第一章工程機(jī)械的作業(yè)特點(diǎn)

第一章工程機(jī)械的作業(yè)特點(diǎn)當(dāng)前1頁，總共34頁。本課程教材1.工程機(jī)械理論2.工程機(jī)械地面力學(xué)與作業(yè)理論（要求已經(jīng)掌握了一些工程機(jī)械構(gòu)造方面的知識）當(dāng)前2頁，總共34頁。本課程內(nèi)容第一章工程機(jī)械的作業(yè)特點(diǎn)（125003～125063）第二章工程機(jī)械作業(yè)過程的強(qiáng)化（125071～125090）第三章牽引動力學(xué)及平移式工作裝置作業(yè)理論

（125091～125106、225002～225008）第四章攪拌理論及其設(shè)備（225009～225034）第五章壓實(shí)理論及其設(shè)備（225035～225060）第六章瀝青路面攤鋪的平整度傳遞規(guī)律與攤鋪質(zhì)量控制第七章攤鋪機(jī)螺旋布料器與作業(yè)介質(zhì)相互作用理論（225062～225095）

作業(yè)內(nèi)容：出思考題，并回答，每一節(jié)出2～3題。分工：見上。

交作業(yè)時間：每一章講完之后。當(dāng)前3頁，總共34頁。第一章工程機(jī)械的作業(yè)特點(diǎn)（見視頻）第一節(jié)工程機(jī)械的分類及應(yīng)用一、定義：凡土方工程、石方工程、流動起重裝卸工程、人貨升降輸送工程、各種建筑工程中，機(jī)械化作業(yè)所必需的機(jī)械設(shè)備，稱為工程機(jī)械。自從改革開放以來，我國工程機(jī)械行業(yè)已為世界各國所認(rèn)定；美國和英國稱作“建筑與礦山機(jī)械”，日本稱作“建設(shè)機(jī)械”，德國稱作“建筑機(jī)械與裝置”，獨(dú)聯(lián)體與東歐諸國統(tǒng)稱為“建筑與筑路機(jī)械”。當(dāng)前4頁，總共34頁。二、分類工程機(jī)械產(chǎn)品的分類，是根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作對象和主要用途三重標(biāo)準(zhǔn)劃分的，分類、組、系列、基型、規(guī)格等五個層次?，F(xiàn)有產(chǎn)品按行業(yè)規(guī)劃組編輯的《工程機(jī)械類組劃分（初稿）》的規(guī)定，共分18類、122組、567個系列、3000多個基型產(chǎn)品、近萬種產(chǎn)品規(guī)格。1、挖掘機(jī)械（單斗挖掘機(jī)、挖掘裝載機(jī)、斗輪挖掘機(jī)、掘進(jìn)機(jī)械等）；2、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)、自卸車等）；3、工程起重機(jī)械（塔式起重機(jī)、輪式起重機(jī)、履帶式起重機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、施工升降機(jī)、高空作業(yè)機(jī)械等）；當(dāng)前5頁，總共34頁。4、工業(yè)車輛（叉車、堆垛機(jī)、牽引車等）；5、壓實(shí)機(jī)械（壓路機(jī)、夯實(shí)機(jī)械等）；6、路面機(jī)械（攤鋪機(jī)、拌和設(shè)備、路面養(yǎng)護(hù)機(jī)械等）；7、樁工機(jī)械（打樁機(jī)、壓樁機(jī)、鉆孔機(jī)等）；8、混凝土機(jī)械（混凝土攪拌車、攪拌樓、振動器、混凝土泵、混凝土泵車、混凝土制品機(jī)械等）9、鋼筋和預(yù)應(yīng)力機(jī)械（鋼筋加工機(jī)械、預(yù)應(yīng)力機(jī)械、鋼筋焊機(jī)等）；10、裝修機(jī)械（涂料噴刷機(jī)械、地面修整機(jī)械、擦窗機(jī)等）；11、鑿巖機(jī)械（鑿巖機(jī)、破碎機(jī)、鉆機(jī)（車）等）；12、氣動工具（回轉(zhuǎn)式及沖擊式氣動工具、氣動馬達(dá)等）；當(dāng)前6頁，總共34頁。