros dispositivos (sistema de protección contra vuelcos en un convertible; sistemas de seguridad para niños: soportes, asientos, cinturones de seguridad).

El moderno sistema de seguridad pasiva del automóvil está controlado electrónicamente, lo que garantiza la interacción efectiva de la mayoría de los componentes.

Sistema de control incluye:

· Sensores de entrada;

· Bloque de control;

· Dispositivos ejecutivos de componentes del sistema.

Los sensores de entrada registran los parámetros en los que ocurre una emergencia y los convierten en señales eléctricas. Los sensores de entrada son:

· Sensor de choque;

· Interruptor de la hebilla del cinturón de seguridad;

· Sensor de ocupación del asiento del pasajero delantero;

· Sensor de posición de asiento para conductor y acompañante.

Como regla general, se instalan dos a cada lado del automóvil. sensor de choque... Aseguran el funcionamiento de los airbags adecuados. En la parte trasera, los sensores de impacto se utilizan cuando se equipa el vehículo con reposacabezas activos eléctricos. El interruptor de la hebilla del cinturón de seguridad bloquea el uso del cinturón de seguridad.

El sensor de ocupación del asiento del pasajero delantero permite en caso de emergencia y ausencia de pasajero en el asiento delantero mantener el airbag correspondiente.

Dependiendo de la posición de los asientos del conductor y del acompañante, que es registrada por los sensores correspondientes, cambia el orden y la intensidad de uso de los componentes del sistema.

Sobre la base de la comparación de las señales del sensor con los parámetros de control, la unidad de control reconoce el inicio de una situación de emergencia y activa los actuadores necesarios de los elementos del sistema.

Los actuadores de los elementos del sistema de seguridad pasiva son:

· Squib de airbag;

· Squib del tensor del cinturón de seguridad;

· Squib (relé) del seccionador de batería de emergencia;

· Disparo del mecanismo de accionamiento de los reposacabezas activos (cuando se utilizan reposacabezas con accionamiento eléctrico);

· Una lámpara de advertencia que indica que los cinturones de seguridad no están abrochados.

La activación de los dispositivos ejecutivos se lleva a cabo en una determinada combinación de acuerdo con el software instalado.

ISOFIX- Isofix - sistema de fijación de asiento para niños. Externamente, los asientos para niños con este sistema se distinguen por dos cerraduras compactas ubicadas en la parte trasera del trineo. Las cerraduras agarran una barra de 6 mm oculta detrás de tapones en la base del respaldo del asiento.

Campos de aplicación de los sistemas mecatrónicos. Las principales ventajas de los dispositivos mecatrónicos en comparación con la automatización tradicional significa: costo relativamente bajo debido a un alto grado de integración, unificación y estandarización de todos los elementos e interfaces; alta calidad de implementación de movimientos complejos y precisos debido al uso de métodos de control inteligentes; alta fiabilidad, durabilidad e inmunidad al ruido; compacidad constructiva de módulos hasta miniaturización y micromáquinas mejoradas ...


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Tema 4. Áreas de aplicación de los sistemas mecatrónicos.

Las principales ventajas de los dispositivos mecatrónicos en comparación con las herramientas de automatización tradicionales incluyen:

Costo relativamente bajo debido a un alto grado de integración, unificación y estandarización de todos los elementos e interfaces;

Alta calidad de implementación de movimientos complejos y precisos debido al uso de métodos de control inteligentes;

Alta fiabilidad, durabilidad e inmunidad al ruido;

Compacidad constructiva de módulos (hasta miniaturización y micromáquinas),

Peso, tamaño y características dinámicas mejoradas de las máquinas debido a la simplificación de las cadenas cinemáticas;

La capacidad de integrar módulos funcionales en complejos sistemas mecatrónicos y complejos para tareas específicas del cliente.

El volumen de la producción mundial de dispositivos mecatrónicos aumenta anualmente, cubriendo cada vez más áreas nuevas. Hoy en día, los módulos y sistemas mecatrónicos se utilizan ampliamente en las siguientes áreas:

Máquinas herramienta y equipos para la automatización de tecnologías
procesos;

Robótica (industrial y especial);

equipo de aviación, espacial y militar;

industria automotriz (por ejemplo, sistemas de frenos antibloqueo,
estabilización de movimiento de vehículos y sistemas de estacionamiento automático);

vehículos no tradicionales (bicicletas eléctricas, carga
carros, rodillos eléctricos, sillas de ruedas);

equipo de oficina (por ejemplo, fotocopiadoras y máquinas de fax);

elementos de la tecnología informática (por ejemplo, impresoras, trazadores,
unidades de disquete);

equipo médico (rehabilitación, clínico, servicio);

electrodomésticos (lavar, coser, lavar platos y otros
carros);

micromáquinas (para medicina, biotecnología, comunicaciones y
telecomunicaciones);

dispositivos y máquinas de control y medición;

equipo de fotografía y video;

simuladores para la formación de pilotos y operadores;

Industria del espectáculo (sistemas de sonido e iluminación).

