’V ’! 系列化、 小型化、 微型化、 特大型化 系列化是工程机械发展的重要趋势。国外著名 大公司逐步实现其产品系列化进程， 形成了从微型到 特大型不同规格的产品。与此同时， 产品更新换代的 周期明显缩短。 当前世界工程机械向两极方向发展， 开发小型化 的工程机械与大型化的工程机械， 以方便不同层次用 户的需求， 体现出凡能用机器代替人力的设备均为工程 机械的开发方向。 向小型 化 及 微 型 化 方 向 发 展 的 趋 势 特 别 明 显。 世界上通常把 ,%V $W7 （ ’##*X ） 以下的工程机械称为 小型工程机械。为了尽可能地用机器作业替代人力 劳动， 提高生产效率， 适应城市狭窄施工场所以及在 货栈、 码头、 仓库、 舱位、 农舍、 建筑物层内和地下工程 作业环境的使用要求， 小型及微型工程机械有了用武 之地。世界上近 ’# 年来， ,%V $W7 Y (ZW7 之间的中 等型号工程机械基本上没有大的发展， 近几年来还有 下降趋势。但小型工程机械一直呈快速发展之势， 特 别是在欧美发展很快。在日本发展也特别明显， 近几 ’%%
） 实现自动驾驶或遥控与无人驾驶功能， 让司机 把更多的精力放在工作机构的操作和控制上或远离 有害及危险环境下的施工作业。美国及日本均拥有 此类产品并仍在研究该项技术。在垃圾填埋场的压 实推土作业机械中， 美国一著名工程机械公司， 采用 了无线遥控技术及卫星定位系统， 控制机械设备的作 业。采用该技术可提高作业效率， 保证人身安全与健 康。另一日本著名工程机械公司最近研制成功一种 断崖体上作业的挖掘机， 机器体积较小， 采用了遥控 驾驶技术， 可彻底避免人身伤害， 并提高了作业效率。 4） 用专家系统建立行走和工作机构的合理控制 算法。很多工程机械的行走和工作机构之间有着某 种关系， 例如摊铺机如果通过专家系统建立行走和工 作机构的合理控制算法， 就能去除人为的误操作， 实现 两者间的优化匹配， 在提高机械作业效率的基础上， 提 高作业的质量。 %） 实现工程机械工作过程的在线状态监测和自 动故障诊断， 可以根据各种传感器的检测信号， 结合 专家知识库对机器的运行状态进行评估， 预测可能出 现的故障； 在出现故障时发出故障信息或指导驾驶员 查找和排除故障。沃尔沃建筑设备公司推出 7 系列 自行式平地机操作环境的神经中枢是 (8//*,89.: 监控 系统— — —;=; 独有的多功能系统。卡特彼勒公司 # 世纪 0# 年代开发的 系列和 1 系列装载机都安装 有电子计算机监控系统 （ (?@） 。 23 43 4! 信息化 工程机械信息化就是利用计算机网络技术对工 程机械的运行状态、 工作位置进行远程监控， 其主要 有车载计算机及机械工作状态检测系统、 卫星定位模 块 （ 15@） 、 无线数据通讯系统、 监控中心和用户接口等 组成。 卡特彼勒公司利用 15@ （ 全球定位系统） 、 1&@ 和 1@? 技术， 将其计划命名为采矿铲土运输技术系统 （ ?A’@） 。采矿用的推土机定位系统有助于司机完成 诸如坡度与推土任务。 =.:) 公司采用基于 15@ 技术 与数字地图技术的 B8C,### 导航系统， 在无需勘察 标桩的情况下， 允许司机精确地控制推土机的推土板 和机器的位置， 实现虚拟推土作业。 ’,.DE/ 公司的产 品是 @.* ;.F.8915@， 可实现坡度的精确控制， 驾驶室 内可视化显示系统指导驾驶员精确作业， 精度可达厘 米级。 工程机械信息化的另一个优势体现在对机械设 备的管理， 它可以通过计算机网络技术建立功能强大 2%G
陈继文， 范文利， 李彦凤， 李凡冰 （ 山东建筑工程学院机电学院， 济南 &#’#’ ）
摘要! 综述自 # 世纪 (# 年代以来国内外工程机械技术的发展现状， 并着重介绍信息化技术、 机群控制智能化技术、 绿 色环保技术在工程机械中的应用。在此基础上展望了工程机械新技术的发展趋势。 关键词： 工程机械! 发展现状! 机电一体化! 绿色设计 中图分类号： )*’! 文献标识码： ! 文章编号： ’$,’ —-’ （ ##$ ） #% —#’%% —#%
年日本的整个工程机械市场下降很严重， 但小型工程 机械仍呈上升趋势。小型工程机械主要产品有小型 挖掘机、 小型装载机、 滑移转向装载机、 挖掘装载机、 小型伸缩臂装卸机、 小型推土机、 压路机等。 所谓特大型工程机械， 是指其装备的发动机额定 功率超过 ,%$W7 （ 近 ’###*X） 。它们主要用于大型露 天矿山或大型水电工程工地。产品特点是科技含量 高， 研制与生产周期较长， 投资大， 市场容量有限， 市 场竞争主要集中在少数几家公司。以装载机为例， 目 前仅有马拉松・勒图尔勒、 卡特彼勒和小松P德雷塞这 三家公司能够生产特大型装载机。 ’V ! 一机多用， 作业功能多样化 一机多用， 作业功能多样化是近年来工程机械装 备出现的一个新技术特点。多功能化作业装置改变 了单一作业功能。推动这一发展的因素首先源于液 压技术的发展， 通过对液压系统的合理设计， 使得工 作装置能够完成多种作业功能； 其次， 快速可更换连 接装置的诞生， 安装在工作装置上的液压快速可更换 连接器， 能在作业现场完成各种附属作业装置的快速 装卸及液压软管的自动连接， 使得更换附属作业装置 的工作在司机室通过操纵手柄即可快速完成。
