工程機(jī)械設(shè)計(jì)》01緒論.ppt

工程機(jī)械設(shè)計(jì),教材：工程機(jī)械 西南交通大學(xué) 唐經(jīng)世 主編 授課： 任升峰 推薦參考書(shū)： 工程機(jī)械設(shè)計(jì)吳永平 人民交通出版社 工程機(jī)械概論杜海若 西南交通大學(xué)出版社,緒論,工程機(jī)械的定義和分類(lèi) 工程機(jī)械的重要地位 工程機(jī)械的組成 近年來(lái)的發(fā)展 總體結(jié)構(gòu)發(fā)展的一般趨勢(shì) 工程機(jī)械的最新發(fā)展技術(shù),一. 工程機(jī)械的定義和分類(lèi),定義: 所有建筑、筑路工程中所用的機(jī)械，均稱(chēng)為工程機(jī)械。 分類(lèi)： 挖掘機(jī)械：?jiǎn)味吠诰驒C(jī)，多斗挖掘機(jī)，隧道掘進(jìn)機(jī)，盾構(gòu)機(jī)械； 鏟土運(yùn)輸機(jī)械：推土機(jī)，裝載機(jī)，鏟運(yùn)機(jī)，平地機(jī)； 壓實(shí)機(jī)械：按工作原理，又可分為靜壓滾壓壓實(shí)法、振動(dòng)滾壓壓實(shí)法和沖擊壓實(shí)法； 工程起重機(jī)械：臂式起重機(jī)，塔式起重機(jī)，纜索起重機(jī)，門(mén)式起重機(jī)與梁式起重機(jī)； 基礎(chǔ)工程機(jī)械：振動(dòng)沉樁機(jī)，沖擊鉆孔機(jī)，旋轉(zhuǎn)鉆孔機(jī)，柴油打樁機(jī)；,一.工程機(jī)械的定義和分類(lèi),鋼筋混凝土機(jī)械：混凝土拌合機(jī)，混凝土輸送機(jī)，砼車(chē)； 鑿巖機(jī)械與機(jī)械化工具：氣動(dòng)鑿巖機(jī)，液壓鑿巖機(jī)，各種機(jī)械化工具； 公路路面機(jī)械：瀝青路面攤鋪機(jī)，混凝土路面攤鋪機(jī)，路面破碎機(jī)，路面材料拌合機(jī)； 鐵道線路機(jī)械：鋪換鋼軌機(jī)，鋪換枕軌機(jī)，道碴搗固機(jī)，道碴整形機(jī)，焊軌機(jī)，起撥道機(jī)等。,二. 工程機(jī)械的重要地位,2009年我國(guó)鐵路建設(shè)投資為7000億； 北京2008年奧運(yùn)前，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投資1800億； 2007年我國(guó)GDP約24.7萬(wàn)億； 2007年機(jī)械工業(yè)總產(chǎn)值超過(guò)7萬(wàn)億 ； 2007年工程機(jī)械銷(xiāo)售總額2223億 。,三. 工程機(jī)械的組成,工程機(jī)械的基本組成 a.動(dòng)力裝置（柴油機(jī)、汽油機(jī)、電動(dòng)機(jī)） b.底盤(pán)（傳動(dòng)系、走行系、轉(zhuǎn)向系、制動(dòng)系等，其核心是傳動(dòng)系） c.工作裝置（直接對(duì)外作功的部分）,工作裝置與總體設(shè)計(jì)的差異，體現(xiàn)了各種工程機(jī)械的主要不同。,四. 近年來(lái)的發(fā)展,20世紀(jì)60年代以來(lái)，世界工程機(jī)械快速發(fā)展，采用了很多新結(jié)構(gòu)、新原理，使各項(xiàng)性能大幅提高。 傳動(dòng)系：液力傳動(dòng)、外功率分流式液力機(jī)械變矩器、全液壓傳動(dòng)、行星齒輪傳動(dòng)。 走行系：鋼絲簾布輪胎、無(wú)內(nèi)胎輪胎、子午線輪胎；密封履帶、密封潤(rùn)滑履帶、浮動(dòng)油封；軌行式工程機(jī)械獨(dú)占鐵道線路領(lǐng)域，還適合于隧道等作業(yè)面狹窄的地下工程。 轉(zhuǎn)向系：鉸接式替代整體車(chē)架式：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)彎半徑小，但轉(zhuǎn)向作用力大。機(jī)械反饋隨動(dòng)式轉(zhuǎn)向、液壓反饋隨動(dòng)式轉(zhuǎn)向，解決了轉(zhuǎn)向作用力大的問(wèn)題。