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【正文】 算機輔助設(shè)計、輔助制造及輔助管理裝備了工程機械制造業(yè)， IT 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也裝備了工程機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械行業(yè)。新的工程機械產(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以往所不可比擬的，并且在向著進(jìn)一步的智能化和機器人化方向邁進(jìn) 。 作業(yè)原理創(chuàng)新：新法破土與高頻振動 隨著科學(xué)技術(shù)研究水平的不斷發(fā)展，工程機械的作業(yè)理論也在不斷地創(chuàng)新。工程機械的作業(yè)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、找平與壓實等。這些作業(yè)理原先是以仿生學(xué)與牛頓力學(xué)為基礎(chǔ)的，而近現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展為工程機械作業(yè)原理的創(chuàng)新奠定了基礎(chǔ)。例如機械振動、脈沖、射流、光電效應(yīng)及熱物理學(xué)的應(yīng)用， 為工程機械節(jié)省資源，改善施工質(zhì)量、提高生邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 產(chǎn)效率、工作可靠性、駕駛舒適性與自動化程度創(chuàng)造了條件。 挖掘機、推土機、裝載機等土方工程機械切割破土， 現(xiàn)在有了無斗銑切法、高頻振動法、液氣射流法及微孔破土法。使用新的破土作業(yè)原理改造的鏟斗、松土器可以開挖高強度的巖土，在一般情況下都可以降低單位土方費用與提高生產(chǎn)效率，并且在靠近建筑物挖土?xí)r可代替鉆孔 — 爆破法施工。 振動壓路機是利用機械振動而又要達(dá)成 “ 振地不振人 ” 作業(yè)效果的最有力說明。高頻振動壓實技術(shù)的應(yīng)用是近代動力學(xué)在工程機械上的重要科研成果，在振動壓路機上同時應(yīng)用了振動與隔振理論。 20 世紀(jì) 90 年代以來，出現(xiàn)了水平振動（振蕩）與垂直振動的定向振動壓實方法，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 作業(yè)原理，并且形成了相應(yīng)系列的振動壓路機。沖擊式壓路機打破了原有傳統(tǒng)的圓柱形滾輪結(jié)構(gòu)，使用具有 35 個邊的多邊形壓滾由牽引車拖行，以每秒 23 次順序地沖擊地面。這種劇烈沖擊具有地震波的傳播特性，其壓實深度隨碾壓遍數(shù)而遞增，在 5m 深處的壓實度可達(dá) 90%92%。沖擊壓路機具有靜壓沖擊、振動搗實與揉搓的綜合作用，適合大型填方、塌陷土壤和干砂填筑工程的壓實。 瀝青混凝土攤鋪機慰平工作裝置更是工程機械作業(yè)原理創(chuàng)新的典型例子。慰平板使用柴油、液化氣或電加熱和 72Hz 的調(diào)頻振動，并采用紅外線、激光或超聲波找平， 是多學(xué) 科高新技術(shù)的應(yīng)用。這其中的找平技術(shù)也可以應(yīng)用到平地機上，作為地平或坡面的精細(xì)找平。 調(diào)頻率機械振動還通常用于鑿巖、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、重油和煤粉多種燃料的燃燒器，瀝青的脫桶、加熱及瀝青混合料的攪拌與保溫過程中都充分運用了熱物理學(xué)原理。瀝青的乳化與改性都是一些化學(xué)物理反應(yīng)的具體應(yīng)用。 傳動方式創(chuàng)新：普及液壓與電氣傳動 液壓傳動在 20 世紀(jì) 60 年代開始應(yīng)用到了壓路機上，只十多年的時間就得到了推廣和普及。現(xiàn)在壓路機的行走、振動、轉(zhuǎn)向及制動等系統(tǒng)已實現(xiàn)了全液壓傳動。液壓傳 動大大簡化了壓路機傳動與操縱系統(tǒng)的設(shè)計，液壓傳動平穩(wěn)、操縱方便省力、容易實現(xiàn)無級調(diào)速和自動控制、從總體上提高了壓路機的生產(chǎn)效率與壓實質(zhì)量?，F(xiàn)在國外市場上已經(jīng)很少見到機械傳動的壓路機了。 靜液壓傳動技術(shù)于 70 年代開始應(yīng)用到了推土機上，并且很快推廣到了一些中小型推土機和裝載機上，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)和銷售全液壓推寺機與裝載機。