工-程-機-械教材

2024/2/111工程機械0緒論第一章

土的切削理論第二章

行駛理論第三章

牽引平衡與牽引性能第四章

工程機械設計總論第五章

典型工程機械設計第六章

其他工程機械2024/2/1120緒論一、工程機械分類、型號、組成二、工程機械的主要性能三、工程機械的發(fā)展方向四、工程機械產品設計2024/2/113第一章 土的切削理論一、土壤分類二、土壤的物理機械性質三、土的切削理論2024/2/114第二章行駛理論第一節(jié)

輪式行走機構第二節(jié)

履帶式行走機構2024/2/115第三章牽引平衡與牽引性能一、工程機械的牽引平衡二、工程機械的牽引性能2024/2/116第四章工程機械設計總論一、設計工程機械的基本原則二、工程機械總體設計三、總體設計方法四、工程機械的技術與經濟指標2024/2/117第五章典型工程機械設計一、推土機設計二、裝載機設計三、鏟運機設計四、單斗液壓挖掘機設計2024/2/118第六章其他工程機械§6.1

架橋機械§6.2

鋪軌機械§6.3

鑿巖機械§6.4

盾構機械與頂管技術§6.5

掘進機械2024/2/119一、工程機械分類、型號、組成1、工程機械分類2、工程機械型號3、工程機械組成2024/2/1110工程機械型號編制方法：1

基本型號的編制 由類、組、型、特代號與主參數代號組成。

e.g.ZL50 輪式裝載機，Z為裝載機中“裝”的漢語拼音第一個字母的大寫，L為“輪”的漢語拼音第一個字母的大寫，50為主參數——額定載重量（KN）。2 改進型號的編制 由基本型號與改進代號A、B、…、Z組成。

e.g.ZL50C輪式裝載機，C為第三次改進。

2024/2/1111工程機械分類

所有建筑、筑路工程中所用的機械，均稱為工程機械。一般按用途來劃分，它可分為14大類：⑴挖掘機械⑻鑿巖機械與氣動工具⑵起重機械⑼裝修機械⑶鏟土運輸機械⑽鐵路線路機械⑷混凝土機械⑾叉車⑸壓實機械⑿路面機械⑹樁工機械⒀軍事工程機械⑺鋼筋和預應力機械⒁其他工程機械。此外，還可以按其他方式分類，如質量、功率等。2024/2/1112工程機械組成動力裝置 內燃機，電動機，尤其是內燃機中的柴油機，是工程機械的常見動力裝置。2 底盤（1） 傳動系（2） 行走系（3） 轉向系（4） 制動系3 工作裝置 各種工程機械的主要不同，在于其工作裝置的不同與總體設計的各異。2024/2/1113工程機械的主要性能主要性能參數1）功率參數。如動力裝置功率、力和速度等。2）質量參數。如整機質量、作業(yè)質量等。3）尺寸參數。如工作尺寸、整機外形尺寸等。4）經濟性參數。如作業(yè)周期、生產率等。2024/2/1114工程機械發(fā)展趨勢：工程機械發(fā)展趨勢可歸納為以下幾個方面：1．不斷提高單位機械重量的比功率，生產率；2．不斷提高工作裝置的通用性與可換裝的工作裝置的品種數，充分利用同一底盤，使一機多用；3．不斷提高整機安全性，注意合理降低整機重心，增加整機的穩(wěn)定性，加裝各種必要的安全裝置監(jiān)測監(jiān)控與翻車保護架、落物保護棚；4．不斷提高作業(yè)舒適性，如裝封閉式司機室與司機室空調裝置，司機室與座持的優(yōu)化設計等；5．不斷降低工程機械作業(yè)時的噪音，對內燃機的廢氣排放采用機內凈化法，必要時加機外凈化法予以有效控制。2024/2/1115工程機械產品設計和試制步驟一、產品設計主要環(huán)節(jié)：1）下達或提出任務書及研究。明確設計任務；2）草圖繪制。選用合適總成結構型式，繪制總圖；3）組織審查。對草圖方案進行論證、審查；4）技術設計。對各總成提出正式要求，進行詳細設計計算；5）工作圖設計。繪制工作圖紙，并編制全部技術文件。二、樣機試制：檢驗設計圖紙的正確性及工藝的可行性，以便修改設計。三、工業(yè)試驗及鑒定：對樣機進行現(xiàn)場試用，檢查是否滿足設計要求。2024/2/1116第一節(jié)土壤分類一、按土壤的一般特性分類

(一)無粘性土壤無粘性土壤又稱為摩擦性土壤，其顆粒之間無粘聚力或粘性，如砂土、干砂等。無粘性土受到外力作用后，在剪應力作用下而破壞。

(二)粘性土壤粘性土壤的顆粒之間有粘聚力或粘性存在，如粘土。粘性土受到外力作用后，同樣因剪應力作用而破壞。C——粘聚系數，對無粘性土壤，C=0，對粘性土壤，C≠02024/2/1117二、按土壤的粒度分類

土壤按其顆粒大小分為：卵石及碎石——顆粒直徑20~200mm

礫石——顆粒直徑4~20mm；砂?！w粒直徑2~4mm；砂——顆粒直徑0.25~2mm；細砂——顆粒直徑0.05~0.25mm；泥砂——顆粒直徑0.05~0.005mm

粘土——顆粒直徑0.005mm以下三、按土壤的等級分在研究機器與土壤相互作用時，為表示土壤的可切削性、土壤的密實度、松散性，可按土壤的沖擊指數和切削比阻力分為4個等級。2024/2/1118第二節(jié)土的物理機械性質

土的物理機械特性：土對機器的反作用過程中表現(xiàn)出來的強度、變形及兩者之間的關系(應力---應變關系)。

1 土壤的含水量與塑性土壤的含水量：土壤中所含水的質量與土顆粒的質量之比。 土的塑性：土在外力作用下改變形狀并在外力去除后保持這一形狀的能力。 當含水量大于一定界限時，粘性土會呈現(xiàn)某種流動狀態(tài)，這一含水量稱為粘性土的流動界限(液限)或稱為塑性上限。當含水量小于某一界限時，則粘性土壤會失去壓延性而變成硬性的固體狀態(tài)；這一極限含水量稱為粘性土的壓延界限(塑限)或稱為塑性下限。

2 土的密度與重度 自然密度，干密度，自然重度

3 土的粘著性 土的黏著性：土粘著在其他物體上的能力。 對工作裝置的影響：增加了鏟掘阻力，減少了工作裝置的有效容積。

4 松散系數ks

松散系數：同一重的土，挖松后與挖松前土的體積之比。2024/2/1119第三節(jié)土的切削理論一、土的破壞形式及其應力狀態(tài)

1土的破壞形式土的破壞形式取決于土的種類、濕度和切削深度，大體上土有三種類型：塑性指數高的粘土和松散狀的土呈流動型破壞(圖a)；塑性指數低的粘土和硬而密實土呈剪裂型破壞(圖b)；塑性指數較高的粘土在小切削角時呈流動型破壞，而在大切削角時呈斷裂型破壞(圖c)。a)流動型b)剪裂型c)斷裂型 2土的應力狀態(tài) 土體在受壓縮主應力的作用下，是沿著一定方向的剪切面發(fā)生破壞的各種特性的土在被剪切破壞時，剪切面的方向和壓縮主應力的大小都不一這取決于土的物理機械特性。2024/2/1120

若土體受主應力

1和

2的作用，且

1>

2?，F(xiàn)在要想知道的是在任一斜面m—n上某一處的法向應力和剪切應力的情況。這任一斜面m—n將士體割成兩個三角形的塊，把下面的一小塊單獨拿出來作為脫離體來討論。在這個三角形的單元體上，已知的

1和

2必由作用在斜面上的法向應力

和剪切應力

所平衡，根據∑x=0和∑y=0的平衡條件，則有：土內應力狀態(tài)分析莫爾應力圓上式所對應的圖形，是距坐標原點有一段距離的、以為1/2（

1-2）半徑的莫爾圓。2024/2/1121

二、土體的極限平衡狀態(tài)

根據土的剪切試驗，又有土體剪切強度數學模型：

=C+tg。這兩種模型表示了土體應力狀態(tài)的兩種不同情況：后者是根據土的剪切試驗所測得的強度極限值得到的數學模型。而前者則是描繪土體內某點上的應力狀態(tài)，其應力值并未達到極限值。將兩圖繪于同一坐標上，便得到下圖。極限平衡圖解土體剪切滑移面方向莫爾圓可能與直線相切，也可能不相切。如果相切，則表示土體的應力達到了極限狀態(tài)，否則應力沒有達到極限狀態(tài)，極限平衡狀態(tài)稱作郎肯(Rankine)狀態(tài)。因此，滑移面與大主應力作用面所夾的角度

