铲土运输机械设计 教学PPT 作者 连晋毅 习题与答案

各章习题与答案汇总1.1 工程机械由哪几部分组成？有哪几大类型？工程机械的基本组成包括动力、底盘和工作装置三大部分。

共有18大类：挖掘机械；铲土运输机械；工程起重机械；工业车辆；压实机械；路面机械；桩工机械；混凝土机械；钢筋与预应力机械；装修机械；凿岩机械；气动工具；铁道线路机械；市政工程与环卫机械；军用工程机械；电梯与扶梯；工程机械专用零部件；其他专用工程机械。

1.2 铲土运输机械的技术指标有哪些？铲土运输机械的技术参数包括尺寸参数、质量参数、功率参数和经济参数。

1.3 请掌握铲土运输机械的设计步骤和机型代号的意义。

1）研究设计任务，制定设计原则；2）草图设计；3）技术设计；4）工作图设计。

机型代号由三部分组成：首部表示类、组、型和特性代号；中部表示主参数代号；尾部表示变型或更新代号。

1.4 请了解铲土运输机械的行业发展动态。

略。

2.1 土有哪些性能指标？强度；变形：土的含水量；天然重度；土的塑性；土的粘着性；土的自然坡度角；土与钢、土与土的摩擦系数；土的松散系数；土的粘聚力、内摩擦角；土的支承能力；土的密实度；土的孔隙度等。

2.2 描述土的塑性有哪些参数？流动界限、压延界限、塑性指数。

2.3 请简述土的破坏机理？土体在受压缩主应力的作用下，是沿一定方向的剪切面发生破坏的。

各种特性的土在被剪切破坏时，剪切面的方向和压缩主应力的大小都不一样，这取决于土的物理机械特性。

2.4 请利用莫尔圆分析土体在极限平衡状态下应力间的关系？对无粘性土：在极限平衡状态下，最大与最小主应力之比满足：p K =+︒=)245(tan 2min max φσσ；对粘性土：在极限平衡状态下，大小主应力应满足：p p K C K C 2)245tan(2)245(tan m in 2m in m ax +=+︒++︒=σφφσσ 2.5 如何计算土的切削阻力？土的切削阻力是下述各力之和：被动土压力、土体沿滑移面移动时的摩擦阻力、土沿着推土板上升与刀片和弧形板间产生的摩擦阻力的水平分力、切削刃的侧面剪断土体时的阻力。

也可按下述经验公式计算：b g x hK B P 610=。

3.1 名词解释：自由半径、动力半径、滚动半径、理论速度、实际速度、滑转率、滚动效率、滑转效率、牵引效率、寄生功率、滑移、滑转自由半径指的是充气的轮胎在不承受载荷时的平均半径；动力半径指的是充气的轮胎承受载荷时，轮胎将发生径向变形和切向变形，此时车轮中心到驱动力作用线之间的距离；滚动半径指的是按轮胎转动时行驶过的直线距离折算出的半径；理论速度是车轮纯滚动时轮心的速度；实际速度考虑滑转之后轮胎实际行驶的速度；滑转率是由于滑转而带来的车辆实际速度的损失比例；滚动效率是描述驱动轮克服滚动阻力功耗的参数；滑转效率是描述驱动轮滑转而带来的功耗大小的比例参数；牵引效率表示行走机构的驱动效率，由滚动效率和滑转效率乘积而成；当轮胎与路面之间有滑动且滑动方向与车轮行驶方向相同时，这种滑动即是所谓的滑移；当轮胎与路面之间有滑动且滑动方向与车轮行驶方向相反时，这种滑动即是所谓的滑转；寄生功率是一种由于前后轮运动不协调而存在于多桥驱动车辆前后轮之间、通过传动系循环传动且对外不做功的功率流。

