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1、,现代工程机械,现代工程机械课程,开场篇 工程机械概论,单元一 工程机械总体,工程机械,工程机械construction machinery engineering machinery用于工程建设的施工机械的总称。广泛用于建筑、水利、电力、道路、矿山、港口和国防等工程领域。在世界各国，对工程机械称谓基本类同，其中美国和英国称为建筑机械与设备，德国称为建筑机械与装置，俄罗斯称为建筑与筑路机械，日本称为建设机械。在我们国家部分产品也称为建设机械，而在机械系统根据国务院组建该行业批文时统称为工程机械,工程机械,钢铁动力科技力量,工程机械的种类,工程机械分类之一,工程机械分18大类、4500多种规格型
2、号：挖掘机械 铲土运输机械 工程起重机械机动工业车辆 压实机械 路面机械桩工机械 混凝土机械 钢筋和预应力机械装修机械 凿岩机械 气动工具线路机械 市政工程与环卫机械军用工程机械 电梯和扶梯专用工程机械 其它专用工程机械,挖掘机械挖掘机、隧洞掘进机(盾构机)等铲土运输机械推土机、铲运机、装载机等起重机械塔式起重机、自行式起重机等压实机械压路机、夯实机、捣固机等桩工机械钻孔机、柴油打桩机、振动打桩机、压桩机等钢筋混凝土机械混凝土搅拌机、混凝土搅拌站、混凝土搅拌楼、混凝土输送泵、混凝土搅拌输送车、混凝土喷射机、混凝土振动器、钢筋加工机械等路面机械平整机、道碴清筛机等凿岩机械凿岩台车、风动凿岩机、电
3、动凿岩机、内燃凿岩机和潜孔凿岩机等其他工程机械架桥机、气动工具(风动工具)等,工程机械分类之二,工具工作装置,工程机械的起源,劳动者车辆（底盘）,车辆+工作装置=工程机械,工程机械的起源,+,混凝土搅拌车,汽车底盘,搅拌筒,车辆的主要功能：前进、倒退 传动系统转向 转向系统制动 制动系统安装承重 上下车架等结构件,工程机械的起源,减速增扭功能（减速：传动比1）换挡功能（前进挡、倒退挡）制动功能（行驶时制动、停车后制动）转向功能（左右轮胎差速）主要由包括柴油机、液力变矩器（或离合器）、变速箱（机械式换挡、动力换挡）、传动轴及前后驱动桥及制动器等组成,车辆的主要功能,轮胎式:机动性能好、行驶速度快
4、、作业循环时间短、不损坏地面履带式:附着性能好、牵引力大、接地比压小、爬坡能力强、适合恶劣环境,车辆的两种行走方式,履带式:履带行走系由机架、行走装置、悬架三部分组成。行走装置包括驱动轮、托轮、张紧轮、支重轮、履带、台车架以及履带张紧装置等组成。,车辆的两种行走方式,工作装置主要功能：动作（油缸直线伸或缩；液压马达旋转） 操作控制系统停止,工程机械的起源,液压油缸,液压马达,液压油泵（动力元件）,液压油缸（执行元件）,控制阀（控制元件）,液压油箱（辅助元件）,液压胶管,工作装置液压系统的主要组成,液压油（介质）,工作装置：往复直线运动产生推力,装载机,工作装置：旋转驱动产生切削力,铣刨机,铣刨
5、筒,工作装置：旋转驱动产生切削力,铣刀,工作装置：旋转驱动产生动力,稳定土拌和机,搅拌机构,分类及特点工程机械：用于各类基本建设施工作业的机械与设备包括：建筑机械、筑路机械、施工设备、军工专用工机、铁道线路机械、专用工机（高空作业车、高空消防车）挖掘机属于土方施工机械(不属铲土运输机械、路面施工机械、路面养护机械)挖掘机是一种循环式作业机械、属土方施工机械反铲液压挖掘机：挖斗斗齿向下切削土方的挖掘机。工作装置采用机械软轴式操作或先导式操纵，操纵力小，提高使用性能。土方施工机械：挖掘机械和铲土运输机械的总称。,工程机械整机结构及其特点整机结构工程机械由传动系统、操纵系统、工作装置与机架等部分组成