Por supuesto, esta lista se puede ampliar.

El rápido desarrollo de la mecatrónica en los años 90 como nueva dirección científica y técnica se debe a tres factores principales:

Nuevas tendencias en el desarrollo industrial mundial;

Desarrollo de los fundamentos fundamentales y metodología de la mecatrónica (básico
ideas científicas, fundamentalmente nuevas técnicas y tecnológicas
soluciones);

actividad de los especialistas en investigación y educación
esferas.

La etapa actual en el desarrollo de la ingeniería mecánica automatizada en nuestro país se está dando en nuevas realidades económicas, cuando surge la duda sobre la viabilidad tecnológica del país y la competitividad de los productos.

Las siguientes tendencias se pueden identificar en los requisitos clave del mercado mundial en el área bajo consideración:

la necesidad de liberación y servicio de equipos de acuerdo con
sistema internacional de normas de calidad formulado en
estándar ISO 9000;

internacionalización del mercado de productos científicos y técnicos y cómo
En consecuencia, la necesidad de una implementación activa de formas y métodos en la práctica.
transferencia internacional de ingeniería y tecnología;

aumentar el papel de las pequeñas y medianas empresas manufactureras en
la economía debido a su capacidad para responder con rapidez y flexibilidad
a las cambiantes demandas del mercado;

El rápido desarrollo de los sistemas y tecnologías informáticos, las telecomunicaciones (en los países de la CEE en 2000, el 60% de la
El Producto Nacional surgió precisamente por estas industrias);
una consecuencia directa de esta tendencia general es la intelectualización
sistemas de control de movimiento mecánico y tecnológico
funciones de las máquinas modernas.

Parece conveniente tomar el nivel de integración de los elementos constituyentes como el principal criterio de clasificación en mecatrónica.De acuerdo con esta característica, los sistemas mecatrónicos se pueden dividir por niveles o por generaciones, si consideramos su aparición en el mercado de productos de alta tecnología, históricamente, los módulos mecatrónicos de primer nivel son una combinación de solo dos elementos iniciales. Un ejemplo típico de un módulo de primera generación es un "motorreductor", donde una caja de cambios mecánica y un motor controlado se producen como una sola unidad funcional. Los sistemas mecatrónicos basados ​​en estos módulos han encontrado una amplia aplicación en la creación de diversos medios de automatización compleja de la producción (transportadores, transportadores, mesas giratorias, manipuladores auxiliares).

Los módulos mecatrónicos del segundo nivel aparecieron en los años 80 en relación con el desarrollo de nuevas tecnologías electrónicas, que permitieron crear sensores en miniatura y unidades electrónicas para procesar sus señales. La combinación de módulos de accionamiento con estos elementos dio lugar a la aparición de módulos de movimiento mecatrónico, cuya composición corresponde plenamente a la definición anterior, cuando se logra la integración de tres dispositivos de diferente naturaleza física: mecánico, eléctrico y electrónico. Sobre la base de módulos mecatrónicos de esta clase se han creado máquinas de potencia controlada (turbinas y generadores), máquinas herramienta y robots industriales con control numérico.

El desarrollo de la tercera generación de sistemas mecatrónicos se debe a la aparición en el mercado de microprocesadores y controladores relativamente económicos basados ​​en ellos y tiene como objetivo intelectualizar todos los procesos que ocurren en el sistema mecatrónico, principalmente el proceso de control de los movimientos funcionales de las máquinas y Ensambles. Al mismo tiempo, el desarrollo de nuevos principios y tecnologías para la fabricación de unidades mecánicas compactas y de alta precisión, así como nuevos tipos de motores eléctricos (principalmente sin escobillas y lineales de alto par), sensores de retroalimentación y de información. La síntesis de nuevas tecnologías intensivas en ciencia de precisión, información y medición proporciona la base para el diseño y la producción de módulos y sistemas mecatrónicos inteligentes.

