機械[專業術語]

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機械(英文名稱:machinery)是指機器與機構的總稱。機械就是能幫人們降低工作難度或省力的工具裝置,像筷子、掃帚以及鑷子一類的物品都可以被稱為機械,他們是簡單機械。而複雜機械就是由兩種或兩種以上的簡單機械構成。通常把這些比較複雜的機械叫做機器。從結構和運動的觀點來看,機構和機器並無區別,泛稱為機械。

基本信息

概念來源

機械齒輪(圖1) 機械齒輪(圖1)

機械這個詞源自於希臘語之Mechine及拉丁文Machina,最早的“機械”定義為古羅馬建築師維特魯威(Vitruvii)在其著作《建築十書》,主要對於搬運重物發揮效力的機械和工具作了區別:“機械(machane)和工具(organon)之間似乎有著以下的區別。即機械是以多數人工和很大的力量而發生效果的,如重弩炮和葡萄壓榨機。而工具則是一名操縱人員慎重地處理來達到目的的,如蠍形輕弩炮或不等圓的螺鏇裝置。因此工具和機械都是利用上不可缺少的東西。古希臘時期已有圓柱齒輪。亞歷山大利亞·希羅(Heron of Alexandria)在1世紀最早討論了機械的基本要素,他認為機械的要素有五類:輪與軸,槓桿,滑車,尖劈,螺鏇。希羅的論述反映了古典機械的特徵。中國古代在香爐中套用了能永保水平位置的十字轉架等機件。

機械齒輪(圖3) 機械齒輪(圖3)

英國機械學家威利斯(R.Willis)在其《機構學原理》(The Principle of Mechanism,1841年)所給的定義是:“任何機械(machine)都是由用各種不同方式連線起來的一組構件組成,使其一個構件運動,其餘構件將發生一定的運動,這些構件與最初運動之構件的相對運動關係取決於它們之間連線的性質。”德國機械學家勒洛(F.Reuleaux )在其《理論運動學》(Theoretische Kinematik ,Grundzüge einer Theorie des Maschienenwesens,1875年)中的定義為“機械是多個具有抵抗力之物體的組合體,其配置方式使得能夠藉助它們強迫自然界的機械力做功,同時伴隨著一定的確定運動。”

總體來講,機械就是能幫人們降低工作難度或省力的工具裝置,像筷子、掃帚以及鑷子一類的物品都可以被稱為機械,他們是簡單機械。而複雜機械就是由兩種或兩種以上的簡單機械構成。通常把這些比較複雜的機械叫做機器。

中文概念與來源

“機械” 詞語由“機”與“械”兩個漢字組成。“機”——原指局部的關鍵機件;“械”——在中國古代原指某一整體器械或器具。這兩字連在一起,組成“機械” 一詞,便構成一般性的機械概念。

” 在古漢語中原指某種、某類特定的裝置,後來又泛指一般的機械。《尚書·太甲》有“若虞機張,往省括於度,則釋”。《莊子·齊物論》:“其發若機括。”《釋文》稱:“機,弩牙;括,箭括。”《說文解字》對“ ”的解釋是“機,主發者也”,指弩機。《莊子·山林》道:“豐狐,文豹……不免於網羅機辟之患”即指夾子一類的裝置。古代之“ 機抒”指織布機。《淮南子·氾論》載“伯余之初作衣也,……手經指掛,其成猶網羅。後世為之機抒勝復以便其用。”《史記·酈生傳》有“農夫釋耒,二女下機”。由此可知,“機”之本義指機械裝置中構成轉動副的轉動構件。

”在古代中國指器械、器物等實物。《莊子·天地》載“有械於此,一日浸百畦,用力甚寡而見功多”,其“械”在此為一般器械或器具;《墨子·公輸》:“公輸般為楚造雲梯之械”在此指兵器;《漢書·司馬遷傳》載:“淮陰(韓信),王也,受械於陳”,在此 “械”指刑具。

《莊子·外篇·天地第十二》載“......子貢曰:‘有械於此,一日浸百畦,用力甚寡而見功多,夫子不欲乎?’為圃者仰而視之曰:‘奈何?’曰:‘鑿木為機,後重前輕,挈水若抽,數如湯,其名曰槔。’為圃者忿然作色而笑曰:‘吾聞之吾師,有機械者必有機事,有機事者必有機心。機心存於胸中,則純白不備。純白不備,則神生不定。神生不定者,道之所不載也。吾非不知,羞而不為也。’子貢瞞然,俯而不對。”這段對話為子貢與老人的對話給出了機械的概念界定即“機械是能用力甚寡而見功多的器械”。《韓非子》卷十五《難》二中有類似的論述:“審於地形、舟車、機械之利,用力少,致功大,則入多。”故此中國最遲在戰國時期已形成了與現代機械工程學之“機械”涵義較相近的概念。

現代機械

機械齒輪(圖2) 機械齒輪(圖2)

1、機械是物體的組合,假定力加到其各個部分也難以變形。

2、這些物體必須實現相互的、單一的、規定的運動。

3、把施加的能量轉變為最有用的形式,或轉變為有效的機械功。

機構和機器的定義來源於機械工程學,屬於現代機械原理中的最基本的概念,中文機械的現代概念多源自日語之“機械”一詞。

一切具有確定的運動系統的機器和機構的總稱。如:工具機、拖拉機等。

機械工程就是以有關的自然科學和技術科學為理論基礎,結合在生產實踐中積累的技術經驗,研究和解決在開發設計、製造、安裝、運用和修理各種機械中的理論和實際問題的一門套用學科。

各個工程領域的發展都要求機械工程有與之相適應的發展,都需要機械工程提供所必需的機械。某些機械的發明和完善,又會導致新的工程技術和新的產業的出現和發展。例如大型動力機械的製造成功,促成了電力系統的建立;機車的發明導致了鐵路工程和鐵路事業的興起;內燃機、燃氣輪機、火箭發動機等的發明和進步,以及飛機和太空飛行器的研製成功導致了航空、航天事業的興起;高壓設備的發展導致了許多新型合成化學工程的成功等等。

機械工程就是在各方面不斷提高的需求的壓力下獲得發展動力,同時又從各個學科和技術的進步中得到改進和創新的能力。

機械是簡單的裝置,它能夠將能量、力從一個地方傳遞到另一個地方。它能改變物體的形狀結構創造出新的物件。在生活中,我們周圍有數不清的不同種類的機械在為我們工作。

機械的日常的理解是機械裝置,也就是各種機器與器械。

從機械專業的角度來說:機械具有相當重要的基礎地位。

機械是現代社會進行生產和服務的五大要素(即人、資金、能量、材料和機械)之一。

在馬克思說到工業社會時候,說工業社會,尤其是大工業社會,即用機器生產機器的時代。

無論從生活中接觸的各種物理的裝置,如電燈、電話、電視機、冰櫃、電梯等等都包含有機器的成分,或者包含在廣義的機械之中,而從生產中來看,各種工具機、自動化裝備、飛機、輪船、神五、神六等等,都缺不了機械。

