《岩土工程机械设计》课件

《岩土工程机械设计》课程概述本课程介绍岩土工程机械的结构、工作原理、设计方法和应用。课程涵盖挖掘机、推土机、起重机等多种类型的岩土工程机械。岩土工程机械概述概念岩土工程机械是指专门用于土方工程、岩石开采、地基处理等岩土工程作业的机械设备。特点岩土工程机械具有作业效率高、自动化程度高、适应性强、作业范围广等特点。岩土工程机械的组成结构工作装置工作装置是岩土工程机械完成作业的直接工具，包括铲斗、铲刀、破碎锤等，根据作业需求进行选择。行走装置行走装置负责移动机械，确保在施工现场灵活移动，包括履带式、轮胎式、轮式等。动力装置动力装置提供机械工作的能量来源，通常为发动机，根据作业需求选择汽油、柴油或电力驱动。传动系统传动系统将动力传递到工作装置，通常为液压传动系统，实现精准控制和高效作业。岩土工程机械的工作原理1动力系统提供机械动力2传动系统将动力传递到工作机构3工作机构完成挖掘、搬运等任务4控制系统控制机械的运行岩土工程机械的工作原理是通过动力系统、传动系统、工作机构和控制系统等相互配合，来完成各种工程作业。土力学基础知识土的性质土的性质对岩土工程机械的设计至关重要，例如土的密度、强度、渗透性等。岩石力学岩石的力学特性和结构影响岩土工程机械的工作性能，包括岩石的强度、变形、裂隙等。地下水地下水会影响土体的强度和稳定性，需要考虑地下水位和渗透系数等因素。地基基础了解地基的承载力、沉降和稳定性是岩土工程机械设计的重要基础。岩土工程机械的受力分析岩土工程机械在工作过程中会受到多种力的作用，例如重力、摩擦力、牵引力、阻力等。受力分析是机械设计的基础，是进行强度、刚度和稳定性设计的重要依据。1重力机械自身重量、负载重量2摩擦力履带与地面、铲斗与土体之间的摩擦力3牵引力发动机输出的动力，用来克服阻力4阻力机械运动过程中的阻碍力，例如滚动阻力、空气阻力岩土工程机械的应力计算应力计算是岩土工程机械设计中重要的环节。应力是外力作用在物体内部产生的内力，是设计中必须考虑的关键因素。应力计算方法包括理论计算、数值模拟和实验测试。理论计算使用公式和模型推算应力，数值模拟使用计算机软件模拟应力分布，实验测试使用传感器直接测量应力。应力类型计算方法影响因素正应力理论计算外力、材料性质剪应力数值模拟形状、载荷分布弯曲应力实验测试材料强度、尺寸岩土工程机械的强度设计安全系数保证机器安全运行，防止因过载或意外事故导致失效。安全系数应根据机器类型、工作环境和材料强度等因素确定。应力分析计算机器各部件在工作状态下的应力分布，确保应力水平不超过材料的屈服强度或抗拉强度。疲劳强度考虑机器在重复载荷下的疲劳性能，避免因疲劳破坏导致失效。应采用疲劳强度设计方法，计算机器的疲劳寿命。材料选择根据机器的工作环境、载荷和强度要求选择合适的材料，并进行热处理，提高材料的强度和韧性。岩土工程机械的刚度设计11.刚度计算刚度设计旨在保证机械在工作过程中能够承受负载，不会发生过度变形或失效，确保设备的可靠性和稳定性。22.刚度要求岩土工程机械需要满足特定的刚度要求，以应对各种复杂的工作条件，例如，在崎岖地形上行驶或进行重物搬运。33.结构设计通过合理设计结构，选择合适的材料和加工工艺，可以提高岩土工程机械的刚度，使其能够承受更大的负载和工作压力。44.优化设计采用有限元分析等方法，对机械结构进行优化，以提高刚度和降低重量，实现高效的工程设计。岩土工程机械的稳定性设计倾覆稳定性考虑重力、外力、支撑条件，防止机械翻倒。侧向稳定性防止机械侧翻，设计侧倾角，保证重心在支撑范围内。抗滑稳定性针对松散地质或坡度，设计防滑装置，防止机械滑动。