=45°+/2。2024/2/1122三、切削阻力計算(一)鏟裝刀片的結構2024/2/1123(二)切削阻力切削阻力與土壤性質和切削刃的幾何參數有關。2024/2/1124第一節(jié) 輪式行駛機構一、車輪滾動運動學輪式行走機構在整機中所起作用是：(1)行走機構，將驅動輪的旋轉運功轉變?yōu)闄C器的前進運動；(2)支承結構，將垂直載荷傳遞給滾動表面；(3)導向裝置，能保證機器運動時可按需要改變運行方向；(4)彈性懸掛裝置，起一定的緩沖減震作用，使機器平穩(wěn)運行。

車輪有三種典型運動情況。(一)純滾動車輪上任一點i的實際速度(即絕對速度)為：Vi=

·ri(二)滑移車輪的實際速度V大于理論速度VT。V=VT-VS（VS為牽連速度）(三)滑轉車輪的實際速度V小于其理論速度VT，即V=VT-VS工程機械的行走機構有兩種基本類型：輪式行走機構和履帶式行走機構。2024/2/1125車輪在剛性地面上滾動運動分析車輪的幾何中心o至瞬時速度中心之距離稱為滾動半徑，其值隨運動情況而變，可按下式計算：rk=V/

2024/2/1126二、車輪滾動動力學

車輪滾動動力學上要討論車輪在滾動中的受力狀態(tài)

一）靜載荷作用下的車輪滾動受力分析車輪有三種工況：從動輪工況、主動輪工況和自由輪工況。(一）從動輪的受力從動輪的受力情況如圖所示。車輪的軸載荷為GK，車架對車輪的推力為Px，變形路面對車輪的反力的合力為Rn，Rn可分解為RX和R，R與車輪中心支承點O1之距為a。Rx與車輪中心距離近似為rc。由平衡關系求得：PX=Gka/rc令a/rc=f，則PX=GKf式中a—滾動摩擦系數；

f一車輪的滾動阻力系數

rc—車輪的動力半徑。定義Pf＝GKf為滾動阻力2024/2/1127試驗證明：動力半徑rc和車輪的自由半徑r0(車輪末受載荷時的半徑)有如下近似關系：2024/2/1128(二)驅動輪受力分析驅動輪的受力情況如圖所示。車輪的軸載荷為GK，車梁對車輪運行的阻力Fx，驅動力矩為Mk，變形路面的反力為Rn,它可分解為水平反力(即推動車輪向前運行的牽引力P）和垂直反力R。根據力的平衡，可得到Pk——驅動輪的園周牽引力(即切線牽引力)。P就是平衡Fx、并保持車輪穩(wěn)定運行的有效牽引力(三)自由輪受力分析僅受軸載荷GK、驅動力矩MK作用無拖動負荷(即FX=0)的驅動輪稱為自由輪。2024/2/1129它是驅動輪的—種持殊工作狀態(tài)。自由輪的受力情況如圖所示。由平衡關系可得到：可以看出：在白由輪工況，驅動力矩從用于克服滾動阻力矩，此時驅動輪的有效牽引力P=0。2024/2/1130三、附著牽引力

附著牽引力是θ＝∞時(車輪全滑轉時)驅動輪在某種路面條件下可能產生的最大牽引力Pmax，它決定了機器的最大驅動能力、結構設計的載荷，可判明整機重量分布情況是否合理，發(fā)動機功率是否選擇得當。研究附著牽引力Pφ、附著系數φ的確定方法具有重要意義。式中Gk——驅動輪載荷2024/2/1131第二節(jié)履帶式行走機構

一、履帶式行走機構的基本構造

履帶式行走機構的基本構造如圖所示。它由驅動輪1、履帶2、支重輪3、履帶張緊裝置和導向輪5、托輪6、臺車架4和懸架彈簧等組成。履帶式工程機械的上部重量通過機架傳遞給臺車架，通過支重輪、履帶作用于地面。由發(fā)動機、傳動系傳給驅動輪的驅動力矩通過履帶式行走機構轉變?yōu)轵寗恿?，推動機器運行。二、履帶式行走機構的行駛原理履帶式行走機構是依靠驅動鏈輪與鏈軌嚙合、并卷繞履帶接地段時，地面對履帶接地段的切入土壤的履齒產生的反作用力來推動機器向前運行。其行駛原理如圖所示。2024/2/1132三、履帶式行走機構的特點1.機器的全部重量經支重輪壓在履帶的接地段上，附著重量等于整機重量。這相當于全輪驅動的輪式機械。履帶與地面之間的附著力由履帶與地面之間的摩擦力和切入土短的履齒所受的土壤剪切變形抗力構成，因此附著性能較好。2．與同功率的輪式機械相比，由于履帶支點面積大，接地壓力較小(一般小于0.1MPa)。所以對于泥濘、沼澤和松軟路面的通過性較好。3.履帶式行走機構重量大，運動慣量大，內部構件運動沖擊大，因而運行速度受限制，—般用于低速運行場合。4.結構復雜，機構內部的活動關節(jié)多，且磨損嚴重，維修工作量大，保養(yǎng)調整不便。四、履帶式行走機構的動力學（1）履帶式行走機構驅動輪上的動力平衡

若忽略驅動輪與鏈軌嚙合時的摩擦、驅動輪軸承的摩擦及履帶振動等因素造成的功率消耗，則發(fā)動機傳遞給驅動輪的力矩將用于克服作業(yè)阻力、履帶沿路面運行的滾動阻力和履帶臺車內部各相對運動零件之間的內摩擦阻力矩，式中Mp——克服作業(yè)阻力所需的力矩

Mf——克服履帶沿地面滾動的阻力所需的力矩

Mm——克服履帶臺車內部摩擦力所需的力矩2024/2/1133又：2024/2/1134(2)履帶式行走機構的等效力矩方程2024/2/1135驅動輪輸出的有效驅動力矩為因此，驅動輪軸上的動力平衡方程式為：2024/2/1136五、履帶式行走機構的行駛阻力1.滾動阻力履帶式行走機構的滾動阻力是指從驅動輪開始的整個行走機構在行駛時產生的阻力。滾動阻力由兩部分構成。一部分是內部阻力，它是由行走機構的各摩擦副中的摩擦阻力所產生的。另一部分是外部阻力，它是由行駛時在履帶作用下土壤的垂直變形而產生的。履帶式行走機構行駛時的總滾動阻力為：2024/2/11372.影響履帶式行走機構行駛阻力的內部因素(一)履帶張緊度的影響由圖中不同運行速度時，牽引功率隨履帶張緊度的變化曲線可知：①運行速度高，則履帶上下振動所消耗的功率及履帶繞過托輪、驅動輪、導向輪時的功率損失增大；②履帶過分張緊或松弛都會引起功率損失增大。（二)軸承和鉸鏈中的潤滑和密封條件的影響履帶式行走機構的內部摩擦損失均發(fā)生在軸承和鉸鏈中，為了減少這類功率消耗，延長使用壽命，應改進潤滑方式和密封結構。(三)支重輪沿鏈軌滾動摩擦的影響影響支重輪沿鏈軌滾動摩擦的主要因素是支重輪的直徑。適當增大支重輪直徑有助于減小滾動摩擦損失。但是，支重輪直徑增大，將使履帶接地比壓力分布不均勻程度加劇，引起隨地面的起伏較大，這將產生履帶板之間的相對附加轉動，增加附加的摩擦損失。同時，隨地面起伏較大，還將使文重輪沿銘軌的運行條件惡化使其滾動阻力增大。張緊度對功率消耗的影響2024/2/1138履帶式行走機構的附著性能履帶與地面之間的附著性能是指它們之間的相互作用所具有的抵抗履帶對地面滑轉的能力。當履帶式行走機構向前運行時驅動輪在驅動力矩作用下卷繞履帶，履帶與地面接觸的各部分均產生土壤反作用力，這些土壤反作用力的水平分力之總和就構成了推動機器向前運行的圓周牽引力。切線牽引力與土壤剪切應力間的關系 如圖所示，設履帶的接地長度為L。，每條履帶的支承面積為bL。，土壤的剪切應力為τ，對于大多數的塑性土壤，剪切應力τ可表示為：或：2024/2/11392024/2/1140圓周牽引力Pk與滑轉串率δ之間關系的曲線如圖。2圓周牽引力與滑轉率的關系影響履帶行走機構附著性能的因素履帶式行走機構的附著性能可用地面所能提供的附著力，即最大圓周牽引力來表示。2024/2/11412024/2/1142一、工程機械的牽引平衡鏟土運輸機械的牽引平衡是指在各種工況下的驅動力與工作阻力的平衡以及驅動功率克服工作阻力所消耗的功率之間的平衡。一）鏟土運輸機械的工況工況系指整機的工作狀態(tài)或機器與作業(yè)環(huán)境相互作用的狀況之簡稱。在眾多可能的工況中，機器在運用時經常出現(xiàn)的主要工況，對機器的設計和評價其性能有決定影響的工況，稱為典型工況。鏟土運輸機械工作過程中有兩種典型工況：牽引工況和運輸工況。研究牽引平衡的目的在于：尋求合理的總體設計、部件設計的條件和要求；規(guī)范而具體地描述、評價所設計的機器的能力和性能。1牽引工況牽引工況的主要特點是工作裝置與土壤的相互作用，工作阻力大，工作阻力變化大，且具有沖擊性。牽引工況對機器的設計要求是：1）機器的適應性較強。確保在變化較大的工作阻力下穩(wěn)定工作；2）機器在低檔工作時，應能發(fā)揮足夠大的牽引力，以便克服最大工作阻力，而且牽引效率較高；3）發(fā)動機的功率應能較好地發(fā)揮和利用；4）整機布置合理、整機性能匹配，且最大圓周牽引力小于附著牽引力P。2024/2/11432運輸工況運輸工況的應用特點：1）運用該工況的情況較復雜。2）運輸工況的運行條件變化較大。3）對于周期切土式鏟土運輸機械，運輸工況對機器的生產率有很大影響。運輸工況對機器總體設計的—般要求如下：1）速度性能好，即運行速度快，變速方便、迅速，機器加速性能好；2）機器的機動性好，能適應各種運用情況的轉向、調度要求，轉向半徑??；3）機器的通過性好，既能通過松軟、泥濘的路面，又具有較大的爬坡能力；4）機器的穩(wěn)定性好，對于復雜的工作情況，機器有足夠的縱向、橫向穩(wěn)定性。二)工作阻力計算1牽引工況阻力計算 機器在牽引工況下的工作阻力式中Pwk一機器鏟土(或鏟土裝土)阻力Pf一行走機構的滾動阻力；Pa一坡道阻力；Pj一慣性阻力。2024/2/1144

