纵观建筑工程机械的发展历史,其技术上的进步经历了三次飞跃:
第一次是柴油机的出现,使工程机械有了较理想的动力装置,各类建筑工程机械的出现形成以这一时期为特点的第一代产品。
第二次是液压技术的广泛应用,使建筑工程机械的传动装置、工作装置更趋于合理,为建筑工程机械提供了良好的传动装置。建筑工程机械作业形式多种多样,工作装置的种类繁多,要求实现各种各样的复杂运动,液压传动结构紧凑,布置简单方便,易实现各种运动形式的转换,能满足复杂的作业要求,具有许多优良的传动平稳性、过载性、可控性,易实现无级变速,操纵简单轻便。由于建筑工程机械找到了理想的传动装置,推动了建筑工程机械的飞速发展,出现了形形色色完成各种施工作业的建筑工程机械,形成了以全面液压化为标志的第二代产品。
第三次是微电子技术在建筑工程机械方面的广泛应用,尤其是计算机技术的广泛应用,使建筑工程机械向着高性能、自动化和智能化方向发展。要使建筑工程机械高效节能,就要对发动机和传动系统进行控制,合理分配功率,使其处于最佳工况;为了减轻驾驶员的劳动强度和改善操纵性能,需要采用自动控制,实现建筑工程机械自动化;要完成高技能的作业,就需要智能化;为了提高安全性,需要安全控制,进行运行状态监控,故障自动报警;随着建设领域的扩展,为了避免人员到无法及不易接近的场所和作业环境十分恶劣的地方去作业,需要采用远距离操纵和无人驾驶技术。近年来,建筑工程机械的发展主要是操纵和控制机构的改进,例如,摊铺机自动找平控制,挖掘机节能控制、全功率控制、轨迹控制、自动挖掘控制等。推土机、装载机等操纵杆数的减少,操纵功率逐渐下降,操纵越来越方便。有的装载机转向操纵已从方向盘改为操纵杆式转向。动力装置方面:柴油机已采用微机控制电子喷射和电子调速器,挖掘机、推土机和装载机都采用了发动机工况控制,根据作业工况通过电子控制,使发动机输出不同的功率。传动装置方面:如装载机变速器采用了电子操纵、微机控制自动换挡和换挡品质控制等。
1.3.2 现代建筑工程机械的发展趋势
现代建筑工程机械的发展趋势,不仅与机械化施工的需要密切相关,而且与其他领域的科学技术发展相关,建筑工程机械的发展必然对机械化施工和管理提出新的要求,其中包括:
1.机动性要求的提高
建筑业与其他制造业的不同之处在于,制造业的产品是流动的、生产设备是固定的,而建筑业则是产品固定的、施工机械是流动的。因此,建筑工程机械的机动性能可以大大提高设备的利用率和生产率,为设备在不同施工场地之间的快速转移、工程迅速衔接提供了必要的手段,而且也是机械作业所必需的。对一般施工机械机动性而言,以轮胎式最为理想,所以当前施工机械机动性的发展方向是以轮胎化作为其主要的标志,甚至大功率的轮胎式推土机已出现。当然,部分施工机械中,如土方机械、起重机械等方面,轮胎式还不能完全代替履带式;轨道起重机也在提高其机动性,现已有履带型塔式起重机。除了推土机,挖掘机外,履带式工程机械已呈现衰退趋势,而多功能型、机电液一体化的,以及轮胎式的机械正方兴未艾,在今后的相当一段时间,这种趋势还将不断持续下去。
2.容量向两极发展
在工业迅速发展、建筑规模越来越大的今天,为大型机械的采用提供了先决条件,使工程机械的大型化得到了较快的发展。另一方面,为了提高工效,缩短工期,提高质量,过去那些由人工辅助完成的各种零星分散、工作面窄小的小量工程也都设法采用机械施工。于是又产生了各种小型的、甚至是超小型的施工机械。上述两个原因构成了现今工程机械向两极发展的新动向,以挖掘机为例,目前的单斗挖掘机斗容已经从普通常用的0.4m3发展到30m3,这样的大型设备一旦投入施工生产,就能获得巨大的经济效益。相反小型挖掘机的斗容量仅为0.01m3,挖斗仅有普通铁锹的大小。
3.机电液一体化技术的应用
