工程机械及车辆

1、张 志 强Email:工程机械及车辆工程机械及车辆第1页课程结构整机部分结构与设计当代设计方法基础及应用底盘结构与设计内燃机结构与工作原理工程机械及车辆第2页底盘主要组成传动系行走系转向系制动系底盘部分结构及设计工程机械及车辆第3页类 别机 型挖掘机械挖掘机，挖掘装载机，掘进机械铲土运输机械推土机，装载机，平地机，铲运机 起重机械塔式，轮式，履带式，升降机，卷扬机压实机械压路机，扎实机，振动碾桩工机械打桩机，压桩机，钻孔机混凝土工程机械混凝土泵车，搅拌运输车工程运输机械自卸汽车，工程挂车钻孔机械凿岩机，钻机，凿岩钻车，TBM整机部分结构及设计工程机械及车辆第4页课程安排工程机械结构课程以工程机

2、械（余恒睦）为教材，主要讲述工程机械底盘组成、各系统部件结构和工作原理等，为学习工程机械设计课程打下基础；工程机械设计课程以工程机械设计（吴庆鸣）为教材，主要叙述工程机械设计理论和设计方法，包含工程机械普通理论、工程机械总体设计、底盘各系统设计理论等。工程机械及车辆第5页绪 论 1. 工程机械设计特点与要求 2.工程机械系统基本组成 3. 学习本课程目标工程机械及车辆第6页1.工程作业环境条件复杂多变，要求设计能够适应该地气候、地理特点。 2.以工程机械底盘理论为基础，要求发动机、行走机构与工作装置特征之间含有良好匹配关系。 3.工作介质性质复杂，要求工作装置结构设计形式多样。 4.工作介质状

3、态在作业中发生不停改变，要求工作参数调整方便。 5.多数量多品种工程施工机械协同作业，对当代工程机械状态监控越来越重视。6.工程质量要求不停提升，要求产品含有较高作业质量控制水平，普遍应用机电液一体化和当代控制技术。 7.当代工程机械与人们生活关系日益亲密，要求产品设计人性化，造型美观。 1.工程机械设计特点与要求工程机械及车辆第7页 所用发动机为高原型，能够适应5000米高原地域作业，最低温度零下 40C能够正常开启；耐高压水箱可防止低气压引发开锅现象；较严寒地域可安装暖风装置；驾驶室密封严密；玻璃可防紫外线照射，而且有小氧气瓶可供用户选取。 SD7G高原型推土机工程机械及车辆第8页内燃机与

4、工程机械间匹配内燃机转速高、力矩大，且力矩和转速改变范围都比较小，而工程机械作业和运行时，要求牵引力大、速度低，而且要求牵引力和行驶速度改变范围大、进退自如，所以必须设置一套传动系统来依据工作要求传递驱动力、变换速度。另外，为改进发动机外载荷适应能力差问题，发动机需加装调速器，以改变每一循环供油量。发动机空载时，转速升高至额定转速后，由调速器自动减小油门开度，直到稳定转速。加载后，转速下降，调速器自动加大油门开度，使发动机驱动力矩自动与外载荷相适应。当外载荷到达发动机额定力矩时，发动机转速为额定转速。若外载荷继续增大，则发动机进入外特征阶段工况。工程机械传动系简图汽油机外特征及部分负荷特征中功

5、率与转矩曲线发动机调速外特征工程机械及车辆第9页 山猫小型设备有40各种作业匹配附件装置，并能够在2分钟内完成各种附件更换。一机多用，能完成各种作业，如挖掘、开沟、钻孔、搬运、平地等，使用效率高。工程机械及车辆第10页 低密实度 密实度提升 高密实度 智能自动调幅压实系统 宝马VARIOMATIC系统，由摆动油缸控制两偏心轴相对位置（两偏心轴旋转方向相反），使得此时激振器输出力相对于垂直方向可调。输出力在垂直方向上分力减小，振幅对应减小，分力增加，振幅增加。能依据土壤密实度自动调整振幅和频率，压实效率高；降低振动影响；压实均匀性好，防止压实过分或不足。工程机械及车辆第11页大坝施工设备防碰撞系

