工程机械的作业特点

工程机械理论—1—运输运输第一章工程机械的作业特点§1.1工程机械的分类及应用我国的工程机械工业，在国内已经发展成了机械工业10大行业之一，在世界上也进入了工程机械生产大国行列。何谓工程机械？概括地说：凡土方工程、石方工程、流动起重装卸工程、人货升降输送工程和各种建筑工程，综合机械化施工以及同上述工程相关的工业生产过程机械化作业所必需的机械设备，称为工程机械[6]。土方工程种类繁多，分布广泛。但按工程特点分析却只有两种基本形式——挖方和填方。所谓挖方，是指在建设地点将多余土方挖掉，或者在某地挖取土方用着他用而言；所谓填方，是指在建设地点进行建设时，要从别处运来土方将地面构筑得适合建设要求而言。例如，露天矿山建设过程的大量土方工程多为挖方形式。筑路工程（铁路与公路）的土方工程，凡在高于路基设计要求的地方施工，多为挖方形式；凡在低于路面设计要求之处施工，则多为填方形式。石方工程分布也很广泛，而且往往与土方工程相伴交叉出现，即土方工程中含有石方工程，石方工程中含有土方工程（如建筑场地平整工程、路基建设工程等）；也有单纯的石方工程，如隧道工程、建筑石料开采工程、井下矿山巷道掘进工程、井下采矿工程、露天金属矿采矿工程等。石方工程施工工艺比较复杂。首先是破碎岩石，一般有三种方法：一是钻爆法，二是机械切削法，三是钻孔静态破碎法。钻爆法含以下工序：穿孔、装药与爆破、排碴（无用石料）或取料（有用矿石或石料）、运输（往弃料场或石材加工厂、选矿场等地点）。图示如下：排渣（无用石料）弃石场穿孔装药爆破取料（有用石料或矿石）石料加工厂或选矿场图1—1钻爆法破碎岩石工序图在石方工程中，广泛采用钻爆法施工，其它两种方法很少用。其中机械切削法的破岩工序主要采用联合掘进机、岩石切削机、液压冲击器等设备；钻孔静态破碎法的破岩原理为：钻孔后注入静态破碎剂，靠其产生的膨胀力、蒸气破碎力、放电破碎力等相应能量破碎岩石。流动起重装卸工程，包括建筑、安装工程中的起重、调整工程、港口、车站以及各种企业生产过程中的起重装卸工程等。所用的各种工程起重机、建筑起重机以及各种叉车和其它搬运机械，能够根据工程要求而自由地移动，不受作业地点限制，故亦称流动起重装卸机械。人货升降输送工程（垂直或倾斜升降），包括在高层建筑物对人的升降运送和对货物的升降运输，采用载人电梯、扶梯和载货电梯等。各种建筑工程范围更为广泛，除房层建筑和市政建设外，还包括公路、铁路、机场、水坝、隧道、地下港口、地下管线、新城建设和旧城改造等各种基础设施工程，需要各种工程机械进行施工。综合机械化施工，是指工程工序均用相应成套的工程机械去完成而言，人力在工程中只第一章工程机械的作业特点—2—起辅助作用和组织管理作用。综合机械化水平越高，则使用的人力就越少。相关的工业生产过程，是指与土方工程、石方工程、流动起重装卸工程、人货升降运送工程和各种建筑工程有关的工业生产过程而言。如储煤场的装卸工程、工业企业内部生产过程的装卸与运输、各种电梯的工作等等。二十世纪六十年代以前，我国建设工程机械化施工用的设备又少又落后，因而使用部门机械化施工水平很低。在计划经济条件下，当时机械制造部门只安排少数矿山机械制造厂和起重运输机械制造厂兼产一小部分技术性能一般化的工程机械产品。随着各种建设施工技术的发展，机械制造部门生产的工程机械产品满足不了用户需求，有关使用部门被迫利用修理厂生产部分简易的施工机具和设备自用，并根据各自不同的使用特点确定了不同的名字。那时，建筑工程系统把自己所需要的一部分工程机械称为建筑工程机械（简称建筑机械或建设机械），交通系统需要的一部分工程机械称为筑路工程机械（简称筑路机械），铁道系统需要的一部分工程机械称为线路工程机械（简称线路机械，其中包括一部分线路专用设备），水电系统需要的一部分工程机械称为水利工程机械（简称水工机械），在各种矿山现场使用的工程机械一般称之为矿山工程机械。