机械工程领域新技术应用

1、工程机械的新技术、新结构与发展趋势摘要：自上世纪末以来，国外工程机械进入了一个新的发展时期，在广泛应用新技术的同时， 不断涌现出新结构和新产品。继完成提高整机可靠性任务之后，技术发展的重点在于增加产 品的电子信息技术含量，努力完善产品的标准化、系列化和通用化，改善驾驶人员的工作条 件，向安全舒适、节能环保方向发展。由于工程机械涉及的机种较多，本文重点以轮式装载 机为例，来了解一下其的技术现状、新技术和新结构，以及发展趋势。关键词：机械技术建筑机械装载机 一、新技术与新结构近几年，国外工程机械产品以信息技术为先导，在发动机燃料燃烧与电控、液压控制系统、 自动操纵、可视化驾驶、精确定位与作业、故障

2、诊断与监控、节能与环保等方面，进行了大 量的研究，开发出许多新结构（或系统）和新产品，提高了工程机械的高科技含量，促进了 工程机械的发展。计算机辅助铲土运输技术与G PS定位（全球定位系统）卡特彼勒将其雄伟计划命名为采矿铲土运输技术系统（M ETS）。M ETS包括多种多样的 技术产品，如无线电数据通信、机器监测、诊断、工作与业务管理软件和机器控制等装置。 由以下三部分组成：1）计算机辅助铲土运输系统（CAES）。包括机载计算、cm级G PS微波 定位和高速无线电通信三项技术。在运行中，机载系统通过无线电接收整个无线网络中的铲 土运输数据、工程数据或现场规划数据。这些数据都显示在驾驶室内的一个

3、屏幕上，司机在 驾驶室内能直观地了解机器的作业位置，并准确地判断需要挖掘、回填或装载的土方量。2） 关键信息管理系统（V IM S）。V IM S监测机器中极其关键的性能与作业参数，并且通过无 线电将数据从该机器传送到业主办公室。可立即分析数据以便估量机器的当前状态，或加以 收集和整理，以便显示机器的作业趋势。3） C AESo ffice软件。这种软件与来自装有CAES 的机器的数据相结合，产生一个集成的现时作业模型，使业主能在接近实时条件下对现场或 远处监控各种作业。推土机定位系统与虚拟推土目前，卡特彼勒公司、模块采矿系统公司、Leica和特林布尔导航设备有限公司均可独 立提供基于G PS

4、的推土机定位系统，大大提高推土机的作业生产率。卡特彼勒的DOZSIM1. 5,是一种极易使用的计算机程序，可计算推土机的作业生产率。 该软件包与Wimdows兼容，采用3D模拟技术分析推土机距离、坡度、工场设计参数，并 可输出总土方量（压实或松散）、每趟移走的土方量、每小时移走的土方量、每趟总耗时、每 趟总成本、总系统生产率等大量信息。计算机精度高于C AD系统。Le ica采用G PS技术的D o ze r 2000导航系统，在无需勘察标桩的情况下，允许司 机精确地控制推土机的铲刀板和机器的位置，实现虚拟推土作业。模块采矿系统公司的推土机定位系统有助于司机完成诸如坡度与推土任务。驾驶室内安

5、装有图像控制台，向司机显示机器在作业区内的位置，并实时显示关键作业参数，如铲刀角 度或被移动的土方体积。T r im b le的产品是Site V isio n G PS，可实现坡度的精确控制，驾驶室内可视化 显示系统指导司机精确作业，精度可达cm级。装载机新技术与新结构为了提高装载机的作业生产率，自90年代以来，各生产厂商在广泛采用新技术、新结构 的同时，经过不懈地努力，相继研制出许多超强功能的系统。现列举如下：1）行驶平稳性控 制系统在动臂举升油缸液压回路中增加一个蓄能器，以衰减工作装置在机器行驶过程中产生的振动，减少装载机的颠簸。2）附着力控制系统在每个车轮上安装一个速度传 感器，自动将

