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現(xiàn)代工程機(jī)械行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步摘要大型機(jī)械式挖掘機(jī)在國際和國內(nèi)的礦山以及工程施工中已得到廣泛應(yīng)用，其生產(chǎn)率與性能有直接關(guān)系?，F(xiàn)代的工程機(jī)械逐漸向四個方向發(fā)展：1.操作原理的創(chuàng)新，破土新法與高頻振動；2.傳動方式創(chuàng)新，通用液壓與電氣傳動；3.符合人體工程學(xué)的創(chuàng)新，以人為本與簡化操作；4.外觀造型創(chuàng)新，工業(yè)與環(huán)境的設(shè)計；5.人工智能創(chuàng)新，智能機(jī)器人。隨著現(xiàn)代工程機(jī)械行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，一個全新的工程機(jī)械行業(yè)將呈現(xiàn)在人們眼前。正文大型機(jī)械式挖掘機(jī)在國際和國內(nèi)的礦山開采以及工程施工中得到廣泛的應(yīng)用，其性能的優(yōu)劣對生產(chǎn)率有很大的影響.在國際市場逐步開放的今天，如何提高產(chǎn)品的質(zhì)量是一個公司提高其市場競爭力的關(guān)鍵。目前，我國的大型機(jī)械式挖掘機(jī)在設(shè)計水平，設(shè)計手段及產(chǎn)品質(zhì)量無法與國際上先進(jìn)技術(shù)同步.國外已經(jīng)將現(xiàn)代設(shè)計方法(電子模擬理論、動態(tài)設(shè)計、可靠性設(shè)計等)普遍地應(yīng)用于挖掘機(jī)設(shè)計，使產(chǎn)品設(shè)計現(xiàn)代化，性能可靠。而我國仍然主要采用傳統(tǒng)的仿型設(shè)計，而現(xiàn)代設(shè)計方法還沒有被實(shí)際的應(yīng)用在挖掘機(jī)的設(shè)計上。主要表現(xiàn)在自主設(shè)計開發(fā)能力不夠，基礎(chǔ)工作做得還不是很完善，尤其在挖掘機(jī)動力學(xué)設(shè)計方面。挖掘機(jī)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，往往是多發(fā)動機(jī)同時驅(qū)動，同時工作環(huán)境十分惡劣，外載荷總是隨機(jī)性變化。因此在設(shè)計新型大型礦用挖掘機(jī)時，為了確保其作業(yè)的安全，工作順暢，除必要的理論分析和靜強(qiáng)度計算外，還必須要進(jìn)行動力學(xué)分析和計算，以在設(shè)計之初保證機(jī)械的動強(qiáng)度和可靠性。在進(jìn)行動力學(xué)分析時，應(yīng)確定挖掘機(jī)各部件的載荷特性，以設(shè)計出可靠的產(chǎn)品。從 20 世紀(jì) 80 年代到本世紀(jì)初，中外工程機(jī)械產(chǎn)品技術(shù)在新的技術(shù)革命中已從一個成熟期走到了現(xiàn)代化時期，工程機(jī)械產(chǎn)品的綜合技術(shù)水平躍上了一個新的臺階。電子技術(shù)、微電腦、傳感器、電液伺服控制系統(tǒng)的集成化改造了傳統(tǒng)的工程機(jī)械產(chǎn)品，計算機(jī)輔助設(shè)計和計算機(jī)輔助制造，計算機(jī)輔助工程機(jī)械及器材制造業(yè)管理，IT 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)裝備了工程機(jī)械的銷售與信息傳遞系統(tǒng)，從而讓人們看到了一個全新的工程機(jī)械行業(yè)。