,四. 近年來(lái)的發(fā)展,制動(dòng)系：,助力式制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 全動(dòng)力式制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),人力式制動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu),雙管路主制動(dòng)系,單管路主制動(dòng)系,重型高速工程機(jī)械：主制動(dòng)系停放制動(dòng)系輔助制動(dòng)裝置； 中小型工程機(jī)械：?jiǎn)伪P(pán)開(kāi)式鉗盤(pán)制動(dòng)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化； 大中型工程機(jī)械：多片封閉油浴式盤(pán)式制動(dòng)器 制動(dòng)力持久不變；,四. 近年來(lái)的發(fā)展,工作裝置：,提高強(qiáng)度、剛度、耐磨性 減輕自重,新材料,優(yōu)化結(jié)構(gòu)（Ansys，Matlab，etc.） （力學(xué)、傳熱學(xué)、振動(dòng)控制，等）,計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì),傳動(dòng)系,轉(zhuǎn)向系,制動(dòng)系,工作裝置,操控系統(tǒng)的電子化與自動(dòng)化,機(jī)電一體化技術(shù),五. 總體結(jié)構(gòu)發(fā)展的一般趨勢(shì),不斷提高比功率、比生產(chǎn)率； 不斷提高工作裝置的通用性，提高同一底盤(pán)的利用率； 不斷提高整機(jī)安全性：重心，安全監(jiān)控裝置，翻車(chē)保護(hù)架，落物保護(hù)棚； 不斷提高作業(yè)舒適性：封閉式司機(jī)室，空調(diào)，座椅優(yōu)化設(shè)計(jì)； 不斷降低作業(yè)噪音，機(jī)內(nèi)凈化內(nèi)燃機(jī)廢氣排放，必要時(shí)增加機(jī)外凈化法。,六. 工程機(jī)械的最新發(fā)展技術(shù),a. 機(jī)電一體化技術(shù) b. 機(jī)器人技術(shù) c. 電液集成控制技術(shù) d. 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),機(jī)電一體化技術(shù) 1,電子技術(shù)、傳感器技術(shù)與機(jī)械相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)機(jī)械的自動(dòng)控制、自動(dòng)監(jiān)測(cè)和處理，這就是機(jī)電一體化技術(shù)。 工程機(jī)械采用機(jī)電一體化技術(shù)，是提升技術(shù)檔次和技術(shù)性能、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品更新?lián)Q代的一個(gè)重要發(fā)展方向。 工程機(jī)械采用該技術(shù)的目的： 1.節(jié)約能源、凈化排氣、提高效率 發(fā)動(dòng)機(jī)上采用電子控制燃油噴射系統(tǒng)，使燃油充分燃燒，凈化排氣； 發(fā)動(dòng)機(jī)上采用負(fù)荷反饋電子控制裝置，使發(fā)動(dòng)機(jī)處于最佳功率和耗油狀態(tài)。,機(jī)電一體化技術(shù) 2,2.提高操控性能和舒適性 采用自動(dòng)控制技術(shù)和無(wú)線電通訊技術(shù)，使精細(xì)操縱自動(dòng)化，復(fù)雜操縱簡(jiǎn)單化，危險(xiǎn)操縱遙控化； 采用空調(diào)、電視、電信以及隔音、隔振等裝置，提高乘坐和工作的舒適性。 3.