沉降稳定性根据地质条件，设计坚固底盘，避免过度沉降影响工作。液压系统设计1确定液压系统参数包括工作压力、流量、速度、功率等。根据岩土工程机械的工作要求，合理选择液压系统的主要参数，确保系统能够满足性能需求。2选择液压元件包括液压泵、液压马达、液压阀、液压缸等。选择合适的液压元件，确保其能够在工作压力、流量、速度等参数下可靠工作。3设计液压回路根据岩土工程机械的工作原理，设计液压回路，确保各个液压元件之间的连接和协调工作，实现预期功能。电控系统设计电控系统是岩土工程机械的重要组成部分，负责控制机械的运行状态。1功能设计实现机械的自动化控制2安全设计确保机械安全可靠运行3可靠性设计提高系统稳定性4维护性设计方便维护和维修电控系统设计应充分考虑机械的功能需求、安全要求、可靠性要求、以及维护性要求。地基与基础设计基础类型地基与基础设计包括浅基础和深基础，选择合适的类型取决于土壤条件和建筑物负荷。桩基设计桩基通常用于承载力较弱的土壤，可通过传递荷载至较深的岩层来提高地基承载力。地基稳定性地基沉降是重要的设计考虑因素，需要进行计算和监测，以确保建筑物的稳定性。装载机设计装载机是岩土工程中常用的机械设备，主要用于装卸、搬运土石方和其他散装物料。装载机的设计涉及多个方面，包括工作装置、行走机构、动力系统、液压系统、驾驶室等。工作装置的设计要考虑装载能力、工作范围、操作性能等因素。行走机构的设计要考虑行驶速度、转向性能、通过性等因素。动力系统的设计要考虑功率匹配、燃油经济性、排放标准等因素。液压系统的设计要考虑工作压力、流量、可靠性等因素。驾驶室的设计要考虑舒适性、安全性、视野等因素。挖掘机设计挖掘机是一种多功能工程机械。其主要用于土方开挖、装载、运输等工作。它拥有强大的动力系统、液压系统和控制系统，能够完成各种复杂的作业。挖掘机的设计需要考虑多个因素，包括工作效率、稳定性、可靠性、安全性、操作舒适性等。要选择合适的发动机、液压泵、液压缸等关键部件，并进行合理的结构设计和强度计算。推土机设计推土机是一种大型工程机械，主要用于土方工程中的推土作业。推土机设计涉及多种专业知识，包括机械设计、液压传动、发动机原理等。推土机设计需要考虑推土作业的效率、安全性和可靠性，同时还要满足环保要求。钻探机设计钻探机用于岩土工程勘察、水文地质勘察、工程建设基础施工等领域。钻探机主要由钻机主机、钻杆、钻头、泥浆系统、起重装置等组成。钻探机设计主要考虑钻探深度、钻孔直径、岩土类型、工作环境等因素。分级机设计分级机类型分级机主要分为旋转式和振动式两种类型，它们根据不同的应用场景和材料特性进行选择。筛网选择筛网是分级机的核心部件，其材质、孔径和形状需要根据物料的粒度、性质和产量进行合理选择。工作原理分级机通过旋转或振动将物料分离成不同粒径的等级，用于不同的应用场景。筛分机设计筛分机是一种重要的岩土工程机械，用于将不同粒径的物料进行分离。筛分机的设计要考虑筛网的材质、尺寸、形状、振动频率等因素，确保筛分效率高、能耗低。常见的筛分机类型包括振动筛、滚筒筛、旋转筛等，不同的筛分机类型适用于不同的物料特性和筛分要求。筛分机设计需要结合具体的工程实际情况，选择合适的机型和参数。卸载机设计卸载机是用于将物料从运输工具卸到堆场或料仓的机械。主要用于散装物料的卸货，例如煤炭、矿石、粮食等。卸载机根据结构和工作原理的不同，可以分为多种类型。堆取料机设计堆取料机是一种用于堆放和取料的工程机械。主要用于散装物料的堆放和取料作业，例如煤炭、矿石、粮食等。堆取料机的结构形式多样，常见的形式有桥式堆取料机、门式堆取料机、塔式堆取料机等。