工程機(jī)械及車(chē)輛

1、張 志 強(qiáng)Email:工程機(jī)械及車(chē)輛工程機(jī)械及車(chē)輛第1頁(yè)課程結(jié)構(gòu)整機(jī)部分結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)當(dāng)代設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)及應(yīng)用底盤(pán)結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理工程機(jī)械及車(chē)輛第2頁(yè)底盤(pán)主要組成傳動(dòng)系行走系轉(zhuǎn)向系制動(dòng)系底盤(pán)部分結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)工程機(jī)械及車(chē)輛第3頁(yè)類(lèi) 別機(jī) 型挖掘機(jī)械挖掘機(jī)，挖掘裝載機(jī)，掘進(jìn)機(jī)械鏟土運(yùn)輸機(jī)械推土機(jī)，裝載機(jī)，平地機(jī)，鏟運(yùn)機(jī) 起重機(jī)械塔式，輪式，履帶式，升降機(jī)，卷?yè)P(yáng)機(jī)壓實(shí)機(jī)械壓路機(jī)，扎實(shí)機(jī)，振動(dòng)碾樁工機(jī)械打樁機(jī)，壓樁機(jī)，鉆孔機(jī)混凝土工程機(jī)械混凝土泵車(chē)，攪拌運(yùn)輸車(chē)工程運(yùn)輸機(jī)械自卸汽車(chē)，工程掛車(chē)鉆孔機(jī)械鑿巖機(jī)，鉆機(jī)，鑿巖鉆車(chē)，TBM整機(jī)部分結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)工程機(jī)械及車(chē)輛第4頁(yè)課程安排工程機(jī)械結(jié)構(gòu)課程以工程機(jī)

2、械（余恒睦）為教材，主要講述工程機(jī)械底盤(pán)組成、各系統(tǒng)部件結(jié)構(gòu)和工作原理等，為學(xué)習(xí)工程機(jī)械設(shè)計(jì)課程打下基礎(chǔ)；工程機(jī)械設(shè)計(jì)課程以工程機(jī)械設(shè)計(jì)（吳慶鳴）為教材，主要敘述工程機(jī)械設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法，包含工程機(jī)械普通理論、工程機(jī)械總體設(shè)計(jì)、底盤(pán)各系統(tǒng)設(shè)計(jì)理論等。工程機(jī)械及車(chē)輛第5頁(yè)緒 論 1. 工程機(jī)械設(shè)計(jì)特點(diǎn)與要求 2.工程機(jī)械系統(tǒng)基本組成 3. 學(xué)習(xí)本課程目標(biāo)工程機(jī)械及車(chē)輛第6頁(yè)1.工程作業(yè)環(huán)境條件復(fù)雜多變，要求設(shè)計(jì)能夠適應(yīng)該地氣候、地理特點(diǎn)。 2.以工程機(jī)械底盤(pán)理論為基礎(chǔ)，要求發(fā)動(dòng)機(jī)、行走機(jī)構(gòu)與工作裝置特征之間含有良好匹配關(guān)系。 3.工作介質(zhì)性質(zhì)復(fù)雜，要求工作裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式多樣。 4.工作介質(zhì)狀

3、態(tài)在作業(yè)中發(fā)生不停改變，要求工作參數(shù)調(diào)整方便。 5.多數(shù)量多品種工程施工機(jī)械協(xié)同作業(yè)，對(duì)當(dāng)代工程機(jī)械狀態(tài)監(jiān)控越來(lái)越重視。6.工程質(zhì)量要求不停提升，要求產(chǎn)品含有較高作業(yè)質(zhì)量控制水平，普遍應(yīng)用機(jī)電液一體化和當(dāng)代控制技術(shù)。 7.當(dāng)代工程機(jī)械與人們生活關(guān)系日益親密，要求產(chǎn)品設(shè)計(jì)人性化，造型美觀(guān)。 1.工程機(jī)械設(shè)計(jì)特點(diǎn)與要求工程機(jī)械及車(chē)輛第7頁(yè) 所用發(fā)動(dòng)機(jī)為高原型，能夠適應(yīng)5000米高原地域作業(yè)，最低溫度零下 40C能夠正常開(kāi)啟；耐高壓水箱可防止低氣壓引發(fā)開(kāi)鍋現(xiàn)象；較嚴(yán)寒地域可安裝暖風(fēng)裝置；駕駛室密封嚴(yán)密；玻璃可防紫外線(xiàn)照射，而且有小氧氣瓶可供用戶(hù)選取。 SD7G高原型推土機(jī)工程機(jī)械及車(chē)輛第8頁(yè)內(nèi)燃機(jī)與

