【正文】 官、心臟、手足和骨骼,那么現(xiàn)代機(jī)械的基本組成應(yīng)該是電腦、各種傳感器、動(dòng)力裝置、工作執(zhí)行機(jī)構(gòu)。動(dòng)物按智能、信息處理能力來區(qū)分低等和高等,則機(jī)械也按操縱、控制和信息處理功能劃分低級(jí)和高級(jí)。傳統(tǒng)機(jī)械是機(jī)械的低級(jí)階段,則現(xiàn)代機(jī)械是機(jī)械的高級(jí)階段。最高級(jí)的動(dòng)物是人,那么最高級(jí)的機(jī)械就是機(jī)械人?，F(xiàn)代機(jī)械為機(jī)械發(fā)展開辟了無限寬廣的大道,機(jī)械發(fā)展的主要問題是解決靈性和具有信息處理能力問題。現(xiàn)代機(jī)械應(yīng)該有頭腦(電腦)、感覺器官(傳感器)、神經(jīng)(電控線路)、心臟(動(dòng)力裝置)和血液(動(dòng)力和液壓傳動(dòng)裝置)、手腳(工作裝置)和骨骼(結(jié)構(gòu))。1 工程機(jī)械經(jīng)歷了3次飛躍和更新?lián)Q代 動(dòng)力革命 體積小、重量輕、強(qiáng)有力的內(nèi)燃機(jī)的出現(xiàn),解決了工程機(jī)械移動(dòng)的動(dòng)力源難題,促使了工程機(jī)械的誕生和發(fā)展。 傳動(dòng)革命解決了動(dòng)力問題之后主要的問題是如何有效地傳遞動(dòng)力去完成作業(yè)。工程機(jī)械作業(yè)形式多種多樣,工作裝置的種類繁多,要求實(shí)現(xiàn)各種各樣的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。一個(gè)動(dòng)力裝置要驅(qū)動(dòng)多種裝置,而且傳動(dòng)距離往往比較長(zhǎng),20世紀(jì)50年代出現(xiàn)了液體傳動(dòng)(液壓和液力),為工程機(jī)械提供了良好的傳動(dòng)裝置。液壓傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊,布置簡(jiǎn)單方便,易實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)換,能滿足復(fù)雜的作業(yè)要求,具有許多優(yōu)良傳動(dòng)性能。傳動(dòng)平穩(wěn),自動(dòng)防止過載,易實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速,操縱簡(jiǎn)單輕便,控制性能好。由于工程機(jī)械找到了理想的傳動(dòng)裝置,推動(dòng)了工程機(jī)械的飛速發(fā)展,迎來了工程機(jī)械的多樣化時(shí)代,出現(xiàn)了形形色色完成各種施工作業(yè)的工程機(jī)械。 操縱和控制革命工程機(jī)械的動(dòng)力和傳動(dòng)問題基本解決以后,隨著社會(huì)的進(jìn)步、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活的提高,對(duì)工程機(jī)械提出一系列更高的要求。要使工程機(jī)械高效節(jié)能,就要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行控制,合理分配功率,使其處于最佳工況。為了減輕司機(jī)勞動(dòng)強(qiáng)度和改善操縱性能,需要采用自動(dòng)控制,實(shí)現(xiàn)省力化和自動(dòng)化。要完成高技能的作業(yè)就需要智能化。為了提高安全性需要安全控制,進(jìn)行運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視,故障自動(dòng)報(bào)警。新建設(shè)領(lǐng)域的擴(kuò)展,為避免人到無法接近的場(chǎng)所和作業(yè)環(huán)境十分惡劣的地方去作業(yè),要采用遠(yuǎn)距離操縱和無人駕駛。這一切都說明了工程機(jī)械當(dāng)前的主要問題是操縱和控制。工程機(jī)械不能停留在人工操縱階段,靠人的感覺、經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)來操縱機(jī)械將大大影響工程機(jī)械技術(shù)的發(fā)展,也不能使人從繁重、復(fù)雜的操縱勞動(dòng)中解放出來。