毕业设计（论文）-装载机新技术及发展趋势研究.doc

山东交通学院毕业设计（论文） 山东交通学院2013届毕业生毕业论文（设计）题目： 装载机新技术及发展趋势研究系 别 机械工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化班 级 机升111班 学 号 110614121 姓 名 指导教师 二一三年六月3摘 要我国经济建设的不断加快使得工程项目也不断涌现，装载机作为一种小工程机械，会随着工程项目的增多而出现需求增长的趋势，当前的装载机虽在多项工程中得到了充分的应用，但其自身仍存在着一些不足之处，怎样不断的发展装载机新的理论技术，不断改正装载机的缺点，使装载机能够不断的发展，不断的优化，以更好的为工程服务，是一个值得广大机械设计工程师深入研究的课题。当前装载机虽然在许多小型工程中得到了广泛的使用，但国内装载机与国外进口机质量相差较大，装载机的设计理论与国外相比更是颇有差距，根据工作及学习经验，分析装载机的结构设计特点，对装载机的设计提出一些看法，研究装载机新技术的未来及其发展趋势。通过分析比较国内外装载机先进技术方面的差距，了解它们之间的区别，积极的利用国外的技术发展国内装载机是发展的第一要务。关键字：装载机，新技术，工程机械，发展趋势 AbstractThe accelerating of economic construction in our country makes project is also emerging,Loader as a small engineering machinery,Will appear with the increase of the project demand growth trend,The loader is fully used in multiple projects,But its still exists some disadvantages,How to continue the development of the loader technology new theory,Constant loader faults,Making the development of the loader can continuously,Continuous optimization,In order to better service for engineering,Is a concern of the general mechanical design engineer in-depth study.Although the current loader has been widely used in many small projects,But the quality domestic loader with foreign large difference,The design of the loader theory is quite a gap compared with abroad,According to the work and learning experience,Analysis of the structure of the loader design characteristics,Puts forward some views to the design of loader,The loader of the new technology and its development trend in the future.Through analysis and comparison of loader at home and abroad advanced technology gap,Understand the differences between them,Active use of foreign technology development of domestic loader is the first priority of development.Key words: Loader, New technology , Engineering machinery, The development trend 目 录前 言1装载机的概述2 1.1装载机的发展概况2 1.2装载机的用途、分类、总体构造3 1.2.1装载机的用途3 1.2.2装载机的分类3 1.2.3装载机总体构造5 1.3典型装载机ZL50的主要技术性能参数62装载机新技术8 2.1微电子技术、信息技术的普及和应用9 2.1.1计算机控制的发动机管理系统9 2.1.2计算机管理及故障诊断、监控系统9 