4、工程機(jī)械間匹配內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速高、力矩大，且力矩和轉(zhuǎn)速改變范圍都比較小，而工程機(jī)械作業(yè)和運(yùn)行時(shí)，要求牽引力大、速度低，而且要求牽引力和行駛速度改變范圍大、進(jìn)退自如，所以必須設(shè)置一套傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)依據(jù)工作要求傳遞驅(qū)動(dòng)力、變換速度。另外，為改進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)外載荷適應(yīng)能力差問(wèn)題，發(fā)動(dòng)機(jī)需加裝調(diào)速器，以改變每一循環(huán)供油量。發(fā)動(dòng)機(jī)空載時(shí)，轉(zhuǎn)速升高至額定轉(zhuǎn)速后，由調(diào)速器自動(dòng)減小油門(mén)開(kāi)度，直到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。加載后，轉(zhuǎn)速下降，調(diào)速器自動(dòng)加大油門(mén)開(kāi)度，使發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩自動(dòng)與外載荷相適應(yīng)。當(dāng)外載荷到達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)額定力矩時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速。若外載荷繼續(xù)增大，則發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入外特征階段工況。工程機(jī)械傳動(dòng)系簡(jiǎn)圖汽油機(jī)外特征及部分負(fù)荷特征中功

5、率與轉(zhuǎn)矩曲線(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速外特征工程機(jī)械及車(chē)輛第9頁(yè) 山貓小型設(shè)備有40各種作業(yè)匹配附件裝置，并能夠在2分鐘內(nèi)完成各種附件更換。一機(jī)多用，能完成各種作業(yè)，如挖掘、開(kāi)溝、鉆孔、搬運(yùn)、平地等，使用效率高。工程機(jī)械及車(chē)輛第10頁(yè) 低密實(shí)度 密實(shí)度提升 高密實(shí)度 智能自動(dòng)調(diào)幅壓實(shí)系統(tǒng) 寶馬VARIOMATIC系統(tǒng)，由擺動(dòng)油缸控制兩偏心軸相對(duì)位置（兩偏心軸旋轉(zhuǎn)方向相反），使得此時(shí)激振器輸出力相對(duì)于垂直方向可調(diào)。輸出力在垂直方向上分力減小，振幅對(duì)應(yīng)減小，分力增加，振幅增加。能依據(jù)土壤密實(shí)度自動(dòng)調(diào)整振幅和頻率，壓實(shí)效率高；降低振動(dòng)影響；壓實(shí)均勻性好，防止壓實(shí)過(guò)分或不足。工程機(jī)械及車(chē)輛第11頁(yè)大壩施工設(shè)備防碰撞系

6、統(tǒng)云南龍開(kāi)口水電工程機(jī)電布置圖四川大崗山水電工程機(jī)電布置圖施工場(chǎng)地狹窄，施工設(shè)備工作范圍有比較大重合制訂嚴(yán)格規(guī)章制度，能夠降低碰撞現(xiàn)象，但因?yàn)閷?duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備調(diào)控較多，可能會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工造成影響現(xiàn)場(chǎng)人員觀(guān)察與監(jiān)測(cè)受到觀(guān)察位置、距離、可視度、現(xiàn)場(chǎng)光線(xiàn)照明、視角以及疲勞度等很多原因影響，可能會(huì)發(fā)犯錯(cuò)誤指令工程機(jī)械及車(chē)輛第12頁(yè)大壩施工設(shè)備防碰撞系統(tǒng)檢測(cè)裝置在各設(shè)備上安裝位置示意圖纜機(jī)操作室實(shí)拍及系統(tǒng)顯示界面基站實(shí)拍及系統(tǒng)顯示界面纜機(jī)吊鉤實(shí)拍工程機(jī)械及車(chē)輛第13頁(yè)工程機(jī)械及車(chē)輛第14頁(yè)2. 工程機(jī)械系統(tǒng)基本組成工作裝置回轉(zhuǎn) 機(jī)構(gòu)行走 機(jī)構(gòu)液壓 系統(tǒng)動(dòng)力裝置輔助 系統(tǒng)駕駛室平臺(tái)總成液壓泵工程機(jī)械及車(chē)輛第15頁(yè)

