【正文】 官、心臟、手足和骨骼,那么現(xiàn)代機械的基本組成應(yīng)該是電腦、各種傳感器、動力裝置、工作執(zhí)行機構(gòu)。動物按智能、信息處理能力來區(qū)分低等和高等,則機械也按操縱、控制和信息處理功能劃分低級和高級。傳統(tǒng)機械是機械的低級階段,則現(xiàn)代機械是機械的高級階段。最高級的動物是人,那么最高級的機械就是機械人。現(xiàn)代機械為機械發(fā)展開辟了無限寬廣的大道,機械發(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(動力裝置)和血液(動力和液壓傳動裝置)、手腳(工作裝置)和骨骼(結(jié)構(gòu))。1 工程機械經(jīng)歷了3次飛躍和更新?lián)Q代 動力革命 體積小、重量輕、強有力的內(nèi)燃機的出現(xiàn),解決了工程機械移動的動力源難題,促使了工程機械的誕生和發(fā)展。 傳動革命解決了動力問題之后主要的問題是如何有效地傳遞動力去完成作業(yè)。工程機械作業(yè)形式多種多樣,工作裝置的種類繁多,要求實現(xiàn)各種各樣的復(fù)雜運動。一個動力裝置要驅(qū)動多種裝置,而且傳動距離往往比較長,20世紀50年代出現(xiàn)了液體傳動(液壓和液力),為工程機械提供了良好的傳動裝置。液壓傳動結(jié)構(gòu)緊湊,布置簡單方便,易實現(xiàn)各種運動形式的轉(zhuǎn)換,能滿足復(fù)雜的作業(yè)要求,具有許多優(yōu)良傳動性能。傳動平穩(wěn),自動防止過載,易實現(xiàn)無級變速,操縱簡單輕便,控制性能好。由于工程機械找到了理想的傳動裝置,推動了工程機械的飛速發(fā)展,迎來了工程機械的多樣化時代,出現(xiàn)了形形色色完成各種施工作業(yè)的工程機械。 操縱和控制革命工程機械的動力和傳動問題基本解決以后,隨著社會的進步、經(jīng)濟的發(fā)展和生活的提高,對工程機械提出一系列更高的要求。要使工程機械高效節(jié)能,就要對發(fā)動機和傳動系統(tǒng)進行控制,合理分配功率,使其處于最佳工況。為了減輕司機勞動強度和改善操縱性能,需要采用自動控制,實現(xiàn)省力化和自動化。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,進行運行狀態(tài)監(jiān)視,故障自動報警。新建設(shè)領(lǐng)域的擴展,為避免人到無法接近的場所和作業(yè)環(huán)境十分惡劣的地方去作業(yè),要采用遠距離操縱和無人駕駛。這一切都說明了工程機械當前的主要問題是操縱和控制。工程機械不能停留在人工操縱階段,靠人的感覺、經(jīng)驗和技術(shù)來操縱機械將大大影響工程機械技術(shù)的發(fā)展,也不能使人從繁重、復(fù)雜的操縱勞動中解放出來。近年來工程機械的發(fā)展主要是操縱和控制機構(gòu)的改進,下面舉例說明:動力裝置 柴油機已采用微機控制電子噴射和電子調(diào)速器。挖掘機、推土機和裝載機都采用了發(fā)動機工況控制,根據(jù)作業(yè)工況通過電子控制,發(fā)動機輸出不同的功率。傳動裝置 如裝載機變速器采用了電操縱、微機控制自動換擋和換擋品質(zhì)控制等。工作裝置 推土機、平地機刀板自動調(diào)節(jié),銑刨機和攤鋪機自動找平,挖掘機軌跡控制、自動掘削等。液壓系統(tǒng) 節(jié)能控制,全功率控制,泵、閥和馬達聯(lián)合控制等。操縱系統(tǒng) 從先導操縱到先導比例操縱,最近正在向電操縱桿方向發(fā)展。推土機、裝載機等操縱桿數(shù)正在減少,操縱功大大下降,操縱越來越方便。有的裝載機轉(zhuǎn)向操縱已從方向盤改為操縱桿式轉(zhuǎn)向。當前工程機械的先進技術(shù)大部分集中在操縱與控制上。要解決控制問題,只從機械和液壓角度來動腦筋很難使產(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 工程機械電子化、自動化和機器人化電子化、自動化和機器人化是工程機械產(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)特點來看,大致可分為完成多種作業(yè)的通用性工程機械和完成單一作業(yè)的專用性工程機械。 