提高安全性及運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控能力 裝備運(yùn)行狀態(tài)和故障診斷實(shí)時(shí)電子控制系統(tǒng)，可顯示運(yùn)行狀態(tài)、故障部位和類(lèi)型； 裝備安全防護(hù)裝置，保證工作與運(yùn)行安全，如起重機(jī)的防傾翻和防過(guò)載系統(tǒng)、運(yùn)行機(jī)械的防抱死系統(tǒng)（Antilock Brake System，即ABS）。,機(jī)器人技術(shù) 1,機(jī)器人技術(shù)就是綜合運(yùn)用機(jī)、電、液、聲、光等多種技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械智能控制的一種先進(jìn)技術(shù)。該技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械上產(chǎn)生兩大類(lèi)機(jī)器人： 結(jié)構(gòu)化環(huán)境下的機(jī)器人，如工業(yè)機(jī)器人（視頻）； 非結(jié)構(gòu)化環(huán)境下的機(jī)器人，如鑿巖機(jī)器人。 機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用于工程機(jī)械，我國(guó)始于九十年代，主要表在兩個(gè)方面： 特種機(jī)器人在工程上的直接應(yīng)用，如中南大學(xué)研制的“鑿巖機(jī)器人”、 山東礦院研制的“噴漿機(jī)器人” 。 傳統(tǒng)工程機(jī)械的機(jī)器人化，即給傳統(tǒng)工程機(jī)械的某些動(dòng)作，引入機(jī)器人的控制技術(shù)，使其控制能力、工作適應(yīng)能力等得到進(jìn)一步改善。,傳統(tǒng)工程機(jī)械的機(jī)器人化，這是工程機(jī)械繼機(jī)電一體化后，更為完整的發(fā)展方向，也符合國(guó)家科技部和“863”計(jì)劃的發(fā)展戰(zhàn)略：機(jī)器人化的機(jī)器是高科技發(fā)展的重要方向。,機(jī)器人技術(shù) 2,機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用在工程機(jī)械上，主要包含下列關(guān)健技術(shù)： 1.位置識(shí)別技術(shù) 采用外部位置識(shí)別法（借助于超聲波和電磁波以及外部基準(zhǔn)點(diǎn)）和內(nèi)部位置識(shí)別法（借助于走行速度傳感器和回轉(zhuǎn)角傳感器測(cè)定走行數(shù)據(jù)）自動(dòng)辨認(rèn)所處位置。 2.位置誘導(dǎo)技術(shù) 采用激光作外部誘導(dǎo)（導(dǎo)向）或磁力計(jì)、傾斜計(jì)作內(nèi)部誘導(dǎo)，使機(jī)械偏離設(shè)定軌跡后自動(dòng)復(fù)位。,機(jī)器人技術(shù) 3,3.作業(yè)對(duì)象辨認(rèn)技術(shù) 采用超聲波技術(shù)或圖像處理技術(shù)識(shí)別作業(yè)對(duì)象的位置、大小、形狀； 4.物性評(píng)價(jià)技術(shù) 自動(dòng)測(cè)定作業(yè)對(duì)象的特性，如種類(lèi)、含水量、密度等物理性質(zhì)以及強(qiáng)度、剛度等力學(xué)性質(zhì)，并自動(dòng)選擇最佳作業(yè)方式； 5.人工智能技術(shù) 采用專(zhuān)家系統(tǒng)、模糊控制理論建立機(jī)械的推理和學(xué)習(xí)功能，使其具有思維判斷能力和自我適應(yīng)能力。,電液集成控制技術(shù) 1,工程機(jī)械的傳動(dòng)方式有四種：機(jī)械傳動(dòng)、電傳動(dòng)、液力機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)； 液壓傳動(dòng)以其易于調(diào)速、傳遞功率大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于控制等優(yōu)點(diǎn)，在工程機(jī)械上得了廣泛的應(yīng)用； 隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，液壓傳動(dòng)中的控制技術(shù)正在發(fā)生著巨大的變化，并與電子技術(shù)集成而形成電子液壓集成系統(tǒng)。