新的工程機(jī)械產(chǎn)品在工作效率、作業(yè)質(zhì)量、環(huán)境保護(hù)、操作性能及自動化程度諸多方面都是過去所不可比擬的，并且在進(jìn)一步向著機(jī)器人化和智能化方向發(fā)展。1.操作原理的創(chuàng)新：破土新法與高頻振動隨著科學(xué)技術(shù)的研究發(fā)展，工程機(jī)械的操作理論在不斷地創(chuàng)新。機(jī)械工程的操作原理包括對土石方的切割、破碎、回填，對土工材料的篩分、混合與加熱，對混合料的攤鋪、平整與壓實(shí)等。這些操作原先是以仿生學(xué)與牛頓力學(xué)為基礎(chǔ)的，而現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展為工程機(jī)械操作原理創(chuàng)新奠定了基礎(chǔ)。例如機(jī)械振動、脈沖、射流、光電效應(yīng)及熱物理學(xué)的應(yīng)用， 為工程機(jī)械節(jié)省資源，提高工程質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率、工作可靠性、駕駛的舒適性與自動化程度創(chuàng)造了條件。挖掘機(jī)、推土機(jī)、裝載機(jī)等土方工程機(jī)械切割破土項(xiàng)目，我們有了無斗銑切法、高頻振動、液體和氣體射流法及多孔破土法。使用新操作原則的破土原理改造的鏟斗、松土器可以對高強(qiáng)度的巖土進(jìn)行挖掘，在一般情況下都可以降低單位土方的成本，提高生產(chǎn)效率，并且在靠近建筑物挖土?xí)r可代替鉆孔爆破方法挖掘。振動壓路機(jī)是是一種機(jī)械振動，并達(dá)成“振地不振人”作業(yè)效果的最有力說明。高頻振動壓實(shí)技術(shù)的應(yīng)用是現(xiàn)代動力機(jī)械工程中的重要研究成果，在振動壓路機(jī)上同時應(yīng)用了隔振理論。20 世紀(jì) 90 年代，出現(xiàn)了水平振動（振蕩）與垂直振動的定向振動壓實(shí)方法，以及無級調(diào)幅振動和不同于簡諧振動的混沌振動等振動壓實(shí)作業(yè)原理，并且形成了相應(yīng)系列的振動壓路機(jī)。沖擊式壓路機(jī)打破了傳統(tǒng)的圓柱形滾子結(jié)構(gòu)，使用具有 3-5 個邊的多邊形輥由牽引車拖行，以每秒 2-3 次以便順序地沖擊地面。這種劇烈沖擊具有地震波的傳播特性，其壓實(shí)深度隨碾壓遍數(shù)而遞增，在 5m 深處的壓實(shí)度可達(dá) 90%-92%。沖擊壓路機(jī)具有靜壓沖擊、振動搗實(shí)與揉搓的綜合作用，用于全面收干沙土填補(bǔ)壓實(shí)。瀝青攤鋪機(jī)慰平工作裝置是工程機(jī)械作業(yè)原理創(chuàng)新的典型例子。慰平板使用柴油、液化石油氣或電加熱和 60Hz 的振動頻率，并采用紅外線、超聲波或激光水平，是一個多學(xué)科的高新技術(shù)應(yīng)用。這平整技術(shù)技術(shù)也可以應(yīng)用到地平面上，如氨氯地平或細(xì)平的斜坡。機(jī)械振動傳輸頻率還通常用于鑿巖、石料破碎與篩分及沉拔樁等工程施工。石料的烘干可以使用柴油、燃料油和煤碳多種燃料的燃燒器，瀝青的加熱及瀝青混合料的攪拌與絕緣過程中都充分運(yùn)用了熱物理學(xué)理論。瀝青的乳化與改性都是一些物理化學(xué)反應(yīng)的具體應(yīng)用。2．傳動方式創(chuàng)新：通用液壓與電氣傳動20 世紀(jì)的液壓傳動在 60 年代開始應(yīng)用到了壓路機(jī)上，只十年的時間就得到了推廣和普及?，F(xiàn)在壓路機(jī)的行走、振動、轉(zhuǎn)向及制動系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)了全液壓傳動。