靜液壓傳動不使用液力變矩器，邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 還省去了離且器與行車制動器及部分機械傳動機構(gòu)，能利用安全閥對機械和液壓系統(tǒng)實現(xiàn)過載保護(hù)，并以較小的索引功率發(fā) 揮最大的索引力，其剩余的功率可用在機器的輔助操作上。 德國的德馬克公司和利渤海爾公司公別于 1954年和 1955年率先開發(fā)了全液壓挖掘機，但靜液壓傳動在挖掘機上大量的推廣應(yīng)用也是在 70 年代。自 80 年代初以來，挖掘機從大到小正逐步實現(xiàn)了驅(qū)動行走、回轉(zhuǎn)與挖掘機的全液壓化。在國際市場上的挖掘機，已全部淘汰了各種機械傳動機構(gòu)。 誕生歷史比較晚的路面機械更是以全液壓傳動為主，如攤鋪機、穩(wěn)定土拌和機、路面銑刨機等，液壓傳動的平穩(wěn)性有助于提高路面的鋪筑質(zhì)量。在鑿巖臺車和鑿巖機上，液壓傳動已取代了以往的氣動，現(xiàn)代輪式起重機和 樁工機械也工向全液壓化的方向發(fā)展。 電力在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用雖然已有很長的歷史了，但在移動式機械上使用尚不多見。這首先是因為電動機的能容量小，一臺電動機與同功率的液壓馬達(dá)相比，其重量和體積要大好多倍，這給機器的空間布置帶來了很大困難。另外，電氣傳動的效率比效低，而消耗有色金屬量大。但電氣傳動能很好地實現(xiàn)無級調(diào)速、電氣制動和功率分流，電傳動更方便和易于大型礦車、大型挖掘機和大型裝載機上，以發(fā)動機 — 發(fā)電機— 電動車輪傳遞行駛動力。德國福格勒公司還試制了電動車輪傳遞行駛動力。德國福格勒公司還試制了電傳動的瀝青攤鋪機， 該機的所有回轉(zhuǎn)系統(tǒng)都用電馬達(dá)帶動，只有料斗開合與慰平板找平油缸仍使用液壓傳動。另外就是在作業(yè)區(qū)域移動較小的采礦工地上，使用了電力拖動的大型挖掘機的裝載機，這種電力拖動使用電纜傳輸動力而不必在機器上安裝發(fā)動機。 人機工程創(chuàng)新：以人為本與簡化操作 20 世紀(jì) 80 年代以來，世界上許多大的工程機械制造公司都投入很大的人力和資金促進(jìn)現(xiàn)代設(shè)計方法學(xué)的研究和應(yīng)用。人機工程學(xué)是 “ 以人為本 ” 的設(shè)計思想，注重機器與人的相互協(xié)調(diào)，提高人機安全性、駕駛舒適性，方便于司機操作和技術(shù)保養(yǎng)，這樣既改善了司機的工作條件，又提高了生產(chǎn)效率 ，有的國家對工程機械的振動、噪聲、廢氣排放和防翻滾與落物制定了新的標(biāo)準(zhǔn)，甚至付諸法律?，F(xiàn)在各類工程機械都是設(shè)計有防翻滾和落物保護(hù)裝置，以保護(hù)司機的人身安全，并且都是與駕駛室分別設(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、降噪和控溫措施。室內(nèi)的座椅、操縱桿件、儀表與監(jiān)視器都按人機工程學(xué)布置，并且盡量減少操縱部位與操縱力。為了減輕司機的疲勞，選用懸浮式減振座椅，并研制了氣邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 — 液懸持系統(tǒng)的駕駛室底板。 電子技術(shù)在工程機械上的應(yīng)用，大大簡化了司機的操作程序和提高了機器的技術(shù)性能。利用電子 控制可以自動選擇機器的作業(yè)模式，例如挖掘機的 3 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)振動和雙輪全振動等。利用電子監(jiān)測可以及時發(fā)現(xiàn)和排除機器系統(tǒng)的故障，例如發(fā)動機潤滑油失壓、風(fēng)扇傳動帶斷裂、液壓油污染或過熱和濾油器堵塞等，均能及時發(fā)出聲響或燈光報警，利用電子傳感器經(jīng)微電腦處理可以自動檢測機器的工作質(zhì)量，如隨機檢測振動壓路機的壓實度，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，通過電子儀器分析發(fā)動機排氣噪聲的波形結(jié)構(gòu)，并產(chǎn)生一種與之相位差 180176。 的干擾聲波，這 種 “ 抗噪聲 ” 與發(fā)動機排氣的噪聲相抵消，從而過到消聲的目的。這種電了消音器還可用于消除發(fā)動機的基本噪聲和駕駛室內(nèi)的噪聲。通過消音和隔離的工程機械駕駛室內(nèi)噪聲可以降低到 70dB（ A）以下。 另外，通過集中潤滑、自動潤滑及故障自動報警，大大減少了工程機械的維修工作量。德萊賽公司裝載機鉸接軸的潤滑周期可延長到 2020h，更換機油和濾清器的周期延長到 250h；卡特彼勒公司裝載機的日常檢修時間縮短到 ，使用 100h 的技術(shù)保養(yǎng)時間也僅有 67min。 