尽管各部门所需的产品重点不同，但都是为土方工程、石方工程、不受地点限制的起重装卸工程、人货升降输送工程以及各种建筑工程机械化施工和相应生产过程的作业服务的，在国际上均属于同一大类机械产品。1960年冬，国务院和中央军委联合决定：第一机械工业部负责组织并加速发展为军委工程兵、铁道兵和民用部门工程施工用的机械设备；发展方针是：以军为主，兼顾民用。当时国家计委、国家经委、国家科委会同一机部研究发展方案时，首先要给这一类设备统一命名。经过讨论，决定把各部门命名中的专用形容词去掉，统称之为“工程机械”。报告呈贺龙、薄一波两位副总理批准后，“工程机械”这个行业名字就在中国正式诞生了。自从改革开放以来，我国工程机械行业已为世界各国所认定；经过国际合作交往，已明确了与有关国家相应的行业名字。其中美国和英国称作“建筑与矿山机械”，日本称作“建设机械”，德国称作“建筑机械与装置”，独联体与东欧诸国统称为“建筑与筑路机械”。虽然各国对该行业确定的产品范围互有差异，但其主要服务领域、产品分类、生产工艺技术、科研设计理论、试验方案以及采用的各种标准等，都基本上是一致的。综上所述，我国的工程机械是各使用部门施工和作业所用机械的总称，包括建筑机械、铁路与公路工程机械、矿山机械、水电工程机械、林业机械、港口机械、起重运输机械等。更详细的说，工程机械包括以下18大类：1、挖掘机械（单斗挖掘机、挖掘装载机、斗轮挖掘机、掘进机械等）；2、铲土运输机械（推土机、装载机、铲运机、平地机、自卸车等）；3、工程起重机械（塔式起重机、轮式起重机、履带式起重机、卷扬机、施工升降机、高空作业机械等）；4、工业车辆（叉车、堆垛机、牵引车等）；5、压实机械（压路机、夯实机械等）；6、路面机械（摊铺机、拌和设备、路面养护机械等）；7、桩工机械（打桩机、压桩机、钻孔机等）；8、混凝土机械（混凝土搅拌车、搅拌楼、振动器、混凝土泵、混凝土泵车、混凝土制品机械等）；9、钢筋和预应力机械（钢筋加工机械、预应力机械、钢筋焊机等）；10、装修机械（涂料喷刷机械、地面修整机械、擦窗机等）；11、凿岩机械（凿岩机、破碎机、钻机（车）等）；12、气动工具（回转式及冲击式气动工具、气动马达等）；13、铁道线路机械（道床作业机械、轨排轨枕机械等）；14、市政工程与环卫机械（市政机械、环卫机械、垃圾处理设备、园林机械等）；15、军用工程机械（路桥机械、军用工程车辆、挖壕机等）；16、电梯与扶梯（电梯、扶梯、自动人行道等）；17、工程机械专用零部件（液压件、传动件、驾驶室设备等）；工程机械理论—3—18、其它专用工程机械（电站专用、水利专用工程机械等）。此外，工程机械与农用机械也有许多共同之处，例如履带式和轮式车辆的行驶理论等，同时，拖拉机常常是拖式机械的牵引车辆。工程机械的用途分施工和作业。这是两个不同的概念。所谓施工，是指工程机械在各种建设工程中的工作而言，一旦工程完成了，工程机械也就撤走了。如修筑高速公路要使用相应的工程机械，当高速公路建成后，除去少数对公路进行维护保养的工程机械产品之外，建设过程中所用的工程机械都见不到了。工程机械在这种情况下的工作，称为施工。所谓作业，是指工程机械在工业生产过程中的工作而言。如金属露天矿掌子面要使用挖掘机、推土机等工程机械产品，爆破后挖掘机将矿石装到运输车上，推土机将散落的矿石收集到装车地点。挖掘机和推土机周而复始地重复进行工作，这就是作业。工程机械产品的分类，是根据产品结构特点、工作对象和主要用途三重标准划分的，分类、组、系列、基型、规格等五个层次。现有产品按行业规划组编辑的《工程机械类组划分（初稿）》的规定，共分18类、122组、567个系列、3000多个基型产品、近万种产品规格。纵观我国工程机械行业的发展历史，大致可划分为三个阶段。第一阶段为创业时期（1949至1960年）。第二阶段为行业形成时期（1961至1978年）。第三阶段为全面发展时期（1979年至现在）。截止2001年，全行业生产企业近1500个，年销售额达560亿元，出口额达7亿美元。