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工程机械轻量化范文1
关键词：协同设计；工程机械设计；应用
1我国工程机械设计的现状
传统的工程机械设计，对经验总结十分重视，在设计中应用经验公式、数学图表、理论等方法。我国工程机械发展时间较晚，与国外相比差异还很大，其以设计引进技术等为依据进行前期发展，设计人员主要负责改进工艺编排以及转化图纸等，没有做到深入的分析整机的深层设计机理。相较于国外，我国工程设计人员没有多元化的专业知识，并且其产品原理和设计思想等都在模仿国外。工程机械这一行业的特点，使得其远远落后于其他产业的技术发展和应用，因此在缺乏改进和创新的前提下，是无法对工程机械制造业进行振兴的，要想发展首先要做的就是对技术、知识进行创新。目前已经有许多工程机械企业开始行动，对更加先进的设计模式进行寻找。在计算机技术等的发展过程中，工程机械设计中应用了很多先进的建模方法、设计方式以及设计思想，进而逐渐将工程的协同设计实现。在部分企业中已经开始应用CSCW、CIMS系统等信息化工程。设计师开始对计算机辅助设计软件进行应用。在不断的发展中，目前设计师们通常都用SolidWorks、AutoCAD等三维设计等建模工具。三维设计能够更加形象直观的展示产品设计，预先演示产品最终的动作以及形态，进而对产品的产出风险进行大幅度降低。除此之外还能够通过计算机辅助以及建模软件对软件接口进行分析，进而对试验费用和产品研发费用进行有效的降低，对开发周期进行缩短，缩短产品市场竞争力提升。
2工程机械设计的CSCD体系
2.1工程机械CSCD体系结构的核心
在过去企业内部为开发工程机械产品的主力军，但随着时代的发展，许多大型企业在开发产品的过程中也要求合作商以及供应商加入其中，将一致的产品信息进行及时获取，并对这些信息进行应用，从而将实时的协同开发展开。其中包括设计思想的交流、远程评审的实现、运动仿真的模拟、检查干涉、模型装配以及产品零件的查阅等。在工程机械设计中对CSCD系统进行应用，其存在的主要问题如下。第一，可靠安全的异地通讯，能够将数据共享和信息交流在不同的工作平台实现，进而将实时协同实现。第二，不同CAE软件下的仿真分析以及不同CAD软件的虚拟装配和数字化建模。从目前我国工程机械设计的情况可以看出，目前主流的方式就是结合式的设计方式。第三，将核心设置为知识管理，对分析案例、修改设计的过程以及重视知识的应用进行强调，进而将专家数据库形成，能够对反复发生同样的修改错误进行预防。第四，将核心认定为过程管理，对人机交互无缝接口以及人与人之间和谐交互进行强调。第五，协同设计可视化。现阶段能够将可视浏览实现的方式包括以下两种，第一种浏览是建立在轻量化数据格式上，其在下载数据文件的时候不会保存到本地，而是直接转化存在于服务器中的数据文件，从而使得浏览的格式变为轻量化格式，从而对浏览的速度以及安全性进行提升，其具有较高的技术难度。
2.2工程机械CSCD中CAD环境中的实时协同
CSCD系统在工程机械设计中，对CAD环境下的实时协同进行支持为其应用价值最高的协同设计方式。目前现代设计人员已经将三维建模软件作为主要的应用工具。但通常情况下CAD平台无法将同步更新和传递消息等设计过程中的功能提供出来，在不同的CAD环境中不同设计者无法将真正的同步实现，必须在库中保存数据的基础上，才能够将其重新打开，随后才能够将更新实现，但是难以改变设计更改滞后的情况。在滞后的时期，会使得一些不曾想到的结果出现，无法预料到变更设计造成的影响。将产品设计在CSCD中进行，更改的信息在CAD环境的实时协同中能够进行及时获取，对设计来说这些信息的十分重要，其能够对整体设计由于滞后而失败的情况进行避免。如果对CSCD中CAD环境下的实施协同设计进行应用，在机架设计上零件工程师进行变更，装配工程师就能够对其反馈进行及时的获取，进而调整装配，防止有错误出现在之后的设计中。将实时协同在CSCD系统的CAD环境中实现，其主要是对协同感知技术进行应用，进而使得设计者对不同工作平台无缝接口技术、网络通讯技术以及图形空间的集成进行共享。在交流数据模型传输的时候，由于三维CAD设计具有非常复杂的数据，并且由于其受到网络带宽以及网络硬件的局限，应该对网络数据流量进行减少，进而将协同实时在设计中进行。在工程机械朝着智能化和系列化的方向进行发展，大型机和小型机也在分别朝着大功率化和多功能化的方向发展。在工程机械中，目前已经在其中应用了高速无线电通信、GPS微波定位以及机载计算等信息技术，成熟机型的设计在不断创新，结构也在不断改进。实时协同设计在CAD的环境中，能够将设计者关于零件结构的意见实现实时交流，进而对最优设计进行获取，从而对整机的性能和外形两个方面的结合进行满足。
3结语
本文就协同设计在工程机械设计中的应用进行了探讨，首先对我国工程机械设计的现状进行了介绍，随后对工程机械设计的CSCD体系进行了分析，并且分析了工程机械CSCD中CAD环境中的实时协同。协同设计在工程机械设计中的应用，能够使得工程机械设计具有更高的设计质量和效率，从而对工业发展起到促进作用。
参考文献
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[4]刘满军.计算机支持的协同设计在油田地面安全工程设计中的应用[J].中国石油和化工标准与质量,2011,05:141.
