機(jī)械工程師職稱(chēng)論文芻議裝載機(jī)工作原理

　　摘要：裝載機(jī)是一種廣泛應(yīng)用于公路、鐵路、港口、碼頭、煤炭、礦山、水利、國(guó)防等工程和城市建設(shè)等場(chǎng)所的鏟土運(yùn)輸機(jī)械。它對(duì)于減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，加快工程建設(shè)速度，提高工程質(zhì)量起著重要的作用。下面對(duì)其結(jié)構(gòu)及工作原理做簡(jiǎn)單介紹。

　　關(guān)鍵詞：裝載機(jī),工作原理,故障診斷

　　功能：其主要功能是對(duì)松散物料進(jìn)行鏟裝及短距離運(yùn)輸作業(yè)。它是工程機(jī)械中發(fā)展最快、產(chǎn)銷(xiāo)量及市場(chǎng)需求最大的機(jī)種之一。我們平時(shí)看到最多的是輪式裝載機(jī)，與它相對(duì)的是履帶式的裝載機(jī)。與履帶式的相比它具有機(jī)動(dòng)性能好，不破壞路面，操作方便等優(yōu)點(diǎn)。所以輪式裝載機(jī)得到廣泛的應(yīng)用。本文的研究對(duì)象均為輪式裝載機(jī)。

　　結(jié)構(gòu)及工作原理：

　　上圖為輪式裝載機(jī)總體結(jié)構(gòu)示意圖，裝載機(jī)一般由車(chē)架、動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)、行走裝置、工作裝置、轉(zhuǎn)向制動(dòng)裝置、液壓系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)等組成。發(fā)動(dòng)機(jī)1的動(dòng)力經(jīng)變矩器2傳給變速箱14，再由變速箱把動(dòng)力經(jīng)傳動(dòng)軸13及16分別傳到前后橋10，以驅(qū)動(dòng)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)。內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力還經(jīng)過(guò)分動(dòng)箱驅(qū)動(dòng)液壓泵3工作。工作裝置由動(dòng)臂6、搖臂7、連桿8、鏟斗9、動(dòng)臂液壓缸12和搖臂液壓缸5組成。動(dòng)臂一端鉸接在車(chē)架上，另一端安裝了鏟斗，動(dòng)臂的升降由動(dòng)臂液壓缸來(lái)帶動(dòng)，鏟斗的翻轉(zhuǎn)由轉(zhuǎn)斗液壓缸通過(guò)搖臂和連桿來(lái)實(shí)現(xiàn)。車(chē)架11由前后兩部分組成，中間用鉸銷(xiāo)4連接，依靠轉(zhuǎn)向液壓缸可以使前后車(chē)架繞鉸銷(xiāo)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向。

　　從裝載機(jī)的總體結(jié)構(gòu)圖可以看出，裝載機(jī)可分為：動(dòng)力系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。裝載機(jī)作為一個(gè)有機(jī)整體，其性能的優(yōu)劣不僅與工作裝置機(jī)械零部件性能有關(guān)，還與液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)性能有關(guān)。動(dòng)力系統(tǒng)：裝載機(jī)原動(dòng)力一般由柴油機(jī)提供，柴油機(jī)具有工作可靠、功率特性曲線硬、燃油經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，符合裝載機(jī)工作條件惡劣，負(fù)載多變的要求。機(jī)械系統(tǒng)：主要包括行走裝置、轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)和工作裝置。液壓系統(tǒng)：該系統(tǒng)的功能是把發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能以燃油為介質(zhì)，利用油泵轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗埽賯魉徒o油缸、油馬達(dá)等轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能?？刂葡到y(tǒng)：控制系統(tǒng)是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓泵、多路換向閥和執(zhí)行元件進(jìn)行控制的系統(tǒng)。液壓控制驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是在液壓控制系統(tǒng)中，將微小功率的電能或機(jī)械能轉(zhuǎn)換為強(qiáng)大功率的液壓能和機(jī)械能的裝置。它由液壓功率放大元件、液壓執(zhí)行元件和負(fù)載組成，是液壓系統(tǒng)中進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析的核心。