3.2 简述轮式车辆和履带车辆的行驶原理和力学平衡与功率平衡方程？车辆的行驶原理是作用在驱动轮上的力矩，通过驱动轮与地面的相互作用，使驱动轮受到一个来自地面的反作用力，即驱动力，此驱动力克服了各种阻力之后推动车辆向前行驶。

车辆驱动轮的力学平衡为0=--f k P P P 。

3.3 解释循环功率的产生原因、特征和避免措施？循环功率的产生原因是前后轮运动的不协调；特征是对外不做功，寄生于多桥驱动车辆的传动系在，增加了传动系零部件飞磨损；避免措施是在某个驱动桥的传动路线上，加装一个超越离合器或者在前后桥间安装轴间差速器。

3.4 分析履带车辆接地比压的概念和影响因素？履带单位接地面积所承受的垂直载荷，称为履带接地比压。

影响因素包括机器的结构质量、重心位置、作业工况与履带的结构尺寸等。

3.5 简述什么是车辆的附着性能？驱动轮在地面上滚动时，在驱动力矩的作用下，车轮与地的接触面上各微小单元都产生微观滑转，亦即地面各微小单元面上都产生抗滑转反力，即地面对车轮产生抗剪切反力或切线牵引力作用的同时，车轮对地面产生相对滑转，而地面会产生一种抵抗滑转的能力称为附着性能。

4.1 名词解释：动力半径、滚动半径；滑移、滑转；实际速度、理论速度；切线牵引力、牵引力、有效牵引力、附着力；滚动效率；滑转效率、牵引效率、排量比？切线牵引力是作用于牵引元件的平行于地面并沿着行驶方向的总推力，它在数值上等于驱动力矩K M 除以动力半径d r ；牵引力是牵引元件在克服自身的行驶阻力P f2之后输出的平行于地面并沿着行驶方向的推力；有效牵引力是牵引元件在克服车辆总行驶阻力之后可对外输出有效功的平行于地面并沿着行驶方向的推力；附着力是在最大滑转率下的牵引力m ax P P =ϕ；排量比是液压系统的实际排量与额定排量的比值。

4.2 说明牵引性能匹配的指导原则？应保证机器工作循环中可能出现的最大阻力矩不超过发动机的最大输出扭矩，以避免发动机熄火；为了获得较大的平均输出功率，应该使发动机在工作循环的大部分时间内处于调速区段上工作。

4.3 针对循环型作业机器和连续型作业机器，解释其合理匹配的条件？连续型作业机器：应该保证当工作装置以设计所要求的平均工作阻力P x 连续作业时，发动机正好在最大平均输出功率m ax e N 工况下工作，而行走机构则在最大生产率的工况下工作(即额定滑转率H δ工况)，即H X H KP e N KP P P P P ===δm ax 。

循环型作业机器：1）由发动机扭矩决定的最大牵引力m ax e M P 应大于地面附着条件决定的最大牵引力(即附着力)ϕP ，亦即：m ax e M P ＞ϕP ；2) 发动机的额定功率工况应与行走机构的最大生产率工况相适应，即KPNeH P =H KP P δ=H P ；3) 工作装置的容量应与额定牵引力相适应，即H X P P =。

4.4 液力机械传动的机器与机械传动的机器相比，合理匹配条件有何变化？1）应首先进行发动机与变矩器的匹配，并选择确定合适的变矩器直径，得到合理的发动机与变矩器共同工作的输出特性；2）由发动机与变矩器共同工作输出特性上的最大工作扭矩max 2p M (%75=p η相应的变矩器输出轴最大扭矩)所决定的牵引力max 2p M P 应大于由附着条件决定的最大牵引力ϕP ，即： max 2p M P ＞ϕP ；3）发动机与变矩器共同工作输出特性的最大功率工况应与行走机构的最大生产率工况相一致，即H H KP p KPN P P P ==δmax 2；4）机器在铲土过程末尾的平均最大工作阻力X P 应等于额定有效牵引力H P ，即： H X P P =；5）机器一档的理论空载行驶速度max T v 相对于在涡轮最大输出功率max 2N 时所对应的理论速度m ax 2TN v 之比值，应小于1.5。

