工程机械智能化系统的组成

 

　　智能化系统主要由可采集环境信息的传感装置、可对传感器采集信息数据进行分析判断的知识库以及对工作装置进行自动控制的控制器组成。如图1所示。

 

　　首先，利用传感装置对作业对象（例如积土、碎石等）及作业环境进行检测，然后对工作量进行估算（例如积土、碎石等堆积物的体积及作业面积等）。将数据输入计算机，利用知识库对数据进行分析处理，制定施工作业计划。根据作业计划由计算机向各个工作装置发出指令，进行实际操作。如果在作业现场装备了智能化工程机械，又没有外部干扰，环境同预期状况一样时，仅通过以上系统就能完成主要的作业任务。

 

　　但是，由于工程机械的作业对象性质复杂，很难使具备智能化工程机械的作业程序符合作业要求。如地面状况，既有柔软的地方也有坚硬的地方，含水率和透水性也是因地而异。特别是爆破后的碎石堆积物，岩石的大小是不一样的，也会对作业进度产生较大的影响。因此，随着施工进展!当作业状况发生变化时，应对施工作业计划进行适时修改。即当智能化工程机械开始作业后，利用各类传感器对作业进程进行监控，并与作业计划进行比较，当实际作业与计划有偏差时，可根据采集的数据及时对作业计划进行修改，提出建议。

 

　　工程机械智能化的技术

 

　　状态监测及故障诊断技术

 

　　状态监测及故障诊断系统通过安装在工程机械关键部位的传感器，实时监测机器运行时重要参数的量值和和主要部件的工作状态，通过显示界面以不同的形式显不出来。当参数超出正常范围或状况异常时，通过声光报警及显示故障代码等手段提醒驾驶员及时进行处理，以防伤害驾驶或者引起机器某个系统严重损坏。状态监测及故障诊断系统具有以下特点：

 

　　（1）能很快地发出警报，而不需要时刻监视仪表，判断仪表上的读数，减轻驾驶员的工作强度；

 

　　（2）按不同参数对系统的影响程度分多级报警，具有故障代码显示及自诊断功能，减少故障停机时间，保证整机的工作效率；

 

　　（3）具有较高的精度和可靠性。采用监测系统还可使恶性故障得到及时发现和控制，防止隐患酿成事故，还可以对故障的轻重缓急区别对待，提高机器使用中的可靠性。工程机械状态监测、故障诊断技术以计算机、传感器、信号分析与处理为基础，通过监测，定量地掌握机器振动、温度、应力、强度等状态参数，预测机器的工作性能和可靠性，并对故障原因、部位和危险程度进行识别与评价，决定维修方法，既识别现状又预测未来。

 

　　2、自动变速技术

 

　　工程机械由于其作业环境与条件，为提高对随机变化的外载荷的适应能力，大多采用液力传动串接一个液压动力换挡的机械变速器。这种液力机械传动装置兼有了液力传动和机械传动的优点，只要匹配合理，既可避免机械传动重载下发动机的“熄火”问题，又提高了克服低速重载的能力，但这是牺牲了效率达到的，只用于短期克服重载。实践表明，即使用发动机不熄火，也不允许长时间在低效区上作。如在“失速”工况下工作1分钟，液力传动的工作介质由于机械能全部转化为热能而“过热”。

 

　　在高速轻载下，如不及时换入高速挡工作，由于液力损失使传动效率降低而造成能量的损耗。目前是靠驾驶员的经验操作来保证液力传动在高效区工作。但是驾驶员的技术水平不同，而且工程机械的作业条件复杂、作业环境恶劣。据统计，工程机械1小时平均换挡操作近1000次，即不到4秒换一次挡。因此，为了减轻驾驶员的劳动强度，研究换挡策略，由电子控制自动换挡，实现液力传动经常在高效区工作，将大大提高传动效率和车辆的作业生产率。车辆自动变速技术已经进入智能化时代，控制策略的不断改进成为车辆自动变速技术发展的新特点。随着车辆技术和自动变速技术的发展，人们已经不再满足于简单的功能，实现，人们开始乞求车辆更高的智能性，要求开发具有智能化特征的车辆自动变速系统。随着自动变速器使用中出现的问题和人们对车辆性能要求的不断提高，人们采用各种新的检测、控制技术以改善自动变速车辆的性能，使换挡控制对路面环境、使用者特点及使用者意图更具适应性。

 

　　3、工程机械的自适应性技术

 

　　为了使智能化工程机械总是处于最佳的作业状态，工程机械的控制系统应具有随时根据外部环境变化调整作业进程的功能。对于自行式工程机械来说，主要是实现工程机械的自动导航。

 

　　工程机械的导航系统由内部传感装置和外部传感装置组成，通过传感器的相互配合控制工程机械的移动。内部传感装置由机载传感器、编码器、回转仪、激光测距器和加速度计等组成。回转仪用于确定工程机械的行进方向，编码器可确定自己的位置，计算移动的距离及方向。由于存在测量、计算误差，可通过外部传感器采集的数据对误差进行修正。目前，常用的导航信号有电磁诱导线和光学反射线两种，导航信号的处理采用推测航法。

 

　　（1）光学反射线法

 

　　光学反射线法主要用于地下工程，在隧道的顶部安装光学反射线发射装置，用摄像机拍摄光线，再采用图像处理的方法确定机械的位置，控制机械方向及车速。通常在重要地点的光学反射线发射装置旁设置条码标志，使机械对需转弯、减速、停车的地点加以识别。

 

　　（2）超声波法

 

　　超声波法是在机械的两侧安装数个超声波传感器(用来测量两侧障碍物和机械之间的距离，控制机械的转向，避免发生碰撞。该法适用于地下工程的施工机械。机械在隧道、坑道内行驶时，应及早发现道路的岔口，常用的方法是设立道路标志。但是在地下环境中设立标志的成本比较大，还要维护管理，比较麻烦。所以也有判断坑道形状的图象处理装置。

 

　　（3）光学反射线法

 

　　光学反射线法主要用于地下工程，在隧道的顶部安装光学反射线发射装置，用摄像机拍摄光线，再采用图像处理的方法确定机械的位置，控制机械方向及车速。通常在重要地点的光学反射线发射装置旁设置条码标志，使机械对需转弯、减速、停车的地点加以识别。

 

　　（4）自适应性施工

 

　　工程机械的自适应技术不仅能够控制机械的行驶路线，更重要的是如何对工作装置自动控制。例如自卸车应能够准确地完成车斗的翻卸，挖掘机和轮式装载机应能够根据作业对象的性质调整工作装置的动作。实现铲土机和轮式装载机挖掘作业自动化。因此，机械的自动控制系统应具备检测作业运行状况的功能。事先建立作业阻力的理论模型，进一步通过机载传感器检测作业中实际挖掘阻力，与理论挖掘阻力进行比较，进行修正。因此建立理论挖掘阻力模型是十分重要的。

 

　　参考文献

 

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