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1、筑路机械新技术发展与应用方向安徽交通职业技术学院毕 业 论 文 筑路机械新技术发展与应用方向姓 名 徐 佳 佳 专业班级 机 电 一 体 化 技 术 学 号 200821417 指导教师 吴 明 华 日 期 2011 年 6 月 20 日 入学日期：2008年9月 论文完成日期：2011年7月内 容 摘 要 现代工程施工中,筑路机械的性能、自动化程度及其经济性等可以直接影响到施工工艺的好坏,而工程机械的电气与电子控制系统部分质量与性能的优劣又直接影响到工程机械的动力性、经济性、可靠性、施工质量、生产效率及使用寿命等。机电一体化又称机械电子学,是一门跨学科的综合性高技术,是由微电子技术、计算机技

2、术、信息技术、自动控制技术、机械技术、液压技术以及其他技术相互融合而成的一门独立的交叉学科。机电一体化技术从上世纪70 年代中期开始在国外工程机械上得到应用。80 年代以微电子技术为核心的高新技术的兴起,推动了工程机械制造技术的迅速发展,特别是随着微型计算机及微处理技术、传感与检测技术、信息处理技术等的发展及其在筑路机械上的应用,从根本上改变了筑路机械的面貌,极大促进了产品性能的提高,使筑路机械进入了一个全新的发展阶段。以微机或微处理器为核心的电子控制系统目前在国外筑路机械上的应用已相当普及,并已成高性能工程机械不可缺少的组成部分。筑路机械的机电一体化和智能化将是今后的发展方向。关键词：机电一

3、体化 筑路机械 电子液压目 录内 容 摘 要 2引 言 4第一章 筑路机械的发展趋势及特点 5 1.1 筑路机械的发展趋势5 1.2目前国内外筑路机械的发展特点7第二章 筑路机械的发展趋势 72.1 振动压路机的发展趋势82.2 装载机发展趋势92.3 稳定土设备发展趋势 102.3.1 稳定图拌和机发展趋势102.3.2 稳定土厂拌设备发展趋势112.4 国内外沥青洒布机发展现状 122.5 推土机发展趋势 13第三章 当前筑路机械设备租赁的概况143.1 筑路机械设备使用中的问题 143.2 租赁化经营的发展需要 153.3 施工设备社会化租赁的优越性 153.4 机械设备租赁业的现状 1

4、73.5 建立公路施工设备租赁网络的构想 17结束语 18参考文献 19引 言现代工程机械正处在一个机电一体化的发展时代引入机电一体化技术,使机械、液压技术和电子控制技术等有机的结合,可以极大地提高了工程机械的各种性能,如动力性、燃油经济性、可靠性、安全性,操作舒适性以及作业精度、作业效率、使用寿命等。目前以微机或微处理器为核心的电子控制装置在现代工程机械中的应用已相当普及,电子控制技术已深入到工程机械的许多领域,如摊铺机和平地机的自动找平,摊铺机的自动供料,挖掘机的电子功率优化,柴油机的电子调速,装载机、铲运机变速箱的自动控制,工程机械的状态监控与故障自诊等。随着科学技术的不断发展,对工程机

5、械的性能要求不断提高,电子控制装置在工程机械上的应用将更加广泛,结构将更加复杂。特别是随着我国进口及国产工程机械保有量的逐年增加,如何用好、管好这些价格昂贵的工程机械,使其发挥最大的效率,是工程施工部门所面临的一个重要的问题。为帮助广大工程机械使用人员、维修人员、管理人员对工程机械中的电气与电子控制装置的功能、类别及特性有一些初步的了解和掌握,下面以简单的介绍与论述。现代工程施工中,工程机械的性能、自动化程度及其经济性等可直接影响到施工工艺的好坏;而工程机械的电气与电子控制系统部分质量与性能的优劣又直接影响到工程机械的动力性、经济性、可靠性、施工质量、生产效率及使用寿命等。电子控制系统已成为现