通用性工程機械向機電信一體化方向發(fā)展這類機械具有多種功能,需要完成復(fù)合性作業(yè)操作,工作環(huán)境復(fù)雜,難以分解成簡單的模式動作,實現(xiàn)自動化很困難,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械滲透和普及,出現(xiàn)了新一代所謂的電子挖掘機、電子推土機等,且已經(jīng)實用化、商品化,并在市場上銷售。 特定工程專用機械向建設(shè)機器人方向發(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的作業(yè)操作,往往采用專用機械來施工,還有根據(jù)施工要求將施工技術(shù)和施工機械相結(jié)合創(chuàng)造出新的施工法,即結(jié)合施工法設(shè)計的特殊用途的專用機械。象這類機械國外大多采用電子控制技術(shù),以實現(xiàn)自動化和無人化操作施工。國外往往把這類采用機電信一體化技術(shù)、能自動地進行作業(yè)的機械和系統(tǒng)稱作建設(shè)機器人。3 21世紀面臨的問題和建筑業(yè)發(fā)展展望 21世紀人類面臨著人口、資源和環(huán)境三大危機:①人口問題。人口膨脹、老齡化、勞動生產(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)和向宇宙進軍。②能源危機。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展和進行沙漠的綠化,保持生態(tài)環(huán)境,治理和控制地球環(huán)境。這些都對工程機械提出更高的要求,但目前工程機械仍存在不少問題。機械制造業(yè)已實現(xiàn)了機電一體化,大量采用數(shù)控機床、加工中心和各種機械手,高技術(shù)保證了產(chǎn)品質(zhì)量,提高了勞動生產(chǎn)率。建筑業(yè)與機械制造業(yè)相比還很落后,雖然已實現(xiàn)了機械化,卻仍停留在1人1臺設(shè)備,憑手藝、手工操作為主的小生產(chǎn)方式,勞動生產(chǎn)率無法提高,因此迫切需要進行新技術(shù)革命,向社會化大生產(chǎn)方式過渡,實現(xiàn)建筑工業(yè)化。目前先進國家正在不斷創(chuàng)造先進的建設(shè)技術(shù)和采用高新技術(shù)開發(fā)高性能的工程機械,例如全自動化筑路系統(tǒng)、大規(guī)模無人化的土方施工系統(tǒng)和工廠化全自動大樓施工系統(tǒng)等,同時對建設(shè)事業(yè)提出下列新要求。 施工領(lǐng)域擴展化向地下、高空和海洋發(fā)展,向宇宙進軍。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械。沙漠的綠化和利用,需要開發(fā)沙漠機械。海洋的探測和資源利用,需要開發(fā)海洋機械。沿海軟地基改造和圍海造地也需要開發(fā)相應(yīng)的機械。還有宇宙探測及其機械的開發(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、超長隧道、大跨度橋梁等。建設(shè)工程高級化,包括高級精美的建筑物、高級公路、高速列車。同時要實現(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)工程安全事故嚴重,死亡率在各行業(yè)中最高。目前先進國家已提出工程機械設(shè)計的新思想,以人為本、人機工程學第一,要使司機和看到它的人都感到滿意。在日本,成立了建設(shè)業(yè)勞動災(zāi)害防止協(xié)會,設(shè)立了建設(shè)工事安全對策委員會,建設(shè)部發(fā)表了《工事安全對策》用于指導建設(shè)設(shè)計、施工和管理。已經(jīng)實施了多個建設(shè)業(yè)勞動災(zāi)害防止五年計劃,目前正在執(zhí)行第4次建設(shè)業(yè)勞動災(zāi)害防止五年計劃,時間從1998~2002年。