6、。工程机械由于有特殊的工作条件和性能要求，其结构比一般行走车辆复杂，结构较特殊，应用了一些如电子监控、空调系统、降噪防振等先进技术。,单元二 工程机械部件与系统,一、传动系统二、转向系统三、制动系统四、液压系统,一、传动系统,滑转：车轮相对地面空转的现象附着力：由车轮或着地履带之间产生的摩擦力和嵌合。滑移：车轮相对地面向前移动(非滚动)的现象。牵引力：力的总和驱动轮轮缘受到地面向前的推力。 从动轮：无驱动力矩的车轮。滚动阻力：滚动阻力是由于地面和轮胎同时变形引起的阻力。地面附着力=附着系数附着重量G附着重量G：四轮驱动时=整机重量W；两轮驱动时=整机重量W/2最大牵引力P地面附着力,一、传动系
7、统,1.机械式传动2.液力机械式传动3.全液压传动4.电传动轮胎式、履带式传动机械式（离合器）、液力机械式（液力变矩器）、全液压传动（液压油泵、液压马达）四轮（双桥）驱动、两轮（单桥）驱动,1. 机械式传动,柴油机（动力源）,离合器,机械换挡变速箱,传动轴,驱动桥,轮胎,柴油机离合器机械换挡变速箱传动轴前后驱动桥轮胎通常小型自行式工程机械多采用(机械)传动方式（1-39）,2.液力机械式传动,柴油机液力变矩器动力换挡变速箱传动轴前后驱动桥轮胎液力机械式传动:由液力变矩器和机械传动装置联合传动的传动形式,柴油机,飞轮,变矩器,变速箱,传动轴,驱动桥,2.液力机械式传动,3.全液压传动(一),柴油
8、机（动力源）,液压泵,液压胶管,液压马达,驱动桥,轮胎,高速方案(液压马达机械减速机构轮胎):柴油机液压泵控制阀液压马达前后驱动桥轮胎特点：结构复杂；成本低,控制阀,3.全液压传动(二),柴油机（动力源）,液压泵,液压胶管,低速大扭矩马达,轮胎,低速方案(低速大扭矩马达轮胎):柴油机液压泵控制阀液压马达(低速大扭矩)轮胎特点：元件少；成本高,控制阀,操纵系统,操纵系统工作装置液压系统变速换挡操纵系统转向系统制动系统电器设备等,4.传动系统主要部件,4.1 柴油机4.2 离合器4.3 液力变矩器4.4 变速箱4.5 传动轴4.6 驱动桥,4.1 柴油机,采用柴油机作为动力：增大扭矩，发挥较大牵引
9、力增压柴油机潍柴：WD615系列上柴：C6121、D6114与双变总成结合;在异常恶劣工况下，工作自如，发挥最大工作效率;,传动的基本部件:柴油发动机,柴油机（动力源）,4.2 离合器,一、离合器的功用（1）平顺接合动力，保证车辆平稳起步（2）临时切断动力，保证换档时工作平顺（3）防止传动系统过载二、摩擦离合器的工作原理摩擦离合器依靠摩擦原理传递发动机动力。当从动盘与飞轮之间有间隙时，飞轮不能带动从动盘旋转，离合器处于分离状态。当压紧力将从动盘压向飞轮后，飞轮表面对从动盘表面的摩擦力带动从动盘旋转，离合器处于接合状态。,4.2 离合器,特点：制造简单、传动效率高、成本低、易维修；技术落后、操作