工程机械轻量化范文2
本次商务大会上，中国重汽展出了不同品系的35个整车车型。其中济宁商用车公司展示了新黄河C5B系列车型，它继承了中国最早的重卡品牌――“黄河”的优秀基因，并通过引进和吸收先进技术，整车外形新颖、皮实耐用。以“宽体，高效，高收益”为技术路线的轻卡系列产品，显示了中国重汽进入轻卡行业的坚实步伐。另外，重汽最新推出的HOWO8×4轻量化自卸车、HOWO 6×2双转向牵引车、HOWO-A7轻量化牵引车、HOWO牌T7H牵引车均采用了MAN的前轴及车架等技术，使底盘结构和配置得到了全面优化。
目前，中国重汽的重卡产品品质得到提升，轻量化有了新的突破，燃油经济性更加适应区域市场需求。中重卡开始形成能力，轻卡实现了金三角布局，客车、工程机械等形成了新的增长点。中国重汽在坚持重卡为主导，实现全系列商用车方面迈出了关键性的一步，其产品结构得到了进一步优化。
中国重汽集团董事长马纯济在讲话中表示，2011年中国重汽预计全年产销整车能达到17.5万辆，其中重卡14.3万辆，9L以上重卡销量继续保持了国内首位，出口整车超过2万辆，是国内重卡企业中出口重卡和天然气重卡产品最多的企业。
长头牵引车+中重卡+轻卡，全线产品欲发力
在展出的车型中，最夺人眼球的莫属济南特种车公司推出的长头牵引车。这款车的驾驶室采用了美式风格：发动机前置，有效地增加碰撞吸能溃缩区，安全性高；而驾驶室后置，则大大减少了底盘对驾驶员的冲击，舒适性得到提升。据悉，长头卡车风阻比平头小，燃油经济性比平头车更好，维修方便也是其一大优点。这款定位于中高端的车型，在配置上多了许多国际元素，比如德国MAN车桥和车架、ZF转向机和油泵、WABCO空压机和离合器操纵系统、瀚瑞森悬架等。为了迎合用户当前的实际需求，还进行了一系列轻量化的改进，比如少片簧、瀚瑞森橡胶悬架、MAN技术车架、铝壳变速箱、曼MCY13(Q)车桥等，整车自重可降低到8吨以下。
HOWO-T5G是中国重汽在引进德国MAN公司先进卡车制造技术的基础上，结合中国国情，倾力打造的全新平台高端中重卡产品。该产品定位于国内高端中重卡，品种包括牵引车、自卸车、载货车、厢式车、专用车等多个品种，总重吨位包括 12t、16t、18t、20t、25t、31t全系列，驱动型式包括4×2、6×2、6×4、8×2、8×4。适合于城市、省际、长途的货物运输以及各种专用车作业，能满足不同用户群体的需求。T5G采用引进世界最先进水平的MAN发动机MC05、MC07，排量分别为4.58L、6.87L。该车引进德国MAN公司技术研制开发的前后桥。而采用MAN技术全新设计的车架结构，轻量化设计，最多达100kg。在引进MAN TGA驾驶室基础上，通过重新造型，使外形更贴近中国人的审美要求。
马纯济在接受记者采访时说：“以往的中国重汽，产品单一，整个产品结构偏‘重’，牵引车有所欠缺、轻型车没有突破，这些都制约了中国重汽的发展。近年来，我们通过一系列的举措，正在改变中国重汽的产品结构。我们今后的发展模式是：充分利用重卡明显的竞争力、打造中重卡规模优势、把轻卡发展成新的经济增长点。”
工程机械轻量化范文3
[关键词]机械设计制造 液压 传动控制系统
中图分类号：TH137 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）34-0002-01
1 液压机械传动的概述
1.1 系统的基本原理分析
液压机械传动的基本原理是保持液体在平衡的系统中能够静止。液压系统中的液体在各处的压强是一致的，在一个相对平衡的系统中，不同大小的活塞根据其本身承受压力的能力施加不同的压力就可以使得液体保持相对静止，小的活塞上面应该施加较小的压力，大活塞上面应该施加较大的压力。通过液体的传递可以达到变换的目的。液压在传动的过程中需要较多的元件，其中主要的元件有执行元件、动力元件、辅的元件和控制元件等，通过动力元件可以让系统产生运行的动力，主要代表元件有液压泵。液压泵在工作的过程中主要是依靠容量的变化进行工作，通常将这种动力部件称为容积液压泵。最常见的容积液压泵是齿轮泵，它通过齿轮的变动使液体进行运动。在对液压泵进行选择时需要注意能量的消耗问题，还需要解决一些液压效率问题。液压的执行元件可以将液压泵中提供的液压转换为机械能的装置，与液压泵相反的工作装置是液压马达，这种装置可以将液压能量转换为机械能，从而使液压对外做功。液压元件可以对液体流动的方向和压力的高低进行控制，能够确保其满足特定工作的要求。液压控制系统除了动力元件还有一些辅的元件，通过辅的元件可以建设液压回路。
