机械工程师职称论文刍议装载机工作原理

　　摘要：装载机是一种广泛应用于公路、铁路、港口、码头、煤炭、矿山、水利、国防等工程和城市建设等场所的铲土运输机械。它对于减轻劳动强度，加快工程建设速度，提高工程质量起着重要的作用。下面对其结构及工作原理做简单介绍。

　　关键词：装载机,工作原理,故障诊断

　　功能：其主要功能是对松散物料进行铲装及短距离运输作业。它是工程机械中发展最快、产销量及市场需求最大的机种之一。我们平时看到最多的是轮式装载机，与它相对的是履带式的装载机。与履带式的相比它具有机动性能好，不破坏路面，操作方便等优点。所以轮式装载机得到广泛的应用。本文的研究对象均为轮式装载机。

　　结构及工作原理：

　　上图为轮式装载机总体结构示意图，装载机一般由车架、动力传动系统、行走装置、工作装置、转向制动装置、液压系统和操纵系统等组成。发动机1的动力经变矩器2传给变速箱14，再由变速箱把动力经传动轴13及16分别传到前后桥10，以驱动车轮转动。内燃机动力还经过分动箱驱动液压泵3工作。工作装置由动臂6、摇臂7、连杆8、铲斗9、动臂液压缸12和摇臂液压缸5组成。动臂一端铰接在车架上，另一端安装了铲斗，动臂的升降由动臂液压缸来带动，铲斗的翻转由转斗液压缸通过摇臂和连杆来实现。车架11由前后两部分组成，中间用铰销4连接，依靠转向液压缸可以使前后车架绕铰销相对转动，以实现转向。

　　从装载机的总体结构图可以看出，装载机可分为：动力系统、机械系统、液压系统、控制系统。装载机作为一个有机整体，其性能的优劣不仅与工作装置机械零部件性能有关，还与液压系统、控制系统性能有关。动力系统：装载机原动力一般由柴油机提供，柴油机具有工作可靠、功率特性曲线硬、燃油经济等特点，符合装载机工作条件恶劣，负载多变的要求。机械系统：主要包括行走装置、转向机构和工作装置。液压系统：该系统的功能是把发动机的机械能以燃油为介质，利用油泵转变为液压能，再传送给油缸、油马达等转变为机械能。控制系统：控制系统是对发动机、液压泵、多路换向阀和执行元件进行控制的系统。液压控制驱动机构是在液压控制系统中，将微小功率的电能或机械能转换为强大功率的液压能和机械能的装置。它由液压功率放大元件、液压执行元件和负载组成，是液压系统中进行静态和动态分析的核心。

　　2装载机故障知识总结

　　2.1故障知识的特点

　　一般来讲装载机诊断系统的知识主要来源于维修领域专家对装载机结构、功能的分析研究,故障机理的分析和故障特征的提取。对于不同的维修人员，往往根据自己以往的诊断经验而形成不同的认识和诊断的先后步骤，因此装载机故障诊断的经验知识具有如下特点：载机故障诊断知识是维修专家经过长期的维修实践之后的经验总结，知识之间具有很强的耦合关系，不能形成很好的体系。由于对这种知识常常缺乏本质性的认识，在很多情况下即使专家本人也难以清楚地表达出来.经验知识往往采用自然语言描述，无法精确量化和进行有效的计算.信息参数的获得受检验手段的限制，一部分的信息需要通过人的感观器官来获得(称之为故障现象)，因而具有很强的主观性，不同的人可能做出不同的判断.工况运行条件变化导致症状的变化，使诊断知识具有一定的动态特性,多种隐含故障的症状交叉、相互干扰，呈现多个特征。

　　2.2 故障知识的表示

　　由于对于不同的诊断领域，在智能诊断问题的描述、诊断信息的类型与获取等诸方面的不同因素，往往导致对于一个领域、一类设备非常有效的知识表示方法，对于另一个领域、另一类设备则可能完全不适用。选择一种适当的知识表示方法往往能够使整个诊断系统的知识更为清楚、更有条理、易于维护，更能准确地模拟人类专家实际故障诊断的思维和方法，从而使推理机能更简洁、快速的方法得出问题的解。

　　2.2.1 装载机知识的分类

　　从知识的作用范围来划分，知识可分为：常识性知识和领域性知识。常识性知识是通用性的知识，即问题领域的事实、定理、方法和操作等常识性知识及原理性知识;领域性知识是专家在长期的领域研究和处理领域问题的过程中，实践经验的概括和总结，它来源于专家的实践又指导着专家的实践，是专业性知识。

　　从知识的作用及表示来划分，知识可分为：描述性知识、过程性知识、控制性知识。描述性知识用于描述领域内的有关概念、事实、事物的属性等。例如装载机的部位知识、传感器知识、标准值知识、故障对策知识、诊断原因(结果)知识等;过程性知识主要是表示描述性知识的特性及它们之间的相互联系，用于指出如何处理与问题相关的信息以求得问题的解。过程性知识一般是由领域内的规则、定理及经验构成。