當鏟土運輸機械在運輸工況下工作時，作用于機器的阻力應包括滾動阻力Pf、坡道阻力Pa、慣件阻力Pj。對于運行速度較高的輪式機械還應包括風阻力Pw。Pw可按下式計算：運輸工況的工作阻力：三)鏟土運輸機械的牽引平衡鏟土運輸機械的牽引力平衡方程機器在牽引工況下工作時，其牽引力的平衡方程為機器在運輸工況下工作時，其牽引力的平衡方程為2024/2/11452鏟土運輸機械的功率平衡方程(一)機器采用機械傳動時的功率平衡方程考慮機器的功率平衡時，應以輸入變速箱的功率，即發(fā)動機的自由功率為依據來建立功率平衡方程。發(fā)動機的自由功率為：2024/2/1146(二)機器采用液力機械傳動時的功率平衡方程采用液力機械傳動的機器，發(fā)動機有效功率的分配和機械傳動式機器略有不同。此時增加了液力傳動裝置的功率損失NPTD：當機器在運輸工況下工作時，不存在有效作業(yè)功率Np，但應計入風阻力所消耗的功率Nw。（Nm表示傳動系的功率損失）2024/2/11472024/2/1148二、工程機械的牽引特性

(一)牽引特性的定義牽引特性是所有移動式工程機械(如鏟土運輸機械、各類牽引車輛)的主要技術特性。它是表示機器牽引性能和燃料經濟性的基本特性曲線。牽引特性的定義為：以圖解形式表示機器在一定的地面條件下，在水平地段以油門全開作勻速運行時，機器各檔的有效牽引功率Np、實際運行速度V、牽引效率ηp、小時燃油耗Gp、比油耗(燃油消耗率)gp、滑轉系數(滑轉率)δ和發(fā)動機功率Ne隨有效牽引力P而變化的函數關系的總稱，或稱牽引特性為下列函數曲線的總稱：(二)牽引特性的類型牽引特性分為理論牽引特性和試驗牽引特性兩種。通過機器的牽引試驗獲得的牽引特性能夠真實地表明機器的牽引性能和燃料經濟性，可以表明機器各基本參數之間的協(xié)調程度，還可證明理論牽引特性的準確性。如圖為是自動平地機的理想牽引特性。由該圖可以看出：先分檔繪制Vi=fv(P)，Ni=fN(P)并設想檔位無限增多，即可形成理想牽引特性的V=fv(P)，Np=fN(P)。2024/2/1149

（三）牽引特性的應用牽引特性曲線是機器的基本技術文件，無論在機器的設計或使用過程中，它們都是十分重要的。在機械的設計過程中，牽引特性被用于：研究和檢查發(fā)動機、傳動系、行走機構和工作裝置的參數之間的匹配是否合理；比較、評價各總體方案的動力性能和經濟性能，并擇優(yōu)確定設計方案；評價、判別設計方案與現(xiàn)有同類機器相比較的優(yōu)劣；通過牽引特性全面量化地描述機器的牽引性能、速度性能和經濟性。機器的牽引特性是各檔牽引性能和經濟性的全面描述。為了表示機器的牽引性能和經濟性。一般采用機器在最低檔的一組牽引特性中的某些典型工況時的特征參數。這些特征工況為：2024/2/1150（四）牽引特性的繪制方法求解機器牽引特性的方法有圖解分析法、作圖法和解析法。圖解分析法是一種計算和作圖交替進行、相輔相成的求解方法；作圖法可以將參數關系和基本特性曲線的形成過程全部以圖示直接表達；解析法從已知的發(fā)動機調速外特性的解析方程式求解牽引特性。在一般情況下用解析方程描述發(fā)動機的調速外特性是困難的，所以，到目前為止，這種方法成用較少。2024/2/1151一設計工程機械的基本原則在設計新機械或對現(xiàn)有機械進行改造設計時，設汁人員應遵循下述的基本原則：一)、滿足使用要求二)、滿足經濟性的要求機器的經濟件是一個綜合指標，它體現(xiàn)在設計、制造和使用的整個過程中。三)、滿足勞動保護的要求四)、滿足工藝性要求五)、滿足機器的結構性能要求六)、某些零件、部件要滿足耐磨性要求七)、滿足其他特殊要求如，要滿足施工工藝和施工組織的要求。2024/2/1152二、總體設計機器的總體設計是指根據技術任務書的要求，綜合分析有關的技術資料，合理地選擇機器類型與各總成的結構形式，進行正確地組合與布置，使機器的各總成構成整體，性能協(xié)調一致，并能使整機性能最化的初步設計工作?？傮w設計對整機性能起決定性作用，是機器設計成敗的關鍵。一）、總體設計的主要內容總體設計的—般性內容如下：

1．根據設計技術任務書的要求，選擇機器的形式及各總成的結構形式。

2．初步確定對機器性能起決定性影響的基本參數。機器的基本參數是指那些決定機器的作業(yè)性能、牽引性能、速度性能、經濟性、通過性、穩(wěn)定性等基本特性的整機參數?；緟狄话惆ǎ荷a率、機器的使用重量、發(fā)動機功率、最大牽引力、機器的最大與最小速度、檔位數、輪距和軸距(或履帶長度、寬度和比壓力)、外形尺寸、工作裝置的特征尺寸、工作裝置的各種操縱速度和各種操縱方式的操縱力等。

3．確定機器的總體布置及機器重心位置。

4．進行作業(yè)阻力計算。

5．進行機器在各工況下的受力分析，以尋求各部件的設計載荷

6．進行整機的穩(wěn)定性計算。

7．計算生產率及其它技術經濟指標的初步計算。

8．必要時，還應進行換裝工作裝置的初步設計。

9．繪制整機草圖。2024/2/1153二）、進行總體設計時應遵循的原則1．注意從系統(tǒng)工程學的觀點處理問題。對于大部分工程機械而言，可將其視為由若干子系統(tǒng)(總成)構成的能夠實現(xiàn)預期功能的總系統(tǒng)(整機)，其運行條件和作業(yè)對象即是系統(tǒng)的外部環(huán)境。因此，在進行總體設計時，應充分注意系統(tǒng)與環(huán)境·、系統(tǒng)內部的各子系統(tǒng)之間的相互制約、相互作用、相互依賴的相關性。即：