機械齒輪(圖4) 機械齒輪(圖4)

所以,機械是現代社會的一個基礎。如果有人要說農業也是基礎的話,也無可厚非,但是在現代的社會來說,機械作為整個工業和工程的基礎,可以毫不誇張地認為也是社會一根大柱子。

任何現代產業和工程領域都需要套用機械,就是人們的日常生活,也越來越多地套用各種機械了,如汽車、腳踏車、鐘錶、照相機、洗衣機、冰櫃、空調機、吸塵器等等。

主要特徵

機械是一種人為的實物構件的組合。

機械各部分之間具有確定的相對運動。

機器具備機構的特徵外,還必須具備第3個特徵即能代替人類的勞動以完成有用的機械功或轉換機械能,故機器能轉換機械能或完成有用的機械功的機構。從結構和運動的觀點來看,機構和機器並無區別泛稱為機械。

研究領域

機械齒輪減速機 機械齒輪減速機

機械工程與技術

機械工程

機械學

機械設計

機械製圖

機械製造工藝與設備

工具機技術

儀器儀表技術

流體傳動與控制(包括氣動液壓控制技術等)

機械製造自動化

數控技術

工業機器人技術

計算機輔助製造

動力機械工程

機械工程其他學科

主要分類

機械齒輪(圖5) 機械齒輪(圖5)

機械的種類繁多,可以按幾個不同方面分為各種類別,如:按功能可分為動力機械、物料搬運機械、粉碎機械等;按服務的產業可分為農業機械、礦山機械、紡織機械、包裝機械等;按工作原理可分為熱力機械、流體機械、仿生機械等。

中國機械行業的主要產品包括以下12類:

農業機械:拖拉機、播種機、收割機械等;

重型礦山機械:冶金機械、礦山機械、起重機械、裝卸機械、工礦車輛、水泥設備等;

工程機械:叉車、鏟土運輸機械、壓實機械、混凝土機械等;

石化通用機械:石油鑽采機械、煉油機械、化工機械、泵、風機、閥門、氣體壓縮機、製冷空調機械、造紙機械、印刷機械、塑膠加工機械、製藥機械等;

電工機械:發電機械、變壓器、、高低壓開關、電線電纜、蓄電池、電焊機、家用電器等;

工具機:金屬切削工具機、鍛壓機械、鑄造機械、木工機械等;

汽車:載貨汽車、公路客車、轎車、改裝汽車、機車等;

機械齒輪(圖6) 機械齒輪(圖6)

儀器儀表:自動化儀表、電工儀器儀表、光學儀器、成分分析儀、汽車儀器儀表、電料裝備、電教設備、照相機等;

基礎機械:軸承、液壓件、密封件、粉末冶金製品、標準緊固件、工業鏈條、齒輪、模具等;

包裝機械:包裝機、裝箱機、輸送機等;

環保機械:水污染防治設備、大氣污染防治設備、固體廢物處理設備等;

礦山機械:岩石分裂機、頂石機等。

工程機械是指用於工程建設的施工機械的總稱。廣泛用於建築、水利、電力、道路、礦山、港口和國防等工程領域。

工程機械種類繁多,按其用途主要分為:

機械齒輪(圖7) 機械齒輪(圖7)

挖掘機械:如單斗挖掘機(又可分為履帶式挖掘機和輪胎式挖掘機)、多斗挖掘機(又可分為輪斗式挖掘機和鏈斗式挖掘機)、多斗挖溝機(又可分輪斗式挖溝機和鏈斗式挖溝機)、滾動挖掘機、銑切挖掘機、隧洞掘進機(包括盾溝機械、掘進機)等;

鏟土運輸機械:如推土機(又可分為輪胎式推土機和履帶式推土機)、鏟運機(又可分為履帶自行式鏟運機、輪胎自行式鏟運機和拖式鏟運機)、裝載機(又可分為輪胎式裝載機和履帶式裝載機、平地機(又可分為自行式平地機和拖式平地機)、運輸車(又可分為單軸運輸車和雙軸牽引運輸車)、平板車和自卸汽車等;

起重機械:如塔式起重機、自行式起重機、桅桿起重機、抓鬥起重機等;

壓實機械:如輪胎壓路機、光面輪壓路機、單足式壓路機、振動壓路機、夯實機、搗固機等;

樁工機械:如鑽孔機、柴油打樁機、振動打樁機、壓樁機等;

鋼筋混凝土機械:如混凝土攪拌機、混凝土攪拌站、混凝土攪拌樓、混凝土輸送泵、混凝土攪拌輸送車、混凝土噴射機、混凝土振動器、鋼筋加工機械等;

路面機械:如平整機、道碴清篩機等;

鑿岩機械:如鑿岩台車、風動鑿岩機、電動鑿岩機、內燃鑿岩機和潛孔鑿岩機等;

其他工程機械:如架橋機、氣動工具(風動工具)等。

機械製圖

機械齒輪(圖8) 機械齒輪(圖8)

機械製圖是用圖樣確切表示機械的結構形狀、尺寸大小、 工作原理和技術要求的學科。圖樣由圖形、符號、文字和數字等組成,是表達設計意圖和製造要求以及交流經驗的技術檔案,常被稱為工程界的語言。

用圖來狀物紀事的起源很早,如中國宋代蘇頌和趙公廉所著《新儀象法要》中已附有天文報時儀器的圖樣,明代宋應星所著《天工開物》中也有大量的機械圖樣,但尚不嚴謹。

1799年,法國學者蒙日發表《畫法幾何》著作,自此機械圖樣中的圖形開始嚴格按照畫法幾何的投影理論繪製。為使人們對圖樣中涉及到的格式、文字、圖線、圖形簡化和符號含義有一致的理解,後來逐漸制定出統一的規格,並發展成為機械製圖標準。各國一般都有自己的國家標準,國際上有國際標準化組織制定的標準。中國的機械製圖國家標準制定於1959年,後在1974年和1984年修訂過兩次。

在機械製圖標準中規定的項目有:圖紙幅面及格式、比例、字型和圖線等。在圖紙幅面及格式中規定了圖紙標準幅面的大小和圖紙中圖框的相應尺寸。比例是指圖樣中的尺寸長度與機件實際尺寸的比例,除允許用1:1的比例繪圖外,只允許用標準中規定的縮小比例和放大比例繪圖。

在中國,規定漢字必須按長仿宋體書寫,字母和數字按規定的結構書寫。圖線規定有八種規格,如用於繪製可見輪廓線的粗實線、用於繪製不可見輪廓線的虛線、用於繪製軸線和對稱中心線的細點劃線、用於繪製尺寸線和剖面線的細實線等。