　　2裝載機(jī)故障知識(shí)總結(jié)

　　2.1故障知識(shí)的特點(diǎn)

　　一般來(lái)講裝載機(jī)診斷系統(tǒng)的知識(shí)主要來(lái)源于維修領(lǐng)域?qū)＜覍?duì)裝載機(jī)結(jié)構(gòu)、功能的分析研究,故障機(jī)理的分析和故障特征的提取。對(duì)于不同的維修人員，往往根據(jù)自己以往的診斷經(jīng)驗(yàn)而形成不同的認(rèn)識(shí)和診斷的先后步驟，因此裝載機(jī)故障診斷的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)具有如下特點(diǎn)：載機(jī)故障診斷知識(shí)是維修專(zhuān)家經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的維修實(shí)踐之后的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，知識(shí)之間具有很強(qiáng)的耦合關(guān)系，不能形成很好的體系。由于對(duì)這種知識(shí)常常缺乏本質(zhì)性的認(rèn)識(shí)，在很多情況下即使專(zhuān)家本人也難以清楚地表達(dá)出來(lái).經(jīng)驗(yàn)知識(shí)往往采用自然語(yǔ)言描述，無(wú)法精確量化和進(jìn)行有效的計(jì)算.信息參數(shù)的獲得受檢驗(yàn)手段的限制，一部分的信息需要通過(guò)人的感觀器官來(lái)獲得(稱(chēng)之為故障現(xiàn)象)，因而具有很強(qiáng)的主觀性，不同的人可能做出不同的判斷.工況運(yùn)行條件變化導(dǎo)致癥狀的變化，使診斷知識(shí)具有一定的動(dòng)態(tài)特性,多種隱含故障的癥狀交叉、相互干擾，呈現(xiàn)多個(gè)特征。

　　2.2 故障知識(shí)的表示

　　由于對(duì)于不同的診斷領(lǐng)域，在智能診斷問(wèn)題的描述、診斷信息的類(lèi)型與獲取等諸方面的不同因素，往往導(dǎo)致對(duì)于一個(gè)領(lǐng)域、一類(lèi)設(shè)備非常有效的知識(shí)表示方法，對(duì)于另一個(gè)領(lǐng)域、另一類(lèi)設(shè)備則可能完全不適用。選擇一種適當(dāng)?shù)闹R(shí)表示方法往往能夠使整個(gè)診斷系統(tǒng)的知識(shí)更為清楚、更有條理、易于維護(hù)，更能準(zhǔn)確地模擬人類(lèi)專(zhuān)家實(shí)際故障診斷的思維和方法，從而使推理機(jī)能更簡(jiǎn)潔、快速的方法得出問(wèn)題的解。

　　2.2.1 裝載機(jī)知識(shí)的分類(lèi)

　　從知識(shí)的作用范圍來(lái)劃分，知識(shí)可分為：常識(shí)性知識(shí)和領(lǐng)域性知識(shí)。常識(shí)性知識(shí)是通用性的知識(shí)，即問(wèn)題領(lǐng)域的事實(shí)、定理、方法和操作等常識(shí)性知識(shí)及原理性知識(shí);領(lǐng)域性知識(shí)是專(zhuān)家在長(zhǎng)期的領(lǐng)域研究和處理領(lǐng)域問(wèn)題的過(guò)程中，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的概括和總結(jié)，它來(lái)源于專(zhuān)家的實(shí)踐又指導(dǎo)著專(zhuān)家的實(shí)踐，是專(zhuān)業(yè)性知識(shí)。

　　從知識(shí)的作用及表示來(lái)劃分，知識(shí)可分為：描述性知識(shí)、過(guò)程性知識(shí)、控制性知識(shí)。描述性知識(shí)用于描述領(lǐng)域內(nèi)的有關(guān)概念、事實(shí)、事物的屬性等。例如裝載機(jī)的部位知識(shí)、傳感器知識(shí)、標(biāo)準(zhǔn)值知識(shí)、故障對(duì)策知識(shí)、診斷原因(結(jié)果)知識(shí)等;過(guò)程性知識(shí)主要是表示描述性知識(shí)的特性及它們之間的相互聯(lián)系，用于指出如何處理與問(wèn)題相關(guān)的信息以求得問(wèn)題的解。過(guò)程性知識(shí)一般是由領(lǐng)域內(nèi)的規(guī)則、定理及經(jīng)驗(yàn)構(gòu)成。