2.1.3电子自动换挡变速控制系统10 2.1.4负载感应变速控制系统10 2.1.5转向变速集成控制系统和命令控制系统10 2.2动臂及工作装置结构的改进11 2.3机电液一体化技术在装载机上的应用11 2.3.1发动机电子控制技术11 2.3.2液压泵阀控制技术13 2.3.3电子液压集成控制13 2.4液压蓄能技术在装载机上的应用14 2.5混合动力技术在装载机上的应用14 2.6强化辅助操作14 2.6.1司机辅助操作系统14 2.6.2自动稳定系统15 2.6.3电子称量装置15 2.6.4直观控制系统15 2.6.5进一步改善驾驶室内环境16 2.7其他技术16 2.7.1技术16 2.7.2人机工程和外观造型技术163装载机的发展趋势18结 论21致 谢22参考文献23 前 言随着现代社会的不断发展，作为现代化基础建设主要工具和手段的工程机械扮演着重要的角色。工程机械设备是集机、电、液一体化和信息、激光等高新技术以及审美艺术于一身的现代机电产品，并且正在向着自动化、远距离控制和智能化等方向发展。装载机作为现代工程机械很重要的一种设备也是如此。装载机主要用于铲装土壤、沙石、煤炭、石灰等散状物料，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以进行推土、起重、破碎等作业。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，因此广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口、矿山等建筑工程。在装载机经历了5060年的发展后，到20世纪90年代中末期国外装载机技术已达到相当高的水平。基于液压技术、微电子技术和信息技术的各种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，使国外轮式转载机在原来的基础上更加“精致”，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，保护了自然环境，最大限度地简化维修、降低作业成本，使其性能、安全性、可靠性、使用寿命和操作性能都达到了很高的水平。为了满足铲掘能力和快速装卸两方面的要求，装载机工作装置采用多级液压系统，工作装置已不再采用单一的Z形连杆机构，不断研制出集液压、微电子及信息技术于一体的智能系统，并广泛应用于装载机的产品设计之中。【1】我国装载机行业起步较晚，制造技术是陆续从美国、德国和日本等国家引进的。目前，尽管国产装载机的技术发展水平与西方发达国家存在着一定的差距，但也应该考虑到历史和国情的原因。目前国产装载机亦正在从低水平、低质量、低价位、满足功能型向高水平、高质量、中价位、经济实用型过渡。从仿制仿造向自主开发过渡，各主要厂家也不断进行技术投入，采用不同的技术路线，在关键部件及系统上技术创新，摆脱目前产品设计雷同，无自己特色和优势的现状，正在从低水平的无序竞争的怪圈中脱颖而出，成为装载机行业的领先者。大型和小型装载机，在近几年的发展过程中，受到客观条件及市场总需求量的限制，更新速度比较缓慢。但竞争最为激烈的中型装载机更新速度越来越快。其具体表现为优化各项性能指标，强化结构件的强度及刚度，以使整机可靠性得到提高；优化系统结构，提高系统性能；利用电子技术及负荷传感技术来实现变速箱的自动换挡及液压变量系统的应用，提高效率、节约能源、降低装载机作业成本；提高安全性、舒适性；降低噪声和排放，强化环保指标；广泛利用新材料、工艺、新技术，特别是机、电、液一体化技术，提高产品的寿命和可靠性；最大限度地简化维修，尽量减少保养次数和维修时间，增大维修空间，普遍采用电子监视及监控技术，进一步改善故障诊断系统，提供排除问题的方法。由此可见，研究装载机的新技术及其未来发展趋势具有更为深远的战略意义。231装载机的概述装载机属于铲土运输机械类，是一种通过安装在前端一个完整的铲斗支撑结构和连杆，随机器向前运动进行装载和挖掘以及提升、运输和卸载的自行式或轮胎机械。它广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口和矿山等工程建设。装载机具有作业速度快，效率高，机动性好,操作轻便等优点，因此成为工程建设中土石方施工的主要机种之一，对于加快工程建设速度，减轻劳动强度，提高工程质量，降低工程成本都发挥着重要的作用，是现代机械化施工中不可缺少的装备之一。【2】1.1装载机的发展概况装载机开始制造在90多年前。最早期的装载机，是在马拉的农用拖拉机前部装上铲斗而成。自身带有动力的装载机，是在1920年初出现的，其铲斗安装在两根竖直立柱上，铲斗的举升和下落是用钢绳来操纵的。从1930年开始，装载机结构得到较大的改进。但是直到1939年，才出现了比较先进的轮胎式装载机，如由美国“霍克”公司制造的0.255m的Pay型装载机。