現代工程機械行業(yè)的技術進步-中文翻譯

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現代工程機械行業(yè)的技術進步摘要大型機械式挖掘機在國際和國內的礦山以及工程施工中已得到廣泛應用，其生產率與性能有直接關系?，F代的工程機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)境的設計；5.人工智能創(chuàng)新，智能機器人。隨著現代工程機械行業(yè)的技術進步，一個全新的工程機械行業(yè)將呈現在人們眼前。正文大型機械式挖掘機在國際和國內的礦山開采以及工程施工中得到廣泛的應用，其性能的優(yōu)劣對生產率有很大的影響.在國際市場逐步開放的今天，如何提高產品的質量是一個公司提高其市場競爭力的關鍵。目前，我國的大型機械式挖掘機在設計水平，設計手段及產品質量無法與國際上先進技術同步.國外已經將現代設計方法(電子模擬理論、動態(tài)設計、可靠性設計等)普遍地應用于挖掘機設計，使產品設計現代化，性能可靠。而我國仍然主要采用傳統(tǒng)的仿型設計，而現代設計方法還沒有被實際的應用在挖掘機的設計上。主要表現在自主設計開發(fā)能力不夠，基礎工作做得還不是很完善，尤其在挖掘機動力學設計方面。挖掘機結構非常復雜，往往是多發(fā)動機同時驅動，同時工作環(huán)境十分惡劣，外載荷總是隨機性變化。因此在設計新型大型礦用挖掘機時，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度計算外，還必須要進行動力學分析和計算，以在設計之初保證機械的動強度和可靠性。在進行動力學分析時，應確定挖掘機各部件的載荷特性，以設計出可靠的產品。從 20 世紀 80 年代到本世紀初，中外工程機械產品技術在新的技術革命中已從一個成熟期走到了現代化時期，工程機械產品的綜合技術水平躍上了一個新的臺階。電子技術、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)的工程機械產品，計算機輔助設計和計算機輔助制造，計算機輔助工程機械及器材制造業(yè)管理，IT 網絡技術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)。新的工程機械產品在工作效率、作業(yè)質量、環(huán)境保護、操作性能及自動化程度諸多方面都是過去所不可比擬的，并且在進一步向著機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技術的研究發(fā)展，工程機械的操作理論在不斷地創(chuàng)新。機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、平整與壓實等。這些操作原先是以仿生學與牛頓力學為基礎的，而現代科學的發(fā)展為工程機械操作原理創(chuàng)新奠定了基礎。例如機械振動、脈沖、射流、光電效應及熱物理學的應用， 為工程機械節(jié)省資源，提高工程質量、提高生產效率、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、推土機、裝載機等土方工程機械切割破土項目，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、松土器可以對高強度的巖土進行挖掘，在一般情況下都可以降低單位土方的成本，提高生產效率，并且在靠近建筑物挖土時可代替鉆孔爆破方法挖掘。振動壓路機是是一種機械振動，并達成“振地不振人”作業(yè)效果的最有力說明。高頻振動壓實技術的應用是現代動力機械工程中的重要研究成果，在振動壓路機上同時應用了隔振理論。20 世紀 90 年代，出現了水平振動（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，并且形成了相應系列的振動壓路機。沖擊式壓路機打破了傳統(tǒng)的圓柱形滾子結構，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，其壓實深度隨碾壓遍數而遞增，在 5m 深處的壓實度可達 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，用于全面收干沙土填補壓實。瀝青攤鋪機慰平工作裝置是工程機械作業(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，是一個多學科的高新技術應用。