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国外轮式装载机新技术与结构及其发展

所属栏目:媒体报道    发布日期:2021-06-18    点击次数:

在经历了五六十年的发展后,到20世纪90年代中末期国外轮式装载机技术已达到相当高的水平。信息技术的飞速发展又给装载机技术的发展插上了飞跃的翅膀,基于微电子技术和信息技术的计算机管理系统、司机辅助操作系统、柴油机电脑控制装置、电子计算机监控系统、电子自动换挡变速控制系统以及网络技术的智能系统已广泛应用于装载机的设计、计算操作控制、检测监控、生产经营和维修服务等各个方面,使国外装载机在原来的基础上更加“精制”;其自动化程度也得以提高,从而进一步提高了生产效率;改善了司机的作业环境,提高了作业舒适性;降低了噪声、振动和排污量,保护自然环境;最大限度地简化维修、降低作以成本,使其性能、安全性、可靠性、使用寿命和操作性能都更上了一层楼。
  国外大型(斗容大于3.8m3)装载机的整机使朋寿命已达20 9900h、司机耳旁噪声只有 80dB(A),中型机(斗容为2.0-3.8m3) 的整机使用寿命已达17 700,而斗容小于 2m3的中小型机也已达 14 400。下面简述90年代中末期国外装载机采用的一些新技术、新结构及其发展状况。
  1 微电子技术、信息技术的普及和应用
  1.1 计算机控制的发动机管理系统
  发动机管理系统亦称自动控制系统、电脑控制系统等,是电子计算机在工程机械中的应用之一。它能及时地根据装载机的工作负荷要求调节发动机的输出功率,使装载机更有效地利用发动机的动力,减少动力损失,节约燃料,减少废气排量和噪声;同时可使发动机长期在额定点工作,增加发动机的使用寿命。
  例如,卡特被勒公司994D装载机采用的新一代Cat3516柴油发动机就安装有HEUI(电液控制的燃油喷射)装置以及ADEM(先进的柴油机管理)系统,可根据外载荷的大小有效地控制发动机的功率与转速,从而降低燃油消耗及尾气排放,减少噪声。马拉松雷图尔诺公司的L系列大型装载机则采用电脑控制的柴油机一电子驱动系统,4个驱动轮同时又充当制动器,其输出功率可反馈到交流电机和柴油机,使转速增加,从而提高工作总效率,使牵引效率高达77%(普通装载机为60%左右),此电脑控制系统能监控装载机的整个作业过程,在最大车速范围内极大化发动机的输出功率。
  1.2 计算机管理及故障诊断、监控系统
  计算机管理和监控是90年代国外装载机发展的一个重要标志。计算机管理监控系统能连续管理/监控装载机的数十项参数,具有故障诊断和报警功能,能记录、处理装载机作业的各种信息,并能用液晶显示器显示部件的工作状态,尤其在遇到突发或紧急情况时很容易显示,并以听觉与视觉相结合的报警信号提醒司机注意,有的还能提示故障排除的方法和程序。
  例如,卡特彼勒公司90年代开发的F系列和G系列装载机都安装有电子计算机监控系统(CMS),用以取代E系列装载机上安装的电子监控系统(EMS)。其司机台上装有条形液晶显示屏,微机监控系统能同时监控发动机燃油液面高度、冷却水温、变速箱油温和液压油温等11种功能。该监控系统还具有故障诊断能力,并可向司机提供三级报警。1998年推出的 Cat 950G计算机监控系统还配备有Cat指导诊断系统和以维修工具为基础的Cat软件包,使维修人员坐在汽车里用笔记本电脑就能迅速而容易地诊断和排除故障。Cat992G在监控装载机各功能状况并作出诊断的同时还能把这些信息数据作为履历记录下来,无线传送到办公室用计算机进行分析,从而将电气、机械故障防患于未然。Cat994D安装有关键信息管理系统(VIMS),可密切监视机器的健康状态并诊断故障。
  沃尔沃(Volvo)公司的L系列装载机上也安装有Matris软件包,用以监控和分析装载机的工作状态;其小型装载机上配有电子伺服控制及信息系统(ESIS),由液晶显示屏和键盘组成,用来显示和记录各种信息,其自动诊断功能记录机器故障并储存所有相关信息,通过编码可以防盗。