这种装载机系后轮驱动，前轮转向。由于其工作机构尺寸不大，平衡性和转向性能不能令人满意，“霍克”公司主要把它作为捣堆机器使用，但也可用于装在松散或轻型的物料。在40年代，装载机得到了更大的发展。1941年，司机室从机器后部移到前部，从而增加了司机的视野；发动机则移到机器后部，以增加装载机的稳定性；为了工作可靠和安全，而用柴油发动机代替了汽油发动机。在第二次世界大战末期，用装于两侧的动臂，代替了老式的两根垂直立柱。1944年开始用液压代替钢绳控制铲斗。1947年装载机发展成四轮驱动。这样，装载机的全部重量都用来产生牵引力，装载机插入力大大增加了。1950年出现第一台带有液力变矩器的轮胎式装载机。液力变矩器对装载机发展有决定性作用，它使装载机能够很平稳的插入料堆并且使工作速度增快，同时在插入运动时，发动机不会因为插入阻力增大而熄火。由于装载机结构上的改进，使生产能力大大提高，并且使装载机的应用越来越广泛，产品数量也随着增加。1960年出现了第一台铰接式装载机，这使装载机转向性能大大改善，并增加了它的机动性和纵向稳定性。由于液力变矩器和铰接转向装置等技术革新，使装载机得到迅速发展。在1960年以前，装载机的斗容一般不大，最大的斗容才3.8m。但随着上述结构的改进，从60年代开始，斗容发展的越来越大。1965年出现了第一台斗容7.6m的铰接式装载机。目前世界上大型的装载机斗容已经达到24.5m，装比重不大的散碎物料（如煤）时，斗容可达30m，发动机总功率已经达到1479.83KW。60年代出现的电动轮装载机，这是装载机设计上的一个新的突破，它进一步增加了装载机的使用范围。今后装载机的发展的趋势，是通过工作机构尺寸的增加和结构的改进，进一步增加生产能力。随着上述结构上的改进和斗容的增加，使装载机适用范围越来越广泛，最初的装载机是不能铲掘物料的，但目前由于表明装载机铲掘能力的单位斗刃飞轮马力值比1939年增加了两倍多，因而越来越多的装载机亦能从事一般的单斗装载机所做的一些铲掘工作，使装载机从仅在建筑工程上使用，而逐渐发展到在露天矿使用。但1960年以前，装载机一般仅用于清理工作面、捣堆等辅助作业。当出现了斗容3.0-4.5m的轮胎式装载机以后，它就成为了露天矿的一种主要采矿设备。70年代以来，由于生产试制了功率294-934KW、斗容7.6-23m的露天矿轮胎式装载机，所以它们在露天矿得到更广泛的使用。装载机行走部分结构的发展，也是有一个演变过程的。最初的装载机一般是履带式的，后来改用轮胎，以增加其机动灵活性。但后来又由于轮胎损耗太大、寿命不长和成本高等原因，而被迫改用履带式装载机。近年来，由于轮胎耐磨问题逐步得到解决，使轮胎式装载机得到很大发展。目前，世界上轮胎式装载机的产量约占装载机的总产量的70%-80%。而功率200KW以上的装载机，全是轮胎式。在采矿界，履带式装载机的应用很受限制，而轮胎式装载机则得到普遍应用。1.2装载机的用途、分类、总体构造1.2.1装载机的用途装载机是一种用途十分广泛的工程机械，装载机可用于铲装土壤、砂石、石灰、煤炭等散状物料，并可自行完成短距离运土及对松散物料的收集清理和松软土层的轻度铲掘工作、平整地面或配合运输车辆作装土使用。换装不同的辅助工作装置还可进行铲土、推土、起重和其他物料(如木材)的装卸作业。装载机广泛用于公路、铁路、建筑、水电、港口、矿山等建设工程领域。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。由于装载机具有适应性强、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。1.2.2装载机的分类(1)装载机按其行走装置不同可分为履带式装载机和轮胎式装载机两种。履带式装载机以专用底盘或工业拖拉机为基础车，装上工作装置并配装操纵系统而构成，如图11所示。履带式装载机行驶速度慢、装载效率低、转移不灵活且对场地有破坏作用，在土方工程中已基本被轮胎式装载机取代。履带式装载机的动力装置是柴油机，机械式传动系统则采用液压助力湿式离合器或湿式双向液压操纵转向离合器和正转连杆机构的工作装置。轮胎式装载机由动力装置、车架、行走装置、传动系统、转向系统、制动系统、液压系统和工作装置等组成，其结构简图如图1-2所示。轮胎式装载机行驶速度快、转移方便，可在城市道路上行驶，因此使用较为广泛。【3】图 1.1 履带式装载机Fig.1.1 Crawler loader 1-行走机构； 2-发动机； 3-动臂； 4-铲斗；5-转斗油缸； 6-动臂油缸； 7-驾驶室； 8-燃油箱 （2）按使用场合不同分类：露天用装载机和井下用装载机（铲运机）。国内外生产和使用的装载机绝大多数是露天轮式装载机。铲运机的结构相对来说是比较简单的。 （3）按传动形式不同分类：机械传动式，液力机械传动式，液压传动式和电传动式。