1.2 液压机械传动的优缺点分析
1.2.1 液压机械传动的优势
液压机械传动的应用范围相对广泛，在各个领域都有基本的使用，无论是一般工业施工的塑料加工机械还是钢铁工业用的冶金机械都具有其自身的实用性。使用液压机械传动装置在各方面都能够取得较大的进展，这些装置具有高压、高速和高效率的特点，液压机械传动的功率较大，其本身也是高度集成化的系统，具有一体化、小型化和轻量化的特点，由于该系统和微电子技术可以紧密的配合，可以在小空间内实现对功率的准确控制，在各种行业的使用中发挥着较大的作用。
随着科学技术的发展，各个部门对液压机械传动的要求也逐渐提高。较多的液压机械传动控制系统和电子技术的配合在海洋开发领域甚至是宇宙航行等各个领域发挥着重要的作用。各种电液伺服系统的使用将液压机械传动的应用逐渐提高。总之，对于液压机械传动的元件应该根据需要灵活、方便的布置；液压机械传动具有体积小、重量轻、反应速度快和运动惯性小等特点，方便在使用的过程中进行操纵和控制，此外，这种系统在较大的范围内可以实现调速。传动控制系统还可以对载荷进行适当的调整。液压机械传动控制系统主要的工作介质是矿物油，可以自动，具有较长的使用寿命。该系统比较容易实现直线运动和机械的自动化，如果使用电液联合控制，可以确保高程度的自动控制。
1.2.2 液压机械传动存在的缺点
影响液压机械传动控制系统运行的平稳性和正确性关键在于液压系统存在漏油的因素，从而导致液压机械传动的传动比例不能得到严格的保存。温度的变化对液压机械传动的影响相对较大，不同的温度会导致液压机械传动控制系统中的液体粘性发生变化，从而使得传动控制系统的运动特性发生改变，影响其工作的稳定性，为了保持液压机械传动控制系统工作较为稳定，应该避免在温度较高的环境条件下作业。此外，液压系统发生故障的情况下不能很好的对故障进行检查和排除。液压机械传动控制系统在运行的过程中容易造成污染，一些液压元件在机械加工的过程中容易产生金属粉末，这些粉末粘贴到金属管螺纹地区的胶带碎片上容易造成密封胶的脱落。液压机械传动控制系统在运转时其外部环境中的污染物也会吸附到液压油箱上面，导致系统运行不稳定。此外，系统在运行前没有对杂质清除彻底就会使得外部的杂质和系统本身附着的杂质复合，在元件的运行过程中产生一系列摩擦，不利于系统的正常运转。
2 液压机械传动控制系统在机械设计制造中的应用
2.1 机械设计制造中对液压机械传动控制系统的应用和发展
无论是现代建设还是国防建设，都需要将一些大型的工程装备融入到里面，液压机械传动控制系统作为一种新型的机械化系统能够满足当代设备的多种要求，由于一些机器设备的功率相对强大，具有较高的生产使用效率，精度也相对高，液压系统在这些行业中的使用能够满足高集成化的要求，可以很好地适应施工环境和不同的工作条件。我国一些高水平的技术设备具有较好的自主研发能力，主要原因在于极端化的工作环境和精度化的施工技术。液压技术的发展使得我国一些技术在研究方面也取得了较好的成就，系统的集成化说明只有抓住系统研究发展的方向，才可以研发出社会所需要的技术产品。
2.2 我国液压机械传动技术应用中的不足
我国液压技术在应用的过程中虽然在一些产品的使用上面具有较大的进步，同时凸显出液压技术发展的潜力和发展动力，但是在使用和发展的过程中还存在较多的不足之处。我国的液压技术在一些重要的元件使用上任然依靠外国的液压产品进行辅助，我国使用的一些产品在国际范围内和其他国家使用的产品之间存在着明显的差别。需要将我国发展成为液压强国，就必须弥补液压研究方面存在的不足和缺陷，要对液压技术进行研究，从而形成我国的自主产品和液压技术制定详细的发展目标，使我国的液压产品和液压技术超过国际上其他国家的产品和技术。只有这样，才能够使得我国的液压技术水平逐渐提高，减少在装备制造过程中的缺陷和不足，从而实现最终的液压发展目标。
3 结束语
随着工程机械技术的发展，一些新的技术和工艺逐渐出现，使得工程机械逐渐向智能化的方向发展，对工程机械装置的要求也逐渐提高。液压机械传动技术的发展和其在工程机械中的使用也具有较大的优势，尤其是液压技术和微电子技术的结合使得液压机械传动技术在工程机械中的作用越来越突出，极大地促进了机械技术的发展。我国的液压机械传动控制系统还存在一些缺陷和不足，需要加强对该技术的研究，促进我国液压技术快速的发展。
参考文献
[1] 贺勇，李好，张艺蓝.力矩限制器在线测试系统开发[J].广东交通职业技术学院学报，2014.
[2] 付红伟，王永峰，王小宾.起重机制动器的安全使用及研究[J].河南机电高等专科学校学报，2014.