堆取料机的设计要考虑以下因素：工作环境、作业要求、物料特性、设备安全性和经济性等。设计过程中要进行强度计算、刚度分析、稳定性评估等。叉车设计叉车是一种重要的物料搬运机械，在各种工业领域中发挥着重要作用。叉车设计需要综合考虑其性能、结构、安全、可靠性、经济性等因素。设计中需要进行动力系统、传动系统、液压系统、控制系统等方面的研究和优化。起重机设计结构设计起重机结构设计需要考虑安全性和可靠性，同时要满足起重能力和工作范围的要求。起重能力起重能力是指起重机可以安全起吊的重量，是设计的重要参数。控制系统控制系统用于控制起重机的运行，确保安全和高效操作。工作原理起重机的工作原理是通过机械装置将重物提升到指定位置。液压传动设计液压传动原理液压传动系统利用液压油作为动力介质，通过液压泵、液压马达等部件将机械能转化为液压能，再转化为机械能，从而实现运动控制。液压传动优势液压传动具有功率大、效率高、控制灵活、操作简便等优点，广泛应用于岩土工程机械。液压元件选择根据机械的工况和性能要求，选择合适的液压泵、液压马达、液压阀等元件，并进行合理的组合。液压系统设计根据机械的运动特性和工作要求，设计液压系统，包括液压回路、管路布置、安全保护等。电气传动设计11.电机选择电机功率、转速和工作特性要与机械设备相匹配，保证设备的正常运行。22.控制系统设计控制系统应可靠、安全、便捷，实现对电机的启动、停止、调速和保护等功能。33.电气元件选型选择可靠性高、性能稳定的电气元件，确保电气传动系统可靠运行。44.电气线路设计电气线路设计应合理、安全，并符合相关规范要求。振动传动设计振动传动原理利用机械振动传递能量，广泛应用于振动筛、振动压路机等设备。传动系统设计设计合理的传动机构，保证振动频率和振幅，提高工作效率。振动特性分析分析振动传动系统的振动频率、振幅和能量传递效率。噪音控制采用隔振、吸声等措施，降低振动传动系统的噪声。机械传动设计传动效率机械传动系统效率影响机械功率损失，需要进行优化设计。传动平稳性传动系统应尽量平稳，避免冲击和振动，提高机械使用寿命。传动可靠性选择可靠的传动方式，保证机械长时间稳定工作，避免故障发生。传动成本合理选择传动方式，平衡传动效率、可靠性和成本，满足经济性要求。钢结构设计材料选择根据载荷和环境条件，选择合适的钢材，如低碳钢、高强度钢、耐腐蚀钢等。连接方式常见的连接方式有焊接、螺栓连接、铆接等，选择合适的连接方式，保证结构的强度和稳定性。结构形式根据不同的应用场景，选择合适的结构形式，如桁架结构、框架结构、网架结构等。施工工艺需要考虑施工的可行性，确保结构的安装精度和安全。材料选择与热处理11.材料选择岩土工程机械需要高强度、耐磨损、耐腐蚀的材料。常见的材料包括钢材、铸铁、铝合金等。22.热处理热处理可以改善材料的机械性能，例如强度、硬度、韧性等。33.表面处理表面处理可以提高材料的耐腐蚀性、耐磨损性、美观性等。44.材料测试材料测试可以确保材料的质量，满足设计要求。润滑系统设计润滑油选择润滑油的选择至关重要，需要根据机械的运行环境、工况条件和载荷大小进行选择。不同的润滑油具有不同的粘度、抗氧化性、抗磨损性等性能，需要根据实际需求进行选择。润滑系统结构润滑系统结构的设计需要考虑润滑油的输送、过滤和冷却等方面。常见的润滑系统结构包括循环润滑系统、压力润滑系统和油浴润滑系统等。润滑脂润滑脂是一种稠密的润滑剂，通常用于需要长时间润滑的部位，例如轴承、齿轮等。润滑系统维护润滑系统的维护是保证机械正常运行的重要环节，需要定期检查润滑油的油位、清洁度和性能，并及时更换润滑油。安全性与可靠性设计安全设计岩土工程机械安全设计至关重要。设计应确保设备在操作过程