13、鐵道線路機(jī)械（道床作業(yè)機(jī)械、軌排軌枕機(jī)械等）；14、市政工程與環(huán)衛(wèi)機(jī)械（市政機(jī)械、環(huán)衛(wèi)機(jī)械、垃圾處理設(shè)備、園林機(jī)械等）；15、軍用工程機(jī)械（路橋機(jī)械、軍用工程車輛、挖壕機(jī)等）；16、電梯與扶梯（電梯、扶梯、自動人行道等）；17、工程機(jī)械專用零部件（液壓件、傳動件、駕駛室設(shè)備等）；18、其它專用工程機(jī)械（電站專用、水利專用工程機(jī)械等）。當(dāng)前7頁，總共34頁。工程機(jī)械是保證各種工程建設(shè)高速度、高質(zhì)量、低成本的重要手段?，F(xiàn)代化建設(shè)速度，在很大程度上取決于工程建設(shè)速度；而工程機(jī)械水平的高低，又直接對工程建設(shè)速度和質(zhì)量發(fā)揮著重要作用。世界工業(yè)發(fā)達(dá)國家都把工程機(jī)械作為重點(diǎn)行業(yè)發(fā)展。我國的工程機(jī)械工業(yè)，已經(jīng)發(fā)展成了機(jī)械工業(yè)10大行業(yè)之一，成為了機(jī)械工業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)，在世界上也進(jìn)入了工程機(jī)械生產(chǎn)大國行列。著名工程機(jī)械企業(yè)：……當(dāng)前8頁，總共34頁。第二節(jié)工程機(jī)械的作業(yè)特點(diǎn)和性能要求

一、作業(yè)特點(diǎn)：1.工程機(jī)械大多在野外作業(yè)；2.作業(yè)對象多為土石方；3.大多數(shù)工程機(jī)械都有作業(yè)質(zhì)量要求。因此對機(jī)械性能有特殊要求。二、性能要求1.工程機(jī)械工況復(fù)雜，作業(yè)對象多變，常常在變載荷情況下工作，對機(jī)器的可靠性和適應(yīng)能力有較高的要求。例如：鏟土運(yùn)輸機(jī)械——循環(huán)作業(yè)式機(jī)械有4道工序：鏟土、運(yùn)土、卸土、回程。鏟土中可能遇到石塊、樹根等障礙，土壤的濕度、堅硬程度、成分隨作業(yè)地段和區(qū)域不同也總在變化，機(jī)器總處于變載荷、甚至超載荷的工作狀態(tài)。當(dāng)前9頁，總共34頁。循環(huán)作業(yè)式機(jī)械的負(fù)荷特點(diǎn)、后果1）特點(diǎn)：①各工序Fx相差很大；原因：循環(huán)作業(yè)，各工序性質(zhì)不同。②條件惡劣；原因：土石方堅硬、地面不平、可能有大石塊樹根。③負(fù)荷變化劇烈，帶有隨機(jī)性。原因：司機(jī)操作帶有隨機(jī)性、土質(zhì)不均等。2）后果：①頻繁出現(xiàn)峰值載荷；②δ↑↑；③發(fā)動機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)超載，易熄火；④發(fā)動機(jī)經(jīng)常工作在非調(diào)速區(qū)段，