(1)各個部件或總成的性能應相互協(xié)調、匹配，力求整體性能的一致性和最優(yōu)化，不可盲目追求某個局部的最佳性能，否則，可能造成整體性能惡化，或產生薄弱環(huán)節(jié)即瓶頸現(xiàn)象。

(2)應力求增強機器對各種運行條件和作業(yè)要求的適應性。

(3)由于機器是由多個子系統(tǒng)(總成)有機組合而成的復雜系統(tǒng)，在進行總體設計時，應力求層次分明，正確的分解設計任務與綜合分析問題。否則難以區(qū)分某些技術問題或相關總成之間的因果關系及作用與反作用關系。

(4)應超越時間界限的束縛，綜合考慮機器在制造、運用和長途運輸中的各種要求，以及在使用中的各種工況下的要求。2．整機、部件選型及處理某些技術問題時，應綜合考慮技術上的先進性與經濟上的合理性，實現(xiàn)的可行性與可靠性。3．正確分析所設計的機器在同類機器系列中所處的地位，應為發(fā)展系列產品打下基礎，留有余地。4．由于工程機械的工況多變，受載情況復雜，應科學地處理小概率的極端工況下的受力分析及相關技術問題。5．正確地處理繼承與創(chuàng)新的辯證關系。應以采用成熟技術、成熟可靠的機電零部件進行精心設計和科學地綜合為主，也應通過深入地理論分析，進行必要的科學實驗，勇于創(chuàng)新。2024/2/1154三、總體設計的方法1．采用類比國內外技術成熟的同類機器的性能參數，取得參考值2．對現(xiàn)有國內外同類機器的某種性能參數進行統(tǒng)計分析，找出規(guī)律或綜合成經驗公式來處理問題。3．進行一定的模擬試驗，以試驗結果作為設計依據4．采用相似原理的方法，根據現(xiàn)有同類機器的主要參數按一定比例關系放大或縮小來初步確定相對應的參數。2024/2/1155四、工程機械的技術及經濟指標一）生產率生產率是指在一定的時間和一定的條件下，機器能夠完成的工程數量。它分理論（計算）生產率和運用生產率。二)技術經濟指標2024/2/1156§5.1推土機設計§5.1.1推土機用途、分類及發(fā)展概況推土機是在工業(yè)用拖拉機前端安裝推土裝置而成。能完成多種作業(yè)，如鏟土、運土、填土、平地、松土等。推土機可按不同方法分類，目前主要按功率、推土板安裝位置、鏟刀操縱方式分類：按功率分有小型（<44KW），中型（59KW~103KW），大型（>118KW）；按安裝位置則分為固定式和回轉式；按鏟刀操縱方式分為鋼絲繩式和液壓操縱式。推土機在整機和部件等方面取得了長足的發(fā)展，概括有以下幾個方面：大型、專用、一機多用化液壓化D11N推土機2024/2/1157新技術新結構廣泛應用新材料新工藝廣泛應用2024/2/1158§5.1.2推土機總體設計選型及各總成結構的選擇1）機型的確定2）各總成結構的選擇一）推土工作裝置推土機的工作裝置出推土板、頂推梁、撐桿和操縱機構等主要零部件組成。推土機鏟刀的操縱方式，一般采用液壓操縱。至于鏟刀結構，小型推土機較多采用固定式的。大中型推土機可按作業(yè)條件，選擇回轉式或固定式。大功率（200kW以上)推土機宜采用液壓操縱能垂直傾斜的固定式鏟刀。1—頂推架；2—斜撐桿；3—升降油缸；4—推土板；5—球鉸；6—水平撐桿；7一連接銷；8、9—刀片。1—頂推門架；2—升降油缸；3—推土板；4，8—萬向節(jié)連接；5—銷連接；6—支桿；7—斜撐桿；9—刀片。2024/2/1159二）主離合器有兩種形式：干式和濕式摩擦離合器三）變速箱按換檔方式分有兩種型式：機械換檔和動力換檔變速箱四）轉向離合器與制動器中央傳動多采用螺旋圓錐齒輪。轉向離合器由于工況較惡劣，采用濕式較好。目前濕式轉向離合器有兩種結構型式。一種是摩擦片壓緊靠彈簧，分離靠液壓。另一種是壓緊和分離全靠液壓。兩者相比，后者體積小、摩擦片耐磨、壽命長，但油溫升高較快，需冷卻系統(tǒng)。轉向制動器一般采用外帶式結構，以轉向離合器從動鼓作為制動鼓，結構簡單緊湊。轉向制動器也有采用濕式的。轉向操縱系統(tǒng)包括轉向離合器操縱和轉向制動器操縱。轉向離合器操縱機構目前有機械式、液壓助力式，液壓式三種。機械式結構簡單，多用在小型推土機上。由于機械式操縱力大，為了改善勞動條件，提高作業(yè)效率，目前大中型推土機廣泛采用液壓助力式或液壓式操縱系統(tǒng)。轉向制動器的操縱，一般仍采用簡單的踏板杠桿機構。國外也有采用液壓操縱的，這種操縱型式雖然操縱輕便，但結構較復雜。五）懸架履帶推土機懸架的選擇，考慮到平穩(wěn)推土的要求及懸架結構的特點，絕大多數采剛性懸架。有些高速行駛的履帶推土機采用彈性懸架。六）終傳動一般采用二級直齒輪減速或行星齒輪減速。這樣可使終傳動速比較大，以減輕終傳動之前傳動元件的負擔。直齒輪終傳動結構簡單，中小型推土機較常用。行星齒輪終傳動，傳動速比大、結構緊湊、體積小，但結構及調整均較復雜。七）驅動鏈輪為使驅動鏈輪均勻磨損，延長使用壽命，其齒數一般為奇數。驅動鏈輪的結構和傳動的型式有直接關系，從發(fā)展趨勢來看，一般采用齒圈式或齒塊式，以利拆裝。八）引導輪與支重輪引導輪多采用箱式結構較多。支重輪采用凸肩軸、浮動端面油封、雙金屬滑動軸套結構。九）履帶與張緊緩沖機構履帶采用組合式履帶結構，使用標準節(jié)距的單筋高履刺的軋制履帶板，其連接型式，目前多采用直銷軸連接。行走裝置的車張緊緩沖機構，一般采用調節(jié)方便、省力的油壓調節(jié)式。2024/2/1160推土機總體參數的選擇1)推土機重力與接地比壓推土機重力對總體性能影響很大，它是衡量發(fā)動機功率利用的一個重要參數。推土機的重力有使用重力Gs，和結構重力Gj。推土機結構重力的確定需考慮以下諸因素：從減少鋼鐵消耗、減小接地比壓，提高通過性，減小滾動阻力，提高牽引性能等來考慮，宜小；另一方面，若為了增加附著牽引力，提高穩(wěn)定性等，則宜大些，但加大后，不僅滾動阻力增加，并且影響重力與功率的協(xié)調關系，因此一般不希望過大。推土機結構重力和發(fā)動機額定功率之間關系需協(xié)調，亦即兩者匹配要合適。2)推土機行走速度推土機的行走速度直接影響其生產率。在選擇速度檔位時，既要考慮推土機在復雜和惡劣工況時，對牽引力有較大變動幅度的要求，又應考慮一機多用，各種配套的工作裝置所需要的不同速度。對機械傳動推土機，速度檔位多為前4后2至前5后4之間。液力傳動較多采用前2后3。推土機的行走速度包括切土速度、運土速度、返回速度、倒行速度。一般是1、2檔用來切土，2、3檔運土，3檔以上為空行返回。倒檔速度一般比該前進檔的速度高25％~40％。3)推土機鏟刀升降速度推土機鏟刀升降速度是一個瞬時變量，但一般是指鏟刀切削刃沿地面垂直方向的平均升降速度。鏟刀升降速度是影響作業(yè)效率的一個因素。提高鏟刀升降速度，則鏟刀升降迅速，動作靈敏、作業(yè)可靠、推土效率高。鋼索操縱推土機的鏟刀，靠自重下落，上升靠絞盤鋼索牽引。液壓操縱推土機的鏟刀靠液壓油缸升降，原先在0.1~0.2m／s之間，現(xiàn)在已超過0.2m／s，有的已接近或超過鋼索推土機鏟刀提升速度。由于鏟刀油缸的活塞桿一般與鏟刀直接相連，而且為下置形式，因此鏟刀提升速度略大于下降速度。4)推土機牽引力它是最基本的總體參數之一，牽引力選擇得是否合適，直接關系到總體性能的好壞。推土機牽引力關系到切線牽引力、附著力、頂推力、比推力等。2024/2/11613鏟刀升降機構運動學分析