6、代工程机械技术水平的一个重要依据。随着科学技术的不断发展及对产品性能要求不断提高,电子控制系统在工程机械中所占的比重将会越来越大,其功能将会越来越强,应用范围也将越来越广,而且其复杂程度也随之提高,这样就对使用与维修人员提出了更高的要求。现代工程施工要求工程机械具有以下性能生产效率高且能量损失小,节约能源;自动化程度高,施工质量好,精度高;性能稳定,工作可靠,安全,使用寿命长;具有较好的经济性;高的技术价格比和低的制造与使用成本;操作简单、轻便、劳动强度低,驾驶员的工作条件好,具有运行状态监视、故障自诊及自动报警功能,能及时准确地指出故障部位,减少停机维修作业时间。第一章 筑路机械的发展趋势及

7、特点1.1 筑路机械的发展趋势今后国内外筑路机械的最新发展趋势为：技术革新的状况取决于信息处理、机器人操纵和人机工程技术的发展。今后在筑路机械制造业中将大量应用微机控制、机械手和机械人操纵技术，信息以及形体和声光形式输入和输出，完成程序操作，实现生产过程的自动化，并倒是机器人技术的智能化。筑路机械制造业的主要发展方向由道路建设公益的发展和加速建设工程施工的任务而定，主要有以下方面： （1）提高筑路机械产品质量、可靠性、竞争性和人机工程性能。为了提高无故障周期、寿命和易修性标准，必须有较好的技术保养措施，而且这些问题全面经济的解决应在机械设设计和制造阶段中进行。为了研制高效高自动化的多功能机械，

8、必须提高之路机械的可靠性，延长其使用寿命。在机械设计和制造方面，随着机械设计与制造自动化不断发展，国外CAD/CAE/CAM一体话软件层出不穷，国外最具典型的就是Pro/ENGINEER。Pro/ENGINEER2000i是PTC公司为工业产品设计提供完整解决方案而推出的CAD系统的最新版本，使用它可以进行造型设计、机械设计、模具设计、加工制造、机构分析、有限元分析、关系数据库管理等。Pro/ENGINEER现在有70多 个模块，为用户提供全套解决方案。Pro/ENGINEER通过一种独特的、参数化的以及面向零件的3D尸体模型设计制作技术，彻底改变了传统的设计理念，为工程师们提供了一条革命性的

9、途径。该产品家族由最典型的CAD产品Pro/ENGINEER和一系列涵盖机械设计、制造过程各个方面的特殊应用软件组成。Pro/ENGINEER的核心技术是“尺寸驱动参数化的基于特征的实体建模技术”，它的主要特点是：在设计过程中，如果对某一处进行修改，由此所发生的变化能够很快传遍整个设计制造过程，以确保所有的零件和各个设计环节保持一致和协调。为了便于机械结构的诊断，可以应用有编号的内装饰 系统的部件，在仪表控制板上指示出故障的位置和特征。节约了故障寻找和排除的时间。改进和提高人机工程性能及其竞争力。广泛采用可调式座椅，易于适应的操纵系统，在大范围频率和振幅内能有效衰减振动的系统以及驾驶室的隔音、

10、防尘、防气、室内恒温等。驾驶室还应装备有在机械倾翻时保护驾驶员和防止旁物落入驾驶室的防护装置，采用信号传感器、联锁装置、紧急制动系统、闪光灯和音响信号等。为了提高机器的竞争力，应改善机器的艺术造型、售后技术服务组织和配件供应等。新型筑路机械在技术经济指标方面应超出现有最好的机械，并为专利产品。（2）在广泛采用微处理技术和计算机应用成果的基础上，筑路机械实现自动化和机器人控制的电子化，可提高筑路机械的工作效率，保证工作机构的定位作业、驾驶员操纵劳动量的减轻、最佳工况作业和远距离操纵等。反馈控制微处理系统可以按工作过程最佳程序处理传感器的信号。筑路业的远景发展方向是筑路机器人的研制，它能实现在无人

11、参与下按程序预订的工艺路线进行全方位施工。目前，出现多种有发展前途的电子设备和系统。例如联合控制系统，它将操纵装置传感器和警告信号以及显示组件联装在一个箱体中，平整作业用带电子控制系统的激光装置，它可保证机器夜间作业，以提高机器人的使用效率；带有语言合成器的装置，用于克服仪表信息处理不快和视觉失灵而引起的障碍，避免操纵人员视观操纵机器的必要性。(3)广泛实现机电液一体化。具有电子控制的柴油发动机可以提高筑路机械生产效率、节约燃油、降低噪声、减少环境污染。今后的主要能源可能是氢气发动机和燃料电池。机器的电液一体化可保证实现生产率的提高和金属耗量的减小。采用液压传动、负载换挡的夜里传动、高效过滤器

