機械工程師職稱論文芻議裝載機工作原理

　　摘要：裝載機是一種廣泛應用于公路、鐵路、港口、碼頭、煤炭、礦山、水利、國防等工程和城市建設等場所的鏟土運輸機械。它對于減輕勞動強度，加快工程建設速度，提高工程質量起著重要的作用。下面對其結構及工作原理做簡單介紹。

　　關鍵詞：裝載機,工作原理,故障診斷

　　功能：其主要功能是對松散物料進行鏟裝及短距離運輸作業。它是工程機械中發展最快、產銷量及市場需求最大的機種之一。我們平時看到最多的是輪式裝載機，與它相對的是履帶式的裝載機。與履帶式的相比它具有機動性能好，不破壞路面，操作方便等優點。所以輪式裝載機得到廣泛的應用。本文的研究對象均為輪式裝載機。

　　結構及工作原理：

　　上圖為輪式裝載機總體結構示意圖，裝載機一般由車架、動力傳動系統、行走裝置、工作裝置、轉向制動裝置、液壓系統和操縱系統等組成。發動機1的動力經變矩器2傳給變速箱14，再由變速箱把動力經傳動軸13及16分別傳到前后橋10，以驅動車輪轉動。內燃機動力還經過分動箱驅動液壓泵3工作。工作裝置由動臂6、搖臂7、連桿8、鏟斗9、動臂液壓缸12和搖臂液壓缸5組成。動臂一端鉸接在車架上，另一端安裝了鏟斗，動臂的升降由動臂液壓缸來帶動，鏟斗的翻轉由轉斗液壓缸通過搖臂和連桿來實現。車架11由前后兩部分組成，中間用鉸銷4連接，依靠轉向液壓缸可以使前后車架繞鉸銷相對轉動，以實現轉向。

　　從裝載機的總體結構圖可以看出，裝載機可分為：動力系統、機械系統、液壓系統、控制系統。裝載機作為一個有機整體，其性能的優劣不僅與工作裝置機械零部件性能有關，還與液壓系統、控制系統性能有關。動力系統：裝載機原動力一般由柴油機提供，柴油機具有工作可靠、功率特性曲線硬、燃油經濟等特點，符合裝載機工作條件惡劣，負載多變的要求。機械系統：主要包括行走裝置、轉向機構和工作裝置。液壓系統：該系統的功能是把發動機的機械能以燃油為介質，利用油泵轉變為液壓能，再傳送給油缸、油馬達等轉變為機械能。控制系統：控制系統是對發動機、液壓泵、多路換向閥和執行元件進行控制的系統。液壓控制驅動機構是在液壓控制系統中，將微小功率的電能或機械能轉換為強大功率的液壓能和機械能的裝置。它由液壓功率放大元件、液壓執行元件和負載組成，是液壓系統中進行靜態和動態分析的核心。

　　2裝載機故障知識總結

　　2.1故障知識的特點

　　一般來講裝載機診斷系統的知識主要來源于維修領域專家對裝載機結構、功能的分析研究,故障機理的分析和故障特征的提取。對于不同的維修人員，往往根據自己以往的診斷經驗而形成不同的認識和診斷的先后步驟，因此裝載機故障診斷的經驗知識具有如下特點：載機故障診斷知識是維修專家經過長期的維修實踐之后的經驗總結，知識之間具有很強的耦合關系，不能形成很好的體系。由于對這種知識常常缺乏本質性的認識，在很多情況下即使專家本人也難以清楚地表達出來.經驗知識往往采用自然語言描述，無法精確量化和進行有效的計算.信息參數的獲得受檢驗手段的限制，一部分的信息需要通過人的感觀器官來獲得(稱之為故障現象)，因而具有很強的主觀性，不同的人可能做出不同的判斷.工況運行條件變化導致癥狀的變化，使診斷知識具有一定的動態特性,多種隱含故障的癥狀交叉、相互干擾，呈現多個特征。

　　2.2 故障知識的表示

　　由于對于不同的診斷領域，在智能診斷問題的描述、診斷信息的類型與獲取等諸方面的不同因素，往往導致對于一個領域、一類設備非常有效的知識表示方法，對于另一個領域、另一類設備則可能完全不適用。選擇一種適當的知識表示方法往往能夠使整個診斷系統的知識更為清楚、更有條理、易于維護，更能準確地模擬人類專家實際故障診斷的思維和方法，從而使推理機能更簡潔、快速的方法得出問題的解。

　　2.2.1 裝載機知識的分類

　　從知識的作用范圍來劃分，知識可分為：常識性知識和領域性知識。常識性知識是通用性的知識，即問題領域的事實、定理、方法和操作等常識性知識及原理性知識;領域性知識是專家在長期的領域研究和處理領域問題的過程中，實踐經驗的概括和總結，它來源于專家的實踐又指導著專家的實踐，是專業性知識。

　　從知識的作用及表示來劃分，知識可分為：描述性知識、過程性知識、控制性知識。描述性知識用于描述領域內的有關概念、事實、事物的屬性等。例如裝載機的部位知識、傳感器知識、標準值知識、故障對策知識、診斷原因(結果)知識等;過程性知識主要是表示描述性知識的特性及它們之間的相互聯系，用于指出如何處理與問題相關的信息以求得問題的解。過程性知識一般是由領域內的規則、定理及經驗構成。