工程机械轻量化范文4
本文以ZL40G环保型轮式装载机为例，就机械材料的选用与设计、所要遵循的要点和所需考虑问题，提出几点建议和设想。
1、环保型材料的利用
1）尽量采用能再生利用的材料和资源
在各系统及部件设计中所选用的材料尽量是可回收、易分解、能再生而且在加工和使用过程中对环境无害的材料，特别是结构件的设计应尽可能采用比较容易装配和分解的大模块化结构和无毒材料，提高工程机械材料的再生率。
2）长寿命、低能耗及减轻重量的设计原则
通常来说，延长产品寿命就等于减少了机械的生产量和降低其报废量，降低产品能耗可减少对环境的污染，而减轻产品重量即可减少材料和资源的消耗。要从减少环境负荷的角度尽可以考虑各系列产品同类零部件的互换性和通用性。为此应在保持主机各项性能参数前提下，尽量减少主机和附属作业装置或机具的体积和重量，提高动力传动系统零部件的强度和耐久性能，实现液压系统的轻量化和高效率。
3）尽量采用低环境负荷材料
工程机械零部件设计中应尽可能不使用氟利昂（空调）、含氯橡胶、树脂及石棉等有害材料。如装载机驾驶室和内饰上使用难以自然分解且对环境有害的工程塑料及其它一些非金属材料都加重了资源浪费和环境污染；在仪表、散热器及蓄能电池等采购生产中，应尽可能减少或替代铅的使用量。因此在主机设计中一些附属零部件选用新型环保型材料很重要。
4）废弃零部件处理的污染最小化及综合成本最优化
工程机械产品在设计初始阶段就要考虑报废件处理简单、费用低和污染小，零部件要解体方便、破碎容易，能焚烧处理或可作为燃料回收。
2、环保型工程机械产品设计
1）选用低公害发动机
发动机是工程机械所有系统中对环境影响最大的部件，采用低油耗、低排放、低噪声、高效率的环保型水冷增压柴油机能大大降低对环境的负荷。目前欧美发达国家正在通过采用一系列新的技术手段、措施或应用新型的环保燃料来进一步降低排放、噪声等，努力适应第三次排放法规要求。
2）降低整机振动与噪声
减振与降噪应该是产品设计中最需关注的焦点问题。例如在装载机设计中，动力装置采用双向减振悬挂系统就能克服整机动力传动系统与车架之间的共振、噪声及对动力系统的疲劳破坏；后桥设计成中心摆动结构能使后桥摆动中心与动力输入中心重合，很好地减少附加力矩对传动系统不停冲击所产生的振动与噪音，避免在崎岖不平道路上整机各部件相互冲击所产生的噪声。除选择低噪声的发动机外，主机的结构布置或系统的结构设计也可以进行某些针对性的改进。如冷却风扇可不再由发动机直接驱动，而可单独由液压马达带动，这便于将风扇与发动机隔开并将整个发动机密封起来，从而使噪声不能通过风扇出风口传到外部，降低噪声对环境的影响；通过优化液压管路排列来降低液压油泵振动、阀节流和油管振动产生的噪声；可在机罩等覆盖件处设计粘贴吸音隔音材料；可设计全密封整体式驾驶室，密封减震，隔音降噪，真正体现“以人为本”的设计宗旨。
3）液压系统的清洁和防渗漏
保持传动液压油的清洁度对工程机械的液压传动非常重要，因此精心设计工程机械液压系统（如采用高效高精度过滤装置）十分必要，这样就可去除油液中微尘垃圾、机械磨损物等杂质，减少液压元件故障与磨损、延长常用液压元件的使用寿命，降低液压油的更换频率；同时可有效避免液压油在工作中温度升得过高过快，延长换油间隔时间，减少对周边作业环境的污染。另外通过采用增压液压油箱，可改善泵的吸油效果从而延长其使用寿命，并且能很好地防止外界灰尘和水分进入油箱，提高整个液压系统的清洁度。液压系统的渗漏对周围环境的污染是目前部分工程机械产品中普遍存在的，液压管路采用耐腐蚀、防老化、具备优良密封性能的进口优质胶管很有必要；为了减少损坏软管的废弃量，设计时应在可能的条件下尽量使用硬管；对设计过程中只能采用软管并且容易破裂时油液流出而污染环境。
4）系统高效节能的设计
工程机械的高效节能也是环境保护的重要一环，减少能源消耗即意味着减少对环境的污染。故选用电控高性能长寿命节能型发动机是研制环保型机械最基本的一环；另外在设计时采用双泵分合流技术、液压负荷传感技术、静液驱动技术等都可达到节能降耗的目的。
3、工程机械产品人性化的设计
1）环保安全关怀型驾驶室的设计
如采用防紫外线辐射玻璃的全密封整体式、经减震降噪处理的“安全环保型”驾驶室，室内配置无氟环保型冷暖空调，并设计FOPS及POPS驾驶室以确保驾驶员的安全；充分运用人机工程学设计原理，如司机座椅可全方位调节、功能集成的单操纵手柄、可调式转向驱动器、全自动换挡装置、电子监控与故障自诊断系统，再辅以合理美观的颜色搭配，可大大改善司机的工作环境，缓解疲劳，提高作业效率。
2）自动加脂装置或集中系统的配置
传统的手动加注脂费时费力，而且通常有多余的油液溢出来污染周边环境。因此研制环保型工程机械就能自动定时加注脂的设备，如集中系统就能自动定时给各铰销加注黄油，其加油量经过仔细计算后设定，可很好地保证各销轴得到足够的而又没有多余的油溢出，既环保又方便。另外对于小型机械，鉴于降低设计成本，可采用密封的销轴或使用新型材料的特殊轴套、或设计二级防尘结构等防止外部异物的进入和内部油脂的排出，从而延长加注油的间隔，减少对环境的污染。
