机械产品技术创新论文

国外轮式装载机新技术的应用

摘要

装载机是工程建设中土石方施工的主要机种之一，其作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便。但是，在当今发展变化迅速的时代，传统的装载机工作效率低、工作环境差、可操作性的差、系统稳定性低等一系列缺点日益突出，已越来越不能满足工程建设中的需要。因此，对传统装载机的改进就显得尤其重要。目前，在机械创新技术较为先进的国外通过将新技术应用到传统的装载机上，开发出具有新技术的新型轮式装载机，改进了传统装载机的不足，提高了工作效率，改善了经济效益，并促进了新技术的应用与发展，为世界国民建设和各国国家发展做出了贡献。 关键词 装载机；新技术；工作效率；经济效益

前言

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。继完成提高整机可靠性任务之后，技术发展的重点在于增加产品的电子信息技术含量，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。

正文

1装载机的功能 装载机是一种广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口、矿山等建设工程的土石方施工机械，它主要用于铲装土壤、砂石、石灰、煤炭等散状物料，也可对矿石、硬土等作轻度铲挖作业。换装不同的辅助工作装置还可进行推土、起重和其他物料如木

材的装卸作业。在道路、特别是在高等级公路施工中，装载机用于路基工程的填挖、沥青混合料和水泥混凝土料场的集料与装料等作业。此外还可进行推运土壤、刮平地面和牵引其他机械等作业。由于装载机具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点，因此它成为工程建设中土石方施工的主要机种之一。

2装载机的应用前景

2.1装载机在国际市场的应用前景 世界交通、能源和其他基础建设事业发展迅速，每年投资额都在数千亿美元。目前世界各国装载机年总产量已达到15万台，美国、日本和西欧是装载机主要生产国家和地区，年产量均在万台以上，其中美国4.6万台，日本2.9万台。世界工程建设机械销售额已达到450亿美元，预计到2000年将达到500亿美元。其中美国占40%，日本占35%，其余为欧盟及其他国家。

2.2装载机在国内市场的应用前景

从地区看，安徽、河南、江西等市场需求在上升，国家向中西部投资的政策也使该地区的市场具有广阔前景。从用户看，国家鼓励多种经济形式并存，私营经济和个体用户市场需求仍然上升；国家大型工程建设对大吨位装载机等工程建设机械需求量增加。

2.3装载机应用的制约因素 挖掘机行业的迅速发展，土石方工程中对装载机的需求部分被挖掘机所替代；国家加强资源及环境保护，整顿煤炭工业结构，限制小煤矿开采，影响煤矿系统对装载机的需求；各货站、港口散装物料的周转、装卸作业更趋于向大型、自动化发展，制约了对装载机的需求。

无论如何，在今后相当长的时间内，轮式装载机仍将是工程建设机械中最重要的机种之一，国内年需求量持续稳定地保持在2万台左右，但国内装载机生产厂家在急剧膨胀，竞争更趋激烈，各生产厂家纷纷开发新产品，来迎接市场的挑战。特别是随着国家的不断发展富强，人民生活水平的不断提高，人们对具备新技术的装载机的要

求越来越高，需求量也越来越大。另外，工程机械领域的推土机行业、叉车行业、建筑机械行业、挖掘机行业等部分企业也进装载机行业，使装载机的产能迅速增加。 3装载机创新技术的应用

3.1微电子技术、信息技术的应用

3.1.1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。

3.1.2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。

3.1.3电子自动换挡变速控制系统

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。

3.1.4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。

3.1.5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。

3.2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。

3.3强化辅助操作

3.3.1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。

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。

3.3.2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。

3.3.3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。

3.3.4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。

3.3.5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。

结论

国外的新型装载机通过将传统的装载机与新材料、新工艺、新技术、新设备相结合，制造出与时代发展相适应的新型装载机，提高了其的输出功率，增强了自动化程度，减小了操作的复杂性，提升了可操作性、稳定性及舒适性。总之，新技术的应用增加了装载机的系统优越性，方便了操控员操作，使生产效率大大提高，增加了经济效益，充分合理利用资源，尽量使效益最大化。而且新技术的应用促进了经济的发展，经济的发展反过来又能促进新技术的实际应用，实现发展上的互利互惠，为社会的进步做出应有的贡献。

参考文献

【1】杨建华.《产品技术创新》【M】.2006.

【2】《工程机械国外行业新技术及发展趋势》【Z】.2008.

【3】《国外轮式装载机新技术与结构及其发展》【Z】.2010.

【4】《我国装载机市场发展现状和趋势分析》【Z】2008.

【5】《装载机-开题报告》【Z】2010.