　　2.2.2 裝載機知識的表示

　　基于前面分析的裝載機故障診斷知識的特點，知識庫里的所有過程性知識的表示形式都采用產生式知識表示方法。產生式知識表示法用“IF條件THEN結論”的規則形式捕獲人類問題求解的行為特征，并通過認識-行動的循環過程求解問題。它具有直觀、自然的優點，比較符合人類的邏輯思維規律，容易理解，易于表達。

　　①產生式表示法的基本形式：產生式通常用于表示具有因果關系的知識，其基本形式是：

　　p→Q或者：IF PTHENQ

　　其中，P是產生式的前提，如前提、狀態、原因等，是用于指出該產生式是否可用的條件;Q代表結果，如結論、動作、后果等，用于指出當前提P所指示的條件被滿足時，應該得出的結論或應該執行的操作。整個產生式的含義是：如果前提P被滿足，則可推出結論Q或執行Q所規定的操作。

　　②裝載機診斷規則的分類：推理機通過將故障征兆信息和知識庫中的規則知識匹配來進行故障診斷，本文所使用的規則可分為兩級：一級規則是用來縮小搜索范圍，定位相應的二級規則知識的診斷知識;一級規則是一種控制性的知識，表述推理機在故障診斷推理過程中對二級規則知識庫搜索、故障診斷起控制作用的規則。該規則是在取得故障現象后縮小知識的搜索范圍，指導二級知識搜索過程的規則。此類規則用于實現對問題的近似求解，二級規則是通過粗糙集理論從故障樣本中提取出來的可容錯的診斷知識。

　　3故障診斷推理

　　利用前面生成的一級規則、混合二級規則庫，就可以利用其來進行診斷。采用基于正向反向混合推理的方法，首先由用戶輸入要診斷的部位、故障現象得到所有可能的故障原因集;然后針對故障原因集中的每個故障原因將獲得的故障征兆與混合二級規則庫進行匹配確認，匹配成功加入輸出結果集中。當故障原因集為非空時輸出診斷結果集，診斷結束。

　　4、裝載機國內外發展狀況和存在的難題

　　4.1目前，國外多功能物流裝備及其相關技術正日益的完善，并朝著系列化、大型化、微型化、多用途等方向發展。國際知名廠商(如山貓，凱斯，卡特彼勒、小松、利渤海爾、沃爾沃等)一則廣泛應用微電子技術與信息技術，完善計算機輔助駕駛系統、信息管理系統，如應用電子監控和自動報警系統，用于物料精確裝、載、運作業的GPS定位與重量自動稱量裝置;二則采用特殊降噪材料、噪聲抑制方法等，消除或降低裝載機工作時的機器噪聲;三則通過不斷改善電噴裝置，進一步降低柴油發動機的尾氣排放量，研究無污染、經濟型、環保型的動力裝置;四則優化工作裝置的結構設計，如由單一的“Z”型連桿機構演變出八桿平行機構、TP連桿機構和“ERASLINK”機構(單動臂鑄鋼結構)，以及O&K公司專為小型多功能裝載機而設計的LEAR連桿機構等，為了提高裝載機的作業生產率，相繼研制出許多功能超強的系統，例如：動力電子控制/管理系統，自動調節發動機輸出功率;發動機自動控制系統，當裝載機處于非作業工況是，自動降低發動機轉速，減少燃料消耗及發動機噪音;關鍵信息顯示系統等。

　　4.2我國裝載機行業的主導產品，基本上都是以柳工70年代初開發的ZL50為基礎發展起來的，屬國際60年代技術水平。進入80年代消化吸收美國Caterpillar、日本小松等先進技術，逐步開發成功了我國第二代裝載機產品。我國的第二代產品與國際先進產品相比，在機電一體化、操縱舒適度、作業效率等方面有較大差距，差距最大的是產品可靠性，國產多功能裝載機整機可靠性差(平均無故障工作時間不足400小時)，缺乏核心技術、主要關鍵部件都依賴進口、產品單一，產品檔次低。雖然國內裝載機及相關技術研究工作起步較晚，但是發展速度很快，如多功能裝載機的銷售量已經占據了世界裝載機市場的半壁江山，我國已成為世界多功能裝載機第一產銷大國。

　　5結語

　　微電子技術與信息技術將得到廣泛應用，進一步完善計算機輔助駕駛系統、信息管理系統及故障診斷系統;采用單一吸聲材料、噪聲抑制方法等消除或降低機器噪聲;通過不斷改進電噴裝置，進一步降低柴油發動機的尾氣排放量。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、燃油經濟性更好，增大駕駛室尺寸和玻璃窗面積，提高室內的氣壓以防塵，改善控制系統和操縱桿的位置，提高操作環境的舒適性，降低操作者的勞動強度以及美化外觀造型等。特別的由于我國挖掘裝載機起步晚，不論是產品品種、性能參數還是使用可靠性、售后服務等都和國外存在著相當大的差距。