ne↓↓，且急劇波動，⑤發(fā)動機(jī)承受劇烈動載荷，工作不穩(wěn)定，工況惡化。當(dāng)前10頁，總共34頁。對策：傻、大、粗、笨不是解決問題的根本辦法。機(jī)器性能要滿足使用要求，必須進(jìn)行機(jī)器動態(tài)性能的研究，即機(jī)器牽引動力學(xué)研究。要知道機(jī)器的實(shí)際使用性能，而不僅僅是平穩(wěn)工況下測得的靜態(tài)性能。機(jī)器牽引動力學(xué)研究就是要弄清機(jī)器工作過程中的牽引性能，各參數(shù)的合理匹配程度，行駛能力。由測試機(jī)器動態(tài)性能所獲得的數(shù)據(jù)可知道外界載荷和作用在機(jī)器零、部件上載荷的變化。由于機(jī)器作業(yè)對象的狀態(tài)和環(huán)境條件呈隨機(jī)性變化，因此載荷也往往是隨機(jī)變化的。要通過概率統(tǒng)計的方法得到機(jī)器的載荷譜，這是機(jī)器可靠性設(shè)計的依據(jù)。當(dāng)前11頁，總共34頁。2.機(jī)器工作裝置與作業(yè)對象的相互作用過程和機(jī)理的研究，是設(shè)計機(jī)器和改善機(jī)器性能的關(guān)鍵。機(jī)器的作業(yè)實(shí)際是靠工作裝置來改變作業(yè)對象，這涉及機(jī)械工程和土木工程兩大學(xué)科。對策：只有將機(jī)械、土木工程的知識緊密結(jié)合起來，進(jìn)行工作裝置與作業(yè)介質(zhì)的相互作用研究，才可能找到創(chuàng)新的突破口。3.機(jī)器的性能應(yīng)與施工工藝相適應(yīng)。對策：①將機(jī)器性能和施工工藝結(jié)合起來研究，將機(jī)器工作參數(shù)與施工工藝參數(shù)結(jié)合起來進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化。②在機(jī)器設(shè)計和使用時，除應(yīng)注意滿足施工的各項(xiàng)要求外，還應(yīng)注重施工工藝的變更與進(jìn)步。當(dāng)前12頁，總共34頁。4.工程質(zhì)量是百年大計，因此對機(jī)械作業(yè)質(zhì)量的要求越來越高。大多數(shù)工程機(jī)械都有作業(yè)質(zhì)量的要求。如，路面的平整度、承載能力和壽命，對路面機(jī)械的各項(xiàng)性能都提出了較嚴(yán)格的要求。對策：①采用機(jī)電液一體化控制技術(shù)來提高機(jī)器的性能。②加強(qiáng)工作裝置與作業(yè)介質(zhì)相互作用過程的研究，爭取在新型工作原理的機(jī)器和新型工作裝置方面有所突破。當(dāng)前13頁，總共34頁。三、機(jī)電一體化技術(shù)機(jī)電一體化產(chǎn)品具有很強(qiáng)的信息加工處理能力，能實(shí)現(xiàn)精確的自動控制。機(jī)電一體化技術(shù)通過信息技術(shù)，將機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)融為一體。1.機(jī)電一體化產(chǎn)品的六大共性關(guān)鍵技術(shù)①精密機(jī)械技術(shù)—機(jī)電一體化技術(shù)的基礎(chǔ)；②伺服傳動技術(shù)—機(jī)電一體化系統(tǒng)的核心部分；③傳感檢測技術(shù)—閉環(huán)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件；④信號處理技術(shù)—控制的基礎(chǔ)技術(shù)；⑤自動控制技術(shù)—計算機(jī)控制的關(guān)鍵技術(shù)；⑥系統(tǒng)總體技術(shù)—包括系統(tǒng)的總體設(shè)計和接口技術(shù)，即用跨學(xué)科的思維能力來進(jìn)行綜合集成。當(dāng)前14頁，總共34頁。