近年來工程機(jī)械的發(fā)展主要是操縱和控制機(jī)構(gòu)的改進(jìn),下面舉例說明:動(dòng)力裝置 柴油機(jī)已采用微機(jī)控制電子噴射和電子調(diào)速器。挖掘機(jī)、推土機(jī)和裝載機(jī)都采用了發(fā)動(dòng)機(jī)工況控制,根據(jù)作業(yè)工況通過電子控制,發(fā)動(dòng)機(jī)輸出不同的功率。傳動(dòng)裝置 如裝載機(jī)變速器采用了電操縱、微機(jī)控制自動(dòng)換擋和換擋品質(zhì)控制等。工作裝置 推土機(jī)、平地機(jī)刀板自動(dòng)調(diào)節(jié),銑刨機(jī)和攤鋪機(jī)自動(dòng)找平,挖掘機(jī)軌跡控制、自動(dòng)掘削等。液壓系統(tǒng) 節(jié)能控制,全功率控制,泵、閥和馬達(dá)聯(lián)合控制等。操縱系統(tǒng) 從先導(dǎo)操縱到先導(dǎo)比例操縱,最近正在向電操縱桿方向發(fā)展。推土機(jī)、裝載機(jī)等操縱桿數(shù)正在減少,操縱功大大下降,操縱越來越方便。有的裝載機(jī)轉(zhuǎn)向操縱已從方向盤改為操縱桿式轉(zhuǎn)向。當(dāng)前工程機(jī)械的先進(jìn)技術(shù)大部分集中在操縱與控制上。要解決控制問題,只從機(jī)械和液壓角度來動(dòng)腦筋很難使產(chǎn)品有質(zhì)的飛躍,必須引入具有良好控制性能和信息處理能力的電子技術(shù)、傳感器技術(shù)和電液轉(zhuǎn)換技術(shù)等。電子控制和信息處理技術(shù)已成為現(xiàn)代工程機(jī)械不可缺少的部分,在日本甚至提出沒有電子控制的產(chǎn)品不能稱為新產(chǎn)品。2 工程機(jī)械電子化、自動(dòng)化和機(jī)器人化電子化、自動(dòng)化和機(jī)器人化是工程機(jī)械產(chǎn)品更新?lián)Q代的發(fā)展方向,這是不可抗拒的技術(shù)潮流。從其作業(yè)特點(diǎn)來看,大致可分為完成多種作業(yè)的通用性工程機(jī)械和完成單一作業(yè)的專用性工程機(jī)械。 通用性工程機(jī)械向機(jī)電信一體化方向發(fā)展這類機(jī)械具有多種功能,需要完成復(fù)合性作業(yè)操作,工作環(huán)境復(fù)雜,難以分解成簡(jiǎn)單的模式動(dòng)作,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化很困難,需要由人來操縱和掌握。目前,電子控制技術(shù)正在不斷地向這類機(jī)械滲透和普及,出現(xiàn)了新一代所謂的電子挖掘機(jī)、電子推土機(jī)等,且已經(jīng)實(shí)用化、商品化,并在市場(chǎng)上銷售。 特定工程專用機(jī)械向建設(shè)機(jī)器人方向發(fā)展建設(shè)工程中有些比較單純的作業(yè)能夠與其它工作分開成為單獨(dú)的作業(yè)操作,往往采用專用機(jī)械來施工,還有根據(jù)施工要求將施工技術(shù)和施工機(jī)械相結(jié)合創(chuàng)造出新的施工法,即結(jié)合施工法設(shè)計(jì)的特殊用途的專用機(jī)械。象這類機(jī)械國(guó)外大多采用電子控制技術(shù),以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和無人化操作施工。國(guó)外往往把這類采用機(jī)電信一體化技術(shù)、能自動(dòng)地進(jìn)行作業(yè)的機(jī)械和系統(tǒng)稱作建設(shè)機(jī)器人。3 21世紀(jì)面臨的問題和建筑業(yè)發(fā)展展望 21世紀(jì)人類面臨著人口、資源和環(huán)境三大危機(jī):①人口問題。人口膨脹、老齡化、勞動(dòng)生產(chǎn)人口減少,需要拓寬人類生存空間,城市向高空發(fā)展及利用地下空間,沿海軟地基改造,圍海造地,海洋開發(fā)和向宇宙進(jìn)軍。②能源危機(jī)。需要開發(fā)綠色能源替代煤和石油燃料,全面開發(fā)和合理利用自然資源。③環(huán)境污染。CO2排出量增加、地球溫暖化、電離層的破壞、熱帶雨林的減少、大氣和水的污染,均需要防止沙漠的擴(kuò)展和進(jìn)行沙漠的綠化,保持生態(tài)環(huán)境,治理和控制地球環(huán)境。這些都對(duì)工程機(jī)械提出更高的要求,但目前工程機(jī)械仍存在不少問題。