10、费力、发动机易熄火、作业效率低,与摩擦离合器配套的变速箱是(机械式)变速箱（定轴式、行星式、动力换档式不妥）离合器由主动部分、从动部分、压紧机构、操纵机构组成,4.2 离合器,4.2 离合器,4.2 离合器,4.3 液力变矩器,思考：1.自动挡汽车为什么不需要离合器?不会熄火?2.为什么发动机同等排量(例如2.0升排量)的汽车中，自动挡的要比手动挡的耗油高约20%?,4.3 液力变矩器,安装液力变矩器：能提高发动机工作平稳性，减少传动系统冲击，并且有随外力增加而自动减速相应增大输出扭矩的自动适应能力，从而提整机动力性能。组成：液力变矩器主要由泵轮、涡轮、导轮和变矩器外壳等部件组成。 泵轮连接柴
11、油机；涡轮连接变速箱；导轮改变油液冲击方向。,4.3 液力变矩器,4.3 液力变矩器,液力变矩器由三种带叶片的工作轮，即泵轮，涡轮和导轮所组成采用液力机械式传动，因变矩器容易发热，故传动效率较机械式低机械式传动较液力机械式传动的传动效率高液力变距器的主要参数包括变矩系数、传动比、效率液力变矩器：由泵轮、涡轮和导轮三种工作轮组成，完成机械能转换为液动能，再还原为机械能并可变矩的液力传动装置液力机械式传动：由液力变矩器和机械传动装置联合传动的传动形式变矩系数：涡轮输出扭矩与泵轮输入扭矩的比值液力变矩器高效区：传动效率高于等于75的工作区间液力变矩器传动比：涡轮转速与泵轮转速成的比值,4.3 液力变
12、矩器,液力机械式传动的优越性由于液力变矩器可在一定范围自动调速调扭，可扩大柴油机的动力范围；提高了施工机械的载荷自适应性，故作业效率高，同时可稳定发动机的负荷，发动机不易熄火；由于采用动力换档变速箱，故可实现负载换档：操纵轻便，且传动平稳无冲击，有效地延长了机械的使用寿命。双涡轮液力变矩器的工作特性双涡轮液力变矩器可随载荷变化自动变换变矩工况(即工级涡轮变矩或I、II级涡轮同时变矩)，即可实现重载和轻载时自动变换低档或高档，载荷适应性强。由于扩大了变矩范围，故扩大了变矩器的高效区，提高了变矩器的传动效率，同时可减少动力换档变速箱的档位，简化变速箱结构。,4.3 液力变矩器,液力变矩器的工作原理
13、通过泵轮将机械能转换为驱动涡轮的液动能，再通过涡轮还原为机械能，并通过导轮的反作用改变涡轮输出扭矩进行动力传递，可通过载荷变化无级变速变扭。,4.4.1 机械式变速箱4.4.2 动力换挡变速箱,4.4 变速箱,变速箱特点：减速增扭、改变行驶方向（前进及倒退挡）、停车（空挡）低挡低速，高挡高速速度扭矩=定值 高速轻载、低速重载自行式工程机械低档的牵引力比高档牵引力大（不是小）,4.4.1 机械换挡变速箱,人力换挡变速箱：利用非常啮轮改变传动比的变速箱(人力操纵)。,变速换挡操纵系统,机械式换挡：操纵杆拨叉、滑套各挡齿轮啮合动力输出,机械式换挡,换挡原理:滑套、拨叉,采用行星动力换档或电液控制定轴
14、式变速箱，结构紧凑，工作可靠，操作轻便，减少司机劳动强度,4.4.2 动力换挡变速箱,4.4.2 动力换挡变速箱,行星齿轮机构由太阳轮、行星轮、行星支架、齿圈四个元件组成；只有当固定其中的一个元件后，才能工作。,动力换挡变速箱,主从动摩擦片,换挡活塞,行星齿轮总成,4.4.2 动力换挡变速箱,动力换档变速箱：利用换档或换向离合器改变传动比的常啮合齿轮变速箱(液压操纵)采用湿式多片换档离合器作为换档执行装置。这种换档离合器因位于变速器内部，径向尺寸受到严格限制，而传递的转矩又很大，故做成多片式。,4.4.2 动力换挡变速箱,换挡原理:压力油推动油缸活塞，压紧主动摩擦片、从动摩擦片为一体，带动换挡