2.機(jī)電一體化系統(tǒng)的五大組成部分：①動力源；②計算機(jī)；③檢測器（傳感器）；④執(zhí)行器；⑤機(jī)械裝置。這里計算機(jī)是廣義的，包括微處理器、微機(jī)系統(tǒng)、PLC（可編程序控制器）、專用控制器、專用控制芯片等。3.機(jī)電液一體化技術(shù)工程機(jī)械中廣泛應(yīng)用液壓與液力傳動在，所以工程機(jī)械的機(jī)電一體化稱之為機(jī)電液一體化技術(shù)。機(jī)、電、液的有機(jī)結(jié)合，使工程機(jī)械作業(yè)的精確度和自動化程度顯著提高。機(jī)電液一體化技術(shù)的內(nèi)容：①以簡化駕駛操作，提高車輛的動力性、經(jīng)濟(jì)性和作業(yè)效率，節(jié)省能源為目的的技術(shù)。如：自動換檔系統(tǒng)、挖掘機(jī)多動作復(fù)合功能系統(tǒng)等；當(dāng)前15頁，總共34頁。②以提高作業(yè)質(zhì)量為目的的控制技術(shù)。如：攤鋪機(jī)、平地機(jī)自動找平和恒速控制系統(tǒng)，振動壓路機(jī)“軟”起振與停振系統(tǒng)，振動塊旋轉(zhuǎn)方向與行駛方向一致的控制系統(tǒng)等。工程機(jī)械機(jī)電液一體化技術(shù)的應(yīng)用：工程機(jī)械機(jī)電液一體化技術(shù)主要用在：整機(jī)性能監(jiān)控、轉(zhuǎn)向、行駛驅(qū)動和工作裝置上。當(dāng)前16頁，總共34頁。四、機(jī)群智能化工程機(jī)械1.機(jī)群智能化工程機(jī)械的含義：——指為完成高速公路等建設(shè)項(xiàng)目，以實(shí)現(xiàn)最優(yōu)工作效率和最佳的工作質(zhì)量為目標(biāo)，進(jìn)行同步施工的智能工程機(jī)械的組合。2.機(jī)群智能化工程機(jī)械的綜合目標(biāo)：施工質(zhì)量好、資源利用充分、效率高、成本低3.機(jī)群智能化工程機(jī)械的思路：①對選配的智能化單機(jī)的狀態(tài)、位置、性能、工作質(zhì)量和施工進(jìn)度進(jìn)行在線檢測；

②由機(jī)群主控站根據(jù)施工要求完成機(jī)群施工的優(yōu)化調(diào)度和動態(tài)管理，完成施工管理部門、機(jī)器制造商、施工材料供應(yīng)商間的有機(jī)聯(lián)系與合作；

③發(fā)揮機(jī)群的整體優(yōu)勢和內(nèi)在潛力，實(shí)現(xiàn)綜合目標(biāo)。當(dāng)前17頁，總共34頁。4.機(jī)群智能化工程機(jī)械的意義長期以來，在工程建設(shè)中，從設(shè)備選型與配套、作業(yè)質(zhì)量及進(jìn)度的控制、施工過程及機(jī)器使用的管理等都處于一種相對松散的狀態(tài)，以致于效率低下、質(zhì)量不高、浪費(fèi)嚴(yán)重。機(jī)群智能化概念改變了制造和施工企業(yè)多年來追求單機(jī)高性能的傳統(tǒng)思想，取而代之以系統(tǒng)集成的思想，這將極大地提高工程施工的經(jīng)濟(jì)效益。機(jī)群智能化是信息化帶動工業(yè)化戰(zhàn)略在工程機(jī)械領(lǐng)域的具體實(shí)踐，這對機(jī)器的設(shè)計和使用都提出了新的要求，提出了一種全新的工程機(jī)械設(shè)計和施工理念。機(jī)群智能化工程機(jī)械是施工技術(shù)發(fā)展的必然需求，必將推動施工與管理技術(shù)的變革和進(jìn)步。當(dāng)前18頁，總共34頁。5.