機械圖樣主要有零件圖和裝配圖,此外還有布置圖、示意圖和軸製圖等。零件圖表達零件的形狀、大小以及製造和檢驗零件的技術要求;裝配圖表達機械中所屬各零件與部件間的裝配關係和工作原理;布置圖表達機械設備在廠房內的位置;示意圖表達機械的工作原理,如表達機械傳動原理的機構運動簡圖、表達液體或氣體輸送線路的管道示意圖等。示意圖中的各機械構件均用符號表示。軸製圖是一種立體圖,直觀性強,是常用的一種輔助用圖樣。

表達機械結構形狀的圖形,常用的有視圖、剖視圖和剖面圖等。

機械數控車床(圖1) 機械數控車床(圖1)

視圖是按正投影法即機件向投影面投影得到的圖形。按投影方向和相應投影面的位置不同,視圖分為主視圖、俯視圖和左視圖等。視圖主要用於表達機件的外部形狀。圖中看不見的輪廓線用虛線表示。機件向投影面投影時,觀察者、機件與投影面三者間有兩種相對位置。機件位於投影面與觀察者之間時稱為第一角投影法。投影面位於機件與觀察者之間時稱為第三角投影法。兩種投影法都能同樣完善地表達機件的形狀。中國國家標準規定採用第一角投影法。

剖視圖是假想用剖切面剖開機件,將處在觀察者與剖切面之間的部分移去,將其餘部分向投影面投影而得到圖形。剖視圖主要用於表達機件的內部結構。剖面圖則只畫出切斷面的圖形。剖面圖常用於表達桿狀結構的斷面形狀。

對於圖樣中某些作圖比較繁瑣的結構,為提高製圖效率允許將其簡化後畫出,簡化後的畫法稱為簡化畫法。機械製圖標準對其中的螺紋、齒輪、花鍵和彈簧等結構或零件的畫法制有獨立的標準。

機械車床(圖2) 機械車床(圖2)

圖樣是依照機件的結構形狀和尺寸大小按適當比例繪製的。圖樣中機件的尺寸用尺寸線、尺寸界線和箭頭指明被測量的範圍,用數字標明其大小。在機械圖樣中,數字的單位規定為毫米,但不需註明。對直徑、半徑、錐度、斜度和弧長等尺寸,在數字前分別加注符號予以說明。

製造機件時,必須按圖樣中標註的尺寸數字進行加工,不允許直接從圖樣中量取圖形的尺寸。要求在機械製造中必須達到的技術條件如公差與配合、形位公差、表面粗糙度、材料及其熱處理要求等均應按機械製圖標準在圖樣中用符號、文字和數字予以標明。

20世紀前,圖樣都是利用一般的繪圖用具手工繪製的。20世紀初出現了機械結構的繪圖機,提高了繪圖的效率。20世紀下半葉出現了計算機繪圖,將需要繪製的圖樣編製成程式輸入電子計算機,計算機再將其轉換為圖形信息輸給繪圖儀繪出圖樣,或輸送給計算機控制的自動工具機進行加工。

圖樣一般需要描繪成透明底圖,用透明底圖洗印出藍圖或用氨熏出紫圖。20世紀中期出現了靜電複印機 ,這種複印機可將原圖樣直接進行複製,並可將圖放大或縮小。採用這種新技術可以省去描圖工序。

機械密封

機械密封也稱端面密封,主要用於泵、壓縮機、液壓傳動和其他類似設備的鏇轉軸的密封。機械密封由一對和數對動環與靜環組成的平面摩擦副構成的密封裝置。

機械密封是由至少一對垂直於鏇轉軸線的端面在流體壓力和補償機構彈力(或磁力)的作用下以及輔助密封的配合下保持貼合併相對滑動而構成的防止流體泄漏的裝置。補償環的輔助密封為金屬波紋管的稱為波紋管機械密封。

組成

主要有以下四類部件:

1、主要密封件:動環和靜環;

2、輔助密封件:密封圈;

3、壓緊件:彈簧、推環;

4、傳動件:彈箕座及鍵或固定螺。

分類

按彈簧元件鏇轉或靜止可分為:鏇轉式內裝內流非平衡型單端面密封,簡稱鏇轉式;靜止式外裝內流平衡型單端面密封,簡稱靜止式。

按靜環位於密封端面內側或外側可分為:內裝式和外裝式;

按密封介質泄漏方向可分為:內流失和外流式;

按介質在端面引起的卸載情況可分為:平衡式和非平衡式;

按密封端面的對數可分為:單端面和雙端面;

按彈簧的個數可分為:單彈簧式和多彈簧式;

按彈性元件分類:彈簧壓縮式和波紋管式;

按非接觸式機械密封結構分類:流體靜壓式、流體動壓式、乾氣密封式;

按密封腔溫度分類:高、中、普、低溫密封;

按密封腔壓力分離:超高、高、中、低壓機械密封;

注意事項

安裝時注意事項:

機械車床(圖3) 機械車床(圖3)

1、要十分注意避免安裝中所產生的安裝偏差。

1)上緊壓蓋應在聯軸器找正後進行,螺栓應均勻上支,防止壓蓋端面偏斜,用塞尺檢查各點,其誤差不大於0.05毫米;

2)檢查壓蓋與軸或軸套外徑的配合間隙(即同心度),四周要均勻,用塞尺檢查各點允差不大於0.01毫米。

2、彈簧壓縮量要按規定進行,不允許有過大或過小現象,要求誤差2.00毫米。過大會增加端面比壓,另速端面磨損。過小會造成比壓不足而不能起到密封作用。

3、動環安裝後髯保證能在軸上靈活移動,將動環壓向彈簧後應能自動彈回來。

拆卸時注意事項:

機械車床(圖4) 機械車床(圖4)

1、在拆卸機械密封時要仔細,嚴禁動用手錘和扁鏟,以免損壞密封元件。可做一對鋼絲勾子,在對自負盈虧方向伸入傳動座缺口處,將密封裝置拉出。如果結垢拆卸不下時,應清洗乾淨後再進行拆卸;

2、如果在泵兩端都用機械密封時,在裝配,拆卸過程中互相照顧,防止顧此失彼;

3、對運行過的機械密封,凡有壓蓋鬆動使密封發生移動的情況,則動靜環零件必須更換,不應重新上緊繼續使用。因為在之樣楹動後,摩擦副原來運轉軌跡會發生變動,接觸面的密封性就很容易遭到破壞。

機封正常運行和維護問題:

1、啟動前的準備工作及注意事項

1)全面檢查機械密封,以及附屬裝置和管線安裝是否齊全,是否符合技術要求;

機械車床(圖5) 機械車床(圖5)

2)機械密封啟動前進行靜壓試驗,檢查機械密封是否有泄漏現象。若泄漏較多,應查清原因設法消除。如仍無效,則應拆卸檢查並重新安裝。一般靜壓試驗壓力用2~3公斤/平方厘米;

3)按泵鏇向盤車,檢查是否輕快均勻。如盤車吃力或不動時,則應檢查裝配尺寸是否錯誤,安裝是否合理。

2、安裝與停運

1)啟動前應保持密封腔內充滿液體。對於輸送凝固的介質時,套用蒸氣將密封腔加熱使介質熔化。啟動前必須盤車,以防止突然啟動而造成軟環碎裂;