3）外观美学设计
传统的工程机械产品一直是外形粗放、笨重的形象，环保型产品更应注重外观美学和车身的流线型设计，达到机器的环境的谐和，给人以视觉上的美感。如发动机机罩就可进行造型别致美观的流线型设计，整机的标识标牌应精心布置、设计，良好地体现环保特色。
4）人性化设计
工程机械控制技术的电子化代表了当今技术的发展趋势，采用微机控制技术，实现了各种工况下自动判断、挖掘机器发动机的功率输出，达到发动机的最佳功率匹配，减少发动机的燃油消耗，并自动诊断机器状态，使机器使始终能保持良好状态，因此控制和操纵的人性化能大大提高作业的安全性和舒适性。
工程机械轻量化范文5
本文简要阐述了国内重型工程自卸车为非公路车辆范畴，由于其使用环境恶劣，加之无法回避的超载现状，车辆承载系统不堪重负，可靠性问题突出，且市场保有量巨大，造成国家、企业、用户的巨大浪费和损失，大家必须正视，求真务实，并找到解决方案。本文就重点从技术层面上对承载系统中故障率最高的平衡悬架提出集成优化方案，具体表现在对车架结构、平衡轴、推力杆及连接螺纹副、横向限位板、限位高度等部件和参数全面优化，在此优化过程中，分别运用统计法、运动学、电测技术、计算机虚拟验证、实物验证等技术手段，克服教条主义，同时对制造、装配工艺、保养规范、装载控制规范等方面加以改善，最终达到提高产品可靠性和驾驶员安全性，减少国家资源浪费，符合国家低碳和环保发展战略，同时也给企业和用户带来经济效益。
关键词：重型工程自卸车平衡悬架使用工况可靠性与安全系统改善策略
中图分类号：F407文献标识码： A
绪论
中国重卡起步较晚，上世纪90年代以前主要以一二汽的中重卡为主，90年代后逐步地演变为重卡占主导地位，国内各企业纷纷采取合资引进和借鉴的方法将车辆适应性改进，特别在承载能力上大大提升，迎合用户的超载需求，但公路车辆的超载却换来了沉重代价，如公路损坏、桥梁垮塌、恶通事故等，国家对此出台多项控制措施，使得车辆超载超限才得以有效遏制，同时也催生和回归到公路车辆轻量化发展主题，但对于矿山、填海、大型工地等非公路车辆（不含工程机械），由于中国整体经济相对落后，车主仍然以原开发出的公路车辆投入使用，虽然各企业不断改进，但仍严重不满足工况，各种承载零件损坏惨不忍睹，且这类车辆保有量据不完全统计达到5万台以上，造成国家资源巨大浪费，企业和用户苦不堪言，本论文旨在通过该类车辆承载系统中的平衡悬架集成优化，切实解决目前突出矛盾，进而符合公路车辆轻量化，非公路车辆重型化发展趋势。
一、国内重型工程自卸车平衡悬架的现状
1、本文的重型工程自卸车定义及运行环境
1）重型工程自卸车定义：整车使用总质量在70吨左右，装载量在50吨左右，符合汽车GB1589和GB7258的相关要求，属于汽车类产品，不属于目前行业内由汽车通过加宽加强升级的矿用工程机械车辆；主要用于煤铁矿山、填海、大型工地的土方、石方转运，不在公路上行驶，货箱向后举升的汽车，驱动型式多为6×4。
2）重型工程自卸车运行环境:该类车辆使用坏境恶劣，大多为坑洼不平路面，且路面多为临时铺铸而成，上下坡度大，车辆产生的冲击载荷（也即动载荷）大，中后桥轮胎跳动大、整车质量重心转移大；同时由于矿区作业，尘土飞扬，如图1；以及该类车辆按货箱方量进行运费结算，因此几乎100%的用户均将货箱做到尽可能大，这样车辆势必形成与理论设计装载的差异，也就是平常公路车辆所说的超载超限，且该类车辆即使在此超载情况下，仍达不到用户的超载预期，对此我们作了近几年来，该类车辆（如唐山）的载重趋势，如下图2：
图1
图2
2、国内重型工程自卸车平衡悬架的工作原理及组成
该类平衡悬架与公路车辆平衡悬架结构基本一致，无外乎对部分部位进行了适应性加强，工作原理是钢板弹簧固定在平衡轴板簧座上，板簧座可以绕平衡轴轴头转动，钢板弹簧的两端自由地搭在中后桥滑板座上，保证所连接的中后桥轴荷平均分配和平衡；同时配置上下推力杆，采取平行四边形四连杆布置型式，其分别连接在车桥、平衡轴、车架上，保证车桥按照设计的倾角工作和轨迹运行。其组成如下简图3：
图3
3、国内重型工程自卸车主流平衡悬架的介绍
目前国内，重型工程用自卸车的平衡悬架主要以斯太尔结构为代表的整体式结构（如图3）为主，还有一种是断开式结构，如下图4：
图4
两者之间各有优缺点，主要表现在前者对车架强度要求低，但中后桥侧滑大，后者反之。
4、国内重型工程自卸车平衡悬架的市场表现及其影响
目前，无论是整体式还是断开式，其市场表现可以用非常糟糕来形容，主要表现在平衡轴和大支架早期疲劳断裂、推力杆球头橡胶球铰松旷开裂、推力杆连接螺栓松动断裂、骑马螺栓松动断裂、关节轴承破裂、车架平衡轴横梁处开裂及连接螺栓松动断裂等强度问题上，以及还存在横向限位板早期磨损和漏油等性能问题。
