工程机械概论0

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第1章
1.1 工程机械的分类及应用 1.1.1 工程机械的概念
概述
土方工程、石方工程、流动起重装卸工程、人货升降输送工 程、各种建筑工程、综合机械化施工及同上述工程相关的工业 生产过程机械化作业所必需的机械设备。
1.1.2 分类
分类依据:结构特点、工作对象、主要用途 1、挖掘机械 2、铲土运输机械 3、工程起重机械
1.2.4 工程机械传动系 1、作用
动力装置(发动机)和驱动轮之间的传动部件总称为传动系统。 目前绝大多数施工机械都采用柴油机作为动力装置。柴油机的功 率输出特性和施工机械行走机构的使用要求之间主要有以下矛盾: 1)根据机械的作业情况,要求牵引力和行驶速度能在一定的范围 内变化,工作中提供足够的驱动功率。但是,柴油机的输出功率 随转速和输出转矩的变化不适应作业要求,且柴油机不能逆转而 使机械后退。必须有变速器。 2)柴油机的转速高输出转矩小,但驱动轮要求的转速低而驱动转 矩大。因此,在多数施工机械中采用了主传动器、轮边减速器等 减速装置。 3)柴油机不能带载起动,而且在作业中要求柴油机不停止运转而 传动系统能根据需要暂时中断动力的传递。为此,在施工机械中 采用了主离合器,在履带式机械中则利用变速器的换档离合器实 现中断动力。
5、车轮和轮胎 车轮和轮胎是轮式施工机械行驶系的重要部件,它们支承着 整机重量,带动机械行驶,并吸收由于路面的不平所产生的振 动和冲击。目前轮式施工机械和汽车广泛应用的是盘式车轮, 它由轮盘和轮辋组成。轮盘和轮辋通过焊接或铆接问定在一起。 6、悬挂装置 悬挂装置是将车架和车桥弹件连接起来的部件。它能缓和并 吸收车轮在不平道路上所受到的冲击和振动,并在车架与车桥 之间传递力和力矩。悬挂分弹性悬挂和刚性悬挂。一般在速度 较高的轮式车辆上,多采用弹性悬挂,如汽车、客车、载重车 辆、自卸汽车等;在施工机械,特别是行进间进行作业的施工 机械,对作用力要求较高,而对行驶速度要求不高,多采用刚 性悬挂。
4、工作原理
四冲程柴油机由进气、压缩、做功和排气四个行程组成一个 工作循环。
a)进气行程 当曲轴转动,活塞由上止点向下止点移动,由于气缸容积增大, (此时进气门开启,排气门关闭)新鲜空气在气缸内外压力差的作 用下被吸入气缸内。当活塞移动到下止点,进气门关闭,进气行 程结束,此时曲轴旋转半圈,即180 ° 。 b)压缩行程 曲轴继续转动,活塞便出下止点向上止点移动。由于进、排气 门均关闭,气缸容积不断减小,气体不断被压缩,且温度和压力 不断升高,为喷入柴油自行着火创造了有利条件,压缩行程至上 止点结束,曲轴旋转至一圈,即360 ° 。 c)做功行程 当压缩行程结束,喷油器向燃烧室内喷入一定数量的高压雾 化柴油,雾化柴油遇到高温高压的空气就很快着火燃烧。由于燃 烧气体的温度高达2000 ° ,压力达到6000—9000kPa,受热气
转向时要求车轮保持滚动状态, 不得发生侧向滑移。为此,转向时 应使所有车轮均绕一个共同的瞬时 中心各沿不同的半径做圆弧滚动, 这个瞬时中心称为转向中心,它是 后轴轴线和两转向轮轴线的交点。 由转向中心到外转向轮中心的距离 称为转向半径。转向半径越小,机 械转向时所需的场地面积就越小。 两个转向轮转角不等,它们应满足 以下关系:
车上。柴油机的耗油率平均比汽油机低30%左右,且柴油价格 便宜,所以经济性较汽油机好。故柴油机广泛应用于大中型的 施工机械、载货汽车、内燃机车及船舶等方面。
5、内燃机的主要性能指标
有效转矩Me:内燃机飞轮对外实际输出的转矩,称为有效转 矩,单位kN.m。它是指发动机克服内部各运动部件的摩擦阻力 和驱动各辅助装置,在飞轮上可以供给外界使用的转矩。 有效功率Ne: 内燃机正常运转时从输出轴输出的功率,单 位为瓦(kw)。 根据内燃机的不同用途,标定内燃机功率的方式有15Min功率、 1h功率、12h功率和持久功率等四种。其个12h功率又称为额定 功率,用Ne表示。工作中应严格按照规定的功率范围使用,否 则,容易使内燃机发生故障或使其寿命缩短。