2)對於利用泵外封油系統的機械密封,應先啟動封油系統。停車後最後停止封油系統;

3)熱油泵停運後不能馬上停止封油腔及端面密封的冷卻水,應待端面密封處油溫降到80度以下時,才可以停止冷卻水,以免損壞密封零件。

3、運轉

1)泵啟動後若有輕微泄漏現象,應觀察一段時間。如連續運行4小時,泄漏量仍不減小,則應停泵檢查;

2)泵的操作壓力應平穩,壓力波動不大於1公斤/平方厘米;

3)泵在運轉中,應避免發生抽空現象,以免造成密封面乾摩擦及密封破壞;

4)密封情況要經常檢查。運轉中,當其泄漏超過標準時,重質油不大於5滴/分,輕質油不大於10/分,如2-3日內仍無好轉趨勢,則應停泵栓查密封裝置。

機械工程

機械工程(mechanical engineering):以有關的自然科學和技術科學為理論基礎,結合生產實踐中的技術經驗,研究和解決在開發、設計、製造、安裝、運用和修理各種機械中的全部理論和實際問題的套用學科。機械是現代社會進行生產和服務的五大要素(人、資金、能源、材料和機械)之一,並參與能量和材料的生產。

機械工程的發展簡史:

機械車床(圖6) 機械車床(圖6)

石器時代人類製造和使用的各種石斧、石錘和木質、皮質的簡單工具是後來出現的機械的先驅。幾千年前,人類已創製了用於穀物脫殼和粉碎的臼和磨,用於提水的桔槔和轆轤,裝有輪子的車,航行於江河的船及槳、櫓、舵等。所用的動力由人力發展到畜力、風力和水力。所用材料由天然的石、木、土、皮革等發展到人造材料。最早的人造材料是陶瓷。製造陶瓷器皿的陶車,已是具有動力、傳動和工作3個部分的完整機械。鼓風器對人類社會發展起了重要作用。強大的鼓風器使冶金爐獲得足夠高的爐溫,得從礦石中煉取金屬。西周時期,中國就已有了冶鑄用的鼓風器。15~16世紀以前,機械工程發展緩慢。17世紀以後,資本主義商品經濟在英、法等國迅速發展,許多人致力於改進各產業所需要的工作機械和研製新的動力機械——蒸汽機。18世紀後期,蒸汽機的套用從採礦業推廣到紡織、麵粉和冶金等行業。製作機械的主要材料逐漸從木材改為金屬。機械製造工業開始形成,並逐漸成為重要產業。機械工程從分散性的、主要依賴匠師個人才智和手藝的技藝發展成為有理論指導的、系統的和獨立的工程技術。機械工程是促成18~19世紀的工業革命和資本主義機械大生產的主要技術因素。

機械車床(圖7) 機械車床(圖7)

動力機械的發展 17世紀後期,隨著機械的改進,煤和金屬礦石需求量的增加,只依靠人力和畜力已不能適應生產提高的要求,於是在18世紀初出現了T.紐科門的大氣式蒸汽機,用以驅動礦井排水泵。1765年,J.瓦特發明了有分開凝汽器的蒸汽機,降低了燃料消耗率。1781年,瓦特又創製出提供迴轉動力的蒸汽機,擴大了蒸汽機的套用範圍。蒸汽機的發明和發展,促進礦業和工業生產、鐵路和搬運機械動力化。幾乎成為19世紀唯一的動力源。但蒸汽機及其鍋爐、凝汽器和冷卻水系統等體積龐大、笨重,套用不便。發電站初期套用蒸汽機為原動機;20世紀初,出現了高效率、高轉速、大功率的汽輪機,也出現了適應各種水力資源的大、小功率的水輪機。19世紀後期發明的內燃機經過逐年改進,成為輕而小、效率高、易於操縱並可隨時啟動的原動機。內燃機最初用於驅動沒有電力供應的陸上工作機械,以後又用於汽車、移動機械(如拖拉機、挖掘機械等)和輪船,20世紀中期開始用於鐵路機車。內燃機和以後發明的燃氣輪機和噴氣發動機,還是飛機、太空飛行器等成功發展的基礎技術因素之一。

機械加工技術的發展:

工業革命以前,機械大都是由木工手工製成的木結構,金屬(主要是鋼和鐵)僅用以製造儀器、鐘錶、鎖、泵和木結構機械上的小型零件。金屬加工主要靠機匠的精工細作以達到需要的精度。隨著蒸汽機的廣泛使用以及隨之出現的礦山、冶金、輪船和機車等大型機械的發展,需要成形加工和切削加工的金屬零件越來越多,所用金屬材料由銅、鐵發展到以鋼為主。機械加工(包括鑄造、鍛壓、焊接、熱處理等技術及其設備以及切削加工技術和工具機、刀具、量具等)迅速發展,從而保證了發展生產所需要的各種機械裝備供應。同時,隨著生產批量的增大和精密加工技術的發展,也促進了大量生產方法(零件互換性生產、專業分工和協作、流水加工線和流水裝配線等)的形成。

機械工程基礎理論的發展:

18世紀以前,機械匠師全憑個人經驗、直覺和手藝進行機械製作,與科學幾乎無關。直到18~19世紀才逐漸形成圍繞機械工程的基礎理論。動力機械最先與科學相結合,如蒸汽機的發明人T.薩弗里和瓦特套用物理學家D.帕潘和J.布萊克的理論,物理學家S.卡諾、W.J.M.蘭金和開爾文在蒸汽機實踐的基礎上建立起一門新的學科——熱力學等。19世紀初,研究機械中機構結構和運動等的機構學第一次列為高等工程學院(巴黎的工藝學院)的課程。從19世紀後半期起已開始設計計算考慮材料的疲勞。隨後斷裂力學、實驗應力分析、有限元法、數理統計、電子計算機等相繼被用在設計計算中。

機械工程的服務領域:

機械工程的服務領域很廣,凡使用機械、工具,以至能源和材料生產的部門,無不需要機械工程的服務。現代機械工程有5大服務領域:

1、研製和提供能量轉換機械,包括將熱能、化學能、原子能、電能、流體壓力能和天然機械能轉換為適合於套用的機械能的各種動力機械,以及將機械能轉換為所需要的其他能量的能量變換機械;

2、研製和提供用以生產各種產品的機械,包括農、林、牧、漁業機械和礦山機械以及各種重工業機械和輕工業機械等;

3、研製和提供從事各種服務的機械,如物料搬運機械,交通運輸機械,醫療機械,辦公機械,通風、採暖和空調設備以及除塵、淨化、消聲等環境保護設備等;

4、研製和提供家庭和個人生活用的機械,如洗衣機、電冰櫃、鐘錶、照相機、運動器械和娛樂器械等;

5、研製和提供各種機械武器。

機械工程的學科內容

機械工程的學科內容按工作性質可分為:

1、建立和發展可實際和直接套用於機械工程的工程理論基礎。如工程力學、流體力學、工程材料學、材料力學、燃燒學、傳熱學、熱力學、摩擦學、機構學、機械原理、機械零件、金屬工藝學和非金屬工藝學等;

2、研究、設計和發展新機械產品,改進現有機械產品和生產新一代機械產品,以適應當前和未來的需要;

3、機械產品的生產,如生產設施的規劃和實現、生產計畫的制訂和生產調度、編制和貫徹製造工藝、設計和製造工藝裝備、確定勞動定額和材料定額以及加工、裝配、包裝和檢驗等;

4、機械製造企業的經營和管理,如確定生產方式、產品銷售以及生產運行管理等;

5、機械產品的套用,如選擇、訂購、驗收、安裝、調整、操作、維修和改造各產業所使用的機械產品和成套機械設備;

6、研究機械產品在製造和使用過程中所產生的環境污染和自然資源過度耗費問題及處理措施。

機械工程的學科分支:

機械按功能可分為動力機械、粉碎機械、交通運輸機械和物料搬運機械等;

按服務的產業可分為農業機械、化工機械、礦山機械和紡織機械等;

按工作原理可分為熱力機械、透平機械、仿生機械和流體機械等。

相同的工作原理,相同的功能或服務於同一產業的機械有相同的問題和特點,因此機械工程就有幾種不同的分支學科體系。另外,全部機械在研究、開發、設計、製造、運用過程中,要經過若干工作性質不同的階段.

這些分支學科系統互相交叉、互相重疊,使機械工程可能分化成上百個分支學科。例如按功能分的動力機械,與按工作原理分的熱力機械、流體機械、透平機械、往復機械、蒸汽動力裝置、核動力裝置,內燃機、燃氣輪機,以及按行業分的中心電站設備、工業動力裝置、鐵路機車、船舶輪機工程、汽車工程等有複雜的交叉和重疊關係。船用汽輪機是動力機械,也是熱力機械、流體機械和透平機械,屬於船舶動力裝置、蒸汽動力裝置,也可能屬於核動力裝置。而驅動時鐘用的發條和重錘裝置也是動力機械,但不是熱力機械、流體機械、透平機械或往復機械。其他分支之間也有類似的重疊、交叉關係。但實用價值不大。

展望:

機械工業是為國民經濟提供裝備的基礎工業,將隨著科學技術的發展而產生變化。

機械工程以增加生產、提高勞動生產率、提高生產的經濟性為目標來研製和發展新的機械產品。在未來的時代,新產品的研製將以降低資源消耗,發展潔淨的再生能源,治理、減輕以至消除環境污染作為超經濟的目標任務。

機械可以完成人用雙手和雙目,以及雙足、雙耳直接完成和不能直接完成的工作,而且完成得更快、更好。現代機械工程創造出越來越精巧和越來越複雜的機械和機械裝置,使過去的許多幻想成為現實。

人類已能上游天空和宇宙,下潛大洋深層,遠窺百億光年,近察細胞和分子。新興的電子計算機硬、軟體科學使人類開始有了加強,並部分代替人腦的科技手段,這就是人工智慧。這一新的發展已經顯示出巨大的影響,而在未來年代它還將不斷地創造出人們無法想像的奇蹟。

人類智慧的增長並不減少雙手的作用,相反地卻要求手作更多、更精巧、更複雜的工作,從而更促進手的功能。手的實踐反過來又促進人腦的智慧。在人類的整個進化過程中,以及在每個人的成長過程中,腦與手是互相促進和平行進化的。

人工智慧與機械工程之間的關係近似於腦與手之間的關係,其區別僅在於人工智慧的硬體還需要利用機械製造出來。過去,各種機械離不開人的操作和控制,其反應速度和操作精度受到進化很慢的人腦和神經系統的限制,人工智慧將會消除了這個限制。計算機科學與機械工程之間的互相促進,平行前進,將使機械工程在更高的層次上開始新的一輪大發展。

19世紀時,機械工程的知識總量還很有限,在歐洲的大學院校中它一般還與土木工程綜合為一個學科,被稱為民用工程,19世紀下半葉才逐漸成為一個獨立學科。進入20世紀,隨著機械工程技術的發展和知識總量的增長,機械工程開始分解,陸續出現了專業化的分支學科。這種分解的趨勢在20世紀中期,即在第二次世界大戰結束的前後期間達到了最高峰。

由於機械工程的知識總量已擴大到遠非個人所能全部掌握,不能統觀和統籌稍大規模的工程的全貌和全局,並且縮小技術交流的範圍,阻礙新技術的出現和技術整體的進步,對外界條件變化的適應能力很差。封閉性專業的專家們掌握的知識過狹,考慮問題過專,在協同工作時配合協調困難,也不利於繼續自學提高。因此自20世紀中、後期開始,又出現了綜合的趨勢。人們更多地注意了基礎理論,拓寬專業領域,合併分化過細的專業。

綜合-專業分化-再綜合的反覆循環,是知識發展的合理的和必經的過程。不同專業的專家們各具有精湛的專業知識,又具有足夠的綜合知識來認識、理解其他學科的問題和工程整體的面貌,才能形成互相協同工作的有力集體。

綜合與專業是多層次的。在機械工程內部有綜合與專業的矛盾;在全面的工程技術中也同樣有綜合和專業問題。在人類的全部知識中,包括社會科學、自然科學和工程技術,也有處於更高一層、更巨觀的綜合與專業問題。

機電一體化

機電一體化技術和機電一體化產品的統稱,是在機電產品中引入微電子元器件和技術之後形成的。機電一體化技術又稱機械微電子技術,是機械工程、微電子技術、信息處理技術等多種技術融合成的一種系統技術。機電一體化產品是運用機電一體化技術設計、生產的一種帶有軟、硬體系統的多功能的單機或成套裝置,通常由機械本體、微電子裝置、感測器和執行機構等組成。機電一體化技術涉及的學科有機械工程(如機構學、機械加工和精密技術等)、電工與電子技術(如電磁學、計算機技術和電子電路等)、共性技術(如系統技術、控制技術和感測器技術等)。機電一體化產品主要有商品生產用(如機器人、自動生產線和工廠等)、商品流通用(如數控包裝機械及系統、微機控制交通運輸機具和數控工程機械設備等)、商品貯存銷售用(如自動倉庫、自動稱量和銷售及現金處理系統等)、社會服務性(如自動化辦公機械和醫療及環保等自動化設施等)和家庭、科研、農林牧漁、航空航天及國防等用的機電一體化產品。機電一體化使機械工業的技術結構、產品結構、功能和構成、生產方式和管理體系等發生巨大變化。