在確定鏟刀提升速度之前，需對鏟刀提升機構作運動學分析。通過比較，選取較合適的運動學特性曲線，以滿足作業(yè)要求。如圖為液壓推土機鏟刀提升機構的幾種結構簡圖。其中圖a是最普遍采用的結構形式，即鏟刀油缸傾斜的配置在拖拉機前部，油缸活塞桿直接與頂推架或推二卜板鉸接。鏟刀升降機構由頂推架、活塞桿、油缸體、機體等組成四桿機構，從而構成了A、B、C三個轉動副及X移動副的四副機構。液壓推土機鏟刀提升機構結構簡圖1—活塞桿，2—油缸體，3—頂推架，4—機體

首先繪制機構運動圖(見圖)，其中A點系頂推架與鏟刀油缸活塞桿鉸接點；B點為鏟刀油缸與拖拉機前部鉸接點；C點為頂推架與拖拉機臺車架鉸接點，頂推架繞此點回轉；O點系鏟刀切削刃。將鏟刀切削刃位移軌跡分為若干等分，如圖中分為六等分圓弧。2024/2/1162鏟刀升降機構運動分析圖2024/2/1163

設VDb和aDb分別表示鏟刀切削刃D點的瞬時提升速度和沿地面垂直方向的瞬時提升加速度，通過圖解法可以求出鏟刀任—位置的速度和加速度。通過各等分點的速度和加速度的圖解，可得到沿地面垂直方向的相應參數的變化曲線，即運動學特性曲線。

圖a、b分別為某推土機的VDb和aDb曲線圖。從圖中可見，鏟刀提升過程中，·開始速度較快，鏟刀迅速提起，后來漸漸減速，終了速度最低，沖擊減小。一般來說，VDb的變動范圍不宜大于其平均值的10％，另外由作業(yè)要求，希望鏟刀提升時間盡量縮短。當選擇不同鏟刀結構尺寸及液壓系統(tǒng)參數后，繪得的特性曲線也不同。根據上述兩原則，最后確定一條較合適的特性曲線。鏟刀機構運動學特性曲線2024/2/1164鏟刀升降速度的影響因素

液壓推土機的鏟刀升降速度與鏟刀結構尺寸、液壓元件參數、推土速度等因素有關。由杠桿原理可知，鏟刀伸出拖拉機的懸臂越長，鏟刀與油缸活塞桿鉸接點至鏟刀前端的間距越大，鏟刀升降速度就越高；另一方面，從推土機作業(yè)時要求鏟刀升降力大，結構強度和剛度好、平地質量高等方面考慮，這就希望懸臂長度及間距盡量的短。因此在鏟刀結構設計時需綜合考慮以上兩方面。鏟刀升降速度與油缸活塞的運動速度直接有關。而活塞的速度取決于液壓系統(tǒng)油泵的流量、活塞及活塞桿的直徑、油缸個數等參數。若系統(tǒng)壓力不變，采用大流量油泵或縮小油缸直徑，能提高鏟刀升降速度，但縮小油缸直徑隨之鏟刀升降力減小。國外有些液壓推土機，采用大流量油泵及單個鏟刀升降油缸，因此其鏟刀升降速度較高。具有單個鏟刀升降油缸的推土機，同一般雙油缸的相比，省去一油缸，在鏟刀升降力足夠的情況下，如果油泵流量相同，則鏟刀引·降速較陜；而當升降速度相同時，則油泵流量可減小一倍。鏟刀升降速度的提高，要求油缸活塞速度相應加快，因此活塞就易撞擊油缸蓋，油缸及鏟刀的慣性沖擊和噪音現(xiàn)象也趨嚴重。為了改善這一情況，除了在油缸兩腔油路中裝設過載溢流閥外，往往還在鏟刀油缸內部裝設緩沖裝置。這樣當活塞行程終了，使得回流阻力增大，致使活塞減速，起緩沖作用。據美國一些液壓件廠推薦，油缸速度在0.1m／s以下或油缸行程在l00mm以內的，采用無緩沖裝置的油缸；而當油缸速度超過0.2m／s或油缸行程在l00mm以上的情況下，采用帶緩沖裝置油缸。因此推土機油缸一般均需考慮緩沖，目前較多采用的是在活塞上增設緩沖閥。2024/2/11654推土機總體布置①總體布置內容

(1)確定各部件在整機上的位置，并對各部件控制尺寸提出要求；

(2)確定各部件間及部件與整機間的安裝連接方式；

(3)估算推土機重量及其重心位置，并對各部件控制重量提出要求；

(4)布置各操縱機構及駕駛室；

(5)審核各種運動零部件的運動空間，排除一切干涉；

(6)充分考慮推土機的各種可換及附加的工作裝置；

(7)注重零部件的三化(系列化、標準化、通用化)?？傮w布置原則在進行總體布置時需考慮以下要求：

(1)提高穩(wěn)定性能例如整機重心高度，在保證必要的離地間隙情況下應盡量降低。

(2)有利于提高作業(yè)效率例如駕駛室位置要保持良好的視野。

(3)有利于提高傳動效率例如傳動部件應盡量緊湊、避免過長的傳動線路。

(4)維修方便如傳動部件損壞后，在現(xiàn)場就能方便的檢修、更換。2024/2/1166§5.1.3推土機穩(wěn)定性計算

穩(wěn)定性計算目的是為了使推土機在任意工況下保持平衡，避免傾翻、滑移、保證作業(yè)安全。通過穩(wěn)定性計算，確定推土機的最大爬坡角、檢查總體布置及結構尺寸是否合理、以及檢驗發(fā)動機功率能否充分發(fā)揮。推土機穩(wěn)定性分為作業(yè)過程中穩(wěn)定性和坡道運行穩(wěn)定性。一、作業(yè)穩(wěn)定性作業(yè)穩(wěn)定性包括推土穩(wěn)定性及牽引穩(wěn)定性。1推土穩(wěn)定性推土穩(wěn)定性的計算有兩種工況，即切削工況和鏟入工況。

(1)切削工況此時計算條件：為：推土機在水平地面作業(yè)、切深最大、滿鏟、并以最大牽引力勻速前進的同時提升鏟刀的瞬間工況(見圖)。此時作用在鏟刀上的載荷有：土對鏟刀切削反力Px和Pz、提升鏟刀產生的土的剪切阻力Qτ、以及鏟刀提升時所帶起的土重G’t。在此工況下，由于鏟刀上垂直載荷的方向均向下，壓力中心前移。如前所述，壓力中心前移量不能過大，否則使接地比壓趨于嚴重不勻，這不僅降低附著性能、容易失穩(wěn)，而且會引起運行阻力大大增加，造成行走裝置加快磨損。壓力中心移動范圍，一般在履帶接地中心兩端各為接地長度的1／6。設壓力中心距驅動鏈輪中心的水平距離為x，最前端支重輪至驅動輪中心水平距離為c，那末必須保證x≤c才能避免出現(xiàn)翹尾現(xiàn)象。x值可由以下力平衡方程式求得。切削工況穩(wěn)定性2024/2/11672024/2/1168(2)鏟入工況此時計算條件為：推土機在水平地面勻速運動，使鏟刀強制入土。由于土對鏟刀垂直反力Pz方向向上，壓力中心后移。同理，壓力中心后移量不能過大。設最末端支重輪至驅動輪中心水平距離為c’，那末必須保證x≥c’，才能避免出現(xiàn)抬頭現(xiàn)象。x值可由以下力平衡方程式求得：2．牽引穩(wěn)定性推土機有時牽引拖式鏟運機、平地機等作為牽引車用，此時穩(wěn)定性計算的條件為：推土機于水平地面，以最大掛鉤牽引力作勻速直行牽引作業(yè)(上圖)。為避免抬頭失穩(wěn)現(xiàn)象出現(xiàn)，必須使x≥c’。x值可由下式確定：2024/2/1169二、坡道運行穩(wěn)定性坡道運行穩(wěn)定性包括推土機在坡道上縱向運行穩(wěn)定性和橫向運行穩(wěn)定性。1．推土機縱向穩(wěn)定由作業(yè)穩(wěn)定性計算可知：當壓力中心位置滿足c’≤x≤c時，推土機不會失穩(wěn)，推土機在坡道上縱向運行也符合此條件。2024/2/11702．推土機橫向穩(wěn)定橫向穩(wěn)定性反映了推土機在坡道上，橫坡行駛及停放不致傾翻的能力。橫向穩(wěn)定的極限角也稱橫向臨界坡角，其計算如下：三、抗滑移穩(wěn)定性推土機在坡道上運行受附著條件限制。推土機在坡道上不下滑的極限坡角稱為抗滑移坡角，其計算如下：