  凯斯(Case)公司21B、C系列装载机也采用计算机监控系统,其微处理器安装在司机座椅的右侧,也具有故障诊断和工作状态液晶显示功能。
  阿特拉斯(Atilas)公司于1999年推出的55、65、70和80型装载机配有一个ADS系统,可为司机提供故障类型、原因等重要技术信息,并提示需要进行维护保养的时机。
  1.3 电子自动换挡变速控制系统
  90年代中末期,国外大多数装载机上都安装有类似卡特彼勒公司的电子自动换挡变速控制系统。系统中有一个微处理器(CPU),能把从发动机油门、变矩器、变速箱收集的各种数据加以处理,然后产生一种电信号,使变速箱在适当的时候自动换挡,可进一步减少停车时间,缩短作业循环,降低燃油消耗率达15%,提高作业效率和作业经济性。同时能减少因行驶方向改变或因发动机处于高转速时换挡所造成的换挡冲击,减轻司机的工作疲劳。
  沃尔沃公司装载机驾驶室内装有一台微型计算机,其中装有换挡程序。计算机接受和处理从发动机传感器及车辆转速传感器传来的信息,并与变速箱壳体上的换挡电磁间接通,可使装载机在最佳时刻自动换挡且永不错位。利勃海尔公司的装载机也能按预置的速度范围(0-35km/h)自动换挡。
  1.4 负载感应变速控制系统
  负载感应变速控制系统能根据负载状态自动调节车速及发动机飞轮扭矩,实现高速小扭矩或低速大扭矩的动力输出,西德蔡特曼公司的ZL1801和ZL2002型装载机就配用了这样的控制系统。该系统中的负荷传感器能根据作业时负荷对动力的需求情况转换全部或部分动力,而在没有负荷时能把信号反馈到供油系统,使供油量减到最小,从而减少燃油消耗量和作业过程中的液压损失,节能达10%-15%,有效地分配发动机功率,提高整机经济性。
  Coyote公司的210HP装载机上也装有负荷传感系统,该系统可把装载机对动力的需求减少到惊人的程度,例如,当装载机行驶在道路上时转向所需动力只有0..2HP;当装载机工作时工作装置液压系统在最大压力时所需动力只有0.7HP。
  1.5转向变速集成控制系统和命令控制系统
  90年代中末期,部分装载机上安装有转速变速集成控制系统(STIC),它取消了传统的方向盘和变速操作杆,将转向和变速操纵集成在一个操作手柄上,并采用简单的触发方式控制开关和换挡用的分装式加速按钮。利用肘节的自然动作左右搬动操纵手柄来实现转向,利用大拇指选择换挡按钮以实现前进与后退、加速与减速行驶,极大地简化了操作。
  卡特彼勒公司950G上配用的转向变速集成系统称为命令控制系统(CCS),由液压回路与机械反馈系统构成。转向时,方向盘转动的角度直接与车身铰接角度连接起来,其特点是方向盘转动半圈即可转向,可提供更快和更精确的控制。据称,该系统在一个台班(8h)工作时间内可使转向圈数从1万转减少到1千转,极大地减轻司机的操作疲劳,增加舒适性。
  2 动臂及工作装置结构的改进
  90年代中末期以来装载机的工作装置已不再采用单一的Z形连杆结构,卡特彼勒公司在继IT综合多用机上开发出八杆平行举升连杆机构之后。又在其992G、924G等轮式装载机上采用了单铸钢动臂的所谓Versa连杆机构,可承受极大的扭矩载荷,具有卓越的可靠性、耐用性和平行举升机构相类似的作业性能。工作装置能以水平位置提升或降下放在托板上的物料,可配用多种作业装置,最大限度地减少司机由地面到最大高度对铲斗倾斜角的调整,前方视野更加开阔。
  沃尔沃公司在其L500-L220D等D系列装载机上推出了该公司的专利产品一一扭矩平行连杆机构(TP),在铲斗的整个举升循环中可提供更大的倾翻力矩以及举升能力,这保证装载机不仅在配用。铲斗时,而且在配用叉、吊等其它工作装置时都具有优良的作业性能。
  德国O&K公司为其小型装载机设计有Lear连杆;Schaff公司于2000年3月在Intermat展览会上推出了具有可折叠式新型连杆机构的高卸位式SKL873型轮式装载机等,进一步增加了装载机工作装置的种类,提高其作业的多用性和适应性。