日本企業界在1970年左右最早提出“機電一體化技術”這一概念,當時他們取名為“Mechatronics”,即結合套用機械技術和電子技術於一體。隨著計算機技術的迅猛發展和廣泛套用,機電一體化技術獲得前所未有的發展,總體分解成相互關聯的若干成為一門綜合計算機與信息技術、自動控制技術、感測檢測技術、伺服傳動技術和機械技術等交叉的系統技術,正向光機電一體化技術(Opto-mechatronics)(Opto-mechatronics)(Opto-mechatronics)方向發展,套用範圍愈來愈廣。

機電一體化技術具體包括以下內容:

1、機械技術:機械技術是機電一體化的基礎,機械技術的著眼點在於如何與機電一體化技術相適應,利用其它高、新技術來更新概念,實現結構上、材料上、性能上的變更,滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能的要求。在機電一體化系統製造過程中,經典的機械理論與工藝應藉助於計算機輔助技術,同時其中信息交換、存取、運算、判斷與決策、人工智慧技術、專家系統技術、神經網路技術均屬於計算機信息處理技術。

2、系統技術:系統技術即以整體的概念組織套用各種相關技術,從出發,將總體分解成相互關聯的若干功能單元,接口技術是系統技術中一個重要方面,它是實現系統各部分有機連線的保證。

3、自動控制技術:其範圍很廣,在控制理論指導下,進行系統設計,設計後的系統仿真,現場調試,控制技術包括如高精度定位控制、速度控制、自適應控制、自診斷校正、補償、再現、檢索等。

4、感測檢測技術:感測檢測技術是系統的感受器官,是實現自動控制、自動調節的關鍵環節。其功能越強,系統的自動化程式就越高。現代工程要求感測器能快速、精確地獲取信息並能經受嚴酷環境的考驗,它是機電一體化系統達到高水平的保證。

5、伺服傳動技術:包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置,伺服系統是實現電信號到機械動作的轉換裝置與部件、對系統的動態性能、控制質量和功能有決定性的影響。

機電一體化系統組成:

1、機械本體:機械本體包括機架、機械連線、機械傳動等,它是機電一體化的基礎,起著支撐系統中其他功能單元、傳遞運動和動力的作用。與純粹的機械產品相比,機電一體化系統的技術性能得到提高、功能得到增強,這就要求機械本體在機械結構、材料、加工工藝性以及幾何尺寸等方面能夠與之相適應,具有高效、多功能、可靠和節能、小型、輕量、美觀的特點。

2、檢測感測部分:檢測感測部分包括各種感測器及其信號檢測電路,其作用就是檢測機電一體化系統工作過程中本身和外界環境有關參量的變化,並將信息傳遞給電子控制單元,電子控制單元根據檢查到的信息向執行器發出相應的控制。

3、電子控制單元:電子控制單元又稱和節奏發出相應的指令,控制整個系統有目的地進行。

4、執行器:執行器的作用是根據電子控制單元的指令驅動機械部件的運動。執行器是運動部件,通常採用電力驅動、氣壓驅動和液壓驅動等幾種方式。

5、動力源:動力源是機電一體化產品能量供應部分,其作用是按照系統控制要求向機械系統提供能量和動力使系統正常運行。提供能量的方式包括電能、氣能和液壓能,以電能為主。

機械工程與人類生存環境:

工程技術的發展在提高人類物質文明和生活水平的同時,也對自然環境起破壞作用。20世紀中期以來,最突出的問題是資源,尤其是能源的大量消耗和對環境的污染。未來,機械新產品的研製將以降低資源耗費,發展純淨的再生能源,治理、減輕以至消除環境污染作為重要任務。

機械工程專業化和綜合化:

19世紀下半葉,機械工程成為一門獨立學科。分解趨勢在20世紀中期(第二次世界大戰結束前後)達到最高峰。由於機械工程的知識總量已擴大到遠非一個人所能全部掌握,不能統觀和統籌稍大規模工程的全貌和全局,並且縮小技術交流的範圍,阻礙新技術的出現和技術整體的進步,對外界條件變化(如新技術、新材料和新產品的出現、材料與半成品的供應及價格變化等)的適應能力很差。因此,從20世紀中、後期開始,機械工程又出現了綜合的趨勢。人們更多地關注基礎理論,拓寬專業領域,合併分化過細的專業。

機械設計

1、構件多功能設計

所謂構件多功能就是一個構件具有多個作用功能.在機構運作過程中能產生多個有用的動作。例如:在進料機構中推料構件既有推料到位的作用又有定位夾緊的功能在夾緊機構中,壓緊構件既起壓緊作用又有定位的功能;在作往復運動的機構中,對行程開關觸動構件。既起觸發機構作反向運動的作用,又有推動計數器作記錄的功能。

採用構件多功能的設計,可使結構簡單、緊湊和靈巧,可使機構運行穩定可靠。

2、運動交換機構簡單可靠

運動變換機構的設計,要根據使用的功能要求和技術條件,選擇合理的機構,力求機構能簡單可靠地實現運動形式和運動方向的變換能方便地進行作用力和工作位里的調節。機構類型的選擇,要考慮其固有的特性,例如:減速機構必有省力和運行較平穩的功能。反之,增速機構不省力也不大平穩但有增大行程(或增大轉角)和延時的作用。

機械工程的服務領域廣闊而多面,凡是使用機械、工具,以至能源和材料生產的部門,都需要機械工程的服務。概括說來,現代機械工程有五大服務領域:研製和提供能量轉換機械、研製和提供用以生產各種產品的機械、研製和提供從事各種服務的機械、研製和提供家庭和個人生活中套用的機械、研製和提供各種機械武器。

不論服務於哪一領域,機械工程的工作內容基本相同,主要有:

建立和發展機械工程的工程理論基礎。例如:研究力和運動的工程力學和流體力學;研究金屬和非金屬材料的性能,及其套用的工程材料學;研究熱能的產生、傳導和轉換的熱力學;研究各類有獨立功能的機械元件的工作原理、結構、設計和計算的機械原理和機械零件學;研究金屬和非金屬的成形和切削加工的金屬工藝學和非金屬工藝學等等。

研究、設計和發展新的機械產品,不斷改進現有機械產品和生產新一代機械產品,以適應當前和將來的需要。

機械產品的生產,包括:生產設施的規劃和實現;生產計畫的制訂和生產調度;編制和貫徹製造工藝;設計和製造工具、模具;確定勞動定額和材料定額;組織加工、裝配、試車和包裝發運;對產品質量進行有效的控制。

機械製造企業的經營和管理。機械一般是由許多各有獨特的成形、加工過程的精密零件組裝而成的複雜的製品。生產批量有單件和小批,也有中批、大批,直至大量生產。銷售對象遍及全部產業和個人、家庭。而且銷售量在社會經濟狀況的影響下,可能出現很大的波動。因此,機械製造企業的管理和經營特別複雜,企業的生產管理、規劃和經營等的研究也多是肇始於機械工業。

機械產品的套用這方面包括選擇、訂購、驗收、安裝、調整、操作、維護、修理和改造各產業所使用的機械和成套機械裝備,以保證機械產品在長期使用中的可靠性和經濟性。

研究機械產品在製造過程中,尤其是在使用中所產生的環境污染,和自然資源過度耗費方面的問題,及其處理措施。這是現代機械工程的一項特別重要的任務,而且其重要性與日俱增。