液壓傳動大大簡化了壓路機(jī)傳動與操縱系統(tǒng)的設(shè)計，液壓傳動平穩(wěn)、操縱方便省力、容易實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速和自動控制，從總體上提高了壓路機(jī)的生產(chǎn)效率與壓實(shí)質(zhì)量?，F(xiàn)在在國外市場上已經(jīng)很少見到機(jī)械傳動的壓路機(jī)了。液壓傳動技術(shù)于 20 世紀(jì) 70 年代開始應(yīng)用到了推土機(jī)上，并且很快擴(kuò)展了中小型推土機(jī)和裝載機(jī)的數(shù)量，美國約翰·迪爾公司，卡特彼勒公司，德國利渤海爾公司及日本小松制作所都生產(chǎn)和銷售推寺機(jī)與裝載機(jī)。靜液壓傳動不使用液力變矩器，這省去了左線和剎車零件及機(jī)械傳動，能利用安全閥對機(jī)械和液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，并以較小的索引功率產(chǎn)生最大的索引力，其剩余的功率可以用在機(jī)器的輔助操作等。德國的德馬克公司和利渤海爾公司于 1954 年和 1955 年率先其他上市公司開發(fā)了全液壓挖掘機(jī)，但靜液壓傳動在大型挖掘機(jī)上的普及和應(yīng)用是在 20 世紀(jì)70 年代。自 80 年代初，挖掘機(jī)從大到小正逐步實(shí)現(xiàn)了驅(qū)動行走、回轉(zhuǎn)與挖掘機(jī)的全液壓化。在國際市場上的挖掘機(jī)，已全部淘汰了各種機(jī)械傳動的機(jī)構(gòu)。誕生歷史更晚的道路是以機(jī)械液壓傳動為主，如攤鋪機(jī)、穩(wěn)土機(jī)、路面銑刨機(jī)等，液壓傳動的平穩(wěn)性有助于提高鋪平道路的質(zhì)量。在鑿巖臺車和鑿巖機(jī)上，液壓傳動已取代了以往的空氣動力學(xué)，現(xiàn)代輪胎式起重機(jī)和打樁工作也在向全液壓化的方向發(fā)展。電力工業(yè)在生產(chǎn)中的應(yīng)用雖然具有悠久的歷史，但在移動機(jī)械上的使用很少。這首先是因?yàn)殡妱訖C(jī)的能容量小，一臺電動機(jī)與同功率的液壓馬達(dá)相比，其重量和體積要大好多倍，這給機(jī)器的空間布置帶來了很大的困難。另外，電氣傳動的效率低，并且需要消耗大量有色金屬。但電氣傳動可以很好地實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速、制動和功率分流，電傳動更方便和易于大型礦車、大型挖掘機(jī)和大型裝載機(jī)上，以發(fā)動機(jī)—發(fā)電機(jī)—電動輪傳遞功率。德國福格勒公司還開發(fā)了電動車輪傳遞功率。德國福格勒公司還研發(fā)了電傳動的瀝青攤鋪機(jī)，該機(jī)的所有回轉(zhuǎn)系統(tǒng)都用電馬達(dá)驅(qū)動，只有料斗開合板平整油箱仍使用液壓傳動。另外就是在較小的作業(yè)區(qū)域工作，使用了電力驅(qū)動的大型挖掘機(jī)的裝載機(jī)，這種電力驅(qū)動使用電纜傳輸動力而不必在機(jī)器上安裝發(fā)動機(jī)。3．符合人體工程學(xué)的創(chuàng)新：以人為本與簡化操作20 世紀(jì) 80 年代以來，許多世界上大的工程機(jī)械制造公司都投入很大的人力和財力在現(xiàn)代設(shè)計方法學(xué)的研究和應(yīng)用上。人機(jī)工程學(xué)是一個“以人為本”的設(shè)計思想，重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)機(jī)器與人的相互協(xié)調(diào)，提高操作者的安全性、駕駛舒適性，方便于司機(jī)操作和技術(shù)保養(yǎng)，這樣既改善操作的工作條件，又提高了生產(chǎn)效率，對工程機(jī)械的振動、噪聲、廢氣排放和防止?jié)L筒的下降都制定了新的標(biāo)準(zhǔn)，甚至付諸法律。