原动机通过输入轴带 动泵轮4转动,泵轮将原 动机能量转换成液体动能, 使液体按箭头所示方向, 高速流入涡轮3中,推动 涡轮转动,并将液体动能 转换成机械能经输出轴输 出。液体由涡轮流出后, 经导轮5,又返回泵轮。 如此循环流动,形成液力 变矩器的正常运转。液力 变矩器最大特点是通过导 向轮的作用使输出轴转矩 增大,故名变矩器。输出 轴转矩与输入轴转矩的比 值称为液力变矩器的变矩 系数。
4、车桥 车桥两端装有车轮,它通过悬挂装置与车架相连。车桥的 作用是支持车架,并在车架与车轮之间传递各种作用力。根据 装在车桥上车轮的作用不同,车桥可分驱动桥、转向桥、转向 驱动桥和支承桥等四种类型。 驱动桥:驱动桥中装有主传动器、差速器。 支承桥 :支承桥常用在挂车上,它通常是一根直粱,两端装 有车轮,它个能转向,仅起支撑作用,属于从动桥。 转向驱动桥 :转向驱动桥同时承担转向和驱动两种任务,常 用于汽车,而在施工机械的底盘中很少应用。 转向桥:转向桥一般位于车架的前面,故又称前桥。作用是 利用转向节的摆转来实现机械的转向。
活塞从上止点移动到下止点所扫过的容积,称为气缸的工 作容积,以Vh表示。活塞运动到上止点时,活塞顶上部的气 缸容积,称为燃烧室容积,以Vc表示。活塞移动到下止点时, 活塞顶上部气缸容积,称为气缸总容积,以Va表示。气缸总 容积为燃烧室容积与气缸工作容积之和。 气缸总容积与燃烧室容积之比,表示气缸中气体压缩的程 度,称为压缩比,是内燃机的一个重要技术指标(压缩比高, 热效率亦高)。一般汽油机的压缩比为6~10;柴油机的压缩比 约为12~22。
内燃机型号编制举例: 1)6135柴油机:表示6缸四冲程.缸径为135mm,水冷式 2)8E430z柴油机:表示8缸二冲程、缸径为430mm,带增压器 3)1E56F汽油机:表尔单缸二冲程,缸径为56mm,风冷
3、内燃机组成及术语
内燃机主要由排气门1、 进气门2、喷油器3、气缸4、 活塞5、活塞销6、连杆7和 曲轴8等组成。 上、下止点间的距离s称 为活塞行程。曲轴与连杆 下端的连接中心至曲轴中 心的距离R称为曲轴回转 半径,活塞行程等于曲轴 回转半径的两倍,即S=2 R。在上、下止点时,活 塞的运动方向改变,速度 等于零。
4、工业车辆 5、压实机械 6、路面机械 7、桩工机械 8、混凝土机械 9、钢筋和预应力机械 10、装修机械 11、凿岩机械 12、气动工具 13、铁道线路机械 14、市政工程与环卫机械 15、军用工程机械
16、电梯与扶梯 17、工程机械专用零部件 18、其它专用工程机械
1.2 工程机械的组成
1、动力装置 2、传动系 3、行走系 4、转向系 5、制动系 6、工作装置
耗油率ge:耗油率是指输出单位有效功率,在1h内所消耗燃油 的克数,单位kg/kw·h。耗油率越低,内燃机的经济性越好。它 是衡量内燃机经济性的重要指标。
6、内燃机特性曲线
内燃机的特性曲线主要有负荷特性和速度特性两大类。负 荷特性指内燃机保持某一转速不变,其他性能指标(Ne、ge、Gf 等)随负荷变化的关系。速度特性指内燃机供油量在某一定值, 其他性能指标(Ne、Me、ge、Gf等)随转速变化的关系。在最 大供油量下测得的速度特性曲线称为外特性曲线。外特性曲线 用来评价内燃机的好坏,也可以用来评定内燃机是否适合某一 种施工机械的要求及各种工况下的性能等。
1.2.3 工程机械行走系统
1、作用和类型 作用:1)使整个机器成为一个整体,并支承整个机器的载荷; 2)将传动系传来的转矩转化为牵引力,使机械行驶; 3)承受路面作用于机械的各种反力及转矩,并缓和冲击 和振动,保证机械的正常行驶。 类型:履带式、轮式 2、轮式工程机械行走系统 组成:车架1,车桥2,车轮4及悬架3,车轮装在车桥上, 车桥与车架通过悬挂连接,悬挂具有较大的弹性。 在工程机械中,低压大型轮胎的采用能起良好的吸振缓冲作 用。为了便于作业与简化结构,轮胎式工程机械有的不设弹性 悬挂。但是,行驶速度超过40 km/h的工程机械,要有弹性悬 挂。