4.5 静液压传动的机器与液力机械传动的机器相比，合理匹配条件有何变化？1）对静液压传动系统，由于传动比可大范围任意调节，因而不存在发动机熄火的问题，因此在匹配时应重点考虑系统的传动效率，必须使液压泵处于0.3排量比位置时的驱动扭矩低于发动机的最大扭矩。

2）为了利用全滑转保护液压系统的温升能够保持正常，应使静液压传动系统的最高匹配压力所对应的最大牵引力P kpmax 应大于地面附着力P φ ，即：P kpmax ≥ P φ；3）静液压系统的额定压力P H 对应的牵引力应匹配在行走机构的额定滑转率δH 上，并因与机器的最大工作载荷P x 匹配，即：P kpH = P δH = P x 。

4.6 如何进行发动机与变矩器的合理匹配？进行发动机与变矩器的匹配计算时，可以从变矩器的无因次原始特性入手，首先按一定的合理匹配原则进行发动机与变矩器共同工作输入特性的匹配计算，确定变矩器的循环圆直径，然后再找出变矩器涡轮轴上的的输出特性，即是发动机与变矩器共同工作的输出特性，可作为后面牵引特性的配置计算依据。

为了使变矩器能高效的输出尽可能大的平均功率，应将发动机的额定工况(最大功率点)配置在变矩器高效率工作区的中部，亦即使变矩器传动比2minmax p p i i i ηη+=的负载抛物线穿过发动机的额定点。

并选择变矩器工作效率区中部附近的3～4个位置作为发动机额定功率的匹配位置，作出共同工作的输出特性，计算平均输出功率2N 。

在比较这几个不同匹配位置时，应根据机器的不同类型对动力性和经济性指标进行综合考虑。

在确定变矩器的循环园直径时，应针对不同的机型和不同的作业工况，综合考虑全功率匹配和部分功率匹配的工作特点进行全面评价确定之。

4.7 如何进行静液压传动系统的参数选型？1）系统额定工作压力的配置应能因满足工作载荷的要求和液压元件工作寿命的要求，即液压系统的额定工作压力P H 一般以系统的最高工作压力P m 为基准，按m H P ~P ）（65.055.0=来确定；2）液压马达的参数选型应满足工作载荷和工作速度的要求，当机器在额定载荷下作业时，马达应在最大排量下工作，即马达的最大排量应按下式计算：mH m m ax m m p M q ηπ∆=2；3）液压泵的参数应满足系统工作压力和马达流量的需求。

其中，泵的工作压力等于系统的额定工作压力△P pH 、系统补油压力P r 与管路损失之和∑△P ，即：∑∆++∆=P P P P r pH p ；泵的流量由马达最大排量时的最大工作速度所决定，以满足马达的流量为基本要求，可按Q p =（1.1~1.3）Q m 计算。

4.8 如何获得平均较大的有效牵引功率？为了获得较大的有效牵引功率，首先应该使发动机在工作循环的大部分时间内处于靠近额定点的调速区段上工作。

匹配时应该保证当工作装置以设计所要求的平均工作阻力P x 作业时，发动机正好在最大平均输出功率m ax e N 工况下工作，而行走机构则在最大牵引效率工况下工作(即轮式车辆滑转率在10%左右，履带车辆滑转率在5%左右)。

4.9 牵引性能曲线向右扩展有何好处？牵引性能曲线向右扩展可增大机器的高效工作区域，拓展机器对不同工作阻力的适应范围，并可使机器的有效牵引功率曲线变得饱满圆润，从而增大平均的有效牵引功率，提高整机的作业性能。

4.10 解释动力因子的概念和用途？动力因子反映了在扣除风阻力后，单位机重所能获得的用来克服滚动阻力、坡道阻力、惯性阻力的切线牵引力。

可表达为：dtdv g x f D ±±=ααsin cos 。