典型机电产品构造——工程机械

工程机械

发动机

底盘：

传动系控制工程机械行驶速度

转向系控制工程机械行驶轨迹

制动系用于减速或停车，确保工程机械作业安全性

行驶系支承工程机械各部件，使各部件共同组成工程机械的车辆系统

作业装置

H E V——H y b r i d E l e c t r i c V e h i c l e－（油电）混合动力

一、柴油机

思考题

①柴油机的工作原理及与汽油机的区别。

所使用燃料的不同；热效率不同（柴高汽低）；燃料起燃方式不同（汽油机点燃，柴油机压

燃）；（汽油机转速高，质量小，噪音小，起动容易，制造成本低；柴油机压缩比大，热效率高，经济性能和排放性能都比汽油机好。）

②往复活塞式发动机的分类方式。

按冲程数：四冲程发动机、二冲程发动机；

按气缸数：单缸发动机、多缸发动机；

按所用燃料：柴油机、汽油机、煤气机、特种燃料（氢气、天然气等）发动机、多种燃料发动机；

按着火方式：点燃式（化油器式汽油机、电控喷射式汽油机及柴油机）、压燃式（柴油机、多种燃料发动机）；

按气缸排列形式：单列式（直立式发动机、卧式发动机）、双列式（V型发动机、对置式发动机）；

按冷却方式：水冷式发动机、风冷式发动机；

按用途：车用发动机、工程机械用发动机、船用发动机、牵引用发动机、发电机用（固定式）发动机；

按进气方式：自然吸气发动机、涡轮增压发动机；

按输出额定转速分为：高速（1000r/m i n以上）、中速（600～1000r/m i n）和低速（600r/m i n 以下）等。

③6135G表示柴油机的型式。

6气缸数，表示6只缸，135气缸缸径表示直径为135m m，G表示改进型。直列6缸四行程缸径为15m m的改进型柴油发电机。

内燃机产品名称和型号编制规则：

④柴油机的组成系统有哪些。

“1体，2机构，4系统”：1体是机体组件（气缸体，气缸盖，气缸套，汽缸垫，曲轴箱，油底壳）；2机构是曲柄连杆机构（活塞组（活塞，活塞环，活塞销），连杆组（连杆，连杆螺栓，连杆轴瓦，连杆小衬头），曲轴，飞轮）和配气机构（气门组（气门，气门弹簧，气门座，气门导管），气门传动组（凸轮轴，挺杆，推杆，摇臂），进排气管道）；4系统是燃油供给系统（油箱，输油泵，滤清器，喷油泵，喷油器，调速装置）、润滑系统（输油泵，滤清器，散热器管道）、冷却系统（水泵，散热器，风扇，水温调节装置，管路）、启动系统（启动机，启动辅助装置）；

⑤柴油机耗油率的概念。

每输出千瓦时功所消耗的燃油量

⑥气缸分布形式的种类。

单列式（直立式发动机、卧式发动机）、双列式（V型发动机、对置式发动机）；

⑦曲柄连杆机构的组成。

活塞组（活塞，活塞环，活塞销），连杆组（连杆，连杆螺栓，连杆轴瓦，连杆小衬头），曲轴，飞轮

⑧曲轴的作用。

将连杆传来的压力转变为扭矩，作为动力输出做功，并驱动配气机构等辅助装置

⑨配气机构的组成。

气门组（气门，气门弹簧，气门座，气门导管），气门传动组（凸轮轴，挺杆，推杆，摇臂），进排气管道

二、液力变矩器

思考题

①液力变矩器的组成及各工作轮的结构特点。

液力变矩器由可转动的泵轮和涡轮，以及固定不动的导轮三元件构成。各件用铝合金精密铸造或用钢板冲压焊接而成。泵轮与变矩器壳成一体。用螺栓固定在飞轮上，涡轮通过从动轴与传动系各件相连。所有工作轮在装配后，形成断面为循环圆的环状体。

液力变矩器的组成：（P292页）

1）主要构件有泵轮B、涡轮T、导轮D和罩轮。作用是既能将机械能转变为液能，也能将液能转变为机械能。

2）弹性连接盘、油泵驱动盘、涡轮轴、涡轮毂、油泵驱动轴以及相关连接件（螺栓）等。作用是将发动机的动力输入至泵轮以及将动力由涡轮引出。

3）各个轴承及轴承座。作用是支撑旋转零件。

4）金属密封环、橡胶油封及O形密封圈。作用是密封压力油。

5）变矩器壳体及解决导轮固定支撑的有关零件等。

工作轮的结构特点：

（P292页）动力输入部分：发动机飞轮?弹性连接→

34

[→

→

罩轮泵轮

油泵驱动盘5油泵驱动轴6

（P294页）动力输出部分：涡轮7→涡轮轮毂8→涡轮输出轴9

（P295页）导轮的固定支撑部分：导轮10→导轮固定座11→轴承座12→液力变矩器壳体13

②液力变矩器的工作原理。

液力变矩器内充满工作介质——液力传动油，发动机带动泵轮旋转，将发动机的力矩施加于泵轮。泵轮旋转时，泵轮内叶片带动工作液体一起做牵连的圆周运动，使液体沿叶片间通路做相对运动。由泵轮流出的高速油流，经过一段由罩轮形成的无叶片区段进入涡轮，油流冲击涡轮叶片，使涡轮旋转，使涡轮轴获得扭矩克服外阻力做功。由涡轮流出的液体进入导轮。导轮轴固定不转，所以导轮上的功率始终为零。