機(jī)群智能化工程機(jī)械的特點(diǎn)(1)機(jī)群智能化將CIMS(計算機(jī)/現(xiàn)代集成制造)理念和信息技術(shù)應(yīng)用在工程施工系統(tǒng)，它綜合了工程施工和管理、作業(yè)狀態(tài)的在線監(jiān)測和故障診斷、自動控制、網(wǎng)絡(luò)通信、動態(tài)優(yōu)化調(diào)度等技術(shù)——機(jī)電液信一體化的綜合系統(tǒng)。（2）機(jī)群智能化工程機(jī)械把工程機(jī)械、施工工藝及施工管理作為一個系統(tǒng)，用系統(tǒng)綜合效益最高及施工質(zhì)量最佳來確定單機(jī)的性能參數(shù)及其匹配，對相關(guān)單機(jī)的智能化提出了更高的要求。當(dāng)前19頁，總共34頁。（3）機(jī)群智能化工程機(jī)械由機(jī)群主控站，根據(jù)施工任務(wù)完成機(jī)群動態(tài)組織、施工動態(tài)優(yōu)化調(diào)度和集團(tuán)管理，既發(fā)揮了機(jī)群整體優(yōu)勢，又充分發(fā)揮了單機(jī)的潛力。（4）通過對機(jī)群施工過程的監(jiān)控，自動完成信息的多方傳遞及其施工過程的管理，人為監(jiān)管轉(zhuǎn)換為輔助手段，實(shí)現(xiàn)了施工過程管理的規(guī)范化和科學(xué)化，實(shí)現(xiàn)了人—機(jī)器—工作對象的和諧與統(tǒng)一。當(dāng)前20頁，總共34頁。當(dāng)前21頁，總共34頁。1當(dāng)前22頁，總共34頁。6.機(jī)群智能化的關(guān)鍵技術(shù)（1）單機(jī)智能化技術(shù)機(jī)群智能化工程機(jī)械是基于機(jī)械、施工與管理體系的機(jī)、電、液、信一體化綜合系統(tǒng)，對相關(guān)單機(jī)的智能化提出了更高的要求。例如壓路機(jī)：由于被壓實(shí)介質(zhì)有多種類型，即使是同一被壓實(shí)介質(zhì)，初始狀態(tài)和物理性質(zhì)也不相同，這些性質(zhì)和狀態(tài)在壓實(shí)過程中又是不斷變化的。只有對壓實(shí)工作裝置——土壤系統(tǒng)的狀態(tài)及參數(shù)準(zhǔn)確地辨識，自動變換工作裝置的輸出振幅、頻率和激振力的大小，才能保證壓實(shí)質(zhì)量和壓實(shí)效率都較好——智能壓路機(jī)?！嗝枋鰡螜C(jī)工作狀態(tài)的多變量數(shù)學(xué)模型及其相應(yīng)的控制系統(tǒng)——機(jī)群智能化的關(guān)鍵技術(shù)之一。執(zhí)行者當(dāng)前23頁，總共34頁。當(dāng)前24頁，總共34頁。（2）機(jī)群智能化管理軟件為了發(fā)揮機(jī)群的整體優(yōu)勢及單機(jī)的潛力、實(shí)現(xiàn)人——機(jī)群——環(huán)境的和諧統(tǒng)一、適應(yīng)各種不同的施工條件、保證施工質(zhì)量和效率都滿足要求，系統(tǒng)應(yīng)具有能對工作狀態(tài)在線檢測、綜合分析、優(yōu)化調(diào)度和實(shí)時控制的能力。因此，必須有一個機(jī)群智能化管理軟件。機(jī)群智能化管理軟件的基礎(chǔ)——機(jī)群工作過程的數(shù)學(xué)模型及智能控制技術(shù)——實(shí)現(xiàn)機(jī)群智能化工程機(jī)械的又一個關(guān)鍵技術(shù)。