機(jī)械制造業(yè)已實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化,大量采用數(shù)控機(jī)床、加工中心和各種機(jī)械手,高技術(shù)保證了產(chǎn)品質(zhì)量,提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。建筑業(yè)與機(jī)械制造業(yè)相比還很落后,雖然已實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化,卻仍停留在1人1臺(tái)設(shè)備,憑手藝、手工操作為主的小生產(chǎn)方式,勞動(dòng)生產(chǎn)率無法提高,因此迫切需要進(jìn)行新技術(shù)革命,向社會(huì)化大生產(chǎn)方式過渡,實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化。目前先進(jìn)國(guó)家正在不斷創(chuàng)造先進(jìn)的建設(shè)技術(shù)和采用高新技術(shù)開發(fā)高性能的工程機(jī)械,例如全自動(dòng)化筑路系統(tǒng)、大規(guī)模無人化的土方施工系統(tǒng)和工廠化全自動(dòng)大樓施工系統(tǒng)等,同時(shí)對(duì)建設(shè)事業(yè)提出下列新要求。 施工領(lǐng)域擴(kuò)展化向地下、高空和海洋發(fā)展,向宇宙進(jìn)軍。城市地面留給人類居住和綠化,以保持良好的生態(tài)環(huán)境,管線(上下水道、煤氣管道、電線和電話線等)和交通全部轉(zhuǎn)入地下,被海、河隔開的陸地將用隧道來連通,需要大量各式各樣的地下施工機(jī)械。沙漠的綠化和利用,需要開發(fā)沙漠機(jī)械。海洋的探測(cè)和資源利用,需要開發(fā)海洋機(jī)械。沿海軟地基改造和圍海造地也需要開發(fā)相應(yīng)的機(jī)械。還有宇宙探測(cè)及其機(jī)械的開發(fā)。 施工規(guī)模巨型化建筑物的超高、大、重使得施工規(guī)模愈來愈大,包括大型水利工程、超深地下工程、超長(zhǎng)隧道、大跨度橋梁等。建設(shè)工程高級(jí)化,包括高級(jí)精美的建筑物、高級(jí)公路、高速列車。同時(shí)要實(shí)現(xiàn)工程施工高速化和低成本化。 改變落后形象建設(shè)業(yè)和工程機(jī)械的落后面貌和人類的物質(zhì)文明顯得越來越不相稱,建設(shè)工程大大地影響了城市景觀,破壞了環(huán)境且建設(shè)工程安全事故嚴(yán)重,死亡率在各行業(yè)中最高。目前先進(jìn)國(guó)家已提出工程機(jī)械設(shè)計(jì)的新思想,以人為本、人機(jī)工程學(xué)第一,要使司機(jī)和看到它的人都感到滿意。在日本,成立了建設(shè)業(yè)勞動(dòng)災(zāi)害防止協(xié)會(huì),設(shè)立了建設(shè)工事安全對(duì)策委員會(huì),建設(shè)部發(fā)表了《工事安全對(duì)策》用于指導(dǎo)建設(shè)設(shè)計(jì)、施工和管理。已經(jīng)實(shí)施了多個(gè)建設(shè)業(yè)勞動(dòng)災(zāi)害防止五年計(jì)劃,目前正在執(zhí)行第4次建設(shè)業(yè)勞動(dòng)災(zāi)害防止五年計(jì)劃,時(shí)間從1998~2002年。在建設(shè)機(jī)械設(shè)計(jì)中提出了產(chǎn)品安全設(shè)計(jì)概念,另外司機(jī)和操作人員要接受系統(tǒng)的安全衛(wèi)生教育和危險(xiǎn)預(yù)知訓(xùn)練。為了進(jìn)一步提高安全性和減少事故,日本對(duì)主要工程機(jī)械(挖掘機(jī)和起重機(jī))實(shí)行統(tǒng)一操縱方式。1992年開始實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)操縱方式建設(shè)機(jī)械的評(píng)定,對(duì)符合標(biāo)準(zhǔn)操縱方式的工程機(jī)械貼上特殊的標(biāo)記。操縱方式的統(tǒng)一避免了各廠家采用不統(tǒng)一操縱方式使司機(jī)不習(xí)慣而造成的事故和影響生產(chǎn)率。在工程機(jī)械操縱方式標(biāo)準(zhǔn)化的過程中,深入探討了如何使操縱簡(jiǎn)單化和今后如何向自動(dòng)化方向發(fā)展的問題。 保護(hù)環(huán)境、無公害綠色施工隨著人們生活水平和文明程度不斷提高,環(huán)保意識(shí)不斷增強(qiáng),施工建設(shè)已成為城市最大公害,已有人提出寧可放慢建設(shè)速度也要優(yōu)先保護(hù)環(huán)境。