7、操作人員指令 操縱控制系統(tǒng) 傳動(dòng)系統(tǒng) 行走系統(tǒng) 動(dòng)力系統(tǒng) （發(fā)動(dòng)機(jī)） 執(zhí)行系統(tǒng) (工作裝置) 地面條件 工作介質(zhì) 底盤(pán)部分工程機(jī)械系統(tǒng)基本組成及其相互關(guān)系 工程機(jī)械及車(chē)輛第16頁(yè)1.動(dòng)力系統(tǒng) 功效:為機(jī)械系統(tǒng)提供所需動(dòng)力及能源。 工程機(jī)械動(dòng)力裝置以柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為主。 工程機(jī)械及車(chē)輛第17頁(yè)2.傳動(dòng)系統(tǒng) 功效:改變機(jī)械運(yùn)行速度、運(yùn)動(dòng)規(guī)律及方向，并將發(fā)動(dòng) 機(jī)動(dòng)力以最有效方式傳遞給行走機(jī)構(gòu)和工作裝置。 工程機(jī)械主要傳動(dòng)類(lèi)型包含機(jī)械傳動(dòng)、液力機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)和電傳動(dòng)等四種形式。 工程機(jī)械及車(chē)輛第18頁(yè)3.行走系統(tǒng) 功效:負(fù)擔(dān)整機(jī)重量，提供足夠牽引力，傳遞和承受地面作用于行走機(jī)構(gòu)力和力矩，并吸收振動(dòng)、沖

8、擊以確保機(jī)械正常行駛。行走系統(tǒng)主要有輪式和履帶式兩種類(lèi)型。 工程機(jī)械及車(chē)輛第19頁(yè)4.操縱控制系統(tǒng) 功效：使機(jī)械能夠正常穩(wěn)定運(yùn)行，使工作裝置能夠完成所要求作業(yè)。工程機(jī)械操縱控制系統(tǒng)普通包含底盤(pán)操縱系統(tǒng)和工作裝置操縱系統(tǒng)兩個(gè)部分。 功效:利用機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力改變作業(yè)介質(zhì)狀態(tài)、形狀、位置或性質(zhì)。主要包含各種類(lèi)型工作裝置與機(jī)構(gòu)。5.執(zhí)行系統(tǒng) 工程機(jī)械及車(chē)輛第20頁(yè)3. 本課程學(xué)習(xí)目了解當(dāng)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念、基本原理與方法；掌握工程機(jī)械底盤(pán)組成、分類(lèi)、各部件結(jié)構(gòu)和工作原理；了解各種工程機(jī)械基本組成以及工作原理；了解各種工程機(jī)械及設(shè)備主要發(fā)展趨勢(shì)；為工程機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)理論學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。工程機(jī)械及車(chē)輛第21頁(yè)工

9、程機(jī)械工作裝置動(dòng)力裝置底盤(pán)第一篇 工程機(jī)械底盤(pán)結(jié)構(gòu)工程機(jī)械及車(chē)輛第22頁(yè)第一節(jié) 工程機(jī)械底盤(pán)分類(lèi)方式按照行駛裝置結(jié)構(gòu)不一樣分為輪式底盤(pán)和履帶式底盤(pán)，或輪式車(chē)輛和履帶式車(chē)輛兩大類(lèi)。按傳動(dòng)形式分為機(jī)械傳動(dòng)、液力機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)和電動(dòng)輪式四種。第一章 工程機(jī)械底盤(pán)概述和分類(lèi)工程機(jī)械及車(chē)輛第23頁(yè) 如圖所表示輪式裝載機(jī)分為工作裝置、動(dòng)力裝置和底盤(pán)三大部分。工作裝置1固定在前車(chē)架，發(fā)動(dòng)機(jī)9固定在后車(chē)架上，前后車(chē)架經(jīng)過(guò)中央鉸銷(xiāo)連成整體。裝載機(jī)底盤(pán)除了車(chē)架外，還包含傳動(dòng)系、輪式行駛系、轉(zhuǎn)向系和制動(dòng)系等部分。工程機(jī)械及車(chē)輛第24頁(yè) 1、傳動(dòng)系：傳遞動(dòng)力給行駛系驅(qū)動(dòng)車(chē)輪和其它輔助裝置，主要部件包含液力變矩器8