現(xiàn)在，各類工程機(jī)械都是設(shè)計有防止?jié)L筒下降的保護(hù)裝置，以保護(hù)駕駛者的人身安全，并且對駕駛室進(jìn)行設(shè)計和安裝。駕駛室內(nèi)有足夠的人體空間和開闊的視野，并采取必要的密封、減振、降噪和溫度控制措施。室內(nèi)的座椅、操縱桿件、儀表與顯視器都根據(jù)人機(jī)工程學(xué)設(shè)計，并且盡量減少操縱部位與操縱力。為了減輕駕駛者的疲勞，選用懸浮式減振座椅，并研制了氣液懸持系統(tǒng)的駕駛室地板。電子技術(shù)在工程機(jī)械上的應(yīng)用，極大的簡化了駕駛者的操作程序和提高了設(shè)備的技術(shù)性能。利用電子控制可以自動選擇機(jī)器的作業(yè)模式，例如挖掘機(jī)的三種作業(yè)模式——動臂優(yōu)先、回轉(zhuǎn)優(yōu)先和微調(diào)整，串聯(lián)振動車輪和全振動等。電子監(jiān)測可以及時發(fā)現(xiàn)和排除機(jī)器系統(tǒng)的故障，例如發(fā)動機(jī)潤滑油失壓、風(fēng)扇傳動帶斷裂、液壓油污染或過熱和濾油器堵塞等，都能及時發(fā)出聲響或燈光報警，由于使用電子感應(yīng)裝置可以自動檢測機(jī)器的工作質(zhì)量，如隨機(jī)檢測振動壓路機(jī)的壓實(shí)程度，自動檢測與調(diào)整瀝青混合料的級配比例與出料溫度等。美國消音技術(shù)公司研制了一種電子消音器，電子儀器分析發(fā)動機(jī)排氣噪聲波的結(jié)構(gòu)，并產(chǎn)生一種與之相位差 180°的干擾波，這種“抗噪聲”與發(fā)動機(jī)排氣的噪聲相抵消，從而得到消聲的目的。這種電了消音器可用于消除發(fā)動機(jī)的基本噪聲和駕駛室內(nèi)的噪聲。通過工程機(jī)械駕駛室內(nèi)消音和隔離，噪聲可以降低到 70dB（A）以下。另外，通過集中潤滑、自動潤滑及故障報警，大大減少了工程機(jī)械的維修工作量。德萊賽公司闡明裝載機(jī)軸的潤滑周期可延長到 2000h，機(jī)油和濾清器的周期延長到 250h；卡特彼勒公司裝載機(jī)的日常維護(hù)時間縮短到 3.45min，使用 100h 的技術(shù)維護(hù)時間也僅需 6-7min。4．外觀造型創(chuàng)新：工業(yè)與環(huán)境的設(shè)計　　現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，推動著社會的進(jìn)步，給人類帶來了高度的物質(zhì)文明與精神文明。工業(yè)設(shè)計即是工業(yè)產(chǎn)品的產(chǎn)品，也稱其為產(chǎn)品的藝術(shù)形式。機(jī)械產(chǎn)品的藝術(shù)造型應(yīng)能體現(xiàn)其功能的合理性及外在質(zhì)量的統(tǒng)一性，同時產(chǎn)品應(yīng)體現(xiàn)先進(jìn)的技術(shù)，滿足現(xiàn)代的審美要求。說工程機(jī)械“一紙制品出售”，那是一種夸張的說法，但不包含造型設(shè)計肯定是不可取的。工程機(jī)械的造型設(shè)計可以塑造機(jī)器的形態(tài)與結(jié)構(gòu)、功能及使用要求，并與人的生理及心理相協(xié)調(diào)。這種造型設(shè)計應(yīng)當(dāng)包括各部分恰當(dāng)?shù)谋壤误w流暢、色彩協(xié)調(diào)、儀表布置美觀以及便于直觀操作并有直觀的標(biāo)志商標(biāo)符號?，F(xiàn)在世界各大公司都非常重視產(chǎn)品的工業(yè)設(shè)計，并且出現(xiàn)了專門的研究和設(shè)計機(jī)構(gòu)。