12、以及辅助液压装置具有广阔的发展前景。（4）在经济改革和电子化控制生产的条件下，用改善干部培训和重新组织培训机构的方法提高筑路机械使用效率。传统非自动化操纵机械的生产率，主要取决于驾驶员的技能和熟练程度。如采用自动化操纵系统可以保证大于90%的机械潜在生产率，而与驾驶员的技能水平无关。（5）在应用科学技术成果和先进经验的基础上，改善机器施工主页性能，进一步提高工作机构效率有二个主要改进途径：在与工作介质作用的传统方法上对工作机构进行改进；在应用新节能效应的基础上改进工作机构。第一途径包含一系列问题的解决，其中包括研制大功率的筑路机械（400150KW）；开发功率为530KW小型筑路机械，这事由于

13、分散和狭窄地段多种改建施工作业量的增大而提出的。（6）进一步发展多用途的筑路机械系统，广泛应用计算机仿真技术和通用化、节能节材施工以及创立机械化刀具系统等。在仿真设计基础上，可以研制出各种气候条件下筑路机械系统的最佳结构、规格、尺寸系列和通用的、结构尺寸相似的机械，以保证生产的专业化和协作化。由于边疆地区筑路工程施工作业量的日益增长，要求发展专用的机械，主要是在节能节材施工和重复使用废料的基础上开发筑路机械。1.2 目前国内外筑路机械的发展特点（1）先进工业国制造技术上相互渗透。为了增强竞争力，一是到别国就地设厂生产销售，二是购买专利引进先进技术或跨国公司搞技术合作。（2）普遍重视安全、舒适及

14、防止公害问退。例如滚翻式安全司机棚的出现，使驾驶室有隔音、防震的功能，并有空调设备，司机的视野开阔，操纵简单。（3）广泛应用液压、液力、电子、激光及计算机控制技术，使现代筑路机械具有功能齐全、结构合理、易于操作维护等特点。（4）重视为用户服务。各国的筑路机械制造厂商已从供人选择的状态转入根据用户经济利益和具体要求来发展新产品的阶段。（5）对产品实行全面质量管理。由以前的检查结果，发展到检查原因，使产品结构不断完善，功能更加齐全，质量进一步提高。第二章 筑路机械的发展趋势2.1 振动压路机的发展趋势一、振动压路机的发展趋势可归纳为以下几个方面。（1）液压化。20世纪60年代，国外大中型振动压路机

15、已经采用了液压技术，20世纪70年代推出的全液压振动压路机使得压路机结构简单、布置方面且操作简便、省力。特别是液压传动使行走系统无级变速，振动系统可根据施工要求在较大范围内调频和变幅，大大改善和提高了振动压路机的使用性能和应用范围。同时，液压化为机器自动检测和控制提供了条件。近年来，液压技术逐步应用于小型振动压路机和振动平板夯。（2）机电一体化。计算机技术、微电子技术、传感技术、测试技术的迅速发展，推动压路机机电一体化的进程。这些技术在振动压路机上的应用可以提高机器性能和生产能力，保证压实质量。例如。已实现对振动压路机状态和参数的检测、处理和显示以及压实密实度自动检测；测试压路机可以在工程施工

16、过程中对压实质量进行监控；智能压路机可以自动调节自身状态，使之与周围环境及压实材料相适应，优化压实过程等。（3）结构模块化。国外一些压路机生产厂家开始生产有不同功能的模块结构和标准附件，通过更换模块和标准附件来改变压实性能和用途及压路机型号。例如，英国柯斯特尔（Coasta）公司设计生产有平足型、凸块型、Z型等多种轮面结构的套筒式滚轮或组合模块；瑞典戴纳帕克（Dynapac）公司正在改进CA151、CA25、CA30、CA51机型的设计，使压路机一些零部件尽可能通用，如分动箱、变速箱、减速器、驱动桥等，便于组织大批量生产。（4）一机多用化。为扩大同一振动压路机的使用范围，用改进振动机构的操作控