,電液集成控制技術(shù) 2,工作原理： 電液集成控制系統(tǒng)由傳感器部分、電子控制部分（含微處理機(jī)）、以及執(zhí)行器部分（電控油泵、油馬達(dá)、電磁閥）組成； 各傳感器采集有關(guān)信息，輸入電子控制部分，經(jīng)微處理機(jī)信息處理后輸出電信號(hào)，執(zhí)行器將弱電信號(hào)轉(zhuǎn)化為相對(duì)應(yīng)的大功率液壓信號(hào)，使機(jī)械產(chǎn)生相應(yīng)的力和運(yùn)動(dòng)。 例如，小松公司推出的D66S型履帶裝載機(jī)，采用電液集成控制系統(tǒng)，可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)裝載機(jī)的轉(zhuǎn)向、制動(dòng)、行駛和作業(yè)，根據(jù)不同工況自動(dòng)進(jìn)入最佳運(yùn)行和作業(yè)狀態(tài)。,虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù),虛擬，就是利用計(jì)算機(jī)產(chǎn)生一個(gè)三維的、基于感知認(rèn)識(shí)的臨場(chǎng)環(huán)境，為人們創(chuàng)造出一種時(shí)域和空域可變的、與現(xiàn)實(shí)世界相似的假想世界，從而使人們能夠在這樣一個(gè)世界里完成所需要的設(shè)計(jì)、制造和模擬試驗(yàn)過(guò)程，最終實(shí)現(xiàn)實(shí)際系統(tǒng)的優(yōu)化、節(jié)約成本、縮短設(shè)計(jì)制造周期的目標(biāo)。 它既可以將某種概念設(shè)計(jì)或構(gòu)想可視化和可操作化，又可以實(shí)現(xiàn)逼真的遙控現(xiàn)場(chǎng)效果，從而形成一種將操作人員與機(jī)械有機(jī)結(jié)合的全新控制模式。,工程機(jī)械的應(yīng)用,鐵道建筑工程 公路工程 機(jī)場(chǎng)建設(shè) 水利設(shè)施 房屋建筑,市政工程 港口建設(shè) 礦山工程 地下建筑 軍事工程,傳動(dòng)系,用以保證工程機(jī)械的行走傳動(dòng)。 機(jī)械傳動(dòng) 液力機(jī)械傳動(dòng) 液壓傳動(dòng) 電傳動(dòng),分動(dòng)箱 主離合器 變速箱 萬(wàn)向節(jié) 傳動(dòng)軸 驅(qū)動(dòng)橋,走行系,用以安裝各部件； 保證工程機(jī)械在地面上行進(jìn)。,輪胎式 履帶式 步行式 軌行式,機(jī)架橋殼輪胎 機(jī)架履帶架四輪一帶 機(jī)架步行裝置 機(jī)架轉(zhuǎn)向架輪對(duì),轉(zhuǎn)向系,用以保證工程機(jī)械行走時(shí)的轉(zhuǎn)變方向。,輪胎式：轉(zhuǎn)向器動(dòng)力轉(zhuǎn)向裝置轉(zhuǎn)向傳動(dòng)系統(tǒng)； 履帶式：轉(zhuǎn)向離合器轉(zhuǎn)向制動(dòng)器 或 分別操縱左 右履帶的傳動(dòng)； 步行式：與轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)裝置配合； 軌行式：軌道引導(dǎo)。,制動(dòng)系,用以保證工程機(jī)械行走時(shí)的減速與停止。,輪胎式：主制動(dòng)裝置停放（緊急）制動(dòng)裝置輔 助制動(dòng)裝置； 履帶式：行走制動(dòng)器； 步行式：無(wú)； 軌行式：機(jī)車(chē)車(chē)輛的制動(dòng)裝置。,危險(xiǎn)操縱遙控化,例如，1994年日本長(zhǎng)崎火山爆發(fā)區(qū)，為清除火山土石流進(jìn)行了一次大規(guī)模的無(wú)人化施工； 現(xiàn)場(chǎng)所有工程機(jī)械（如挖掘