　　2.2.2 裝載機(jī)知識(shí)的表示

　　基于前面分析的裝載機(jī)故障診斷知識(shí)的特點(diǎn)，知識(shí)庫(kù)里的所有過(guò)程性知識(shí)的表示形式都采用產(chǎn)生式知識(shí)表示方法。產(chǎn)生式知識(shí)表示法用“IF條件THEN結(jié)論”的規(guī)則形式捕獲人類(lèi)問(wèn)題求解的行為特征，并通過(guò)認(rèn)識(shí)-行動(dòng)的循環(huán)過(guò)程求解問(wèn)題。它具有直觀、自然的優(yōu)點(diǎn)，比較符合人類(lèi)的邏輯思維規(guī)律，容易理解，易于表達(dá)。

　　①產(chǎn)生式表示法的基本形式：產(chǎn)生式通常用于表示具有因果關(guān)系的知識(shí)，其基本形式是：

　　p→Q或者：IF PTHENQ

　　其中，P是產(chǎn)生式的前提，如前提、狀態(tài)、原因等，是用于指出該產(chǎn)生式是否可用的條件;Q代表結(jié)果，如結(jié)論、動(dòng)作、后果等，用于指出當(dāng)前提P所指示的條件被滿足時(shí)，應(yīng)該得出的結(jié)論或應(yīng)該執(zhí)行的操作。整個(gè)產(chǎn)生式的含義是：如果前提P被滿足，則可推出結(jié)論Q或執(zhí)行Q所規(guī)定的操作。

　?、谘b載機(jī)診斷規(guī)則的分類(lèi)：推理機(jī)通過(guò)將故障征兆信息和知識(shí)庫(kù)中的規(guī)則知識(shí)匹配來(lái)進(jìn)行故障診斷，本文所使用的規(guī)則可分為兩級(jí)：一級(jí)規(guī)則是用來(lái)縮小搜索范圍，定位相應(yīng)的二級(jí)規(guī)則知識(shí)的診斷知識(shí);一級(jí)規(guī)則是一種控制性的知識(shí)，表述推理機(jī)在故障診斷推理過(guò)程中對(duì)二級(jí)規(guī)則知識(shí)庫(kù)搜索、故障診斷起控制作用的規(guī)則。該規(guī)則是在取得故障現(xiàn)象后縮小知識(shí)的搜索范圍，指導(dǎo)二級(jí)知識(shí)搜索過(guò)程的規(guī)則。此類(lèi)規(guī)則用于實(shí)現(xiàn)對(duì)問(wèn)題的近似求解，二級(jí)規(guī)則是通過(guò)粗糙集理論從故障樣本中提取出來(lái)的可容錯(cuò)的診斷知識(shí)。

　　3故障診斷推理

　　利用前面生成的一級(jí)規(guī)則、混合二級(jí)規(guī)則庫(kù)，就可以利用其來(lái)進(jìn)行診斷。采用基于正向反向混合推理的方法，首先由用戶(hù)輸入要診斷的部位、故障現(xiàn)象得到所有可能的故障原因集;然后針對(duì)故障原因集中的每個(gè)故障原因?qū)@得的故障征兆與混合二級(jí)規(guī)則庫(kù)進(jìn)行匹配確認(rèn)，匹配成功加入輸出結(jié)果集中。當(dāng)故障原因集為非空時(shí)輸出診斷結(jié)果集，診斷結(jié)束。