17、制，使压路机具有垂直振动、振荡和静碾压功能，而且可以根据需要进行变换。也有在压路机上增设附属装置，如推铲、路面刮平修整装置等，增加压路机的多用途功能。（5）舒适、安全、方面。人们在现代振动压路机减震降噪方面进行了大量的研究工作，可以使驾驶员连续工作不疲劳，从而提高了振动压路机的生产能力和使用寿命。采用双方向盘、可移动方向盘、旋转座椅并且将操纵手柄设计在座椅扶手上，尽可能减少操纵失误，减轻司机的劳动强度，满足操纵方便性。振动压路机上安装防倾翻驾驶员和防重降物驾驶室，以保障施工时机器人和驾驶人员的安全。二、目前国外最先进的压实机械一般具有以下特点：（1）频率及偏心距可根据被压层材质进行较大范围的调

18、节。（2）采用静液压传动，可无极调速，启动和停车平稳，不会给土壤带来冲击，操作方便。（3）运行机构的启动、停止、换向与振动机构自动地保持一定的时差。（4）激振机构的轴承用油盘润滑，可大大延长维修间隔期。（5）装有运行方向控制机构的联动装置，保证振动轴的回转方向与运行方向相反，从而保证碾压质量。（6）采用压实计、密度仪、电子计算机控制最佳参数，自动调节振动频率、振幅，以实现自动化作业。（7）为了扩大用途，牵引轮和振动轮可更换成光轮或羊脚轮等不同类型。2.2 装载机发展趋势近年来，国内外装载机的发展趋势可归结如下几个方面。（1）装载机的大型化与小型化。为了适应越来越多的大型工程建设发展的需要，装载

19、机（特别是轮胎式装载机）向大功率、大斗容量方向发展。在国内，柳州工程机械厂开打了ZL100型（斗容量为5.4m），临沂工程机械厂开发了ZLZ72B型（斗容量为5.1m）较大型装载机；在国外，美国卡特彼勒公司开发了斗容量为17.530.4m的大型装载机。同时，为了适应市政建设、城市环境和小型工地施工的需要，小型装载机也得到了较大的发展。例如日本东洋运搬株式会社生产的“310”小型轮胎式装载机（1975年），斗容量仅为0.1m，功率约为10KW。特别是全液压传动小型装载机，在美国已占装载机总数的40%。履带式装载机与轮胎式装载机相比向大型化方向发展的趋势比较缓慢。（2）新结构、新技术的采用。采用新

20、结构、新技术，可以提高机器效率、操作性、安全性和舒适性。在装载机动力上，普遍采用废气涡轮增压式柴油机；传动系统上，采用双泵轮液力变矩器，使发动机功率和装载机的牵引力随作业工况获得比较理想的匹配；有的装载机（例如日本神户制钢所的LK1500型装载机）在发动机和变矩器之间安装了一个“奥米伽”离合器，使离合器传递扭矩可在0%93%范围内变化；也有的装载机上采用了新型差速器，如扭矩比例式差速器、防滑差速器、限制滑动差速器，在变速箱上采用了涡轮变速器（如美国克拉克475C装载机）；传动方式也有发展，出现了电动轮装载机；制动系统上，国外已使用封闭结构油冷湿式多片制动器、双泵双管制动系统等；驾驶室装有ROP

21、S和FOPS以及空调隔音设备等。这些新结构、新技术使机械始终保持在最佳工作状态，工作安全可靠 舒适，并充分发挥操作人员的最大效能，提高机器的综合效率（3）向机电液一体化、电子化方向发展。随着电子技术、计算机技术的进步与不断发展，为保证机器的可靠性、安全性和节省能量，进入80年代以来，国外已将一些电子技术、智能技术用在装载机等一些工程机械上，提高机器的各种性能和作业质量。例如日本在80年代后期已将HST的计算机控制用在履带式装载机上，开发了电子液压控制系统。（4）装载机的轮胎化。由于轮胎式装载机具有质量轻，速度快，机动灵活，效率高，维修方便等一系列优点。所以，在国外轮胎式装载机发展较快，轮胎式装