這平整技術技術也可以應用到地平面上，如氨氯地平或細平的斜坡。機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用了熱物理學理論。瀝青的乳化與改性都是一些物理化學反應的具體應用。2．傳動方式創(chuàng)新：通用液壓與電氣傳動20 世紀的液壓傳動在 60 年代開始應用到了壓路機上，只十年的時間就得到了推廣和普及?，F在壓路機的行走、振動、轉向及制動系統(tǒng)已實現了全液壓傳動。液壓傳動大大簡化了壓路機傳動與操縱系統(tǒng)的設計，液壓傳動平穩(wěn)、操縱方便省力、容易實現無級調速和自動控制，從總體上提高了壓路機的生產效率與壓實質量?，F在在國外市場上已經很少見到機械傳動的壓路機了。液壓傳動技術于 20 世紀 70 年代開始應用到了推土機上，并且很快擴展了中小型推土機和裝載機的數量，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和銷售推寺機與裝載機。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械傳動，能利用安全閥對機械和液壓系統(tǒng)實現過載保護，并以較小的索引功率產生最大的索引力，其剩余的功率可以用在機器的輔助操作等。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，但靜液壓傳動在大型挖掘機上的普及和應用是在 20 世紀70 年代。自 80 年代初，挖掘機從大到小正逐步實現了驅動行走、回轉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的機構。誕生歷史更晚的道路是以機械液壓傳動為主，如攤鋪機、穩(wěn)土機、路面銑刨機等，液壓傳動的平穩(wěn)性有助于提高鋪平道路的質量。在鑿巖臺車和鑿巖機上，液壓傳動已取代了以往的空氣動力學，現代輪胎式起重機和打樁工作也在向全液壓化的方向發(fā)展。電力工業(yè)在生產中的應用雖然具有悠久的歷史，但在移動機械上的使用很少。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現無級調速、制動和功率分流，電傳動更方便和易于大型礦車、大型挖掘機和大型裝載機上，以發(fā)動機—發(fā)電機—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，該機的所有回轉系統(tǒng)都用電馬達驅動，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，使用了電力驅動的大型挖掘機的裝載機，這種電力驅動使用電纜傳輸動力而不必在機器上安裝發(fā)動機。3．符合人體工程學的創(chuàng)新：以人為本與簡化操作20 世紀 80 年代以來，許多世界上大的工程機械制造公司都投入很大的人力和財力在現代設計方法學的研究和應用上。人機工程學是一個“以人為本”的設計思想，重點強調機器與人的相互協(xié)調，提高操作者的安全性、駕駛舒適性，方便于司機操作和技術保養(yǎng)，這樣既改善操作的工作條件，又提高了生產效率，對工程機械的振動、噪聲、廢氣排放和防止?jié)L筒的下降都制定了新的標準，甚至付諸法律?，F在，各類工程機械都是設計有防止?jié)L筒下降的保護裝置，以保護駕駛者的人身安全，并且對駕駛室進行設計和安裝。駕駛室內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。室內的座椅、操縱桿件、儀表與顯視器都根據人機工程學設計，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。電子技術在工程機械上的應用，極大的簡化了駕駛者的操作程序和提高了設備的技術性能。利用電子控制可以自動選擇機器的作業(yè)模式，例如挖掘機的三種作業(yè)模式——動臂優(yōu)先、回轉優(yōu)先和微調整，串聯振動車輪和全振動等。電子監(jiān)測可以及時發(fā)現和排除機器系統(tǒng)的故障，例如發(fā)動機潤滑油失壓、風扇傳動帶斷裂、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，由于使用電子感應裝置可以自動檢測機器的工作質量，如隨機檢測振動壓路機的壓實程度，自動檢測與調整瀝青混合料的級配比例與出料溫度等。