10、、行星齒輪變速器14、萬(wàn)向傳動(dòng)裝置、前后驅(qū)動(dòng)橋12和15。 2、行駛系：支承整車(chē)重量和載荷，并確保車(chē)輛正常行駛和作業(yè)。主要部件包含車(chē)架5、前后車(chē)橋12和15、前后車(chē)輪以及連接車(chē)架與車(chē)橋懸掛裝置等。 3、轉(zhuǎn)向系：改變和保持車(chē)輛行駛方向。主要部件包含帶方向盤(pán)轉(zhuǎn)向器和轉(zhuǎn)向傳動(dòng)裝置等組成。 4、制動(dòng)系：降低和穩(wěn)定車(chē)速，以及在不使用車(chē)輛時(shí)實(shí)現(xiàn)停車(chē)制動(dòng)。包含中央制動(dòng)器或手制動(dòng)器，以及輪邊制動(dòng)器或腳制動(dòng)器等。工程機(jī)械及車(chē)輛第25頁(yè)工程機(jī)械及車(chē)輛第26頁(yè) 履帶式底盤(pán)和輪式底盤(pán)一樣也含有4個(gè)系統(tǒng)，但在結(jié)構(gòu)組成和行駛原理上有些差異。履帶式底盤(pán)經(jīng)過(guò)不停地卷繞履帶實(shí)現(xiàn)行走；履帶式底盤(pán)傳動(dòng)系無(wú)差速器，而存在轉(zhuǎn)向離合器以

11、及帶式制動(dòng)器。工程機(jī)械及車(chē)輛第27頁(yè)減速增扭以某運(yùn)輸車(chē)為例，該車(chē)總重量為200KN，最小滾動(dòng)阻力約為3.0KN（瀝青路面上行駛，約為1.5機(jī)械總重量滾動(dòng)阻力），假設(shè)采取車(chē)用增壓柴油機(jī)OM401LA，其所能產(chǎn)生最大扭矩為1KNm左右（轉(zhuǎn)速為1200r/min時(shí)），假設(shè)此扭矩直接傳給驅(qū)動(dòng)輪，則驅(qū)動(dòng)輪可能得到牽引力僅為2KN。即使能開(kāi)啟，該柴油機(jī)在發(fā)出最大功率150KW以上時(shí)曲軸轉(zhuǎn)速為1500r/min以上，假設(shè)將發(fā)動(dòng)機(jī)與驅(qū)動(dòng)輪直接連接，則此時(shí)該運(yùn)輸車(chē)輛行駛速度為280km/h以上。第二節(jié) 傳動(dòng)系功用工程機(jī)械及車(chē)輛第28頁(yè)變速變扭工程機(jī)械使用條件，如負(fù)荷大小、路面情況等都在較大范圍內(nèi)改變，這就要求工

12、程機(jī)械牽引力和速度應(yīng)有足夠改變范圍。而發(fā)動(dòng)機(jī)在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)扭矩改變不大，汽油機(jī)扭矩適應(yīng)性系數(shù)（表示最大功率時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與最大轉(zhuǎn)矩時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速之比）僅為1.152.0，且功率及燃油消耗率改變卻很大，因而確保發(fā)動(dòng)機(jī)功率較大而燃油消耗率較低曲軸轉(zhuǎn)速范圍（即有利轉(zhuǎn)速范圍）較窄。為了使發(fā)動(dòng)機(jī)能保持在有利轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)工作，而車(chē)輛牽引力和速度又能在足夠大范圍內(nèi)改變，應(yīng)使傳動(dòng)系傳動(dòng)比i（發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速之比）應(yīng)含有足夠大改變范圍，即傳動(dòng)系應(yīng)起變速作用。經(jīng)過(guò)變速作用，滿(mǎn)足了工程機(jī)械動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性要求。第二節(jié) 傳動(dòng)系功用工程機(jī)械及車(chē)輛第29頁(yè)實(shí)現(xiàn)車(chē)輛倒駛發(fā)動(dòng)機(jī)不能反向旋轉(zhuǎn)。所以傳動(dòng)系能使驅(qū)動(dòng)輪反向旋轉(zhuǎn)。結(jié)合

13、或中止動(dòng)力短時(shí)間切斷動(dòng)力：發(fā)動(dòng)機(jī)只能在無(wú)負(fù)荷情況下起動(dòng)，而且起動(dòng)后轉(zhuǎn)速必須保持在最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速以上，不然可能熄火；變換傳動(dòng)系檔位時(shí)，也需中止動(dòng)力。長(zhǎng)時(shí)間切斷動(dòng)力：不熄火停車(chē)；高速行駛車(chē)輛，可利用慣性實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離滑行，傳動(dòng)系應(yīng)能長(zhǎng)時(shí)間保持在中止傳動(dòng)狀態(tài)。差速作用轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)，左右車(chē)輪所滾過(guò)距離不一樣，應(yīng)使兩車(chē)輪轉(zhuǎn)速不一樣。第二節(jié) 傳動(dòng)系功用工程機(jī)械及車(chē)輛第30頁(yè)傳動(dòng)系基本類(lèi)型機(jī)械傳動(dòng)液力機(jī)械傳動(dòng)液壓傳動(dòng)電動(dòng)輪式第三節(jié) 傳動(dòng)系類(lèi)型機(jī)械傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn) 成本低廉 傳動(dòng)效率高傳動(dòng)準(zhǔn)確利用慣性機(jī)械傳動(dòng)缺點(diǎn) 負(fù)荷沖擊大 有級(jí)變速換檔動(dòng)力中止操縱費(fèi)勁工程機(jī)械及車(chē)輛第31頁(yè)液力機(jī)械傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn) 自動(dòng)適應(yīng)載荷能力強(qiáng) 操縱方便 沖