15、的齿轮转动，实现动力输出,操纵手柄换挡压力进入挂挡油缸推动活塞压紧主动摩擦片与从动摩擦片为一体转动或停止动力输出,4.4.2 动力换挡变速箱,行星齿轮机构由太阳轮、行星轮、行星支架、齿圈四个元件组成；只有当固定其中的一个元件后，才能工作。操纵手柄换挡压力进入挂挡油缸推动活塞拉紧制动带抱死转动的从动件为一体强迫停止转动动力输出,4.4.2 动力换挡变速箱,自动换档变速箱的优越性操纵简便、省力。无主离和器踏板和变速杆，只需要操纵油门踏板，预先选好换档挡区范围，即可实现自动换档。减轻手柄操作劳动强度；平均车速高，作业周转快，可提高作业生产率。自动控制换档可选择最佳换档时刻和最佳档位，避免人为判断错误
16、或动作滞后延误换档时间，从而可以加快工程机械地周转速度，缩短循环作业周期和辅助工作时间，提高生产效率；,4.4.2 动力换挡变速箱,改善发动机工作状况和人机环境。自动控制换档可稳定发动机地转速范围，避免因负载变化引起发动机转速急剧波动，有利减轻发动机地振动和噪声，改善驾驶员的工作环境；自动换档技术可稳定发动机的转速变化范围，换气惯性小，燃油燃烧较充分，将排气污染限制在最低范围内，保护生态环境：稳定发动机转速，还可避免或减轻机件剧烈磨损，延长发动机零部件的使用寿命，降低生产成本；自动换档可提高机械的动力性能和通过性能；改善发动机与液力变矩器的联合工作特性，提高传动效率。,动力变速换挡操纵系统,操
17、纵手柄换挡压力进入挂挡油缸推动活塞压紧主动摩擦片与从动摩擦片为一体转动动力输出,4.5 传动轴,功用：在轴线相交且相对位置经常变化的两转轴间传递动力。,2022/11/21,65,可编辑,4.5 传动轴,4.5 传动轴,万向节：由十字节和万向节叉组成的相交轴联结器 单万向节不具有等角速传动的特性双万向节满足等角速条件才具有等角速传动特性。,4.6 驱动桥,4.6.1 驱动桥组成,由主减速器、差速器、半轴、轮边减速器、桥壳组成。,（一）主减速器/主传动总成,主减速器的作用将变速器输出的动力再次减速，以增加转矩，之后将动力传递给差速器。,锥形齿轮式主减速器图,（一）主减速器/主传动总成,（一）主减
18、速器/主传动总成,主传动总成为一级减速器（不是二级）。 中央传动是一对弧齿锥齿轮，用来把纵向布置的变速箱的旋转运动，往左右两侧传递，起着改变运动传递方向、降低转速、增大扭矩的作用。,主传动器,主动齿：轴承定位间距大，受力小，定位可靠齿 轮：模数大，齿厚，强度高,（二）差速器,轮式机械用普通差速器工作特性：差速不差扭。差速器：由行星齿轮、半轴齿轮和差速器壳体组成的行星锥齿轮系传动装置。,2和8-差速器壳体；3和5-调整垫片；4-半轴齿轮（两个）；6-行星齿轮（两个或四个）,普通差速器,（二）差速器,防滑差速器是在原来普通差速器的基础上，在差速器内的半轴齿轮与差速器壳之间增加了摩擦片等防滑装置。打
19、滑时，差速器壳动力通过防滑装置（如摩擦片）将动力直接传递给半轴齿轮，打滑侧的半轴齿轮转速下降后，另一侧车轮就会获得驱动力。防滑差速器具有差速差扭的工作特性。,防滑差速器,（三）轮边减速器/最终传动,自行工程机械的最终传动是传动系的最后一级减速装置。 最终传动：自行式工程机械传动系最末一级减速增扭装置。,一般采用单排行星式轮边减速器采用双排行星式轮边减速器行星式传动比大，牵引力大，作业效率高,行星式轮边减速器,4.6 驱动桥,采用四轮驱动，增加装载机的附着牵引；驱动桥：通过传动系产生驱动力矩的车桥目前新型差速器中，(限制滑动差速器)是一种新型差速器，它能保持车辆轮胎上的扭矩而提供较好的牵引力。（