  3 强化辅助操作
  3.1 司机辅助操作系统
  近年来,国外装载机公司已经或者正在研制一些能够帮助司机更有效地进行操作的辅助操作系,用计算机编制作业循环就是其中的一种。轮式机上安装的电子计算机可编制作业循环程序,铲装作业自动化或部分自动化。例如从一个碎石料堆向卡车铲装碎石作业的一个循环为:放下动臂—-驶向料堆—铲入料堆—提升动管并收斗一转向后驶向卡车一卸料,司机将此循环全部或部分编程后区装载机的作业即可全部或部分自动化,从而大大减少司机的操作。
  凯斯公司21B、C系列装载机上的计算机监控系 统中有一信息记录装置,装载机作业时该装置会记录装载机的牵引力、作业时间、空载时间、熄火及点火启动次数、行驶速度等有助于计算装载机完成某项任务时作业效率的有关信息,为司机提供一些有助于操作、提高作业效率的信息。
  前几年仅用于飞机和少数轿车的司机头顶电子显示装置也将逐渐用于装载机,其行驶速度、距离以及任何需要监控的参数都会直接投影在司机车窗玻璃上并直接进人视野,司机在作业的同时又能随时对机器进行监控。
  3.2 负荷自动稳定系统
  德国汉诺马格公司的大中型装载机上安装有负荷自动稳定系统(ALS),用一对钢膜氮气储能器安装在前车架上,与装载机动臂油缸相通。该系统可在几秒钟内自动接通或断开,视装载机的工作状况而定。当装载机进行作业或低速行驶时系统自动断开;当车速超过4.8km/h时系统由一个电子速度传感器开关控制的电磁阀自动开启,使动臂油缸提升四路与压力储能器接通,储能器吸收进入工作装置液压系统的振动与冲击负荷,减少振动和颠簸,铲斗内物料的保持性也比较好,增加装载机作业的稳定性、安全性和舒适性。
  cat950G配用的类似系统称为行驶平稳性自动控制系统(ARC)。该系统中有一只氮一液储能器,通过管道与装载机动臂提升油缸的大腔相连,以吸收进入铲斗等工作装置液压回路的冲击振动,有效地消除装载机高速行驶时产生的颠簸,使铲斗内物料保持性好,特别有利于长距离的装运作业及转场行驶。
  日本小松公司WA500-一3上配用的类似系统称为电控悬挂系统(ECSS),由主监控器、ECSS开关、高低压储能器及压力速度传感器组成,可根据装载机的行驶情况发出控制信号,消除因高速行驶而引起车体的摆动;可提供工作装置上下移动的伸缩性,防止铲斗中物料颠出,使物料保持性好;还可使类似纵向及垂直方向的低频振动降低40%一50%。
  3.3 电子称量装置
  电子称量装置已运用于铲装需测量计费物料的作业,由一个带电子显示屏的微处理器和安装在动臂油缸回路中的负荷传感器、位置传感器、打印机等组成。其工作原理是通过测量提升油缸的液压进行称重,称重过程为动态称重,即在铲装物料和连续提升的过程中进行称重、采集信号,通过智能电子秤进行数据计算和处理,并编辑、打印。称重误差可在3%以内。
  3.4 直观控制系统
  人机工程学的研究与应用已进一步改进和简化了司机的操作,卡特彼勒公司研制了一种用于工程机械操作的选择控制系统,称为直观控制系统。该系统可按司机的期望对机器进行直观控制,例如,当转动控制柄时铲斗就翻斗,当将手拉向操作者身边时动臂便会向操作者身边移动。安装这种系统后从来没学过操作装载机的人可在两三个作业循环后学会操作。
  3.5 进一步改善驾驶室内环境
  近几年来国外装载机的设计和制造进一步体现了以人为本的理念,要为司机提供一个更加舒适的环境,以达到他们称之为全自动化型的境地。大中型装载机驾驶室普遍采用翻车保护机构(ROPS)和落物撞击保护机构(FOPS),室内安装空调装置;采用防尘、减震和隔离材料;按人机工程学设计的司机座椅可全方位调节,有的已达轿车座椅的舒适程度,座椅右侧还设计有摆放饭盒、水瓶及其它物品的地方,司机台上安装AM/FM立体声盒式磁带收录机,有的还安装网络电话等,极大地提高了作业的舒适性。


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