机械传动式在国内仅用于0.5m以下的装载机，它一般直接采用汽车或拖拉机的传动装置，即离合器和变速器。由于液力传动机械取消了机械传动中的离合器而换用液力变矩器，取消了人力换挡变速箱而换用了动力换档变速箱，是发动机在不停车的情况下换挡，操作轻便，工作可靠性高，因此液力机械传动式是轮式装载机的主要传动形式。 液压传动使用柴油机带动液压泵产生高压油，并通过控制系统和油管带动液压马达使车轮传动。它能够简化传动系统，使整机质量减轻，但由于启动性差，液压件价格昂贵，寿命也比较低，因此目前仅用于小型装载机上。 电传动是由柴油机驱动交流发电机，以此来驱动装在车轮上的直流电动机，然后通过轮边减速器带动车轮转动，这样可以实现无级调速。这种传动检查方便，维修简单，工作可靠。缺点是电机设备质量大，费用高，目前只在大型装载机上使用。图 1.2 轮式装载机结构简图Fig.1.2 wheel loader structure diagram1-铲斗；2-动臂；3-连杆；4-摇臂；5-转斗油缸；6-动臂油缸；7-车架 （4）按装载方式不同分类：前卸式，后卸式，侧卸式和回转式。轮式装载机基本上都是前卸式。 （5）按转向方式不同分类：整体式和铰接式。国产ZL系列轮式装载机绝大多数采用铰接式。1.2.3装载机总体构造装载机总体构造基本上可划分为动力装置(发动机)、底盘和工作装置及操作系统三大部分。动力装置(一般采用柴油机)装在底盘的后车架上；工作装置则装在前车架上。现将各部分的功用简述如下。 （1）柴油机柴油机是内燃机的一种，由于其经济性和动力性较汽油机好，被工程机械广泛采用。其功用是将供给的燃油燃烧并将热能转变为机械能，并通过传动系与行驶系驱动装载机行驶；通过液压系统操纵工作装置进行作业。 （2）底盘底盘的功用是将发动机的动力进行适当转化和传递，使之适合机械行驶和作业的需要。底盘又是整机的基础，所有机件都安装在底盘上。底盘一般由传动系、行驶系、转向系和制动系等组成。传动系的功用是将发动机的动力进行适当改变后传给驱动轮。轮式装载机的传动系由离合器或变矩器、变速箱、万向传动装置、前后驱动桥、最终传动等部件组成。离合器是用来接合或切断动力，一般设在机械式传动系统中。在液力机械传动系中一般不设离合器，而装有液力变矩器，以便改善传动系的牵引性能。变速箱是供改变行驶速度和进、退用的。前后驱动桥则用来增大转矩、降低转速并将动力传递方向改变90角后传给驱动或最终传动。行驶系由车架和车轮组成，起支承底盘各部件和保证机械行驶的作用。转向系是保证机械行驶时转向用的。转向系类型较多，在近代装载机上广泛采用液压操纵的铰接式车架转向。制动系的功用是控制机械的行驶速度，使之按需要减速或停车，以确保安全。制动系由制动器和传动装置组成。 （3）工作装置是装载机进行各种作业的装置。装载机的工作装置是由铲斗、动臂、摇臂、连杆、油缸和液压系统等构件组成，由液压系统操纵。1.3典型装载机ZL50的主要技术性能参数根据部标JB1603-75规定，露天装载机的产品型号用拼音字母“Z”来表示 ，轮胎式用“L”表示，其后的数字是额定载重量的“千牛（KN）”数，再后来的字母是A、B、C、D是指变形改进设计的次序。例如衡阳机械厂的ZL50D型装载机，表示轮式装载机，在L后直接写额定的载重量的KN数。额定载重量为50KN，即5t，第四次改进变形设计。履带式装载机，在Z后直接些额定载重量的KN数。全液压传动加注“Y”。如“ZY”表示履带行走、全液压传动；“ZLY”表示轮式行走、全液压传动。本文的装载机液压系统是ZL50装载机的，其为露天轮式装载机。其具体参数如表1-1所示：【4】表 1.1 ZL50装载机的技术参数Tab.1.1 Technical parameters of ZL50 loader技术参数ZL50额定载重量5t额定铲斗容量3.0发动机总功率164KW最大卸载高度2.85m最大卸载距离1.60m最大牵引力160KN最大转弯半径6.50m机重16.8t外形尺寸长6.76m宽2.85m高3.70m爬坡能力30最高行驶速度35km/h工作装置循环时间举升时间6s卸载时间2s下降时间4s三项和时间12s2装载机新技术在经历了5060年的发展后，到20世纪90年代中末期国外装载机技术已达到相当高的水平。基于液压技术，微电子技术和信息技术的各种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“精致”，其自动化也得以提高，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，降低噪声，振动，排污量，保护了自然环境，最大限度的简化维修，降低作业成本，使其性能、安全性、可靠性、使用寿命和操作性能都达到了很高水平。各生产厂家注重产品形成系列，更新速度加快并朝大型化和小型化发展。