（3）信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的平臺技術(shù)相關(guān)智能工程機(jī)械組成機(jī)群后，構(gòu)成了一個鏈?zhǔn)较到y(tǒng)，又與外圍各環(huán)節(jié)（包括人、作業(yè)對象、環(huán)境等）相互制約，因此機(jī)群必須有一個通訊聯(lián)絡(luò)的信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺。指揮者、調(diào)度員聯(lián)絡(luò)員當(dāng)前25頁，總共34頁。五、載荷譜及其應(yīng)用1.載荷譜的慨念目前，工程機(jī)械零部件強(qiáng)度計算中，一般采用靜載法來處理動載荷——即以恒定值乘以動載系數(shù)。由于它不能反映機(jī)器的真實(shí)載荷，因此，這種強(qiáng)度計算只是粗略的。工程機(jī)械載荷特點(diǎn)：扭矩、彎矩、力、加速度等——是不確定的、無規(guī)律的——即在一定條件下（如某一時刻），載荷發(fā)生的結(jié)果不是唯一的一個，而有多種可能性，為一隨機(jī)過程。當(dāng)前26頁，總共34頁。隨機(jī)變化的載荷，沒有規(guī)律，但是有其統(tǒng)計特性。載荷譜——表示這種特性的圖形、表格、數(shù)字、矩陣等。載荷譜常見的型式：三種①表示各種不同大小載荷出現(xiàn)次數(shù)的載荷頻次圖載荷頻次圖能反映在一段時間內(nèi)（一個數(shù)據(jù)樣本中），某個載荷出現(xiàn)的次數(shù)。它們從不同角度，反映了載荷的統(tǒng)計變化規(guī)律，說明了載荷的特性。當(dāng)前27頁，總共34頁。②表示不同頻率下載荷能量分布的功率譜密度圖功率譜密度能反映某個頻率的載荷，其載荷強(qiáng)度的大小，考慮了速度的影響，能反映載荷變化的快慢，推土機(jī)的載荷一般在6赫茲左右。③載荷頻率直方圖載荷頻率直方圖也能反映在一段時間內(nèi)（一個數(shù)據(jù)樣本中），某個載荷出現(xiàn)的次數(shù)，并且能算出平均值。和載荷頻次圖互為反函數(shù)。但是它能直觀地反映載荷的分布規(guī)律，工程機(jī)械的載荷一般為正態(tài)分布。當(dāng)前28頁，總共34頁。2.載荷的統(tǒng)計分析方法載荷的統(tǒng)計分析方法分為兩大類：（1）計數(shù)法：測量載荷的模擬量并離散化，統(tǒng)計各種不同大小載荷出現(xiàn)的頻次,得到載荷頻次圖,可供程序疲勞試驗(yàn)加載用。這種方法沒有表示載荷的頻率及發(fā)生的次序，不夠精確和嚴(yán)密。疲勞試驗(yàn)時，通過編制程序可加載不同大小的載荷，次數(shù)與載荷譜相同。發(fā)生的次序則是隨機(jī)的或按某種規(guī)律變化的。

（2）功率譜法：測量載荷的模擬量，算出載荷的功率譜密度函數(shù)，作為隨機(jī)頻譜試驗(yàn)加載的參數(shù)譜，是一種較精確和嚴(yán)密的方法。當(dāng)前29頁，總共34頁。3.載荷譜的制取和應(yīng)用載荷譜的制?。ㄒ妶D）：載荷的時間歷程也可用于加載，但是不具有平均意義。當(dāng)前30頁，總共34頁。載荷譜的應(yīng)用：①了解載荷幅值分布及頻率結(jié)構(gòu)，可作為模擬試驗(yàn)加載的依據(jù)。②判斷零部件損壞原因，進(jìn)行故障診斷。例如，測得機(jī)架橫梁載荷功率譜密度峰值的頻率為30Hz，而發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為1800轉(zhuǎn)/分，所以機(jī)架橫梁的斷裂可能與發(fā)動機(jī)的振動有關(guān)。③評價產(chǎn)品性能。比如，根據(jù)功率譜密度圖來評價座位的舒適性。由于人的胸腹系