En el futuro, se combinarán máquinas y sistemas mecatrónicos y complejos mecatrónicos basados ​​en plataformas de integración comunes. El propósito de la creación de dichos complejos es lograr una combinación de alta productividad y al mismo tiempo flexibilidad del entorno técnico y tecnológico debido a la posibilidad de su reconfiguración, lo que garantizará la competitividad y alta calidad de los productos.

Las empresas modernas que se embarcan en el desarrollo y la producción de productos mecatrónicos deben resolver las siguientes tareas principales a este respecto:

Integración estructural de departamentos de perfiles mecánicos, electrónicos y de información (que, por regla general, funcionaban de forma autónoma y separada) en equipos unificados de diseño y producción;

Formación de ingenieros y gerentes "orientados a la mecatrónica", capaces de la integración de sistemas y la gestión del trabajo de especialistas altamente especializados de diversas calificaciones;

Integración de tecnologías de la información de diversos campos científicos y técnicos (mecánica, electrónica, control informático) en un solo conjunto de herramientas para el soporte informático de tareas mecatrónicas;

Estandarización y unificación de todos los elementos y procesos utilizados en el diseño y fabricación de MS.

La solución de los problemas enumerados a menudo requiere superar las tradiciones de administración que se han desarrollado en la empresa y las ambiciones de los gerentes intermedios que están acostumbrados a resolver solo sus tareas de perfil estrecho. Es por eso que las empresas medianas y pequeñas, que pueden variar su estructura de manera fácil y flexible, están más preparadas para la transición a la producción de productos mecatrónicos.

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Las principales ventajas de los dispositivos mecatrónicos en comparación con las herramientas de automatización tradicionales incluyen:

Costo relativamente bajo debido a un alto grado de integración, unificación y estandarización de todos los elementos e interfaces;

Alta calidad de implementación de movimientos complejos y precisos debido al uso de métodos de control inteligentes;

Alta fiabilidad, durabilidad e inmunidad al ruido;

Compacidad constructiva de módulos (hasta miniaturización y micromáquinas),

Peso, tamaño y características dinámicas mejoradas de las máquinas debido a la simplificación de las cadenas cinemáticas;

La capacidad de integrar módulos funcionales en complejos sistemas mecatrónicos y complejos para tareas específicas del cliente.

El volumen de la producción mundial de dispositivos mecatrónicos aumenta anualmente, cubriendo cada vez más áreas nuevas. Hoy en día, los módulos y sistemas mecatrónicos se utilizan ampliamente en las siguientes áreas:

Construcción de máquinas-herramienta y equipos para la automatización de procesos tecnológicos;

Robótica (industrial y especial);

Equipo de aviación, espacial y militar;

Automotriz (por ejemplo, sistemas de frenos antibloqueo, estabilización de vehículos y sistemas de estacionamiento automático);

Vehículos no tradicionales (bicicletas eléctricas, carros de carga, rodillos eléctricos, sillas de ruedas);

Equipo de oficina (por ejemplo, fotocopiadoras y máquinas de fax);

Elementos de tecnología informática (por ejemplo, impresoras, trazadores, unidades de disquete);

Equipo médico (rehabilitación, clínico, servicio);

Electrodomésticos (lavar, coser, lavavajillas y otras máquinas);

Micromáquinas (para medicina, biotecnología, comunicaciones y telecomunicaciones);

Dispositivos y máquinas de control y medición;

Equipo de fotografía y video;

Simuladores para la formación de pilotos y operadores;

Industria del espectáculo (sistemas de sonido e iluminación).

Por supuesto, esta lista se puede ampliar.

El rápido desarrollo de la mecatrónica en los años 90 como nueva dirección científica y técnica se debe a tres factores principales:

Nuevas tendencias en el desarrollo industrial mundial;

Desarrollo de los fundamentos fundamentales y la metodología de la mecatrónica (ideas científicas básicas, fundamentalmente nuevas soluciones técnicas y tecnológicas);

La actividad de los especialistas en los campos de la investigación y la educación.

La etapa actual en el desarrollo de la ingeniería mecánica automatizada en nuestro país se está dando en nuevas realidades económicas, cuando surge la duda sobre la viabilidad tecnológica del país y la competitividad de los productos.