由于平衡悬架的市场故障率极高，其影响层面也非常广泛，首先据初步统计，该类悬架系统在保修期内因损坏造成的直接单车维修费用达到1万元左右，国内该类车辆按11年统计，共销售5万台左右，这样造成的企业损失达5个亿之多，同时也造成了国家钢铁资源的巨大浪费；其次因可靠性低下，车辆出勤率不到70%，用户的收入也大打折扣，以及出保车辆的后续维修，使用户的营运成本增高；再者因可靠性低下，出现大量的安全事故，诸如运行车辆突然车桥跑丢、传动轴触地，从而造成翻车，人员伤亡等恶性事件发生。
二、国内重型工程自卸车平衡悬架可靠性低的原因解析
1、利用有限元分析、运动学、电测技术对现有产品进行技术摸底
通过目前国内普遍运用的开发分析手段，结合测试技术，对现有产品进行技术摸底分析，看其究竟对市场满足性能有几分，譬如，对平衡轴最突出的问题――支架和轴断裂，采取有限元分析，按市场用户的实际装载进行模拟，其应力水平远远超过材料的屈服极限，也大大超过材料的强度极限，因此它的故障高也就不足为奇；在运用运动学受力分析该平衡悬架系统时，同时得到各相关部件应力水平超标的情况，在运用电测技术时，也得到了同样的结论，因此可以判定，该类车辆的平衡悬架系统已无法满足市场实际需求。
2、可靠性低的原因解析
通过以上的分析，产生问题的最直接根本原因是设计输入不能满足该类车辆用户的实际要求，究其原因是中国属发展中国家，营运政策不太完善，不超载不赚钱已是不争的事实，超载现象也就愈演愈烈，而国内各汽车企业为了生存发展，纷纷设计出承载能力较强的车型来满足市场需求，但公路车辆的超载换来了沉重代价，如公路损坏、桥梁垮塌、恶通事故等，国家对此出台多项控制措施，才使得车辆超载超限得以有效遏制，同时也催生和回归到公路车辆轻量化发展主题，但对于矿山、填海、大型工地等重型工程自卸车辆，由于中国整体经济相对落后，车主为了降低购车费用，仍然以原开发出的公路车辆投入使用，虽然各企业继续不断改进，但仍严重不满足路面冲击大和超载使用的工况。
三、国内重型工程自卸车平衡悬架可靠性改善集成优化策略
1、利用统计法分析系统部件故障率
根据多年建立的市场数据库，依靠强大的数据支持，对平衡悬架各部件、零件的故障模式及故障率进行全面统计，找到问题的主要矛盾点，依次采取相应措施加以解决，以下简单提供几个主要部件及零件的故障率统计：
1）平衡悬架主要部件故障率排序
2）平衡轴总成
序号 故障模式 ・千台故障率(即1000台中产生的故障项次)
3个月 6个月 9个月
1 平衡轴断、支座裂纹 37.4 282.6 829.6
2 平衡轴油封老化、漏油 130.1 478.9 513.2
3 平衡轴轴承损坏 55.3 284.4 350.9
4 平衡轴端盖裂纹、漏油 45.5 145.0 152.1
5 平衡轴支座轴承孔严重磨损 13.0 49.5 79.1
6 平衡轴毂套损坏 3.3 14.7 38.5
7 平衡轴螺栓断 1.6 9.2 12.2
其他 1.6 20.2 34.5
总计 287.8 1284.4 2010.1
3）推力杆及连接螺栓
零件 故障模式 千台故障率(即1000台中产生的故障项次)
3个月 6个月 9个月
推力杆总成 断裂胶套破裂 19.2 99.5 170.4
推力杆连接螺栓 松动断裂 10.5 15.1 15.9
2、市场实际动载系数适应性取定
由于重型工程自卸车使用工况的特殊性，以及鉴于该类车型重载后运行速度较低，需要综合考虑其垂直冲击载荷系数，以及横向、纵向加速度系数，其不能完全按照常规的汽车设计要求来给定， 根据对全国主要矿区路谱的初步采集，结合实践经验，对动载系数取定如下：垂直冲击载荷系数取静载的0.8倍，横向加速度取0.6g，纵向加速度取1.5g。该几项参数经过计算机虚拟验证和市场验证，其基本能满足该类车辆大多数用户的实际使用。
3、可靠性改善的集成优化方案
本文论述的优化方案得到了两项发明专利，进行了近20处的改善优化，具体如下:
1)整体式连接板的运用
由于该类车型车架采取柔性设计，其为边梁式结构，在车架受到扭曲时，造成平衡轴总成应力极大，在此问题上，创造性地在车架与平衡轴大支架间增加了一整体式的连接板，将车架纵梁左右连接，从而使车架与之形成矩形框架，加强了车架的同时，使平衡轴及大支架受力得到了极大改善；
2）平衡轴总成的优化方案
A、大支架：框架筋结构设计及整体优化，使原来的单一筋结构应力大大下降；
B、轴承压紧螺母：将原有的单一大螺母优化为正反旋两个大螺母，并在两个螺母间加锁片进行防松保护；
C、关节轴承：对其外圈、内圈进行等应力设计，将内圈球形直径进行减小，增加外圈的端部厚度；
D、油封：由原来单一唇口油封+防尘罩改为双唇口油封，并在双唇间增加二硫化钼脂，防止飞尘的进入，从而保护轴承油的清洁，进而保护轴承不被异常磨损；
E、板簧座：在板簧座端盖连接处增加O型密封圈，防止轴承油泄漏；
F、轴承油封座：对其装O型圈部位进行倒角优化，使橡胶O型圈以合适的压缩量防止轴承油的泄漏；
G、装配工艺改进：对关节轴承间隙增加设备进行可控操作，解决原来靠操作工手感调整间隙的不准确性，排除人为因素；对总成进行气密性检查，采取2个大气压的气体注入方式，解决原来的只进行单件检查，总成无法检查的问题；