　　2.2.2 装载机知识的表示

　　基于前面分析的装载机故障诊断知识的特点，知识库里的所有过程性知识的表示形式都采用产生式知识表示方法。产生式知识表示法用“IF条件THEN结论”的规则形式捕获人类问题求解的行为特征，并通过认识-行动的循环过程求解问题。它具有直观、自然的优点，比较符合人类的逻辑思维规律，容易理解，易于表达。

　　①产生式表示法的基本形式：产生式通常用于表示具有因果关系的知识，其基本形式是：

　　p→Q或者：IF PTHENQ

　　其中，P是产生式的前提，如前提、状态、原因等，是用于指出该产生式是否可用的条件;Q代表结果，如结论、动作、后果等，用于指出当前提P所指示的条件被满足时，应该得出的结论或应该执行的操作。整个产生式的含义是：如果前提P被满足，则可推出结论Q或执行Q所规定的操作。

　　②装载机诊断规则的分类：推理机通过将故障征兆信息和知识库中的规则知识匹配来进行故障诊断，本文所使用的规则可分为两级：一级规则是用来缩小搜索范围，定位相应的二级规则知识的诊断知识;一级规则是一种控制性的知识，表述推理机在故障诊断推理过程中对二级规则知识库搜索、故障诊断起控制作用的规则。该规则是在取得故障现象后缩小知识的搜索范围，指导二级知识搜索过程的规则。此类规则用于实现对问题的近似求解，二级规则是通过粗糙集理论从故障样本中提取出来的可容错的诊断知识。

　　3故障诊断推理

　　利用前面生成的一级规则、混合二级规则库，就可以利用其来进行诊断。采用基于正向反向混合推理的方法，首先由用户输入要诊断的部位、故障现象得到所有可能的故障原因集;然后针对故障原因集中的每个故障原因将获得的故障征兆与混合二级规则库进行匹配确认，匹配成功加入输出结果集中。当故障原因集为非空时输出诊断结果集，诊断结束。

　　4、装载机国内外发展状况和存在的难题

　　4.1目前，国外多功能物流装备及其相关技术正日益的完善，并朝着系列化、大型化、微型化、多用途等方向发展。国际知名厂商(如山猫，凯斯，卡特彼勒、小松、利渤海尔、沃尔沃等)一则广泛应用微电子技术与信息技术，完善计算机辅助驾驶系统、信息管理系统，如应用电子监控和自动报警系统，用于物料精确装、载、运作业的GPS定位与重量自动称量装置;二则采用特殊降噪材料、噪声抑制方法等，消除或降低装载机工作时的机器噪声;三则通过不断改善电喷装置，进一步降低柴油发动机的尾气排放量，研究无污染、经济型、环保型的动力装置;四则优化工作装置的结构设计，如由单一的“Z”型连杆机构演变出八杆平行机构、TP连杆机构和“ERASLINK”机构(单动臂铸钢结构)，以及O&K公司专为小型多功能装载机而设计的LEAR连杆机构等，为了提高装载机的作业生产率，相继研制出许多功能超强的系统，例如：动力电子控制/管理系统，自动调节发动机输出功率;发动机自动控制系统，当装载机处于非作业工况是，自动降低发动机转速，减少燃料消耗及发动机噪音;关键信息显示系统等。

　　4.2我国装载机行业的主导产品，基本上都是以柳工70年代初开发的ZL50为基础发展起来的，属国际60年代技术水平。进入80年代消化吸收美国Caterpillar、日本小松等先进技术，逐步开发成功了我国第二代装载机产品。我国的第二代产品与国际先进产品相比，在机电一体化、操纵舒适度、作业效率等方面有较大差距，差距最大的是产品可靠性，国产多功能装载机整机可靠性差(平均无故障工作时间不足400小时)，缺乏核心技术、主要关键部件都依赖进口、产品单一，产品档次低。虽然国内装载机及相关技术研究工作起步较晚，但是发展速度很快，如多功能装载机的销售量已经占据了世界装载机市场的半壁江山，我国已成为世界多功能装载机第一产销大国。

　　5结语

　　微电子技术与信息技术将得到广泛应用，进一步完善计算机辅助驾驶系统、信息管理系统及故障诊断系统;采用单一吸声材料、噪声抑制方法等消除或降低机器噪声;通过不断改进电喷装置，进一步降低柴油发动机的尾气排放量。除了上述这些外，还有：多功能铲斗、松土器、液村锤、扫雪器等多种工作装置，体积小、功率大、轻巧灵活、燃油经济性更好，增大驾驶室尺寸和玻璃窗面积，提高室内的气压以防尘，改善控制系统和操纵杆的位置，提高操作环境的舒适性，降低操作者的劳动强度以及美化外观造型等。特别的由于我国挖掘装载机起步晚，不论是产品品种、性能参数还是使用可靠性、售后服务等都和国外存在着相当大的差距。