2、内燃机分类型号
按照所用燃料的不同可分为柴油机、汽油机和煤气机三种; 按照冷却方式不同分为水冷式和风冷式两种。施工机械多数是 水冷式的; 按照完成一个工作循环所需的行程数可分力四冲程和二冲程内 燃机;
按照进气是否增压可分为增压式和非增压式内燃机; 内燃机的型号由气缸数、机型、缸径、特征及变型代号等组成, 编制规定如下:
内柴油机外特性曲线可知, 在低速范围内转矩变化较小(即 Me的曲线较平直),达到最大值 Memax,这说明柴油机比较适用 于低速大转矩作业的施工机械。
低转速区域内有效功率Ne 随转速n接近正比例变化;中 速区域内,转速n增加有效功 率Ne增加较为缓慢;高速区域 转速n增加而有效功率Ne下降。 有效转矩Me与转速n成反比 关系,转速n增高有效转矩减 小,转速降低有效转矩增加。 当转速为n1时内燃机转矩达 到最大Memax,转速增至nH时 为额定转矩MH,最大转矩与 额定转矩之比值称为内燃机的 转矩储备系数。它表示内燃机 具有短期超负荷的能力。柴油 机的转矩储备系数为 1.05~1.15。
气体便膨胀推动活塞由上止点迅速向下止点移动,并通过连杆 迫使曲轴旋转而产生动力,故此行程称为做功行程。此行程结 束,曲轴共旋转一圈半,即540°。 d) 排气行程 做功行程结束时,气缸内充满废气。由于飞轮的惯性作用使 曲轴继续旋转,推动活塞由下止点向上止点移动。此时排气门 打开,进气门仍关闭。做功后的废气压力高于外界大气压力。 废气在压力差及活塞的排挤作用下迅速经排气门排出气缸外。 当活塞移动到上止点时,排气行程终止,曲轴共旋转两圈,即 720 ° 。 四冲程汽油机的工作过程与四冲程柴油机相似。不同之处是 进入汽油机气缸的不是纯空气,而是由化油器制备出来的可燃 混合气,通过点火系统强制点火而燃烧做功的。同时,汽油机 具有转速高、质量轻、工作噪声小、启动容易、制造维修费用 低等特点,故常用于一些小型施工机械、小客车及轻型载货汽
1.2.2 动力装置 1、内燃机概述
内燃机是一种将热能转变为机械能的热力发动机.它是将燃 料和空气混合成可燃混合气,在气缸内燃烧转变为热能,再通 过一定的机构使之再转变为机械能。由于燃料的燃烧是在产生 动力的空间(即气缸)中进行的,因此称为内燃机。内燃机具有结 构紧凑、轻便、热效率高以及起动性好、功率和转速范围大等 优点,在无电源供应的固定式或移动式的施工机械上被普遍采 用。
3、车架 车架是整个机械的基础,所有的部件都直接或间接的安装在 车架上,车架还要承受各部件传来的力和力矩,所以它应具材 较大的强度和刚度。 类型:整体式、铰接式
整体式车架由两根纵梁1和若干根横梁2用铆接或焊接的方 法连接而成的完整的框架。纵粱的断面一般为槽形,中、后部 因承受的负荷较大,故断面的高度也较大 。横梁的形状不一样, 这是为了便于安装与其位置恰当的部件。后横粱的后端装有拖 带挂车的挂钩3。车架的前端装有保险杠8,用来保护车身不被 障碍物撞坏;车架前端的两侧装有挂钩7,以便机械发生故障时, 用其他机械拖带援救。
1.3 国内外工程机械行业的现状及发展特点 1.3.1 国内现状 1.3.2 国外发展特点 1.2 工程机械基础知识 1.2.1 液力传动基础知识
1、液力传动的原理 原动机带动离心泵转动,从泵流出的高速液体推动涡轮wk.baidu.com 旋转,液体的动能转变为从动件的机械能。液力传动是以液 体为工作介质实现能量传递的。 2、液力传动主要元件 泵轮、涡轮、导轮
2、组成
1.2.5 工程机械转向系
轮胎式机械的转向一般是通过转向轮(通常是前轮)在水平面 内偏转一定的角度来实现的。使转向轮偏转以实现机械转向的 机构称为转向系统。 1、转向方式 偏转前轮式:如各种单轴驱动或多轴驱动的汽车、平地机、挖 掘机等; 偏转后轮式:如叉车等,其前方有铲斗不宜于偏转前轮实现转 向; 全轮转向式: 锻接转向式: 速差转向式:左右两侧的车轮以不同的角速度旋转,从而达到 机器转向的目的。
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