發展簡史

20世紀前

人類成為“現代人”的標誌就是製造工具。石器時代的各種石斧、石錘和木質、皮質的簡單粗糙的工具是後來出現的機械的先驅。從製造簡單工具演進到製造由多個零件、部件組成的現代機械,經歷了漫長的過程。

幾千年前,人類已創製了用於穀物脫殼和粉碎的臼和磨,用來提水的桔槔和轆轤,裝有輪子的車,航行於江河的船及槳、櫓、舵等。所用的動力,從人自身的體力,發展到利用畜力、水力和風力。所用材料從天然的石、木、土、皮革,發展到人造材料。最早的人造材料是陶瓷,製造陶瓷器皿的陶車,已是具有動力、傳動和工作三個部分的完整機械。

人類從石器時代進入青銅時代,再進而到鐵器時代,用以吹旺爐火的鼓風器的發展起了重要作用。有足夠強大的鼓風器,才能使冶金爐獲得足夠高的爐溫,才能從礦石中煉得金屬。古埃及第十八王朝勒克米爾(Rekhmir,約公元前1450年)已有用以冶鑄用的罐狀鼓風器。在中國,公元前1000~前900年有了冶鑄用的鼓風器,並逐漸從人力鼓風發展到畜力和水力鼓風。

15~16世紀以前,機械工程發展緩慢。但在以千年計的實踐中,在機械發展方面還是積累了相當多的經驗和技術知識,成為後來機械工程發展的重要潛力。17世紀以後,資本主義在英、法和西歐諸國出現,商品生產開始成為社會的中心問題。

18世紀後期,蒸汽機的套用從採礦業推廣到紡織、麵粉、冶金等行業。製作機械的主要材料逐漸從木材改用更為堅韌,但難以用手工加工的金屬。機械製造工業開始形成,並在幾十年中成為一個重要產業。

機械工程通過不斷擴大的實踐,從分散性的、主要依賴匠師們個人才智和手藝的一種技藝,逐漸發展成為一門有理論指導的、系統的和獨立的工程技術。機械工程是促成18~19世紀的工業革命,以及資本主義機械大生產的主要技術因素。

動力是發展生產的重要因素。17世紀後期,隨著各種機械的改進和發展,隨著煤和金屬礦石的需要量的逐年增加,人們感到依靠人力和畜力不能將生產提高到一個新的階段。

在英國,紡織、磨粉等產業越來越多地將工場設在河邊,利用水輪來驅動工作機械。但當時的煤礦、錫礦、銅礦等礦井中的地下水,仍只能用大量畜力來提升和排除。在這樣的生產需要下,18世紀初出現了紐科門的大氣式蒸汽機,用以驅動礦井排水泵。但是這種蒸汽機的燃料消耗率很高,基本上只套用於煤礦。

1765年,瓦特發明了有分開的冷凝器的蒸汽機,降低了燃料消耗率。1781年瓦特又創製出提供迴轉動力的蒸汽機,擴大了蒸汽機的套用範圍。蒸汽機的發明和發展,使礦業和工業生產、鐵路和航運都得以機械動力化。蒸汽機幾乎是19世紀唯一的動力源,但蒸汽機及其鍋爐、凝汽器、冷卻水系統等體積龐大、笨重,套用很不方便。

19世紀末,電力供應系統和電動機開始發展和推廣。20世紀初,電動機已在工業生產中取代了蒸汽機,成為驅動各種工作機械的基本動力。生產的機械化已離不開電氣化,而電氣化則通過機械化才對生產發揮作用。

發電站初期套用蒸汽機為原動力。20世紀初期,出現了高效率、高轉速、大功率的汽輪機,也出現了適應各種水利資源的水輪機,促進了電力供應系統的蓬勃發展。

19世紀後期發明的內燃機經過逐年改進,成為輕而小、效率高、易於操縱、並可隨時啟動的原動機。它先被用以驅動沒有電力供應的陸上工作機械,以後又用於汽車、移動機械和輪船,到20世紀中期開始用於鐵路機車。蒸汽機在汽輪機和內燃機的排擠下,已不再是重要的動力機械。內燃機和以後發明的燃氣輪機、噴氣發動機的發展,是飛機、太空飛行器等成功發展的基礎技術因素之一。

工業革命以前,機械大都是木結構的,由木工用手工製成。金屬(主要是銅、鐵)僅用以製造儀器、鎖、鐘錶、泵和木結構機械上的小型零件。金屬加工主要靠機匠的精工細作,以達到需要的精度。蒸汽機動力裝置的推廣,以及隨之出現的礦山、冶金、輪船、機車等大型機械的發展,需要成形加工和切削加工的金屬零件越來越多,越來越大,要求的精度也越來越高。套用的金屬材料從銅、鐵發展到以鋼為主。

機械加工包括鍛造、鍛壓、鈑金工、焊接、熱處理等技術及其裝備,以及切削加工技術和工具機、刀具、量具等,得到迅速發展,保證了各產業發展生產所需的機械裝備的供應。

社會經濟的發展,對機械產品的需求猛增。生產批量的增大和精密加工技術的進展,促進了大量生產方法的形成,如零件互換性生產、專業分工和協作、流水加工線和流水裝配線等。

簡單的互換性零件和專業分工協作生產,在古代就已出現。在機械工程中,互換性最早體現在莫茨利於1797年利用其創製的螺紋車床所生產的螺栓和螺帽。同時期,美國工程師惠特尼用互換性生產方法生產火槍,顯示了互換性的可行性和優越性。這種生產方法在美國逐漸推廣,形成了所謂“美國生產方法”。

20世紀後

20世紀初期,福特在汽車製造上又創造了流水裝配線。大量生產技術加上泰勒在19世紀末創立的科學管理方法,使汽車和其他大批量生產的機械產品的生產效率很快達到了過去無法想像的高度。

20世紀中、後期,機械加工的主要特點是:不斷提高工具機的加工速度和精度,減少對手工技藝的依賴;提高成形加工、切削加工和裝配的機械化和自動化程度;利用數控工具機、加工中心、成組技術等,發展柔性加工系統,使中小批量、多品種生產的生產效率提高到近於大量生產的水平;研究和改進難加工的新型金屬和非金屬材料的成形和切削加工技術。

18世紀以前,機械匠師全憑經驗、直覺和手藝進行機械製作,與科學幾乎不發生聯繫。到18~19世紀,在新興的資本主義經濟的促進下,掌握科學知識的人士開始注意生產,而直接進行生產的匠師則開始學習科學文化知識,他們之間的交流和互相啟發取得很大的成果。在這個過程中,逐漸形成一整套圍繞機械工程的基礎理論。