居世界領(lǐng)先地位的壓實(shí)機(jī)制造商——寶馬公司，其三分之一壓實(shí)機(jī)械的機(jī)器造型由工業(yè)設(shè)計專家 Louis.L.lepoix 設(shè)計，產(chǎn)生了良好的整體效果。該系列拆卸更換過濾器、傳動件、軟管及日常維護(hù)十分方便。采用圓弧形的現(xiàn)代駕駛室和在傾角的發(fā)動機(jī)罩視野開闊、線條流暢，具有時代氣息。駕駛方向盤的高度與角度可以調(diào)節(jié)，選用舒適的高靠背可調(diào)減振座椅，給駕駛員提供了一個良好的操作環(huán)境。儀器儀表盤設(shè)計合理，易于觀察和控制，傾斜的司機(jī)蓋，以提供良好的視野。液壓轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)移到駕駛室，以減少駕駛室內(nèi)的熱量與噪聲。圓弧形的擋風(fēng)玻璃和駕駛室的四個外支承可隔離噪聲與振動，使室內(nèi)的噪聲低于70dB(A)。其它的許多工程機(jī)械也都是不同程度地強(qiáng)調(diào)了工業(yè)設(shè)計，例如零部件布置盡量下移，以降低整機(jī)重心；適當(dāng)?shù)財U(kuò)大支承面積，以增加機(jī)器的穩(wěn)定性；為了達(dá)到審美的標(biāo)準(zhǔn)，使左右對稱分布；為了顯示線條的流暢，去掉一些外觀造型的尖角、棱邊等。工程機(jī)械的油漆更是工業(yè)設(shè)計的重要組成部分，其色調(diào)應(yīng)該鮮明，提高作業(yè)環(huán)境的安全性，并與野外施工現(xiàn)場的綠樹田野相協(xié)調(diào)，使用平頂?shù)难€和提高機(jī)器下車的顏色濃度可以增加機(jī)器的視覺穩(wěn)定性等。５．人工智能創(chuàng)新：智能機(jī)器人工程機(jī)械在建筑領(lǐng)域代替了人的體力勞動，擴(kuò)展了人的手腳功能。傳統(tǒng)機(jī)械未能解決好人的體力和生理負(fù)擔(dān)問題，更遑論舒緩人的精神和心理負(fù)擔(dān)了?，F(xiàn)代化工程機(jī)械應(yīng)該被賦予靈動性，智能機(jī)械工程是有思維頭腦（微電腦）、感覺器官（傳感器）、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（電子傳輸）、五臟六腑（動力與傳輸）及手足骨骼（工作機(jī)構(gòu)與行走裝置）的電信系統(tǒng)集成。機(jī)電信一體化并非機(jī)電與信息技術(shù)的簡單結(jié)合，它所構(gòu)成的系統(tǒng)必須有 5項(xiàng)功能：①檢測和識別工作對象與工作條件的功能；②根據(jù)工作目標(biāo)自行作出決策的功能；③響應(yīng)決策、執(zhí)行支持動作的功能；④自動監(jiān)測與自我修正的功能；⑤自 z 軸安全保護(hù)和故障排除功能。這就是工程機(jī)械智能化的一些具體目標(biāo)。在機(jī)械工程的智能化過程中，自始至終充滿著自我學(xué)習(xí)技術(shù)和自適應(yīng)技術(shù)的運(yùn)用?，F(xiàn)在機(jī)電信一體化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對發(fā)動機(jī)、液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的全面控制，機(jī)器被賦予各種感覺與智慧。在實(shí)時監(jiān)測工作狀態(tài)的基礎(chǔ)上，工程機(jī)械將從部分自動化過渡到全面自動化，并且向著遠(yuǎn)距離無人控制的趨勢發(fā)展。隨著人工智能的介入，工程機(jī)械將加速其現(xiàn)代進(jìn)程的發(fā)展，逐步過渡到完全智慧化的作業(yè)機(jī)器人目標(biāo)。到那時，一些新的機(jī)器人作業(yè)程序就會應(yīng)運(yùn)而生。