　　4、裝載機(jī)國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r和存在的難題

　　4.1目前，國(guó)外多功能物流裝備及其相關(guān)技術(shù)正日益的完善，并朝著系列化、大型化、微型化、多用途等方向發(fā)展。國(guó)際知名廠商(如山貓，凱斯，卡特彼勒、小松、利渤海爾、沃爾沃等)一則廣泛應(yīng)用微電子技術(shù)與信息技術(shù)，完善計(jì)算機(jī)輔助駕駛系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)，如應(yīng)用電子監(jiān)控和自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，用于物料精確裝、載、運(yùn)作業(yè)的GPS定位與重量自動(dòng)稱(chēng)量裝置;二則采用特殊降噪材料、噪聲抑制方法等，消除或降低裝載機(jī)工作時(shí)的機(jī)器噪聲;三則通過(guò)不斷改善電噴裝置，進(jìn)一步降低柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣排放量，研究無(wú)污染、經(jīng)濟(jì)型、環(huán)保型的動(dòng)力裝置;四則優(yōu)化工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如由單一的“Z”型連桿機(jī)構(gòu)演變出八桿平行機(jī)構(gòu)、TP連桿機(jī)構(gòu)和“ERASLINK”機(jī)構(gòu)(單動(dòng)臂鑄鋼結(jié)構(gòu))，以及O&K公司專(zhuān)為小型多功能裝載機(jī)而設(shè)計(jì)的LEAR連桿機(jī)構(gòu)等，為了提高裝載機(jī)的作業(yè)生產(chǎn)率，相繼研制出許多功能超強(qiáng)的系統(tǒng)，例如：動(dòng)力電子控制/管理系統(tǒng)，自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功率;發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，當(dāng)裝載機(jī)處于非作業(yè)工況是，自動(dòng)降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，減少燃料消耗及發(fā)動(dòng)機(jī)噪音;關(guān)鍵信息顯示系統(tǒng)等。

　　4.2我國(guó)裝載機(jī)行業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品，基本上都是以柳工70年代初開(kāi)發(fā)的ZL50為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的，屬?lài)?guó)際60年代技術(shù)水平。進(jìn)入80年代消化吸收美國(guó)Caterpillar、日本小松等先進(jìn)技術(shù)，逐步開(kāi)發(fā)成功了我國(guó)第二代裝載機(jī)產(chǎn)品。我國(guó)的第二代產(chǎn)品與國(guó)際先進(jìn)產(chǎn)品相比，在機(jī)電一體化、操縱舒適度、作業(yè)效率等方面有較大差距，差距最大的是產(chǎn)品可靠性，國(guó)產(chǎn)多功能裝載機(jī)整機(jī)可靠性差(平均無(wú)故障工作時(shí)間不足400小時(shí))，缺乏核心技術(shù)、主要關(guān)鍵部件都依賴(lài)進(jìn)口、產(chǎn)品單一，產(chǎn)品檔次低。雖然國(guó)內(nèi)裝載機(jī)及相關(guān)技術(shù)研究工作起步較晚，但是發(fā)展速度很快，如多功能裝載機(jī)的銷(xiāo)售量已經(jīng)占據(jù)了世界裝載機(jī)市場(chǎng)的半壁江山，我國(guó)已成為世界多功能裝載機(jī)第一產(chǎn)銷(xiāo)大國(guó)。

　　5結(jié)語(yǔ)

　　微電子技術(shù)與信息技術(shù)將得到廣泛應(yīng)用，進(jìn)一步完善計(jì)算機(jī)輔助駕駛系統(tǒng)、信息管理系統(tǒng)及故障診斷系統(tǒng);采用單一吸聲材料、噪聲抑制方法等消除或降低機(jī)器噪聲;通過(guò)不斷改進(jìn)電噴裝置，進(jìn)一步降低柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的尾氣排放量。除了上述這些外，還有：多功能鏟斗、松土器、液村錘、掃雪器等多種工作裝置，體積小、功率大、輕巧靈活、燃油經(jīng)濟(jì)性更好，增大駕駛室尺寸和玻璃窗面積，提高室內(nèi)的氣壓以防塵，改善控制系統(tǒng)和操縱桿的位置，提高操作環(huán)境的舒適性，降低操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度以及美化外觀造型等。特別的由于我國(guó)挖掘裝載機(jī)起步晚，不論是產(chǎn)品品種、性能參數(shù)還是使用可靠性、售后服務(wù)等都和國(guó)外存在著相當(dāng)大的差距。