動力機械最先與當時的先進科學相結合。蒸汽機的發明人薩弗里、瓦特,套用了物理學家帕潘和布萊克的理論;在蒸汽機實踐的基礎上,物理學家卡諾、蘭金和開爾文建立起一門新的科學——熱力學。內燃機的理論基礎是法國的羅沙在1862年創立的;1876年奧托套用羅沙的理論,徹底改進了他原來創造的粗陋笨重、噪聲大、熱效率低的內燃機而奠定了內燃機的地位。其他如汽輪機、燃氣輪機、水輪機等都在理論指導下得到發展,而理論也在實踐中得到改進和提高。

早在公元前,中國已在指南車上套用複雜的齒輪系統,在被中香爐中套用了能永保水平位置的十字轉架等機件。古希臘已有圓柱齒輪、圓錐齒輪和蝸桿傳動的記載。但是,關於齒輪傳動瞬時速比與齒形的關係和齒形曲線的選擇,直到17世紀之後方有理論闡述。

手搖把和踏板機構是曲柄連桿機構的先驅,在各文明古國都有悠久歷史,但是曲柄連桿機構的形式、運動和動力的確切分析和綜合,則是近代機構學的成就。機構學作為一個專門學科,遲至19世紀初才首次列入高等工程學院的課程。通過理論研究,人們方能精確地分析各種機構,包括複雜的空間連桿機構的運動,並進而能按需要綜合出新的機構。

機械工程的工作對象是動態的機械,它的工作情況會發生很大的變化。這種變化有時是隨機而不可預見;實際套用的材料也不完全均勻,可能存有各種缺陷;加工精度有一定的偏差等等。

與以靜態結構為工作對象的土木工程相比,機械工程中各種問題更難以用理論精確解決。因此,早期的機械工程只運用簡單的理論概念,結合實踐經驗進行工作。設計計算多依靠經驗公式;為保證安全,都偏於保守,結果製成的機械笨重而龐大、成本高、生產率低、能量消耗很大。

從18世紀起,新理論的不斷誕生,以及數學方法的發展,使設計計算的精確度不斷的提高。進入20世紀,出現各種實驗應力分析方法,人們已能用實驗方法測出模型和實物上各部位的應力。

20世紀後半葉,有限元法和電子計算機的廣泛套用,使得對複雜的機械及其零件、構件進行力、力矩、應力等的分析和計算成為可能。對於掌握有充分的實踐或實驗資料的機械或其元件,已經可以運用統計技術,按照要求的可靠度,科學地進行機械設計。

發展趨勢

發展工程機械是國民經濟建設的重要裝備,在裝備工業中占有舉足輕重的地位。中國工程機械行業2007年的銷售收入為2 223億元,位居世界工程機械行業第二位。從2001年到2007年,年均增速超過24%。出口額從1998年的2.24億美元增長到2007年的87億美元,10年間增長了37倍,中國的工程機械行業在全球同行中占有重要位置,產品已出口到歐美等工程機械強國,正在向“製造大國”和“製造強國”邁進。

但是,與國際先進水平相比,中國工程機械的整體水平尚有差距,部分產品在國際主流市場上處於二、三流產品的地位;中國工程機械企業與大型工程機械跨國企業集團相比,競爭力還比較弱。在邁向工程機械製造強國的征途中,發展的形勢將更嚴峻、面臨的挑戰將更大。

面臨的形勢是經濟與市場的全球化、競爭的白熱化以及需求的個性化與便利化、相關利益主體的多元化、科技發展的高速化,這就要求我們科學、準確地預測未來,快速應對,只有這樣才能保持已形成的優勢並趕超先進。

人文關懷、可持續發展成為行業科技創新的理念工程機械作為人自身能力的延伸,一直與人類文明進步共同發展。隨著科學技術的進步,人類對生活質量的不斷追求以及對尊嚴的重視,為工程機械發展提出了許多新的課題。中國工程機械行業順應需求,重視加強微電子技術、信息技術、光電技術、新材料技術與機械製造技術之間的結合、融合,促進產品向多樣化、智慧型化、綠色化等領域攻關與創新。

智慧型化和產品規格延伸彰顯人文關懷工程機械產品的套用空間隨著人類對生活品質日漸增長的需求而逐漸得以拓展,已由原來的建築、築路、水利電力、礦業等傳統領域向城市狹窄施工場所、山區丘陵地區的農業施工場所及在貨棧、碼頭、倉庫、艙位、農舍、園林、園藝、建築物層內和地下工程作業環境,及大型、特大型施工工程和礦山拓展。因此,要求工程機械逐步向兩端延伸,即微型化與大型化、特大型化。大型、特大型工程機械產品隨著大型、特大型工程的不斷增多,市場需求量不斷增長。它們具有研製與生產周期長、科技含量高、附加值高的特點,代表了一個國家或一個重要企業工程機械製造水平,這些產品多被已開發國家的幾家跨國公司壟斷。

另一方面,為了提高生產效率,減輕勞動強度,改善勞動條件,儘可能地用機械作業替代人力勞動成為一種發展趨勢,為適應這種工程作業環境使用要求,小型及微型工程機械的需求將迅速增長。微型產品不但其外形尺寸受到具體約束,同時其外觀形態、色調等方面的設計愈來愈體現了與自然、環境的融合,更彰顯了對人性尊重的人文關懷。

其次是同一產品由單一功能向多功能化、柔性化方向發展,即在通用產品的基礎上增加模組化的功能部件,實現產品功能的多樣化;或通過全新的模組化設計、製造以及不同模組之間的柔性化組合,實現功能多樣化,傳統意義上的工程機械產品種類劃分將受到挑戰。工程推土機應向微型、小型與大型、特大型等兩端延伸,開發適應如濕地、沙漠、灌木叢等不同工況要求的,多功能、多用途、高效節能的產品以及相應的輔助功能模組。裝載機應開發斗容量大、發動機功率大、掘起力大、傾翻負荷大、牽引力大、廢氣排放少的大型環保產品和可裝載、可抓物、可側卸、可起重,經濟性好的一機多用型產品(如破碎機)。

工程挖掘機要延伸發展大型液壓挖掘機、微型挖掘機、無人駕駛液壓挖掘機、遙控水下挖掘機、水下推土機、水下挖溝機。

輪式起重機要開發技術先進、可靠性高、壽命長、施工質量好而且新技術含量高的一機多用型的多功能產品等。通過工程機械的信息化、智慧型化,可以提高工程機械各種故障的自我診斷和修復能力,降低施工人員的勞動強度、提高工作效率和工程質量。在一些特殊工況下,如高溫、嚴寒、高空、輻射、水下和地下等工況,可以代替施工人員進行智慧型化、高質量施工。作業系統的自動化控制與遠程控制、施工的精確定位與控制、故障診斷與監控等技術在工程機械上的套用將會越來越普遍。套用機電液一體化技術、電子計算機技術、監測控制技術以及這些技術的集成技術開發的裝載機、挖掘機、築養路機械、叉車、混凝土攪拌運輸機械和起重機等新型工程機械產品將會不斷出現。

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