如以卡特彼勒为代表的美国，以小松公司为代表的日本和装载机生产第三大集团西欧各厂家都加快推出多功能，全面兼顾动力性，机动性与灵活性的新产品。这些产品如美国克拉克公司生产的675型，功率达1000kW，而日本东洋远搬株式会社生产的 310型，斗容量仅为0.11立方米。此外，装载机还向高卸位，远距离作业方向发展，如JCB公司开发的伸缩臂装载机，小松公司也开发了能扩大作业范围的带伸出机构的装载机。 各厂家采用新结构，新技术，产品性能日趋完善。近年来开发的产品普遍采用了高性能发动机和自动换档变速器，大流量负荷传感液压系统，前后防滑差速器，多片湿式盘式制动器，行走颠簸减震等先进技术，并综合液压，微电子和信息技术制造并应用了很多智能系统。工作装置连杆机构推陈出新，各种自动功能更趋成熟、完善。如卡特彼勒公司994D型装载机采用新的一代Cat3516柴油发动机就安装有HEUI（电液控制的燃油喷射）装置以及ADEM9(先进的柴油管理)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，从而减少燃油消耗及尾气排放，减少噪声。小松公司的全动力换档变速器带有自动换挡开关，提高装载作业过程中的牵引力，可保证全功率进行装载作业。卡特彼勒公司的G系列装载机采用大流量工作液压系统，负荷传感转向液压系统，使所需转向功率减少了8%,提高了作业效率和燃油经济型。沃尔沃公司在L500-L220D系列装载机上推出了该公司的专利产品，扭矩平衡连杆机构（TP）,在铲斗的整个循环中可提供更大的倾翻力矩以及举升能力，这保证了装载机不仅在配用铲斗时，而且在配用叉、吊其它工具时都具有优良的作业性能。国外装载机在其未来技术发展中将广泛采用微电子技术与信息技术，完善计算机辅助驾驶系统、信息管理系统及故障诊断系统；采用单一吸声材料、噪声抑制的方法消除或降低机器噪声；通过不断改进电喷装置，进一步降低发动机的尾气排放量；研制无污染、经济型、环保型的动力装置；提高液压元件、传感元件和控制元件的可靠性与灵敏性，提高整机的机-电-信一体化水平；在控制系统方面，将广泛采用电子监控和自动报警系统、自动换档变速装置；普遍安装GPS定位与质量自动称量控制；开发机器人装载机等。国外大型（斗容大于3.8m）装载机的整机使用寿命已达20990h、司机耳旁噪声只有 80dB（A），中型机（斗容为2.03.8m）的整机使用寿命已达17700h，而斗容小于 2m的中小型机也已达14400h。下面简述装载机采用的一些新技术、新结构及其发展状况。【5】 2.1微电子技术、信息技术的普及和应用 2.1.1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。 2.1.2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。 2.1.3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（035kmh）自动换挡。 2.1.4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1015，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02HP；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07HP。 2.1.5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向变速集成控制系统（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。 2.2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L500L220D等D系列装载机上推出了该公司的专利产品扭矩平行连杆机构（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OK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。【6】 2.3机电液一体化技术在装载机上的应用电子技术、计算机技术和传感器技术与机械相结合，实现机械的自动控制、自动监视和处理叫机电液一体化技术。采用机电液一体化技术可充分发挥装载机的使用性能，提高发动机功率的利用率，减少液压系统的能量损失，并改善操作性能，使装载机能够适应多种工况的复杂负载条件，提高作业效率。传感器是机电液一体化产品的感觉器官，以微机为核心的电子技术是机电液一体化产品的大脑，它接受传感器送入的各种信息，进行处理后送至执行部分，执行各种操作命令，以完成人们所期望的工作。 