它即為推土機在坡道上縱向運行的抗滑移坡角。同樣，也可得到推土機在坡道上橫向運行的抗側滑的極限坡角：αmax=tg-1φ，φ——附著系數。2024/2/1171§5.1.4工作裝置設計①推土板的合理形狀與主要參數的選擇對不同形狀推土板的橫截面加以研究后看出，當前多采用大曲率半徑圓弧型推土板。圖表示了不同的推土板的推土情況。合理的推土板橫截面是變曲率半徑的截面，即上部曲率半徑較小，下部曲率半徑較大并安裝平刀片形成合適的切削角。這種推土板具有足夠的高度和良好的切削條件，刀刃所切下的土壤形成上屑，并能沿板面流動、翻滾，工作時消耗能量比較小。如圖。推土板的主要參數包括尺小參數指推上板高度H、寬度B和形狀參數，即推土板曲率半徑R、中心角ω、翻倒角ψ、切削角δ、回轉角φ以及切削刀片的尖角β、后角α、刀片長度B等。2024/2/1172角鏟式推土板推土板高度2024/2/1173直鏟式推土板一般是由以R為半徑圓弧和上段是直線下段為平刀片組成。推土板高度可由下式計算：±6~12o，人工調整式為±5o2024/2/1174②推土機的牽引計算推土機牽引力和牽引功率的確定，應取推上板前堆滿土壤的瞬時作為計算位置。此時推土機牽引力將克服滾動阻力Pf、坡道阻力Pa，還需要克服土壤切削阻力Pg、推土板前堆積土壤的移動阻力Py及土壤沿推土板面上升的摩擦阻力Pm。對直鏟式推土機：推土板切削土壤的切削阻力切線牽引力Pk＝Pz推土板前堆積上壤的移動阻力土壤沿推土板上升的摩擦阻力推土機工作過程中的總阻力2024/2/1175

計算角鏟式推土機的切線牽引力時，要考慮回轉角對切削、土堆運移和土壤沿推土板上升時摩擦阻力的影響，另外還需要考慮土壤沿推土板作縱向運動的摩擦阻力。③推土裝置受力分析工作裝置的強度計算，首先要選擇推土機的計算位置擬定計算條件；其次，確定作用在推土機上的外載荷及作用在工作裝置各構件上的力，最后對工作裝置的零部件進行強度計算。(1)計算位置的選擇分析推土機強制切上、切削土壤、提升、運移、卸土、空回等作業(yè)過程，從強度觀點可選擇如下幾個計算位置。

1）推土機正常作業(yè)時推土板中點碰到障礙物。計算條件是推土機沿水平表面運動；推土板由切削位置起升到運輸位置；在推土板起升的同時，推土機以最大的頂推力移動，考慮慣性載荷。在這個位置對推土板、支架和液壓系統(tǒng)的零部件進行強度計算。

2）推土機正常作業(yè)時推土板邊上—點碰到障礙物。計算條件與1相同。此時，對固定式推土板的推土梁、斜撐桿和鉸鏈，對回轉式推土板的頂推桿、支架部鉸鏈進行強度計算。

3）在液壓操縱的推土機強制切土時，計算條件除與1相向外，還要考慮切削深度等于零，油缸推力參加切土等條件。以此作為確定液壓操縱系統(tǒng)和對推土機進行強度計算的依據。(2)外載荷的確定推土機工作過程中作用在工作裝置上的外載荷有重力G、鉸C處外力Pc、油缸力S以及土壤反力P，如下圖所示。2024/2/11762024/2/11772．鉸C處反力Pc鉸C處反力Pc可分為Xc和Zc，當推土機在水平地面上運動，起升機構在中間位置時，Xc等于拖拉機(或牽引車)的頂推力Tg：2024/2/11783．土壤反力P

假定土壤對推土板表面的勻布載荷集中作用到推土板刀刃中點上。當推土機作業(yè)時，作用到推土板上的外載荷有土壤對磨鈍了的刀刃反力R1、R2；土壤對推土板的作用力Nc(分為正壓力Rc、摩擦力Fc)。將以上各力在相應的坐標軸上投影，可求出P的分力P1、P2，如圖。4．起升機構的力S

液壓操縱的推土機，推土板的動作靠雙作用液壓油缸來完成，因此油缸力必須綜合考慮推土板強制切土和從土中拔出推土板兩種工作狀態(tài)。推土板升降油缸的力取決于推土機的工作狀態(tài)和推土機的整機穩(wěn)定性。2024/2/1179①油缸推力的確定推土機在水平地面進行強制切土時，油缸所具備的推力由工作裝置平衡條件求出。其推力為：②油缸拉力的確定推土機切削終了，推土板由切削位置變?yōu)檫\輸位置，工作裝置提升時，起升力即油缸拉力。2024/2/1180油缸拉力的最大值受整機穩(wěn)定條件限制，此時拖拉機會繞A點傾翻，如圖

(3)工作裝置各構件的受力計算工作裝置各構件的受力計算就是根據上述的計算位置和外載荷，用解析法或圖解法求出工作裝置各構件上的力以便進行構件的強度計算。2024/2/1181固定式鏟刀受力圖回轉式鏟刀受力圖2024/2/11825.推土機工作裝置動力設計分析2024/2/11832024/2/11842024/2/1185④松土工作裝置松土裝置是推土機的主要組成部分，位于后部。用得多的是刀齒切削角可調的四桿機構式，用液壓缸使之升降，如圖所示。中間用一個液壓缸起升降松土刀齒的作用，上部用兩個并聯(lián)液壓缸代替桿件以調節(jié)切削角。刀齒有單齒式，多用于重型推土機；有三齒式，根據工作情況與土壤巖石的不同，也可卸下中間刀齒，則為二齒式。小型工程機械如裝以松土裝置，多用鉸鏈式，因其結構簡單及液壓系統(tǒng)簡單，從而故障少，如圖所示。2024/2/1186

重型推土機的松土裝置，為了提高破碎裂巖的效果，有時設計成帶有液壓沖擊錘的，如圖。

巨型單齒松土裝置，除了大面積松土外，還可以完成多種不同的作業(yè)要求，如圖。在設有頂塊時，還可用助鏟機加力。松土作業(yè)的方法，對于提高作業(yè)量影響很大。應注意力求下坡作業(yè)，注意利用巖石紋理，應沿巖紋成直角的方向劈，順紋劈只能切成溝形，其余部分仍完整。使用一檔松土效率最高。刀齒插入力、切出力與松土深度是松土裝置的主要參數。2024/2/1187§5.1.5推土機典型液壓系統(tǒng)一、推土機液壓系統(tǒng)的要求液壓推土機依靠液壓操縱系統(tǒng)實現(xiàn)鏟刀各種動作，因此液壓系統(tǒng)的性能直接影響到推土機的技術經濟指標。對推土機的液壓系統(tǒng)有如下要求：

(1)液壓系統(tǒng)的設計要按總體性能要求，綜合考慮各種因素的影響。例如鏟刀油缸的參數、個數、布置，由鏟刀升降力及鏟刀升降速度確定，而且還需考慮鏟刀結構、推土速度，司機勞動強度等因素。

(2)工作可靠，回路簡單。例如推土機的載荷變化是急驟的，但要求液壓系統(tǒng)平穩(wěn)可靠的工作，無沖擊。當過載時，不發(fā)生故障及損壞機件。

(3)注重系列化、標準比、通用化工作。盡量采用標準的液壓元件。

(4)液壓系統(tǒng)效率要高(壓力、流量損失小，發(fā)熱率要低)。

(5)操作、維修方便。二、液壓系統(tǒng)的選型（1）回路循環(huán)方式選擇有開式系統(tǒng)、閉式系統(tǒng)可選。（2）回路連接方式選擇它是指多路閥的連接形式，一般采用串聯(lián)油路。鏟刀升降閥在壓力油的最上游，然后是松土器操縱閥，最后是鏟刀傾斜油缸操縱閥。三、典型液壓系統(tǒng)TY320推土機液壓系統(tǒng)D355A推土機液壓系統(tǒng)（日本小松）D155A推土機液壓系統(tǒng)（液力機械傳動）履帶推土機轉向系統(tǒng)2024/2/11882024/2/11892024/2/11902024/2/11912024/2/1192§5.2裝載機設計§5.2.1裝載機用途、分類及發(fā)展概況一、裝載機的用途與分類