工程机械用途广泛，市场遍布于国民经济各部门，其中主要有交通运输（铁路建设、公路建设、水运建设、民航建设、管道建设）、能源（电力建设、煤炭发展、石油发展）、原材料（黑色金属发展、有色金属发展、化工原料和建筑材料发展）、农林水利（农村经济发展、林业发展、水利事业）、城乡发展以及现代化国防六大领域。工程机械是保证各种工程建设高速度、高质量、低成本的重要手段。世界经济发展经验证明：现代化建设速度，在很大程度上取决于工程建设速度；而工程机械水平的高低，又直接对工程建设速度发挥着促进或抑制的作用。因此，世界工业发达国家都把工程机械作为重点行业发展。建筑与筑路机械的名称来源于前苏联，俄文为СТРОИТЕЛЬНЫЕИДОРОЖНЫЕМАШИНЫ,简写为СДМ。筑路机械可以保证路面铺筑、道路修理和养护过程的全工艺工序的机械化和自动化[1]。公路建设的主要施工作业包括路基的准备，必要的建筑材料的开采、制配和运输，桥涵建筑物、路面、通道和其他设施的建设等。道路建设机械化和自动化要用多种机械系统，包括由施工过程决定的五种主要机组：（1）路基施工用机械；（2）路面铺筑机械；（3）桥涵和边坡施工机械；（4）道路建筑材料开采和加工设备；（5）运输设备。上述五种主要机组，若按机械的类型划分又可分为：土石方机械，压实机械，路面机械，桥梁机械和隧道机械等五大类。道路维修和养护的机械化和自动化也要用多种机械系统，主要包括五种机组：（1）全天侯养护机组；（2）道路清障和划线机械；（3）绿化植树和道路设施维修用机械；第一章工程机械的作业特点—4—（4）路基、建筑物、桥涵、排水沟和路面定期维修用机械；（5）路面和建筑物拆除和翻修用机械。§1.2工程机械的作业特点和性能要求工程机械种类繁多，大多在野外作业，其作业特点和对机械的性能的要求有以下特殊之处：第一，工程质量是百年大计，对机械作业质量的要求越来越高，机电液一体化技术得到了广泛的应用。如，路面的平整度、承载能力和寿命，对路面机械的各项性能都提出了较严格的要求。作业质量控制的对策主要有两条：一方面应加紧新型工作原理机器的研究，另一方面就是采用机电液一体化技术来提高机器的性能。第二，工程机械工况复杂，作业对象多变，常常在变载荷情况下工作，对机器的可靠性和适应能力有较高的要求。例如铲土运输机械，铲土、运土、卸土、回程。铲土中可能遇到石块、树根等障碍，土壤的湿度、坚硬程度、成分随作业地段和区域不同也总在变化，机器总处于变载荷、甚至超载荷的工作状态。要保证机器连续可靠的工作，除对机器作业实行有效的控制外，对机器的设计和使用都提出了新的要求。显然，傻、大、粗、笨不是解决问题的根本办法。机器性能要满足使用要求，必须进行机器动态性能的研究，知道机器的实际使用性能，而不仅仅是台架上测得的静态性能。这是机器牵引动力学和可靠性设计的依据。机器牵引动力学就是要弄清机器工作过程中的牵引性能，各参数的合理匹配程度，行驶能力。工程机械性能与车辆地面力学是牵引动力学研究的主要内容。由测试机器动态性能所获得的数据可知道外界载荷和作用在机器零、部件上载荷的变化。由于机器作业对象的状态和环境条件呈随机性变化，因此载荷也往往是随机变化的。应用概率统计的方法得到的载荷谱，是机器可靠性设计的真实依据。第三，机器工作装置与作业对象的相互作用过程和机理的研究，是设计机器和改善其性能的关键。机器的作业实际是靠工作装置来改变作业对象，这涉及机械工程和土木工程两大学科。只有将机械和土木工程的知识紧密结合起来，才可能找到创新的突破口。第四，机器的性能应与施工工艺相适应。采取先进的施工工艺，改进传统的施工方法，不仅能保证施工质量，而且会带来巨大的经济和社会效益。在机器设计和使用时，除应注意满足施工的各项要求外，还应注重施工工艺的变更与进步。1.2.1液压传动众所周知，机器一般由五大部分组成：原动机部分，传动部分，执行部分，控制系统，辅助系统，例如润滑、显示、照明等，如图1—2。图1—2机器的组成辅助系统，例如润滑、显示、照明等原动机部分传动系统执行部分控制系统工程机械理