机电液一体化技术在装载机上的应用范围越来越广泛，未来的十至二十年中，机电液一体化技术将进一步向前发展，其发展进程大致经历以下阶段：(1)机器工作状态及安全性的电子自动监控(2)局部操作控制的自动化(3)在操作者可以控制下的整机完全自动化(4)实现恶劣、危险环境下的无人操作2.3.1发动机电子控制技术柴油机是恒转矩调节输出功率的变化表现为输出转速的变化，但转矩基本不变。油门开度增加（或减少），柴油机输出功率就增加（或减少），但因转矩基本不变，所以柴油机输出转速也增加（或减少）。即不同的油门开度对应着不同的柴油机输出转速。一般柴油机都是在最大油门开度下工作，减速时减小油门开度。柴油机电子控制的目的是通过控制油门开度的大小实现柴油机输出转速的调节。目前应用在装载机柴油机上的电子控制装置主要有电子控制式调速器、自动怠速系统、电子功率优化系统以及电子油门控制系统等。(1)电子控制式调速器过去柴油机采用机械离心式调速器，无负荷时最高转速比额定功率转速高达100200rmin。离心式调速器存在调速率问题，负荷变化必然引起发动机转速变化。采用电子调速器因燃油喷射量采用电子控制，喷油量与转速没有关系，无调速率问题。燃料喷射不受发动机转速影响，喷射始终保持高压细化，能按发动机运行工况调整喷油规律和喷油状态，能适应急剧的负荷变化，迅速进行调整、提高燃烧效率。康明斯公司新开发的发动机电子调速器，用控制器（微机）对发动机燃料系统和泵的变量系统进行控制，达到高性能和低成本的目的。即根据柴油机实际转速、齿条位移（油门开度）和柴油机目标转速，经发动机控制器演算分析后，确定齿条位移目标值，并由可动线圈调节齿条位置，使齿条达到位置目标值。因一定的齿条位移对应着一定的柴油机转速，由此即达到柴油机目标转速。同时，将转速偏差数输入泵控制器，由电磁比例阀控制泵的摆角，改变泵的排量，使其达到泵的流量目标值。这样，泵的流量与柴油机转速就能始终达到合理的匹配。(2)自动怠速控制装置自动怠速控制装置的作用就是在装载机作业过程中短暂停止操作时，发动机自动处于怠速状态。根据日立建机ZX200（20t级装载机）P模式挖掘作业试验得到发动机转速分布规律，根据规律显示，采用自动怠速后，替代了高怠速工况，通过简单计算可知，油耗可下降6.8%。由于操纵响应和燃油燃烧状况变差等原因，临时自动怠速转速只能降到约为1200r/min，不能进一步降低。如较长时间不作业时，转速能进一步降低到低怠速状态，可进一步降低油耗62%。自动怠速是由操纵阀操纵连动控制的，过去操纵阀一操纵发动机就一下子恢复高速，现已采用操纵阀手柄操纵量与发动机恢复转速连动，这样在微动操纵时发动机转速缓慢上升，防止使发动机转速一下子升的过高，可进一步节能。(3)电子功率优化系统（EPOS）在不同作业工况下，对发动机和液压系统有不同的功率要求，需要有作业工况相匹配的功率特性和设定（发动机转速、泵吸收功率和流量特性等）。电子功率优化系统可根据发动机负荷的变化，自动调节液压泵所吸收的功率，使发动机转速始终保持在额定转速附近，即发动机始终以全功率运转，这样既充分利用了发动机的功率、提高装载机的作业效率，又防止了发动机因过载而熄火。日本油谷重工试验证明，对某一作业情况有最佳平衡点，过分增加吸收功率，单位油耗作业量不会提高，反而费油，因此工况控制是有效的节能措施。但是过去工况控制采用开关操纵，要选择工况模式，操纵很不方便，因此司机往往为了省事，常放在最大功率模式不动，使工况控制往往不起作用，因此有些装载机厂家开发了自动智能识别系统 ，根据司机的手柄操作情况、系统的油压和流量来自动选择最佳作液模式，设定功率，这将成为今后节能的一项有效技术。2.3.2液压泵阀控制技术液压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成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，它是液压控制系统中进行静态和动态分析的核心。根据液压驱动机构中所取功率放大元件的不同，分为泵控系统和阀控系统。泵控系统又称容积式系统，是以液压伺服泵（变量泵）为功率放大元件的系统，通过改变泵的排量来控制进入执行元件的流量，从而改变输出速度。阀控系统又称节流式系统，是以伺服阀（电液伺服阀、电液比例阀）为功率放大元件的系统，由伺服阀来控制进入执行元件的流量，从而改变输出速度。 对液压泵的控制都是通过泵的变量摆角来实现的。根据控制形式的不同，可分为功率控制系统、流量控制系统。目前，装载机液压泵的控制系统大多采用功率控制和流量控制的组合控制系统，很少采用单一控制形式的控制系统。泵控液压系统虽然传动效率高，但动态特性较差，阀控液压系统结构紧凑，动态特性好，但传动效率低，于是自20世纪90年代以来，在装载机上开始采用将泵控和阀控结合起来的负荷传感系统。