机电液一体化技术在建筑工程机械中的应用,大大提高了建筑工程机械的可靠性、实用性,特别是液压传动使建筑工程机械得到极大的增力比值,自动调节操作轻便,易于实现大幅度无级调速。容量大、结构简单、操作方便等特点使机电液一体化技术的应用已成为建筑工程机械的主流。
4.满足多样化作业环境及一机多用型式
随着施工作业条件的多样化,施工机械的适应能力要相应提高,以便大幅度地提高机械的利用率,节约投资、降低成本。因此,世界各国都在积极研制开发一机多用以及能够适应各种特殊作业环境的机型,主要表现在中、小型建筑工程机械方面,尤其是小型建筑工程机械。
5.提高作业质量和加工精度
随着建筑事业的发展,对工程质量的要求越来越高。例如:高速公路施工中使用的平地机与摊铺机等平整机械,其作业精度要求限制在几毫米的偏差范围内,人工操作已无法满足这样的要求,必须采用自动调平控制装置。
6.改善操纵性能,减轻司机劳动强度
建筑工程机械的操纵手柄和踏板多,有的机械操作时需要手脚并用,不仅劳动强度大,而且操纵复杂,要求操纵技能高。如:在装载机循环作业中,在单位时间内的换挡极为频繁,劳动强度大。如果采用电控及电磁阀来进行换挡,可以大大降低换挡操纵人员的劳动强度。
7.充分利用发动机功率,提高作业效率
通过对液压系统的自动负荷控制,可以使发动机在最佳工况下工作,并防止液压系统超载。例如:在挖掘机的液压系统中,采用多泵多回路液压控制系统,工作时经常多泵驱动和多个油缸同时动作,各泵的总吸收扭矩和发动机扭矩相匹配,充分利用发动机功率,还要求各作用油缸的功率按作业需要合理分配,以提高其作业效率,同时防止发动机过载熄火。
8.降低燃油消耗量,进行节能控制
铲土运输机械采用微机控制自动换挡,由于能正确的选择挡位,可以大大节约燃油。根据国外相关试验资料表明,熟练司机比不熟练司机可以节省燃油百分之几十,而采用自动换挡又能比熟练司机节约燃油20%~25%。
9.提高安全性,防止事故发生
目前,起重机械(塔式、轮胎式和汽车式起重机)均装有力矩限制器,限制超载现象。在狭窄地区工作时,起重机有回转机构可以设定转角范围和限位装置,以免碰撞事故的发生。此外,还装有接近高压电线时自动报警的装置,能防止触电事故的发生。
10.机械运行状态监控和自动报警
建筑工程机械采用电子监控装置,对发动机、传动系统、制动系统和液压系统等的运行状态进行实时监控,一旦出现异常情况,能够根据故障状况进行判断,并发出警报或及时采取相应措施。通过这些电子监控装置,司机在驾驶座上能够一目了然地了解到机械的各种运行状态。
11.机械故障的自动诊断
电子故障诊断装置用于诊断现场工作的建筑工程机械是否有故障,性能是否降低,零部件是否过度磨损,并及早发现和防止事故扩大,从而提高机械出勤率,降低修理费用。这些诊断装置包括:对发动机、液压传动系统的油液自动进行金属微粒含量分析;探求故障和金属磨耗产生原因的原子吸光分析仪;用于检测油质,从而确定油更换期的红外线分光分析仪;按规定的时间间隔或在异常状态时自动采油的装置;预先在计算机中储存液压泵或变速箱的振动波形,然后测定使用过程中液压泵或变速箱的振动波形,对两者各自的波形加以比较并自动判断是否异常的振动分析仪。还有结构件超声波探伤仪和装有电子检测装置与微型计算机的综合诊断车等。
12.机器人功能的发展
在建筑工程机械的发展中,根据不同的需要,或为了满足危险作业现场、人无法接近的场地、作业环境十分恶劣的场所、海洋开发海底作业等,需要远距离操纵和无人驾驶建筑工程机械。另外,还有矿区无人驾驶自卸汽车、水下挖掘机、水下推土机和海底步行机器人等。
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