在建設(shè)機械設(shè)計中提出了產(chǎn)品安全設(shè)計概念,另外司機和操作人員要接受系統(tǒng)的安全衛(wèi)生教育和危險預(yù)知訓練。為了進一步提高安全性和減少事故,日本對主要工程機械(挖掘機和起重機)實行統(tǒng)一操縱方式。1992年開始實施標準操縱方式建設(shè)機械的評定,對符合標準操縱方式的工程機械貼上特殊的標記。操縱方式的統(tǒng)一避免了各廠家采用不統(tǒng)一操縱方式使司機不習慣而造成的事故和影響生產(chǎn)率。在工程機械操縱方式標準化的過程中,深入探討了如何使操縱簡單化和今后如何向自動化方向發(fā)展的問題。 保護環(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)保意識不斷增強,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)先保護環(huán)境。綠色設(shè)計符合可持續(xù)發(fā)展的要求，是社會進步的標志，也是科技發(fā)展的必然趨勢。實踐證明，誰起步早、實施快，誰就能把握產(chǎn)品研發(fā)的主動權(quán)。必須使工程技術(shù)人員，特別是企業(yè)決策者，充分認識到綠色設(shè)計的必要性和緊迫性。由于設(shè)計目標和涉及問題有復(fù)雜性，需要多專業(yè)、多學科的設(shè)計人員組成技術(shù)設(shè)計班子，負責整個設(shè)計過程，并要求所有成員協(xié)調(diào)工作，并交叉進行設(shè)計。因此，設(shè)計的前期可能需要更多的人力、物力和財力上的投入，但從發(fā)展戰(zhàn)略角度看，綠色設(shè)計終將會給企業(yè)及其產(chǎn)品樹立良好形象，并最終帶來不可估量的社會和經(jīng)濟效益。而日本已制定了一系列環(huán)境保護政策,早在1967年就提出《公害對策基本法》, 1968年和1976年分別提出了《噪聲限制法》和《振動限制法》。1983年開始執(zhí)行《低噪聲型建設(shè)機械評定制度》,1989年起執(zhí)行《超低噪聲建設(shè)機械評定制度》。評定的過程是廠方提出申請,由日本建設(shè)機械化協(xié)會建設(shè)機械化研究所審查、日本建設(shè)部批準,對符合噪聲標準的機械貼上低噪聲和超低噪聲機械的特殊標記,對這些機械從價格和成本計算上給予優(yōu)惠政策。1996年提出《低振動型建設(shè)機械的振動水平測定方法》,1997年開始實施低振動建設(shè)機械的評定在大氣污染和排放方面,日本于1992年提出了《排放對策型建設(shè)機械評定要領(lǐng)》,并首先在隧道施工中對7種工程機械進行排放對策型建設(shè)機械的評定, 1993年又擴大了排放對策型建設(shè)機械評定的機種。在建設(shè)施工環(huán)境保護方面,日本政府于1993年提出了《環(huán)境基本法》, 1994年通過了《環(huán)境基本計劃》。日本建設(shè)部以創(chuàng)造和保護環(huán)境作為行政使命來認識、制定了《環(huán)境政策大綱》, 1997年進一步提出了《環(huán)境影響評價法》,更具體、更明確地提出評價和影響環(huán)境的要素,包括大氣環(huán)境(排放、振動和噪聲)、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)境以及對環(huán)境的負荷(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行新的環(huán)境評價方法。由以上介紹可以看到國外把環(huán)境保護提得很高,做了大量的工作,在21世紀工程機械的設(shè)計和施工中必須考慮環(huán)境保護。造成公害大的施工方法和工程機械必然被淘汰,正在被綠色施工和綠色機械所替代。我國目前在工地上使用的小型砼攪拌機正在被商品砼取代,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。