! 综! 述 为完成更多的作业功能， 工程机械主机作业功能 将尽可能扩大， 单一功能将向多功能转化， 扩大了工 程机械的应用 领 域， 如液压挖掘机作业机具的多样 化， 同一主机可完成挖掘、 装载、 破碎、 剪切和压实等 作业。对于高速公路的施工和养护， 多功能作业更为 重要， 具有清扫、 除雪、 挖掘、 破碎及压实功能的养护 机械依然是工程机械行业关注的热点课题之一。为 占领这一市场， 各生产厂商都相继推出了多用途工程 机械， 如卡特彼勒公司生产的 &’ 系列综合多用机、 克 拉克公司生产的 “ 山猫” 牌产品等。 另外， 多种作业已从中、 大型工程机械应用的局 限中解脱出来， 在小型和微型工程机械上也开始了应 用， 如 ()*,-.//), 公司在 0$1 型轮式装载机基础上开 发出的 &’$1 就具有快速连接装置， 驾驶员可在驾驶 室里完成更换不同作业装置的动作： 如更换铲叉、 抓 斗、 卸载斗、 扫雪装置、 路面清扫装置、 破碎装置等。 23 4! 电子化、 智能化与信息化互动 工程机械产品以微电子、 信息技术为先导， 在计 算机管理及故障诊断、 远程监控系统、 精确定位与作 业、 发动机燃料燃烧控制等方面进行了大量的研究。 集液压、 微电子及信息技术于一体的智能系统广泛应 用于工程机械的产品设计， 使工程机械向信息化、 智 能化方向大步前进， 提高了工程机械的高科技含量， 促进了工程机械的发展。 23 43 2! 电子化 工程机械控制技术的电子化已代表当今技术的 发展趋势， 国外大多数工程机械的产品采用微机控制 技术。随着工程施工技术的不断发展完善， 用户对工 程建设机械提出了更高的市场要求， 需要全电子控制 和智能化电子控制的工程机械。 全电子控制就是将机械的各项控制通过电子系 统完成包括行走、 工作装置、 转向等以完成整机的集 中操作和集中监控。它不仅可以大大地简化现有的 电路系统， 从而提高机械的可靠性， 更便于操作和集 中故障诊断。 智能化控制， 则采用分散控制系统多 (56 控制器 加上以专家系统为基础的控制软件， 以实现机械各部 分的智 能 链 接 和 协 调， 使工程机械向全自动 （ 傻瓜 型） 、 机群控制和远程控制方向发展。 23 43 ! 智能化 2） 自动判断、 控制发动机的功率输出， 通过重量 自动称量、 自动换档等措施， 进行功率优化匹配， 实现 各种工况下机械的动力输出状态始终自动处于最优， 提高燃料的利用率， 确保发动机排出的废气符合环境 控制法规要求。
! 现代制造工程 ##$ 年第 % 期 的工程机械维修服务体系， 包括保修服务机构、 产品 技术数据库、 用户档案等。通过网络进行双向交流， 及时对设备故障现象及状态检测参数作出判断， 指出 故障的起因、 排除方法、 具体拆装及调整步骤、 所需的 配件及应用工具等。 &’ %! 机群智能化 机群智能化工程机械是指为完成某一工程施工 项目， 以实现最优资源配置、 最优工作效率、 最佳工作 质量为目标的同步施工智能化工程机械的组合。它 是通过对各智能化工程机械单机的状态、 位置、 性能、 工作质量和施工进度的在线检测及智能故障诊断， 由 主控站根据施工任务完成机群动态组织、 施工动态优 化调度和集团管理， 以实现最佳资源利用和最优施工 效果。它是以高适用性、 高可靠性的单机及能对各单 机实时监控、 动态调度的智能控制系统为基础， 以最 大作业效率为目标， 将施工对象视同车间流水线上的 加工零件， 实现高质量、 高效率生产， 以其灵活机动之 策略和协调应变能力适应瞬息万变的形势。 机群智能化工程机械的提出改变了工程机械制 造企业单纯以追求单机高性能为目标的传统思路， 而 代之以智能化机械联合作业能力、 最佳施工质量和施 工企业的最大综合经济效益为目标的新理念。虽然这项 技术尚属起步研究阶段， 但其市场的前景已引起国内企 业的密切关注。 &’ (! 面向产品生命周期的系统设计 要保持真正的竞争优势， 工程机械制造企业必须 突破以往产品开发的模式， 企业的研发管理和研发人 员必须致力于产品规划、 设计、 采购、 制造、 营销和服 务六大关键， 即整个产品生命周期跨部门、 跨企业的 协同设计。这种开放产品开发设计协作过程可以充 分挖掘并利用客户、 供应商、 生产伙伴、 采购及销售和 市场开拓等各职能部门所拥有的专门技术， 从而在产 品开发过程中已基本锁定产品的成本和竞争力。现 代设计软件可以保证所有供应商、 合作伙伴和客户都 在第一时间得到所需的、 一致的产品信息， 并利用这 些信息展开实时的协同工作， 从而减少设计变更， 降 低设计成本， 缩短上市时间， 并推出高质量、 系列化、 模块化、 标准化的产品。面向产品生产周期的协同设 计使开发过程中每个环节都有机会产生更大的创新， 并成为工程机械设计中的一个新动向。 &’ $! 绿色环保 &’ $’ &! 环保型材料的利用 尽量采用能再生利用的材料和资源， 特别是结构 件的设计应尽可能采用比较容易装配和分解的大模 &%$
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