压路机等工程机械技术的六大发展方向

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随着我国工业化、信息化、城镇化、市场化、国际化进程深入发展，信息技术、绿色环保、节能技术、可靠性正向其领域加速渗透，各类技术间的相互融合更加频繁，将引发以绿色、可靠、耐用、安全、减量、智能为特征的新一轮工程机械技术系统变革、学科突破和产业革命，推动工程机械向绿色、智能、超常、融合、服务化方向发展。 1.全寿命周期绿色化 压路机等工程机械全寿命周期设计理论和绿色设计制造系统方法，是实现工程机械全寿命周期的绿色化的必然选择，是未来工程机械技术发展的重要领域和研究方向。 工程机械全寿命周期绿色化应考量产品设计、制造、使用与回收利用的系统化和一体化，将现代生态化设计技术及其知识库和数据库运用于工程机械设计全流程，使产品最大限度节约资源，减少污染，合理充分地利用有限的资源。全寿命周期设计不仅要设计产品的功能属性，而且要顾及产品的环境属性，覆盖制造、营销、物流、使用、维修、回收、再利用全寿命周期过程，具体设计方向可包括材料生产的减量化、设计制造的轻量化、运行维护的低耗化、回收再生的充分化等。 2.可靠性保质设计 国工程机械产品功能及性能参数与国外标杆相差不大，但可靠性与国外同类产品相比差距显著，仅为国外1/2。造成这种差距主要原因有四点：一是产品开发急于求成，先做再试，屡试再改，缺乏系统可靠性设计方法的源头研究，投入不够，被动应付；二是对产品的载荷环境认知不足，缺乏基础数据积累及升华；三是缺乏工艺制造可靠性系统研究；四是系统的可靠性试验、检测技术与标准不完善。 对此，行业应针对工程机械整机及关键零部件（结构、传动、电气、液压、控制、软件）开展可靠性设计理论与评估方法研究，包括基于载荷谱及故障数据采集与分析技术，综合多因素影响的整机系统可靠性分配技术，建立概率与非概率混合可靠性模型，计算结构混合可靠度，形成整机及关键零部件、结构件的可靠性分析与设计技术，关键件结构件剩余寿命预测技术。 3.结构强度定寿设计 压路机等产品寿命与客户的使用成本息息相关。而工程机械的结构、工作装置多为焊接结构件，裂纹、断裂时有发生，究其原因是缺乏强度定寿设计理论的支撑。 因此，行业急需开展三方面的工作：一是基于在线检测、无线传输、同步记录技术的工程机械多维作业载荷谱、路面谱的采集、编制、重现、保真研究，开发测试仪器装备，建立工程机械分类分级（工作级别）载荷谱库；二是基于典型结构焊接构件的疲劳试验，建立不同斜率常数的特征疲劳强度数据库；三是基于应力幅-极限状态法的疲劳强度定寿设计理论、概率论的极限状态法非线性设计理论，开展工程机械结构抗疲劳非线性设计，保证结构的设计寿命。 4.健康状况监测与剩余寿命评估理论 产品的寿命往往还蕴藏着安全风险。截止2014年，我国起重机保有量240万台，工程机械700万台，产品寿命区别很大。 为此，行业要积极开发高可靠低成本的工程机械液压系统监测装置，及时监测整机典型敏感点健康状况。同时，要变被动修复为主动预防，实现结构件、传动件剩余寿命预测，对早期损伤提出预警和经济性评估，及时保养维修更换，在保证整机无故障工作时间前提下降低维修成本，有效防止发生二次损伤，避免灾难性失效发生。 5.节能减排综合技术 工程机械属于典型的能耗高、排放大的机械设备。据日本某挖掘机企业的测试：在正常作业的相同时间内，20t级挖掘机废气排放量相当于30辆小型汽车。 因此，我国工程机械行业急需开展基于动力匹配与控制优化的智能技术，即在保证动力性前提下，使发动机工作在经济耗油区，通过合理匹配参数和电喷控制，在大负荷时输出大驱动力，小负荷时输出高速度，充分利用发动机功率，减少功率浪费。 基于机电液融合传动方式的改善技术，即发挥液力、机械、液压传动的无级变速功能和负荷自适应功能。 基于能量回收高效元件、混合动力系统的能量回收技术。国外最新典型产品平均油耗降低显著，已开始投放市场，据称可实现节能25%。 6.动态感知与决策技术 传统工程机械作业控制主要依靠驾驶员的局部感知信息，而忽略了机械的整体作业环境信息的感知与获取。因此，行业迫切需要开展：基于多感觉、多传感融合的工程机械作业环境动态感知和工作装置姿态检测系统的传感网络与状态监测技术。最终实现感知工作装置末端作业力与位移的关系，辨识作业对象、作业环境参数，决策合适的作业方式和作业参数，主动防倾翻和主动避障，提高作业质量、作业效率和作业安全，降低驾驶员劳动强度。