裝載機是一種用途十分廣泛的工程機械，它可以用來鏟裝、搬運、卸載、平整散裝物料，也可以對巖石、硬土等進行輕度的鏟掘工作，裝載機的鏟斗還可以換裝多種不同的工作裝置，完成多種不同的施工作業(yè)，如裝卸物料、土壤，清理場地，物料、原木短距離搬運，等等。裝載機有單斗和多斗兩種；如按使用場合來區(qū)分，則可分為露天和井下兩種。常用的是單斗裝載機，單斗裝載機的型式很多，通常按下列幾種方法進行分類：

1．按發(fā)動機的功率分類裝載機按發(fā)動機的功率可分為小型、中型、大型和特大型四種。

2．按傳動形式分類輪式裝載機的傳動型式共有四種，即：機械式、液力式、液壓式和電動式。

3．按車架形式分：鉸接式和整體式2024/2/1193二、裝載機的發(fā)展狀況總體說來，裝載機在各總成都有不同進展，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：動力裝置普遍采用廢氣增壓技術，有的還采用了發(fā)動機工況控制—電子調速系統(tǒng)以及牽引控制系統(tǒng)技術。采用轉速感應型變功率輸出系統(tǒng)的工況控制是根據發(fā)動機轉速和功率自動切換，以改變功率輸出，如WA450-3采用了電子調速系統(tǒng)。又如CAT938F上采用了的牽引控制系統(tǒng)，當一側車輪打滑時，系統(tǒng)使該車輪的行車制動器制動，而當滑摩功過大時，系統(tǒng)的監(jiān)視功能，會自動降低制動壓力。2傳動裝置在差速器方面，常見的是圓錐齒輪差速器，它有一側打滑，即失去牽引能力，為此，開發(fā)了一些新型差速器，如扭矩比例式差速器、防滑差速器和限制滑動差速器；變速器方面，采用了一些新型變速器系統(tǒng)，如變速器電控制系統(tǒng)（如轉向換擋集成控制STIC系統(tǒng)）、變速器微機控制自動換擋系統(tǒng)以及變速器換擋品質微機控制系統(tǒng)。3制動系統(tǒng)常用的是鉗盤式制動器，新型的是油冷濕式多片制動器。4其它方面，如液壓系統(tǒng)高壓化、工作裝置反轉Z型連桿機構普及化、駕駛室的ROPS和FOPS以及舒適化etc。在國內，我國早在二十世紀70年代以后有了ZL系列輪式轉載機，并在各主要總成上通過與國外跨國公司合作，使轉載機的工業(yè)技術水平得到較快發(fā)展。2024/2/1194§5.2.2裝載機的作業(yè)方式和生產率一、裝載機的作業(yè)方式裝載機的作業(yè)分為：裝載作業(yè)與裝運作業(yè)。以下為裝載作業(yè)的作業(yè)方式：（1）V型作業(yè)法（2）I型作業(yè)法（3）L型作業(yè)法（4）T型作業(yè)法V型作業(yè)法2024/2/1195I型作業(yè)法L型作業(yè)法T型作業(yè)法2024/2/1196二、裝載機的生產率裝載生產率2024/2/1197裝運生產率2024/2/1198§5.2.3裝載機總體設計一、裝載機機型和總成結構型式的選擇1．機型的選擇裝載機整機結構型式的選擇，主要是根據共用途和作業(yè)場合。2．傳動型式的選擇裝載機的傳動型式共有四種，可根據具體情況加以選擇和確定，目前常用的是液力機械傳動。3．主要總成或部件的選擇(1)液力變矩器對于液力機械傳動型式的裝載機，變矩器是一個很重要的部件，如果液力變矩器選擇得正確，根據裝載機性能要求，與發(fā)動機能正確地匹配，那么，發(fā)動機的功率就會得到充分的利用，裝載機的牽引性能就會滿足要求，而且可以減少變速箱的檔數，簡化了變速箱的結構，減輕司機的勞動強度，提高裝載機的生產率。但是，如果變矩器選擇得不當，或與發(fā)動機的匹配不合適，則液力機械傳動的優(yōu)點就得不到發(fā)揮，甚至燃料消耗高，生產率低；2024/2/1199

液力變矩器的泵輪轉速nB一定時，載荷MT的變化引起泵輪轉矩MB變化的性能稱為液力變矩器的透穿性。如果MT增大時MB也增大，則稱該變矩器有正的透穿性（圖a）。如果MT增大時MB減小，則稱該變矩器有負的透穿性（圖c）。如果MT變化時MB不變化，則稱該變矩器沒有透穿性（圖b）。2024/2/111001)裝載機用變矩器應具備的性能a)變矩器應能傳遞發(fā)動機輸出(扣除油泵功率后)的全部有效功率；b)變矩器制動工況時的變矩系數K0應盡量大些，具有克服短時間的超載能力。c)變矩器的最高效率要高，高效率范圍要寬。d)變矩器的可透性：從充分利用發(fā)動機功率的角度來考慮，不可透變矩器為最好。從克服超載能力和有較大的起動力矩來考慮則以正透變矩器為最好。因此對裝載機用變矩器要求在低、中傳動比范圍內可透性小些，而在高傳動比時(尤其是接近1時)，可透性要求大些。e)變矩器的泵輪力矩系數要大些。2)變矩器的選用

變矩器的型式很多，應根據具體技術要求選用。目前我國的裝載機上大都選用雙渦輪單級兩相液力變矩器。3)發(fā)動機與變矩器的匹配方案

發(fā)動機與變矩器的匹配，一般來說有兩種方案，即全功率匹配和部分功率匹配。

2024/2/11101全功率匹配：在選擇變矩器直徑時，是以裝載機在作業(yè)時所能獲得的最大插入力(牽引力)為考慮因素，這也就是說，只有變速泵與變矩器正常共同工作，而轉向油泵和工作裝置油泵空轉，變矩器與發(fā)動機輸出的全部有效功率進行匹配。部分功率匹配：考慮工作裝置與牽引(插入)同時工作，因此工作油泵必須先消耗—部分功率，剩余的功率才傳給變矩器，這時工作油泵、變速泵與變矩器同時工作而轉向油泵空轉，變矩器不是與發(fā)動機所輸出的全部有效功率進行匹配。（2）變速箱按操縱方法變速箱可分為人力換檔變速箱和動力換檔變速箱兩種型式。

定軸式動力換檔變速箱行星變速箱2024/2/111021)人力換檔變速箱這種變速箱是利用人力操縱桿件及拔叉來拔動齒輪，使不同齒輪對嚙合來進行換檔，換檔時必須切斷動力，操縱費力，并且沖擊較大；但因結構簡單，制造容易，成本低，多用于小型機械傳動裝載機上。

2)動力換檔變速箱用液壓操縱多片離合器或制動器進行換檔，換檔過程中不需切斷動力，沖擊小、操縱省力，液力機械傳動裝載機都用這種變速箱。按其結構形式又可分為定軸式常嚙合齒輪變速箱和行星齒輪變速箱兩種。(3)驅動橋對輪式裝載機，為了提供比較大的牽引力，通常都采用全橋驅動。為了滿足裝載機低速作業(yè)要求，常采用單級主傳動和輪邊減速裝置，有些裝載機則采用單級主傳動和雙級齒輪減速傳動。

(4)制動系為了保證裝載機具有可靠而又較高的行駛車速和較高的生產效率，必需具備有可靠的制動性能。一套完善的制動系統(tǒng)，應該滿足在各種情況下的需要，通常包括三個部分，即行車制動，停車制動和緊急制動，一般情況這三種制動系統(tǒng)都是各自獨立的。裝載機行車制動器的驅動機構大都采用加力裝置。2024/2/11103(5)輪胎的選擇和校核輪胎在總體初步設計時，就應根據裝載機的主要用途，作業(yè)環(huán)境和條件選定合宜的輪胎類型。再估算輪胎的受力情況，尺寸限制和離地間隙等要求，具體地選定輪胎規(guī)格尺寸。二、裝載機的主要參數及其確定裝載機總體參數包括：額定載重量、斗容、機重、發(fā)動機功率、軸距、輪距、牽引力、掘起力、車速，最大卸載高度、卸載距離，動臂提升，下降，鏟斗前傾時間、最小轉向半徑及最大爬坡角度等。這些參數是整機性能的標志，對整機的作業(yè)生產率，通過性、穩(wěn)定性、機動性，其設計是否先進合理都可通過上述參數進行了解。1．額定載重量裝裁機的額定載重量QH是指裝載機本身具有標準裝備重量，在硬而光滑地水平面上以不超過每小時6．4km的速度運行，但仍具有必要的穩(wěn)定性時所能運載的重量。2．斗容量裝載機的斗容量分為幾何斗容Vs和額定斗容VH。額定斗容是指鏟斗四周均以二分之一的坡度堆積物料時，由物料坡面與鏟斗內廓所形成的容積，又稱名義堆裝容積。