H、加工精度和配合性质的优化，具体根据装配部位的不同，对原来的轴承油封座表面粗超度升级，对轴与支架、轴承、油封座的配合由间隙或过渡配合全部调整为热装过盈配合，防止相关件的相互转动，减少磨损；
I、对轴承的油品进行研究调整，由重负荷齿轮油调整为自配的粘稠度更高的油。
3）推力杆及连接螺栓
A、推力杆的损坏主要表现在杆身断裂和橡胶球铰开裂，因此采取加强的方法，调整橡胶综合性能指标，并进行各项刚度试验；
B、推力杆连接螺栓：该螺栓在整个平衡悬架系统起到极其重要的作用，而国内几乎所有厂家进行了多次改进，但仍然效果较差，本文采取了多项措施来解决该问题，首先将螺栓螺母连接副由一个厂家合件供货，消除不同厂家螺纹精度略有差异的问题，该项措施看似有问题，因为只要按国标的标准螺纹生产就不存在问题，但确实现实就不能满足推力杆部位的使用，其次将螺母螺纹采用30度楔形角结构，市场俗称施必牢，不用60度牙型角的全金属自锁螺母（其重复使用性差和锁紧效果差），再者采用了法兰面螺栓和螺母，减小被连接面的压强，减少压溃风险（因经计算，原有六方头结构压强较大，有压溃风险），避免螺栓松动，从而防止恶性事故的发生。同时经过对采用产品进行螺纹摩擦系数试验、横向振动对比试验，重新确定螺栓的拧紧力矩，以及采用先进的装配工具进行力矩的有效控制，减少力矩散差，同时还要求加强市场保养，定期复紧力矩，细化保养措施。
4）骑马螺栓：将原来的单边两条螺栓改为四条螺栓因数量的增加，减少了骑马螺栓松动的机会，并采用斜八字布置，使板簧有效工作长度增加，减小板簧应力。
5）上推力杆的布置：由原来的每架桥一根直推力杆改为两根V型布置的推力杆，减少了桥的侧滑，从而减少轮胎磨损，以及增加了对平衡轴的保护，同时该布置方式解决了整体式V型推力杆球头断裂和连接螺栓松断的问题。
6)横向限位板：由原来的整块厚钢板调整为1个铸件垫板+1块淬火的薄钢板，这样解决了用户因磨损后产生的费用较高问题，使用户勤于主动更换，从而保护整个平衡悬架系统和桥。
7）保养规范、载重控制：采取加强宣传，使用户主动加强保养，规范保养，同时对载重通过改装厂的技术固化，严禁继续加大货箱，出台专门的改装指南。
8）其它：对于如钢板弹簧等部件，采取适应性加强方式予以解决。
4、集成优化后效果图
5、利用有限元分析手段进行样机虚拟验证
本文所述的各项优化方案，基本都采用计算机进行虚拟验证，以下以增加整体式连接板前后平衡轴支架的受力对比，改进趋势明显，举例如下：
1）增加整体式连接板前后平衡轴的受力对比
最大应力对比列表
名称 最大应力值Mpa 应力图 材料屈服极限Mpa
原结构 781 450
改进结构 523 450
2）平衡轴大支架结构调整前后
项目 原结构应力 改进结构应力 改进效果评价
弯曲工况 忽略由于连接引起的孔边应力失真，考察距孔边约5mm外的应力（下同）。
弯曲工况下，原结构的四孔附近应力值如图，最大应力为460MPa。改进结构的中间减重孔边最大应力约为390MPa，其余连接孔的最大应力约为320MPa。改进结构的应力低于原结构，结构较好。
弯扭工况 弯扭工况下，原结构的连接孔附近应力值如图，最大应力为541MPa。改进结构的孔边应力值如图，最大应力为451MPa。类似区域改进结构的应力值低于原结构，且改进结构的最大应力低于原结构，安全系数相对高，结构较好。
制动工况 制动工况下，原结构的连接孔附近应力值如图，最大应力为612MPa。改进结构的孔边应力值如图，最大应力为522MPa。四个连接孔中，三个孔的孔边应力对比，原结构比改进结构要大100MPa左右，另一孔的应力小约50MPa，整体考虑，原结构的应力高于改进结构，且原结构的最大应力高于改进结构。
转弯工况 转弯工况下，两种方案应力较大区域及其应力值如图所示。原结构的最大应力为638MPa。改进结构的最大应力为578MPa。整体上，原结构的应力高于改进结构。改进结构的结构较好。
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结论
该系列改进方案实施后，在市场上取得了较为理想的效果，主要部件故障率降低达60%，保修费用也降低50%左右，用户也规范到理性用车的轨道上来。该项目的提出，并不意味着汽车企业助长用户的超载行为，而是事实求是地针对目前的突出矛盾加以解决，这样会使企业得到良性发展，以及用户也得到受益，最重要的是减少国家资源浪费，不会再出现社会上说所的重型工程自卸车是“趴车”，当然，任何事物和产品均有一定的生命周期，该类车型随着中国经济的继续发展和强大，一定会出现可靠性更好，也适合用户的代替车型或工程机械。本文作者仅对该项目说出自已的观点和解决办法，部分具体方案和参数涉及企业保密，在此不便具体描述，另如有不正之处，敬请指教。
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参考文献
[1] 陈家瑞.汽车构造(下册）北京:机械工业出版社,2000.