2.3.3电子液压集成控制 电子控制技术与液压控制技术相结合的电子液压集成控制技术近年来获得了巨大发展，现在的装载机（国外先进产品）在各功能部件的自动控制和各功能部件的联合控制方面已日趋成熟，现在的研究是实现整机的电子液压集成控制。其优点如下： （1）提高系统可靠性，装载机作为在较恶劣环境下持续工作的施工设备，各功能部件都会受到恶劣环境的影响，而作为控制系统中必不可少的线束和液压管路将会分布到机器的很多部分，这将成为系统中很不稳定的一个重要因素。而采用电子液压集成控制，既能保证控制功能，又能有效提高系统可靠性。 （2）扩展了系统功能，电子液压集成控制的调整控制单元是根据通用标准设计的，其功能及完成的具体任务是由控制中心的微处理器决定并控制的，通常微处理机中可存储多套功能控制方案，以适应不同结构功能的控制要求，变换机器的功能只需调换相应的执行机构，选择相应的执行形式即可。 （3）为系统维护和现代化的管理奠定了坚实的基础。由于电子液压集成控制对整机各功能部件的主要参数进行实时监控，且本身具备自适应能力与故障诊断能力，使机器的维护十分方便，借助于通讯接口可以和工程管理系统进行数据交流，便于现代管理，从而提高机器使用寿命，提高生产率。2.4液压蓄能技术在装载机上的应用山重建机的新款GC228LC-8油液混合动力装载机采用液压蓄能技术进行能量回收，并作为辅助动力源与主动力源共同向负载提供能量，形成一种新型的油液混合驱动系统。据介绍，与传统动力装载机相比较，此款山重建机装载机节能效果达到10-15%，同时减少了排放污染。油液混合动力系统是相对独立的辅助系统，对原装载机的基本结构与主要部件没有影响，也不会改变原来的适用工况。该系统成功解决了目前较为流行的油电混合动力系统采用的高性能电能转换设备成本过高、保养要求高的问题。山重建机装载机采用原装进口康明斯B5.9发动机，符合Tier2排放标准，节能环保，维修保养方便、采用径向密封空滤器并标配空气预滤器，有效延长发动机的使用寿命，标配压力变送器，有效提高燃油经济性；2.5混合动力技术在装载机上的应用小松作为装载机的领军者之一，除了高效率的液压系统，更是通过引入混合动力技术站在了装载机技术的最前沿。自2008年首次在日本市场推出其混合型号以来，已在日本、中国、英国等地销售了900多台，特别适合中国装载机工作时间长的特殊情况。小松最新的机型HB215LC-1，混合动力系统包括一个新的电动回转马达、发电机、电容器和104千瓦的柴油发动机，可以回收回转的能量并储存在电容器，并可在需要时快速释放能量。毫无疑问，装载机在工作时回转动作是很频繁的，小松声称混合动力比常规机器平均可节省25%的燃料。HB215LC-1采用了前传动装置单轴转矩组合的并联式混合动力电驱动系统。这一结构也可以称为轻度混合动力驱动电驱动系统，因此，小松把其称为“温和”型混合动力系统，协助柴油机工作的电力系统在机器的常规作业中不运转，与柴油机串联的电动机只在柴油机工作效率较低的低转速运转时协助工作。在车辆启动时，电动-发电机快速启动发动机，如果需要，电动机会给柴油机一个动力辅助，可以使其在较低的发动机转速快速启动车辆；在装载机铲掘或突然加速等工况对动力有突增需求时，将作为电动机工作，在功率和转矩上给发动机一个动力辅助，使其在较低的发动机转速下得到较大的动力；为了降低燃油消耗和排放，装载机停机一段时间后，发动机会自动降到能够维持动力的最低发动机转速。蓄电池系统为灯光、空调等其他电器系统提供动力，可以供电1h以上；装载机正常工作期间在没有影响动力的前提下，如果电池需要，电动-发电机可以作为发电机使用，给蓄电池系统充电。【7】2.6强化辅助操作 2.6.1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统，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。 2.6.2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4.8kmh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）。该系统中有一支氮一液储能器，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WA5003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。 2.6.3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。2.6.4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。 2.6.5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