Las siguientes tendencias se pueden identificar en los requisitos clave del mercado mundial en el área bajo consideración:

La necesidad de producir y dar servicio a los equipos de acuerdo con el sistema internacional de estándares de calidad formulados en los estándares. YO ASI serie 9000 ;

Internacionalización del mercado de productos científicos y técnicos y, como resultado, la necesidad de una implementación activa de formas y métodos en la práctica.
transferencia internacional de ingeniería y tecnología;

Incrementar el papel de las pequeñas y medianas empresas manufactureras en la economía debido a su capacidad para responder con rapidez y flexibilidad a los requisitos cambiantes del mercado;

El rápido desarrollo de los sistemas y tecnologías informáticos, las telecomunicaciones (en los países de la CEE en 2000, el 60% del crecimiento del Producto Nacional Total se debió a estas industrias); una consecuencia directa de esta tendencia general es la intelectualización de los sistemas de control de movimiento mecánico y las funciones tecnológicas de las máquinas modernas.

Parece conveniente tomar el nivel de integración de los elementos constituyentes como el principal criterio de clasificación en mecatrónica. De acuerdo con esta característica, los sistemas mecatrónicos se pueden dividir por niveles o por generaciones, si consideramos su aparición en el mercado de productos de alta tecnología, históricamente, los módulos mecatrónicos de primer nivel son una combinación de solo dos elementos iniciales. Un ejemplo típico de un módulo de primera generación es un "motorreductor", donde una caja de cambios mecánica y un motor controlado se producen como una sola unidad funcional. Los sistemas mecatrónicos basados ​​en estos módulos han encontrado una amplia aplicación en la creación de diversos medios de automatización compleja de la producción (transportadores, transportadores, mesas giratorias, manipuladores auxiliares).

Los módulos mecatrónicos del segundo nivel aparecieron en los años 80 en relación con el desarrollo de nuevas tecnologías electrónicas, que permitieron crear sensores en miniatura y unidades electrónicas para procesar sus señales. La combinación de módulos de accionamiento con estos elementos dio lugar a la aparición de módulos de movimiento mecatrónico, cuya composición corresponde plenamente a la definición introducida anteriormente, cuando se ha logrado la integración de tres dispositivos de diferente naturaleza física: 1) mecánicos, 2) eléctricos. y 3) electrónico. Sobre la base de módulos mecatrónicos de esta clase, se han creado 1) máquinas de potencia controlada (turbinas y generadores), 2) máquinas herramienta y robots industriales con control numérico.

El desarrollo de la tercera generación de sistemas mecatrónicos se debe a la aparición en el mercado de microprocesadores y controladores relativamente económicos basados ​​en ellos y tiene como objetivo intelectualizar todos los procesos que ocurren en el sistema mecatrónico, principalmente el proceso de control de los movimientos funcionales de las máquinas y Ensambles. Al mismo tiempo, se están desarrollando nuevos principios y tecnologías para la fabricación de conjuntos mecánicos compactos y de alta precisión, así como nuevos tipos de motores eléctricos (principalmente sin escobillas y lineales de alto par), sensores de retroalimentación y de información. La síntesis de nuevas tecnologías de 1) precisión, 2) información y 3) medición intensivas en ciencia proporciona la base para el diseño y la producción de módulos y sistemas mecatrónicos inteligentes.

En el futuro, las máquinas y los sistemas mecatrónicos se combinarán en complejos mecatrónicos basados ​​en plataformas de integración comunes. El propósito de la creación de dichos complejos es lograr una combinación de alta productividad y al mismo tiempo flexibilidad del entorno técnico y tecnológico debido a la posibilidad de su reconfiguración, lo que garantizará la competitividad y alta calidad de los productos.

Las empresas modernas que se embarcan en el desarrollo y la producción de productos mecatrónicos deben resolver las siguientes tareas principales a este respecto:

Integración estructural de departamentos de perfiles mecánicos, electrónicos y de información (que, por regla general, funcionaban de forma autónoma y separada) en equipos unificados de diseño y producción;

Formación de ingenieros y gerentes "orientados a la mecatrónica", capaces de la integración de sistemas y la gestión del trabajo de especialistas altamente especializados de diversas calificaciones;

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Estandarización y unificación de todos los elementos y procesos utilizados en el diseño y fabricación de MS.

La solución de estos problemas a menudo requiere superar las tradiciones de gestión que se han desarrollado en la empresa y las ambiciones de los mandos intermedios que están acostumbrados a resolver únicamente sus tareas de perfil estrecho. Es por eso que las empresas medianas y pequeñas, que pueden variar su estructura de manera fácil y flexible, están más preparadas para la transición a la producción de productos mecatrónicos.


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