6、所需的制动力施加到车轮上，并将扭矩传给与之紧密相连的车轮，便于装载机直线行驶及转向。3）动力电子控制/管理系统根据传动装置及液压系统的工作状态，自动调节发动机输出功率，以满足不同作业工况的需要，提高燃料的经济性。4）发动机自动 控制系统当装载机处于非作业工况时，自动降低发动机转速，减少燃料消耗及发动机噪音。5）关键信息显示/管理系统采用网络通讯技术，在办公室的控制中心实时监控装载机的作业状态，据此向司机提供基于文字提示的精确的故障诊断信息。等等。二、发展趋势广泛应用微电子技术与信息技术，完善计算机辅助驾驶系统、信息管理系统及故障诊断 系统；采用单一吸声材料、噪声抑制方法等消除或降低机器噪音；通

7、过不断改进电喷装置， 进一步降低柴油发动机的尾气排放量；研制无污染、经济型、环保型的动力装置；提高液压 元件、传感元件和控制元件的可靠性与灵敏性，提高整机的机一电一信一体化水平；在控制 系统方面，将广泛采用电子监控和自动报警系统、自动换挡变速装置;用于物料精确挖（铲）、 装、载、运作业的工程机械将安装GPS定位与重量自动称量装置；开发特种用途的“机器人 式”工程机械等。系列化、特大型化系列化是工程机械发展的重要趋势。国外著名大公司逐步实现其产品系列化进程，形成 了从微型到特大型不同规格的产品。多用途、微型化为了全方位地满足不同用户的需求，国外工程机械在朝着系列化、特大型化方向发展的 同时，已进

8、入多用途、微型化发展阶段。推动这一发展的因素首先源于液压技术的发展 一通过对液压系统的合理设计，使得工作装置能够完成多种作业功能；其次，快速可更换联 接装置的诞生安装在工作装置上的液压快速可更换联接器，能在作业现场完成各种附属作业装置的快速装卸及液压软管的自动联接，使得更换附属作业装置的工作在司机室通过 操纵手柄即可快速完成。一方面，工作机械通用性的提高，可使用户在不增加投资的前提下 充分发挥设备本身的效能，能完成更多的工作；另一方面，为了尽可能地用机器作业替代人 力劳动，提高生产效率，适应城市狭窄施工场所以及在货栈、码头、仓库、舱位、农舍、建 筑物层内和地下工程作业环境的使用要求，小型及微型

9、工程机械有了用武之地，并得到了较 快的发展。为占领这一市场，各生产厂商都相继推出了多用途、小型和微型工程机械。如卡 特彼勒公司生产的IT系列综合多用机、克拉克公司生产的“山猫”等。电子化与信息化互动以微电子、In te rn e t为重要标志的信息时代，不断研制出集液压、微电子及信息技 术于一体的智能系统，并广泛应用于工程机械的产品设计之中，进一步提高了产品的性能及 高科技含量。LeT o u rn eau集成网络控制系统便是一例。通过显示在机载计算机屏幕的出 错信息，提示司机出错原因，并采用三级报警灯光信号（蓝、淡黄、红）表示发动机、液压 系统、电气和电子系统的各种状态。目前，该系统已安装在

10、L1350型矿用装载机上。节能与环保为提高产品的节能效果和满足日益苛刻的环保要求，国外工程机械公司主要从降低发动 机排放、提高液压系统效率和减振、降噪等方面入手。目前，卡特彼勒公司生产功率为15 10150kM的柴油发动机。其中6缸、7. 2升、自重588kg、功率为131205kW的3126B型环 保指标最好，满足EPATierll和EUStagell排放标准。卡特彼勒3516B型发动机装有电子 喷射装置及AD EM模块，可提高22%的喷射压力，便于燃油完全、高效燃烧，燃烧效率可提 高5%，N o X下降40%，扭矩增加35%。个别厂家生产的工程机械产品，机外品噪声已降 至 72dB （A）。安全、舒适、可靠驾驶室将逐步实施ROPS和FO PS设计方法，配装冷暖空调。全密封及降噪处理的“安 全环保型”驾驶室，采用人机工程学设计的司机座椅可全方位调节，以及功能集成的操纵手 柄、全自动换挡装置及电子监控与故障自诊断系统，以改善司机的工作环