20、扭矩比例式差速器、防滑差速器、稳定式差速器）,二、转向系统,2.1 机械式转向(与汽车相同)2.2 动力转向2.3 全液压转向,2.1 机械式转向系统,机械式转向：转向操纵机构转向节转向轮偏转一定角度实现转向,机械转向系统以驾驶员的体力作为转向能源，所有传递力的构件都是机械的，主要由转向操纵机构、转向器和转向传动机构三大部分组成。,2.1 机械式转向,2.2 动力转向系统,动力转向系统是兼用驾驶员体力和发动机（或电动机）的动力作为转向能源的转向系统。动力转向系统是在机械转向系统的基础上加设一套转向加力装置而形成的。,2.3 全液压转向系统,全液压转向（前后车架为铰接式）：转向液压油泵全液压转向
21、器执行元件：转向油缸前车架左右转动实现转向全液压转向：利用全液压转向阀改变油路，通过转向油缸推动前后铰接机架折腰实现转向的转向方式。铰接式转向：前后机架通过转向油缸实现铰接折腰转向的方式。铰接式车架：前车架相对后车架左右转35角度。铰接车架、全液压转向；转弯半径小，操作轻便,转向系统,滑移式转向全液压动力传动系统是一种(液压机械式)传动系统。（液压式、机械式、液力式）全液压转向器有中立、左转、右转、人力转向四种工况。全液压转向：利用全液压转向阀改变油路，通过转向油缸推动前后铰接机架折腰实现转向的转向方式。人力转向：通过人力操纵，使锅轮锅杆传动减速增力，并通过转向梯形拉动转向轮偏转实现转向的转向
22、方式。铰接式转向：前后机架通过转向油缸实现铰接折腰转向的方式。,三、制动系统,手制动器（停车制动器）：停车后的驻坡的制动器。脚制动器（行车制动器）：行车时的制动器。,制动系统的功用是减速停车、驻车制动。主要有：行车制动器、驻车制动器、紧急制动器。制动器按照结构可分为鼓式制动器和盘式制动器；按安装位置可分为车轮制动器和中央制动器。车轮制动器可用于行车制动和驻车制动，中央制动器只用于驻车制动和缓速制动。,三、制动系统,三、制动系统,1.鼓式制动器,三、制动系统,三、制动系统,2.盘式制动器,三、制动系统,三、制动系统,制动系统：脚制动阀制动液进入制动器：制动液进入制动油缸推动活塞压紧主动摩擦片与从
23、动摩擦片为一体停止转动动力断开手制动器：停车后的驻坡的制动器。脚制动器：行车是的制动器。气顶油制动系统或全液压制动系统，采用盘式制动器，制动器制动片可实现自动补偿，不怕油污水淋，更换方便，制动性能好；采用内藏式湿式制动器，维护周期长，使用寿命长，适合于各种恶劣作业环境；安装宽基低压轮胎。以增加附着力，提高越野性能，并减少振动。,干式制动器（外置式）,制动力更大，提高了安全性制动片更换极为轻松方便,干式制动器（外置式）,湿式制动器（内置式）,湿式制动器（内置式）,湿式制动器（内置式）,湿式制动器（内置式）,四、液压系统,液压系统的执行机构有(油马达和工作油缸)。（不是：油马达和油泵、工作油缸和油
24、泵、油泵和控制阀）低速大扭矩马达的特点是转速低、输出扭矩大。双回路液压系统能单独或同时工作。能量转换形式的液压系统设有主泵、辅助泵和转向泵。液压：应用帕斯卡原理进行静压传动。,工作装置液压系统：（实现往复运动）或液压马达（实现旋转运动）,对于液压传动来说，一般不考虑液体位置高度对于压力的影响，液体表面的压力p0等值的传递到液体内所有的地方，即静止液体内各处的压力都是相等的。这称为帕斯卡原理或静压传递原理,压力传递,液压油泵（动力元件）,液压油缸（执行元件）,控制阀（控制元件）,液压油箱（辅助元件）,液压胶管,工作装置液压系统的主要组成,液压油（介质）,液压系统的组成,1、动力元件：即液压泵，将