工程机械轻量化范文6
[关键词]机电一体化技术；国内现状；数控FMS;CIMS
20世纪80年代中期以来，计算机特别是微型计算机已日益广泛应用于机械产品和生产过程的控制，使机、电有机地结合，发展成机电一体化技术。此技术经历了三十多年的发展，其内涵随科技的发展不断更新。70年代主要是指机械与电子的简单结合机电一体化产品，也较简单主要涉及到高性能的伺服技术；在80年代高性能微处理器的出现立即在机电一体化产品中得到应用，大大提高了机电一体化产品的自动化智能化程度；进入90年代计算机网络和通讯技术的迅速发展使机电一体化系统向着智能化和自动化方向发展，此时机电一体化是机械电子控制光学信息和计算机等技术的相互交叉和融合。
机电一体化技术的应用，给机械行业带来了显著的效益，降低了原材料消耗，减轻了操作工人的劳动强度，增强了企业在市场中的竞争力。
1.机电一体化基本结构要素
1.1 机械本体部分
机械本体就像人体的身躯骨架它是系统所有功能元素的机械支持结构包括机身框架机械连接等。
1.2 动力部分
动力部分与人体内脏产生能量去维持生命运动一样为系统提供能量和动力功能驱动执行机构使系统按照控制要求正常运行。
1.3 传感部分
传感部分就像人的眼鼻耳口等感觉器官将系统运行中所需要的本身和外界环境的各种参数及状态进行检测变成可识别的信号传输到信息处理单元经过分析处理后产生相应的控制信息其功能一般由专门的传感器和仪器仪表完成。
1.4 驱动部分
驱动部分就像人体的肌肋腱接受大脑指挥驱动四肢运动一样在控制信息作用下驱动执行机构完成各种动作和功能。
1.5 执行部分
执行部分如同人的四肢由大脑支配完成各项工作任务一样根据控制信息和指令完成各种动作和功能执行机构是运动部件一般采用机械电磁电液等机构。
1.6 控制及信息处理部分
控制及信息处理部分犹如人的大脑指挥和控制全身运动并能记忆思考和判断问题一样将来自各传感器的检测信息集中存储分析加工并根据信息处理的结果按照一定的程序和节奏发出相应的指令控制整个系统有目的的运行它一般由计算机可编程序控制器数控装置以及逻辑电路A/D 与D/A 转换I/O 输入输出接口和计算机外部设备等组成。
2.机电一体化的具体内容
2.1 机电一体化技术是从系统工程观点出发，应用机械、电子等有关技术，使机械、电子有机结合，实现系统或产品整体最优的综合性技术。机电一体化技术，主要包括技术原理和使用机电一体化产品（或系统）得以实现、使用和发展的技术。机电一体化技术是一个技术群（族）的总称。
2.2 机电一体化系统产品由若干具有特定功能的机械和电子要素组成的有机整体，具有满足人的使用要求的最佳功能，机电一体化系统产品。主要是指机械系统或部件与微电子系统或部件相互置换和有机结合，从而赋予新的功能和性能的新一代产品，有良好的人机协作关系。一个机电一体化的系统主要是由机械装置、执行装置、动力源、传感器、计算机这5个要素构成。
2.3 机电一体化工程机械电子工程是机械工程与电子工程的综合集成，即给定机电一体化系统或产品“目的功能”与“规格”后，机电一体化技术人员利用机电一体化技术进行设计、制造的整个过程体系。
2.4 机电一体化思想体现了“系统设计原理”和“综合集成技巧”。系统工程、控制论和信息论是机电一体化技术的方法论。从某种意义上讲、机电一体化思想相当于“一体化”思想。
3.机电一体化技术的主要应用领域
3.1 数控机床
数控机床及相应的数控技术经过40年的发展在结构功能操作和控制精度上都有迅速提高，具体表现在：
1)总线式模块化紧凑型的结构即采用多CPU多主总线的体系结构；
2)开放性设计即硬件体系结构和功能模块具有层次性兼容性符合接口标准能最大限度地提高用户的使用效益；
3)WOP技术和智能化系统能提供面向车间的编程技术和实现二三维加工过程的动态仿真并引入在线诊断模糊控制等智能机制；
4)大容量存储器的应用和软件的模块化设计不仅丰富了数控功能同时也加强了CNC 系统的控制功能；
5)能实现多过程多通道控制即具有一台机床同时完成多个独立加工任务或控制多台和多种机床的能力并将刀具破损检测物料搬运机械手等控制都集成到系统中去；
6)系统的多级网络功能加强了系统组合及构成复杂加工系统的能力；
7)以单板单片机作为控制机加上专用芯片及模板组成结构紧凑的数控装置；
3.2 计算机集成制造系统(CIMS)
CIMS的实现不是现有各分散系统的简单组合而是全局动态最优综合，它打破原有部门之间的界线以制造为基干来控制物流和信息流实现从经营决策产品开发生产准备生产实验到生产经营管理的有机结合企业集成度的提高可以使各种生产要素之间的配置得到更好的优化各种生产要素的潜力可以得到更大的发挥。
3.3 工业机器人
第1代机器人亦称示教再现机器人它们只能根据示教进行重复运动对工作环境和作业对象的变化缺乏适应性和灵活性；第2代机器人带有各种先进的传感元件能获取作业环境和操作对象的简单信息通过计算机处理分析做出一定的判断对动作进行反馈控制表现出低级智能以开始走向实用化；第3代机器人即智能机器人具有多种感知功能可进行复杂的逻辑思维判断和决策在作业环境中独立行动与第5代计算机关系密切。
4.机电一体化的发展趋势
4.1 机电一体化的高性能化
高性能化一般包括高速化高精度高效率和高可靠性新一代CNC系统就是以此四高为满足生产急需而诞生的。
4.2 机电一体化的智能化趋势
人工智能在机电一体化技术中的研究日益得到重视机器人与数控机床的智能化就是重要应用。
4.3 机电一体化的系统化发展趋势
系统化的表现特征之一是系统体系结构进一步采用开放式和模式化的总线结构；表现特征之二是通信功能的大大加强一般除RS232外还有RS485DCS分布式计算机控制和FCS现场总线控制等多种功能；