6、统云南龙开口水电工程机电布置图四川大岗山水电工程机电布置图施工场地狭窄，施工设备工作范围有比较大重合制订严格规章制度，能够降低碰撞现象，但因为对现场设备调控较多，可能会对现场施工造成影响现场人员观察与监测受到观察位置、距离、可视度、现场光线照明、视角以及疲劳度等很多原因影响，可能会发犯错误指令工程机械及车辆第12页大坝施工设备防碰撞系统检测装置在各设备上安装位置示意图缆机操作室实拍及系统显示界面基站实拍及系统显示界面缆机吊钩实拍工程机械及车辆第13页工程机械及车辆第14页2. 工程机械系统基本组成工作装置回转 机构行走 机构液压 系统动力装置辅助 系统驾驶室平台总成液压泵工程机械及车辆第15页

7、操作人员指令 操纵控制系统 传动系统 行走系统 动力系统 （发动机） 执行系统 (工作装置) 地面条件 工作介质 底盘部分工程机械系统基本组成及其相互关系 工程机械及车辆第16页1.动力系统 功效:为机械系统提供所需动力及能源。 工程机械动力装置以柴油发动机为主。 工程机械及车辆第17页2.传动系统 功效:改变机械运行速度、运动规律及方向，并将发动 机动力以最有效方式传递给行走机构和工作装置。 工程机械主要传动类型包含机械传动、液力机械传动、液压传动和电传动等四种形式。 工程机械及车辆第18页3.行走系统 功效:负担整机重量，提供足够牵引力，传递和承受地面作用于行走机构力和力矩，并吸收振动、冲

8、击以确保机械正常行驶。行走系统主要有轮式和履带式两种类型。 工程机械及车辆第19页4.操纵控制系统 功效：使机械能够正常稳定运行，使工作装置能够完成所要求作业。工程机械操纵控制系统普通包含底盘操纵系统和工作装置操纵系统两个部分。 功效:利用机械系统动力改变作业介质状态、形状、位置或性质。主要包含各种类型工作装置与机构。5.执行系统 工程机械及车辆第20页3. 本课程学习目了解当代产品设计理念、基本原理与方法；掌握工程机械底盘组成、分类、各部件结构和工作原理；了解各种工程机械基本组成以及工作原理；了解各种工程机械及设备主要发展趋势；为工程机械产品设计理论学习奠定坚实基础。工程机械及车辆第21页工

9、程机械工作装置动力装置底盘第一篇 工程机械底盘结构工程机械及车辆第22页第一节 工程机械底盘分类方式按照行驶装置结构不一样分为轮式底盘和履带式底盘，或轮式车辆和履带式车辆两大类。按传动形式分为机械传动、液力机械传动、液压传动和电动轮式四种。第一章 工程机械底盘概述和分类工程机械及车辆第23页 如图所表示轮式装载机分为工作装置、动力装置和底盘三大部分。工作装置1固定在前车架，发动机9固定在后车架上，前后车架经过中央铰销连成整体。装载机底盘除了车架外，还包含传动系、轮式行驶系、转向系和制动系等部分。工程机械及车辆第24页 1、传动系：传递动力给行驶系驱动车轮和其它辅助装置，主要部件包含液力变矩器8

10、、行星齿轮变速器14、万向传动装置、前后驱动桥12和15。 2、行驶系：支承整车重量和载荷，并确保车辆正常行驶和作业。主要部件包含车架5、前后车桥12和15、前后车轮以及连接车架与车桥悬挂装置等。 3、转向系：改变和保持车辆行驶方向。主要部件包含带方向盘转向器和转向传动装置等组成。 4、制动系：降低和稳定车速，以及在不使用车辆时实现停车制动。包含中央制动器或手制动器，以及轮边制动器或脚制动器等。工程机械及车辆第25页工程机械及车辆第26页 履带式底盘和轮式底盘一样也含有4个系统，但在结构组成和行驶原理上有些差异。履带式底盘经过不停地卷绕履带实现行走；履带式底盘传动系无差速器，而存在转向离合器以