22、载机在品种规格数量上都远比履带式装载机多。例如日本在1985年共生产了装载机22000余台，其中轮胎式装载机20000台，而履带式装载机只有2000多台。2.3 稳定土设备发展趋势2.3.1 稳定图拌和机发展趋势（1）选择大功率柴油机作动力。由于新修道路所要求的拌和宽度、拌和深度增加，对拌和质量要求更加严格，以及原有道路翻修处理的数量日趋增多，因此，拌和机趋向大功率。例如国产WBY300、WBY100拌和机的功率258KW。国外拌和机功率普遍在239KW以上，例如日本小松Gg360、美国CAT公司的SS250和KEX公司的SPDM等。德国BOMAG公司的拌和机也从226KW增加到现在的257K

23、W。德国Hamm公司的RAC0550型稳定土拌和机是目前世界上最大的拌和机，其柴油机功率为440KW，该机的拌和宽度2.35m，拌和深度可达0.52m，最大作业速度为50m/min。（2）行走和作业装置采用液压传动。由于拌和作业负荷大，且工况复杂多变，要求行走与拌和系统功率相匹配，当转子超负荷时自动降低行走速度，使部分行驶功率自动转为转子功率克服超负荷。（3）广泛采用先进的自动控制技术。例如，“功率自动平衡装置”、“稳定剂自动洒（撒）布比例系统”都得到了广泛应用。为使稳定土拌和机的性能更加完善、操作更加方便，美国CMI公司的RW-425型稳定土拌和机采用了“拌和深度控制装置”，它可根据预设的深

24、度值自动控制拌和深度。目前国内工程机械研究机构的科技人员研究出可避免拌和机超载的“拌和自动控制保护系统”，并提出具体设计方案。该控制装置能在拌和转子遇到不可克服的障碍物时，自动提升拌和转子，当拌和机驶过障碍物后又自动降低到原定的拌和深度继续作业。（4）逐渐向多功能方向发展，进一步完善拌和机的功能。随着工业发达国家公路干线的完成，目前旧路翻新量日趋增多。这样，要求拌和机不仅能完成稳定土拌和作业，同时，还要求具有沥青路面的铣刨、再生及挖沟等功能，实现一机多用，提高设备利用率。目前为了完善拌和机的功能，在大功率拌和机上采用拌和转子侧移装置，便于对路线、弯道、路肩等进行拌和及铣刨作业。在转子罩壳上安装

25、振动尾板，使拌和后的材料得到预压，减少水分散失，便于下一步压实工作。（5）提高舒适性和安全性。例如仪表、操纵手柄等集中控制。安装驾驶室翻滚保护装置。减震和噪音控制装置以及驾驶室的空气调节装置等。3.3.2 稳定土厂拌设备发展趋势我国90年代开始研制稳定土厂拌设备，生产率多在50300t/h， 1998年已有500t/h的厂拌设备推向市场。国产设备基本技术性能一般都能达到施工技术规范所规定的要求，价格远低于国外同类规格的设备。但是，国产设备在技术性能、外观质量、耐用性、制造精度等方面和国外先进设备相比还存在一定差距。因此，提高我国产品技术性能及质量，发展新品种、多规格的系列产品及大型化是我国开发

26、研制稳定土厂拌设备的主要方向。国际稳定土厂拌设备已形成系列产品。生产率一般为2001200t/h。集料计量大多采用自动控制的连续称量技术，级配准确且精度高。搅拌器随厂家不同在结构上各有特点但都具有传动合理、适应性强、拌和效率高、使用寿命长和易于保养等优点；同时，重视采用计量、防污染、防离析等方面的新技术，并在不断改进和发展，总趋势可归纳如下；（1）细颗粒含水率快速连续检测技术。水量的多少对水硬性结合料的力学性能和施工性能有着重要的影响，目前各厂家生产的厂拌设备，几乎都采用连续强制搅拌方式，这就要求厂拌设备的供料系统不仅具有快速检查原材料含水率的能力，而且必须是连续的检测。这方面技术已取得很大进