美國消音技術公司研制了一種電子消音器，電子儀器分析發(fā)動機排氣噪聲波的結構，并產生一種與之相位差 180°的干擾波，這種“抗噪聲”與發(fā)動機排氣的噪聲相抵消，從而得到消聲的目的。這種電了消音器可用于消除發(fā)動機的基本噪聲和駕駛室內的噪聲。通過工程機械駕駛室內消音和隔離，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，大大減少了工程機械的維修工作量。德萊賽公司闡明裝載機軸的潤滑周期可延長到 2000h，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維護時間縮短到 3.45min，使用 100h 的技術維護時間也僅需 6-7min。4．外觀造型創(chuàng)新：工業(yè)與環(huán)境的設計　　現代科學技術的高速發(fā)展，推動著社會的進步，給人類帶來了高度的物質文明與精神文明。工業(yè)設計即是工業(yè)產品的產品，也稱其為產品的藝術形式。機械產品的藝術造型應能體現其功能的合理性及外在質量的統(tǒng)一性，同時產品應體現先進的技術，滿足現代的審美要求。說工程機械“一紙制品出售”，那是一種夸張的說法，但不包含造型設計肯定是不可取的。工程機械的造型設計可以塑造機器的形態(tài)與結構、功能及使用要求，并與人的生理及心理相協(xié)調。這種造型設計應當包括各部分恰當的比例，形體流暢、色彩協(xié)調、儀表布置美觀以及便于直觀操作并有直觀的標志商標符號?，F在世界各大公司都非常重視產品的工業(yè)設計，并且出現了專門的研究和設計機構。居世界領先地位的壓實機制造商——寶馬公司，其三分之一壓實機械的機器造型由工業(yè)設計專家 Louis.L.lepoix 設計，產生了良好的整體效果。該系列拆卸更換過濾器、傳動件、軟管及日常維護十分方便。采用圓弧形的現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角度可以調節(jié)，選用舒適的高靠背可調減振座椅，給駕駛員提供了一個良好的操作環(huán)境。儀器儀表盤設計合理，易于觀察和控制，傾斜的司機蓋，以提供良好的視野。液壓轉向器轉移到駕駛室，以減少駕駛室內的熱量與噪聲。圓弧形的擋風玻璃和駕駛室的四個外支承可隔離噪聲與振動，使室內的噪聲低于70dB(A)。其它的許多工程機械也都是不同程度地強調了工業(yè)設計，例如零部件布置盡量下移，以降低整機重心；適當地擴大支承面積，以增加機器的穩(wěn)定性；為了達到審美的標準，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。工程機械的油漆更是工業(yè)設計的重要組成部分，其色調應該鮮明，提高作業(yè)環(huán)境的安全性，并與野外施工現場的綠樹田野相協(xié)調，使用平頂的腰線和提高機器下車的顏色濃度可以增加機器的視覺穩(wěn)定性等。５．人工智能創(chuàng)新：智能機器人工程機械在建筑領域代替了人的體力勞動，擴展了人的手腳功能。傳統(tǒng)機械未能解決好人的體力和生理負擔問題，更遑論舒緩人的精神和心理負擔了?，F代化工程機械應該被賦予靈動性，智能機械工程是有思維頭腦（微電腦）、感覺器官（傳感器）、神經網絡（電子傳輸）、五臟六腑（動力與傳輸）及手足骨骼（工作機構與行走裝置）的電信系統(tǒng)集成。機電信一體化并非機電與信息技術的簡單結合，它所構成的系統(tǒng)必須有 5項功能：①檢測和識別工作對象與工作條件的功能；②根據工作目標自行作出決策的功能；③響應決策、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 軸安全保護和故障排除功能。這就是工程機械智能化的一些具體目標。在機械工程的智能化過程中，自始至終充滿著自我學習技術和自適應技術的運用。現在機電信一體化技術實現了對發(fā)動機、液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的全面控制，機器被賦予各種感覺與智慧。在實時監(jiān)測工作狀態(tài)的基礎上，工程機械將從部分自動化過渡到全面自動化，并且向著遠距離無人控制的趨勢發(fā)展。隨著人工智能的介入，工程機械將加速其現代進程的發(fā)展，逐步過渡到完全智慧化的作業(yè)機器人目標。到那時，一些新的機器人作業(yè)程序就會應運而生。