綠色設(shè)計(jì)符合可持續(xù)發(fā)展的要求，是社會(huì)進(jìn)步的標(biāo)志，也是科技發(fā)展的必然趨勢(shì)。實(shí)踐證明，誰起步早、實(shí)施快，誰就能把握產(chǎn)品研發(fā)的主動(dòng)權(quán)。必須使工程技術(shù)人員，特別是企業(yè)決策者，充分認(rèn)識(shí)到綠色設(shè)計(jì)的必要性和緊迫性。由于設(shè)計(jì)目標(biāo)和涉及問題有復(fù)雜性，需要多專業(yè)、多學(xué)科的設(shè)計(jì)人員組成技術(shù)設(shè)計(jì)班子，負(fù)責(zé)整個(gè)設(shè)計(jì)過程，并要求所有成員協(xié)調(diào)工作，并交叉進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此，設(shè)計(jì)的前期可能需要更多的人力、物力和財(cái)力上的投入，但從發(fā)展戰(zhàn)略角度看，綠色設(shè)計(jì)終將會(huì)給企業(yè)及其產(chǎn)品樹立良好形象，并最終帶來不可估量的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。而日本已制定了一系列環(huán)境保護(hù)政策,早在1967年就提出《公害對(duì)策基本法》, 1968年和1976年分別提出了《噪聲限制法》和《振動(dòng)限制法》。1983年開始執(zhí)行《低噪聲型建設(shè)機(jī)械評(píng)定制度》,1989年起執(zhí)行《超低噪聲建設(shè)機(jī)械評(píng)定制度》。評(píng)定的過程是廠方提出申請(qǐng),由日本建設(shè)機(jī)械化協(xié)會(huì)建設(shè)機(jī)械化研究所審查、日本建設(shè)部批準(zhǔn),對(duì)符合噪聲標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械貼上低噪聲和超低噪聲機(jī)械的特殊標(biāo)記,對(duì)這些機(jī)械從價(jià)格和成本計(jì)算上給予優(yōu)惠政策。1996年提出《低振動(dòng)型建設(shè)機(jī)械的振動(dòng)水平測(cè)定方法》,1997年開始實(shí)施低振動(dòng)建設(shè)機(jī)械的評(píng)定在大氣污染和排放方面,日本于1992年提出了《排放對(duì)策型建設(shè)機(jī)械評(píng)定要領(lǐng)》,并首先在隧道施工中對(duì)7種工程機(jī)械進(jìn)行排放對(duì)策型建設(shè)機(jī)械的評(píng)定, 1993年又?jǐn)U大了排放對(duì)策型建設(shè)機(jī)械評(píng)定的機(jī)種。在建設(shè)施工環(huán)境保護(hù)方面,日本政府于1993年提出了《環(huán)境基本法》, 1994年通過了《環(huán)境基本計(jì)劃》。日本建設(shè)部以創(chuàng)造和保護(hù)環(huán)境作為行政使命來認(rèn)識(shí)、制定了《環(huán)境政策大綱》, 1997年進(jìn)一步提出了《環(huán)境影響評(píng)價(jià)法》,更具體、更明確地提出評(píng)價(jià)和影響環(huán)境的要素,包括大氣環(huán)境(排放、振動(dòng)和噪聲)、水環(huán)境與土壤有關(guān)的環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、人和自然協(xié)調(diào)的環(huán)境以及對(duì)環(huán)境的負(fù)荷(包括建筑垃圾,廢棄物)等等。預(yù)定從1999年起在工程施工中實(shí)行新的環(huán)境評(píng)價(jià)方法。由以上介紹可以看到國(guó)外把環(huán)境保護(hù)提得很高,做了大量的工作,在21世紀(jì)工程機(jī)械的設(shè)計(jì)和施工中必須考慮環(huán)境保護(hù)。造成公害大的施工方法和工程機(jī)械必然被淘汰,正在被綠色施工和綠色機(jī)械所替代。我國(guó)目前在工地上使用的小型砼攪拌機(jī)正在被商品砼取代,液壓錘逐步替代柴油錘,濕式取土鉆孔灌注樁正在被干式取土鉆孔灌注樁所排擠,埋設(shè)管線正在由大開挖向非開挖埋設(shè)方向發(fā)展等。