3．裝載機的機重裝載機的機重分為結構重量Gj和使用重量Gs。結構重量是指裝載機本身的裝配重量，而使用重量則除結構重量外，還應包括發(fā)動機的冷卻水、燃料、潤滑油，液壓系統(tǒng)的工作油、隨機必備的工具和駕駛員重量等。2024/2/111044．輪式裝載機的橋荷分配為改善穩(wěn)定性和降低前后輪負荷的差別，在設計中，則盡量使裝載機的中心向后移或增加平衡重量。為此，橋荷的分配原則如下：①②③④

5．掘起力掘起力是指具有標準使用重量的裝載機停放在堅硬的水平面上；鏟斗斗刃底部平行于地面，并且它在地面上下的偏差不超過25cm的情況下，當轉斗或提臂時，后輪不準離地或即將離地；這時所作用在鏟斗斗刃后面10cm處的最大垂直向上的力，稱作掘起力。

6．插入力插入力是指裝載機鏟裝物料時，鏟斗斗刃所能插入料堆的能力。對于靠行走來使鏟斗插入料堆的裝載機，其插入力等于牽引力(附著力)；對靠行走接近料堆，而依靠推壓油缸使鏟斗插入料堆的裝載機，則其插入力取決于推壓油缸的推力和機重。

7．裝載機的作業(yè)速度動臂提升，下降及鏟斗前傾時間的長短，直接影響裝載機的作業(yè)效率，從提高生產率的角度出發(fā)，希望縮短這些時間，但減少動臂提升時間，則需增大工作油泵功率，而且提升動臂顯得不穩(wěn)，動臂下降和鏟斗前傾速度太快，又會產生很大的沖擊并容易造成油缸上腔變?yōu)檎婵铡颖厶嵘龝r間6～9s；動臂下降時間3~6s；鏟斗前傾時間2~3s。

8．車速和檔位輪式裝載機的速度變化范圍很大，既要適應在工地作業(yè)的要求，又要滿足運輸轉移的需要，同時還能使功率合理利用，燃料消耗經濟，生產效率高，因此必須選用適宜的車速、合理的檔位數目。2024/2/111059．鏟斗最大卸載高度與卸載距離動臂在最大舉升高度，鏟斗在卸載工況，這時鏟斗斗刃或斗齒尖部離地距離稱為最大卸載高度稱為Hsmax；這時斗刃與裝載機前面輪廓(輪胎)部分之水平距離，稱為載距離Lsmin。10．最小離地間隙它是裝載機通過性的一個重要指標，它表示裝載機在行駛或作業(yè)時越過石頭、樹樁等障礙物的通過能力。在設計中應盡可能使最小離地間隙大一些，一般最小離地間隙不小于350mm。

11．鏟斗上翻角及卸載角動臂在最低位置，鏟斗翻起并做最大后傾時，鏟斗斗底與水平面的夾角αl稱為鏟斗上翻角。裝載機在卸載時，鏟斗斗底與水平線的夾角β稱卸載角。12．軸距L和輪距B

軸距是指前后橋的中心距離，輪距是前輪或后輪的兩輪間中心距離，它們都是裝載機總體設計中必須確定的主要尺寸之一。2024/2/1110613.發(fā)動機功率發(fā)動機與自重、載重量、斗容都有一定比例關系，總體初步設計時可按比例關系進行初選，再按實際消耗功率進行驗算。從目前發(fā)展情況來看，有加大功率儲備的趨勢。(3)發(fā)動機附件所消耗功率這些附件包括風扇、發(fā)電機、空壓機、濾清器、消聲器等，一般可按發(fā)動機額定功率的10％計算。2024/2/11107三、裝載機的總體布置總體布置工作就是合理地安排各總成，各部件等在車上的位置，協(xié)調各部件相互關系，限制各部件外廓及主要關鍵尺寸，以保證總體提出的主要參數，整機性能，并能做到操作方便，維修容易。這項工作常在總體參數已經確定，各總成部件的結構型式己選定，主要關鍵尺寸已初步確定之后進行。必需參考同類型裝載機的布置方案，嚴格根據選定數據，繪制總布置草圖，發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，以便為部件設計創(chuàng)造條件。進行總體布置設計，必須熟悉裝載機的使用要求，各個部件的結構特點，具有使用和維修知識，并且有全局觀點，能抓住關鍵多次修改，以保證方案無誤，整機性能良好。為了便于確定各部件在整機上的相對位置，易于檢查和發(fā)現(xiàn)問題，必須先選定基準，通常選定三個基準；

1)選定前后橋中心連線的水平面為上下位置的墓準面；

2)選定通過后橋中心線的垂直平面為前后位置的墓準面；

3)以通過前后橋縱向對稱面為左右位置的基準面。2024/2/111081．發(fā)動機與傳動系的布置發(fā)動機通常布置在整機后部中央，以起配重作用，增加裝載機的穩(wěn)定性，且可改善前視野。其上下位置盡量放低，以降低整機重心高度，但常受到副車架、驅動橋殼和變速箱輸入軸的限制。發(fā)動機的布置要結合傳動系各總成的結構、連接方式、安裝尺寸來綜合考慮。發(fā)動機與變矩器和變速箱的連接方式主要有三種方案：

(1)變速箱、變矩器和發(fā)動機三者連為一體的方案。

(2)發(fā)動機獨立布置，變速箱與變矩器連接為一體。

(3)發(fā)動機與變矩器連接在一起，變速箱獨立。2．鉸接車架鉸點和傳動軸的布置

鉸接點的位置對整機性能、轉向阻力和穩(wěn)定性等部有一定影響，一般采用兩種方式：

(1)鉸點布置在前后橋軸線正中間，當裝載機轉彎時，前后橋的輪跡相同，這不僅在松軟地面上可以減少轉向阻力和行駛阻力。

(2)鉸點布置在前后橋軸線中間偏前。這種布置方法，當裝載機轉彎時，裝載機前后最外端(鏟斗尖和發(fā)動機罩)的轉向半徑接近相等，便于躲避障礙，比較安全但這種布置方法，其縱向和橫向穩(wěn)定性能將有所下降。在鉸接點布置在軸距中點有困難時，可采用這種方案。2024/2/11109

傳動軸都是布置在裝載機的縱向對稱平面內，并盡量減少與水平面所形成的角度。前傳動軸因前后車架經常相對轉動，一般設計得比較長，可從鉸銷中間或下部通過。最好能把傳動軸兩端萬向節(jié)對稱布置在鉸點兩側，以保證萬向節(jié)傳動時的等速運動。如果有困難可在前車架上添加傳動軸支座，后傳動軸一般設計得比較短，但其傳動角度也必須滿足后橋繞縱向軸銷擺動的要求。3．轉向系的布置裝載機的軸荷大，轉向頻繁，轉向角度大，一般都采用動力轉向。轉向油缸一般采用兩只，對稱布置在鉸銷兩側。2024/2/111104．擺動橋的布置輪式裝載機為了保證作業(yè)穩(wěn)定和可靠性，一般都不裝設彈性懸掛裝置。但常使一驅動橋能隨路面的不平相對另一驅動橋作適當的擺動擺角用限位塊限制。(1)后橋擺動(2)前橋擺動5．工作裝置的布置裝載機的工作裝置布置在整機的前端，結合卸載高度、卸載距離的要求以及工作裝置的設計，確定動臂與車架的鉸點位置，動臂與油缸的鉸點位置，以及油缸與車架的鉸點位置。

動臂與車架鉸點的確定，必須滿足在最高位置時的卸裝要求，在最低位置時也木發(fā)生動臂油缸與車架的鉸接有兩種方式：一種是油缸頂端與車架鉸接，另一種是油缸中部有銷軸，可與車架鉸接。