14、擊小，使用壽命長(zhǎng)機(jī)械起步性能和經(jīng)過(guò)性能高液力機(jī)械傳動(dòng)缺點(diǎn) 效率略低 結(jié)構(gòu)復(fù)雜成本高液壓傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn) 無(wú)級(jí)變速 操縱方便 可實(shí)現(xiàn)制動(dòng)任意半徑轉(zhuǎn)向液壓傳動(dòng)缺點(diǎn) 價(jià)格貴 噪聲大工程機(jī)械及車(chē)輛第32頁(yè)湘電集團(tuán)220t自卸車(chē)（w以上）太原重工55m3電動(dòng)鏟（1億以上）北理工純電動(dòng)客車(chē)（100w左右）特斯拉電動(dòng)車(chē)（100w）工程機(jī)械及車(chē)輛第33頁(yè)BAGGER系列斗輪式挖掘機(jī)，1978年由德國(guó)KRUPP企業(yè)研制（第一臺(tái)型號(hào)為288，直到293，共研制了六臺(tái)），12條履帶工程機(jī)械及車(chē)輛第34頁(yè)第四節(jié) 傳動(dòng)系布置方案前置后驅(qū)動(dòng)（FR）：主要用于貨車(chē)、部分客車(chē)和部分高級(jí)轎車(chē)。傳統(tǒng)布置形式，優(yōu)點(diǎn)：軸荷分配均勻（即汽車(chē)前

15、后軸負(fù)擔(dān)重量比較平衡，普通情況下，汽車(chē)后軸可負(fù)擔(dān)約47%車(chē)身重量），以后輪驅(qū)動(dòng)汽車(chē)在陡坡或連續(xù)彎道中能取得較佳操控性能；缺點(diǎn)：傳動(dòng)部件多，貫通乘坐艙傳動(dòng)軸占據(jù)了艙內(nèi)地臺(tái)空間工程機(jī)械及車(chē)輛第35頁(yè)第四節(jié) 傳動(dòng)系布置方案前置前驅(qū)動(dòng)（FF）：當(dāng)代小、中型轎車(chē)普遍采取布置方案（上世紀(jì)中期由法國(guó)雪鐵龍企業(yè)創(chuàng)造）。優(yōu)點(diǎn)：降低了車(chē)廂地臺(tái)高度，抗側(cè)滑能力較強(qiáng)（前輪大約負(fù)擔(dān)62%車(chē)身重量，驅(qū)動(dòng)輪所取得抓地力較大）；缺點(diǎn)：前軸兼具驅(qū)動(dòng)和轉(zhuǎn)向，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作條件惡劣。另外上坡時(shí)重心后移，前輪抓地力不足，下坡時(shí)重心前移，制動(dòng)時(shí)輕易翻車(chē)工程機(jī)械及車(chē)輛第36頁(yè)第四節(jié) 傳動(dòng)系布置方案前置前驅(qū)動(dòng)（FF）：轉(zhuǎn)向不足特征分析FF車(chē)輛因?yàn)榍昂笈渲夭町惔?，在進(jìn)入極限轉(zhuǎn)彎狀態(tài)時(shí)，因?yàn)榇蟛糠周?chē)身重量產(chǎn)生離心力都施加在前輪上，當(dāng)前輪抓地力不足時(shí)，極易出現(xiàn)轉(zhuǎn)向不足（即推頭）現(xiàn)象當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重轉(zhuǎn)向不足現(xiàn)象時(shí)，車(chē)輛極易失控，跑出車(chē)道處理辦法：首先松開(kāi)油門(mén)，然后往彎道外側(cè)轉(zhuǎn)向，以降低前輪側(cè)向受力，使前輪重新取得足夠大抓地力工程機(jī)械及車(chē)輛第37頁(yè)后置后驅(qū)動(dòng)（RR）：主要用于大中型客車(chē)（以及保時(shí)捷911系列）。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，空