11、及带式制动器。工程机械及车辆第27页减速增扭以某运输车为例，该车总重量为200KN，最小滚动阻力约为3.0KN（沥青路面上行驶，约为1.5机械总重量滚动阻力），假设采取车用增压柴油机OM401LA，其所能产生最大扭矩为1KNm左右（转速为1200r/min时），假设此扭矩直接传给驱动轮，则驱动轮可能得到牵引力仅为2KN。即使能开启，该柴油机在发出最大功率150KW以上时曲轴转速为1500r/min以上，假设将发动机与驱动轮直接连接，则此时该运输车辆行驶速度为280km/h以上。第二节 传动系功用工程机械及车辆第28页变速变扭工程机械使用条件，如负荷大小、路面情况等都在较大范围内改变，这就要求工

12、程机械牵引力和速度应有足够改变范围。而发动机在整个转速范围内扭矩改变不大，汽油机扭矩适应性系数（表示最大功率时发动机转速与最大转矩时发动机转速之比）仅为1.152.0，且功率及燃油消耗率改变却很大，因而确保发动机功率较大而燃油消耗率较低曲轴转速范围（即有利转速范围）较窄。为了使发动机能保持在有利转速范围内工作，而车辆牵引力和速度又能在足够大范围内改变，应使传动系传动比i（发动机转速与驱动轮转速之比）应含有足够大改变范围，即传动系应起变速作用。经过变速作用，满足了工程机械动力性和经济性要求。第二节 传动系功用工程机械及车辆第29页实现车辆倒驶发动机不能反向旋转。所以传动系能使驱动轮反向旋转。结合

13、或中止动力短时间切断动力：发动机只能在无负荷情况下起动，而且起动后转速必须保持在最低稳定转速以上，不然可能熄火；变换传动系档位时，也需中止动力。长时间切断动力：不熄火停车；高速行驶车辆，可利用惯性实现长距离滑行，传动系应能长时间保持在中止传动状态。差速作用转弯行驶时，左右车轮所滚过距离不一样，应使两车轮转速不一样。第二节 传动系功用工程机械及车辆第30页传动系基本类型机械传动液力机械传动液压传动电动轮式第三节 传动系类型机械传动优点 成本低廉 传动效率高传动准确利用惯性机械传动缺点 负荷冲击大 有级变速换档动力中止操纵费劲工程机械及车辆第31页液力机械传动优点 自动适应载荷能力强 操纵方便 冲

14、击小，使用寿命长机械起步性能和经过性能高液力机械传动缺点 效率略低 结构复杂成本高液压传动优点 无级变速 操纵方便 可实现制动任意半径转向液压传动缺点 价格贵 噪声大工程机械及车辆第32页湘电集团220t自卸车（w以上）太原重工55m3电动铲（1亿以上）北理工纯电动客车（100w左右）特斯拉电动车（100w）工程机械及车辆第33页BAGGER系列斗轮式挖掘机，1978年由德国KRUPP企业研制（第一台型号为288，直到293，共研制了六台），12条履带工程机械及车辆第34页第四节 传动系布置方案前置后驱动（FR）：主要用于货车、部分客车和部分高级轿车。传统布置形式，优点：轴荷分配均匀（即汽车前

15、后轴负担重量比较平衡，普通情况下，汽车后轴可负担约47%车身重量），以后轮驱动汽车在陡坡或连续弯道中能取得较佳操控性能；缺点：传动部件多，贯通乘坐舱传动轴占据了舱内地台空间工程机械及车辆第35页第四节 传动系布置方案前置前驱动（FF）：当代小、中型轿车普遍采取布置方案（上世纪中期由法国雪铁龙企业创造）。优点：降低了车厢地台高度，抗侧滑能力较强（前轮大约负担62%车身重量，驱动轮所取得抓地力较大）；缺点：前轴兼具驱动和转向，结构复杂，工作条件恶劣。另外上坡时重心后移，前轮抓地力不足，下坡时重心前移，制动时轻易翻车工程机械及车辆第36页第四节 传动系布置方案前置前驱动（FF）：转向不足特征分析FF车辆因为前后配重差异大，在进入极限转弯状态时，因为大部分车身重量产生离心力都施加在前轮上，当前轮抓地力不足时，极易出现转向不足（即推头）现象当出现严重转向不足现象时，车辆极易失控，跑出车道处理办法：首先松开油门，然后往弯道外侧转向，以降低前轮侧向受力，使前轮重新取得足够大抓地力工程机械及车辆第37页后置后驱动（RR）：主要用于大中型客车（以及保时捷911系列）。结构简单，空