25、机械能转化成液压能，是一个能量转化装置。2、执行元件：液压油缸和液压马达，作用是将液压能重新转化成机械能，克服负载，带动机器完成所需的运动。3、控制元件：各种阀，改变液压油的方向、压力、流量。有方向阀、压力阀、流量阀等。4、辅助元件：如油箱、油管、滤油器等。5、传动介质：即液压油。,泵的分类,齿轮泵工作原理,外啮合齿轮泵由一对完全相同的齿轮啮合，产生上下体积变化，形成了吸油区和压油区。同时在啮合过程中啮合点沿啮合线移动，把这两区分开，起配流作用。,吸油,压油,压力P=20MPa=200kgf/cm2,压力P=0,齿轮泵工作原理,外啮合齿轮泵实物结构,内啮合齿轮泵实物结构,柱塞泵实物结构,滑阀式
26、换向阀的换向原理和图形符号,滑阀式换向阀是靠阀芯在阀体内作轴向运动，而使相应的油路接通或断开的换向阀。其换向原理如下图所示。当阀芯处于左图位置时，P与B,A与T相连，活塞向左运动；当阀芯向右移动处于右图位置时，P与A, B与T相连，活塞向右运动。所以图示换向阀可用于使液压执行元件换向。,1.手动换向阀2.电磁换向阀3.液动换向阀4.电液动换向阀,操纵方式,1)手动换向阀,图是弹簧自动复位式三位四通手动换向阀。推动手柄向右，阀芯向左移动至左位，此时P与A相通；推动手柄向左，阀芯处于右位，液流换向。该阀适于动作频繁、工作持续时间短的场合，操作比较完全，常应用于工程机械。,2)电磁换向阀,电磁阀借助
27、于电磁铁吸力推动阀芯动作。其操纵方便，布置灵活，易于实现动作转换的自动化。但其吸力有限，不能用来直接操纵大规格的阀。,3)液动换向阀,液动换向阀利用控制油路的压力油来推动阀芯实现换向，因此它适用于较大流量的阀。下图是三位四通液动换向阀的结构原理图。当控制油口K1、K2不通压力油时，阀芯在对中弹簧作用下处于中位。当K1通压力油、K2回油时，阀芯右移，P与A通、B与T通；当K1通压力油、K2回油时，阀芯左移(如图中所示)。,4)电液动换向阀,由于电磁阀吸力有限，电磁阀不能做成大规格。大规格时都做成电液动换向阀。它由大规格带阻尼器的液动换向阀和小规格电磁换向阀组合而成。其中电磁阀时是先导阀，液动阀是
28、主阀。电液换向阀结构见图。,齿轮马达的工作原理,图为外啮合齿轮马达的工作原理图。图中P点为两齿轮的啮合点，当压力油进入齿轮马达时,压力油分别作用在个齿面上。由图可知，在两个齿轮上各有一个使其产生转矩的作用力，两齿轮便按图示方向旋转，齿轮马达输出轴上也就输出旋转力矩。,活塞式液压缸,单活塞杆式液压缸,活塞式液压缸,单活塞杆液压缸只有一端有活塞杆。如图所示是一种单活塞液压缸。其两端进出口油口A和B都可通压力油或回油，以实现双向运动，故称为双作用缸。,液压回路,液压回路,工作装置与机架：主要由工作装置、前后车架等组成。其它：工作装置的动作由工作装置液压系统完成，其作业动作分别由相应的油缸或液压马达完成。前后车架为铰接式，通过销轴连接，左右可偏转35-38，以实现转向。,五、车身车架,滑转：车轮相对地面空转的现象。滚动阻力：滚动阻力是由于地面和轮胎同时变形引起的阻力。坡道阻力：机械爬坡时自重沿坡道方向产生的分力,五、车身车架,铰接式车身车架,2022/11/21,130,可编辑,