27、展，电容式、中子式、红外线等粒料含水率快速连续检测仪即将推向市场。（2）既能连续又能间歇强制拌和的多用途厂拌设备。为了扩大厂拌设备的使用范围，使其不仅能拌制稳定材料，也能拌制各种水泥混凝土混合料，国外一些厂家正在研究多用途的厂拌设备。这种厂拌设备具有连续搅拌作业和间歇搅拌作业两种功能。通过在控制室操作键盘可方便地转换物料计量程序，实现物料的连续计量与输送或分批计量与输送。在连续计量时，搅拌器中的搅拌桨叶安装角度一致，构成常用的双卧轴强制连续搅拌器；在间歇计量时，搅拌器中的几个桨叶通过改变安装角度，能使物料在搅拌器中循环运动，因而变成双卧轴强制间歇式搅拌器。其搅拌时间可随意设定，这种分批计量的搅

28、拌方式，能满足拌制水泥混凝土或其他需要长时间搅拌特殊材料的需要。（3）各主要组成部件的搭配。多数厂家生产的稳定土厂拌设备，都由多个总成相互组配而成。因此，在保证设备基本性能的前提下，其部件可以根据用户实际需要进行不同的组合，其总体布局也可根据施工场地的要求而变化。例如，在生产率为300t/h的条件下，根据用户需要，生产厂可提供由24个配料斗为一组的配料装置，粉料仓可提供立式或卧式料仓，总体布局可布置成“一”字型或“J”字型等多种型式。因此，研究和开发结构形式多样* 布局更为灵活的厂拌设备，也是各生产厂家普遍重视的课题之一。2.4 国内外沥青洒布机发展现状沥青洒布机在国外已成系列产品。大型洒布机

29、的沥青箱容量在10000L以上，洒布宽度在7.5m以上，可喷洒200高温的改性沥青。洒布机多采用液压操纵，可通过三套控制装置，即沥青流量的阀门系统，记录沥青泵输出量的转速表或压力表，附有第五车轮的沥青洒布机测试仪来测量和控制喷洒到路面上的沥青数量；洒布宽度、沥青泵转速等作为变量，通过键盘输入计算机，使洒布机自动进行喷洒作业。洒布作业完成后，计算机自动打印出作业的喷洒量、喷洒路面长度、平均宽度、平均洒布率、温度等信息数据。沥青泵的结构形式在不断的发展，例如采用圆弧泵以提高对粘稠沥青的适应性，并可能提高减磨性能。2.5 推土机发展趋势国外推土机技术近年来发生了一些变化，主要是扩大电子技术的应用和提

30、高推土机作业性能、可靠性、操纵舒适性、维修保养性能以及在环境保护方面的一些新技术。美国卡特彼勒公司1995年底和1996年初相继推出D8R、D9R、D10R、和D1R1四种机型的R系列推土机，是该公司N系列的换代产品。R系列推土机继承和保留了N系列的一些长处，同时进一步扩大了生产的厂拌设备，同时进一步扩大了电子控制技术的应用如电子控制发动机。在D10R的3412发动机上首先采用了先进的液压驱动电子控制喷射系统（HEUI系统),该系统由液压系统、燃油系统、电子控制器、电控喷油嘴和传感器等部分组成。通过电子控制器可实现四个方面的控制：燃料喷射压力、燃料喷射正时、燃料喷射持续时间和喷油量、燃料喷射状

31、态，从而可改善排出气体成分，抑制了NO的产生，降低噪声和油耗，提高发动机可靠性及耐久性。卡特彼勒公司在D10R和D11R型推土机上设置了“电子控制的离合器/制动器转向系统”（ECB系统）。这种转向系统由多片式油冷却的离合器和可减弱阻力的免调整的制动器以及电子控制系统组成。ECB系统在操纵控制上改变了传统的双手操作方式，由一个位于驾驶员左侧可单手操作的“轻触式控制器（PTC）”控制，可控制转向、机械的前进、后退和换挡。卡特彼勒履带推土机D9R型上安装了最新的电子计算机监视系统（CMS系统）。该系统除了具有N系列推土机三级报警监视系统（EM）功能外，还有一个能对数据进行记忆、存储和分析的电子控制器（ECM），能实现四种信息管理：（1）检测模式：确定有故障的元件，确定故障征兆和当前故障是否存在；（2）状态模式：确定每个开关电路的状态，帮助查找开关、导线和接地线路可能出现的问题；（3）回忆模式：提供机械经历的信息，显示