外觀造型創(chuàng)新：工業(yè)設(shè)計與環(huán)境協(xié)調(diào) 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)品的造型設(shè)計，也稱其為產(chǎn)品的藝術(shù)造型。機械產(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，還應(yīng)體現(xiàn)出產(chǎn)品的技術(shù)先進(jìn)性和符合時代感的審美要求。 對于工程機械，有人說 “ 貨賣一張皮 ” 那是言過其實，但不重視造型設(shè)計肯定是不可取的。工程機械的造型設(shè)計可以使機器的形態(tài)與其結(jié)構(gòu)、功能及使用要求相統(tǒng)一，并與人的生理及心理相協(xié)調(diào)。這種造型設(shè)計 應(yīng)包括各部的比例得當(dāng)，形體流暢、色彩協(xié)調(diào)、儀表布置美觀以及便于直觀操作和有醒目的商標(biāo)符號。 現(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)計機構(gòu)。 居世界領(lǐng)先地位的壓實機左制造商 —— 寶馬公司，其第三化壓實機械的機器造型由工業(yè)設(shè)計專家 設(shè)計，產(chǎn)生了良好的綜合效果。該系列拆裝更換濾清器、傳動件、軟管及日常保養(yǎng)都是很方便。采用圓弧形的現(xiàn)代駕駛室和在傾角的發(fā)動機罩視野開闊、線條流暢，具有時代氣息。駕駛方向盤的高度與傾角可調(diào)，選用舒邵陽學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 適的高靠背可調(diào)減振座椅，給駕駛員準(zhǔn)備了良好的操作環(huán)境。儀器儀表盤設(shè)計合理，易于觀察和控制，發(fā)動機罩的傾斜給駕駛員提供了良好的視角。 液壓轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)移到了駕駛室外，以減少駕駛室內(nèi)的發(fā)熱與噪聲。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)。 其它的許多工程機械也都是不同程度地注重了工業(yè)設(shè)計，例如零部件布置盡量下移，以降低整機重心；適當(dāng)?shù)財U大支承面積，以增加機器的穩(wěn)定度；左右布置盡量對稱，以符合人的美感；去掉一些外觀造型的尖角、棱邊，以顯示線條的流暢等。工程機械的油漆更是其工業(yè) 設(shè)計的重要內(nèi)容，整機的色調(diào)應(yīng)能引人注意，增加作業(yè)環(huán)境的安全，并與野外施工現(xiàn)場的綠樹田野相映襯、協(xié)調(diào)，使用套色的水平腰線和增加 下車的色彩濃度可以增加機器的視覺穩(wěn)定性等。 ５ 、人工智能創(chuàng)新：靈性機器與機器人化 工程機械在工程建設(shè)領(lǐng)域代替了人的體力勞動，擴展了人的手腳功能，但傳統(tǒng)機械還未能解決好人的體力和生理負(fù)擔(dān)問題，更不要說解脫人的精神和心理負(fù)擔(dān)了?，F(xiàn)代化工程機械應(yīng)該是賦予了其靈性，有靈性的工程機械是有思維頭腦（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（動力與傳動）及手足骨骼（工作機構(gòu)與行走裝置）的機電信一體化系統(tǒng)。 機電信一體化并非機電與信息技術(shù)的簡單結(jié)合，它所構(gòu)成的系統(tǒng)必須具備 5 項功能： ① 具有檢測和識別工作對 象與工作條件的功能； ② 具有根據(jù)工作目標(biāo)自行作出決策的功能； ③ 具有響應(yīng)決策、執(zhí)行支動作的功能； ④ 具有自動監(jiān)測工作過程與自我修正的功能； ⑤ 具有自 z 身安全保護(hù)和故障排除功能。這也就是工程機械智能化的一些具體目標(biāo)。 在工程機械的智能化過程中，自始至終充滿著自學(xué)習(xí)技術(shù)和自適應(yīng)技術(shù)的運用?，F(xiàn)在機電信一體化技術(shù)實現(xiàn)了對發(fā)動機、液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的全面控制，機器正在被賦予各種感覺與智慧。在工藝過程與工作狀態(tài)實時監(jiān)測的基礎(chǔ)上，工程機械將從局部自動化過渡到全面自動化，并且向著遠(yuǎn)距離操縱和無人駕駛的趨勢發(fā)展。隨著人工智能的介 入，工程機械將加快快其現(xiàn)代進(jìn)程，使逐步過渡到完全智慧化的作業(yè)機器人目標(biāo)。到那時，一些新的機器人化作業(yè)程序就會應(yīng)運而生。