③液力变矩器能量的转变过程。

1）工作液体经受泵轮叶片作用离开泵轮时，获得动能和压能，实现发动机的机械能变为液能（动能和压能）。

2）液流在涡轮中的运动时，由于液体冲击叶片，一部分液能转变为机械能，所以液体的动能和压能降低。

3）液流在导轮中流动时没有能量的输入和输出（消耗一部分液能转化为内能）。

④液力变矩器的特性参数及特性曲线如何得到。

外特性曲线可由台架试验获得，原始特性曲线可根据实验得到的外特性曲线按计算公式绘制得到，在液力变矩器的原始特性上，可列出表征液力变矩器工作性能的特性参数。

⑤液力变矩器的分类方式及其适用范围。

根据工作轮在循环圆中的排列顺序可分为B-T-D型和B-D-T型；

根据刚性连接在一起的涡轮数目可分为单级、两级、多级；

根据导轮的数目分为单导轮式、双导轮式；

根据泵轮的数目分为单泵轮式、双泵轮式；

根据能实现的不同液力传动的数目可分为单相、两相、多相式；

根据涡轮的形式不同可分为轴流式、向心式、离心式；

根据泵轮和涡轮能否闭锁成一体工作，分为闭锁式和非闭锁式；

三、变速箱

思考题

①变速箱如何实现变速。

动力换挡变速箱的工作原理：变速齿轮用轴承支承在轴上，与轴空转连接，通过相应的换挡离合器分别将不同挡位的齿轮相固连，从而实现换挡。换挡离合器的分离与结合为液压操纵。液压油由柴油机带动的油泵供给，并通过定轴中的油道输送到相应档位离合器液压缸，实现离合器的接合；离合器分离由压缩弹簧的复位实现。人力换挡变速箱是通过用人力操纵变速杆操纵拨叉拨动变速箱齿轮或啮合套进行换挡的。

②变速箱变速遵循的基本原则。

加速加档减速降档；保证工作齿轮正常啮合；不能同时换入两个档；不能自动脱档；要有防止误换到最高档和倒档的保险装置；

③动力换档变速箱与一般变速箱的主要区别。

换挡动力不同：动力换档变速箱换挡的动力是柴油机带动油泵供给的，通过液压操纵机构时换挡离合器分离与结合，实现不同档位，效率高；一般变速箱是用人力拨动变速箱齿轮或啮合套进行换挡的，因此动力切断时间长，效率低。

构造不同：人力换挡变速箱，结构简单，制造方便，重量轻，动力换档变速箱结构复杂。

④动力换档变速箱的齿轮是否常啮合。

是常啮合状态。但齿轮与轴是空套关系，只有当离合器连接时才带动轴转动。

⑤变速箱的润滑方式。

变速箱的润滑方式是强制润滑与飞溅润滑相结合；其中工作条件差的齿轮或轴承采用的是强制润滑的方式，通过油泵输送机油经过各油路到相应的部件；工作条件好的齿轮与轴承则采用飞溅润滑。

⑥动力换档变速箱换档离合器如何实现接合与分离。

换挡离合器的分离与结合为液压操纵。液压油由柴油机带动的油泵供给，并通过定轴中的油道输送到相应档位离合器液压缸，实现离合器的接合；离合器分离由压缩弹簧的复位实现。

四、驱动桥

思考题

①驱动桥如何实现动力传动。

通过主传动器将万向传动装置传来的发动机转矩传到横置的驱动桥两边、再经过差速器、半轴等传到驱动车轮，实现降速增大转矩；通过主传动器圆锥齿轮副改变转矩的传递方向；通过差速器实现两侧车轮差速作用，保证内、外侧车轮以不同转速。

②差速器如何实现差速。

当左右两轮的转速不同时，地面对左右两半轴轴线的阻力矩不同，其差值大于差速器转动所需的力矩，差速齿轮就绕其自身轴线转动，从而使左右两轮的转速不同，起到差速的作用。

③轮边减速器行星齿轮如何实现动力传动。

驱动桥的半轴与轮边减速器太阳轮相连，成为动力的输入机构，太阳轮带动行星轮，行星轮架带动轮毂的转动，从而驱动车轮转动实现车辆行驶。

④驱动桥如何实现润滑。

1）主减速器中的运动件主要靠飞溅润滑。主减速器壳中储有齿轮油，当主减速器的从动锥齿轮转动时，就把齿轮油甩到各齿轮、轴和轴承上进行润滑，为保证主动齿轮轴前端的圆锥滚子轴承得到可靠润滑，在主减速器壳体中铸出了进油道和回油道。齿轮转动时，飞溅起的润滑油从进油道通过轴承座的孔进人两圆锥轴承小端之间，在离心力作用下，润滑油自轴承小端流向大端。流出圆锥滚子轴承大端的润滑油经回油道流回主减速器内。在主减速器壳体上装有通气塞，防止壳内气压过高而润滑油渗漏。

2）差速器靠主减速器壳体中的润滑油润滑。在差速器壳体上开有窗口，供润滑油进出。为保证行星齿轮和十字轴轴颈之间有良好的润滑，在十字轴轴颈上铣出一平面，并在行星齿轮的齿间钻有油孔。

⑤驱动桥的制动原理。

制动时，高压制动液从制动管路中通过钳体油口进入活塞后面的液压腔，驱动两侧活塞向中间推动制动片，从而钳住安装在轮毂上旋转的制动盘，使之产生摩擦阻力矩，达到制动的目的。与此同时，矩形密封圈在摩擦力作用产生弹性变形。当解除制动时，高压油排出，活塞在密封圈的弹性恢复力作用力而回位，制动解除。

工作路线：油缸的液力——活塞运动——推动制动片——钳住制动盘

五、液压缸

思考题

①双作用单活塞杆液压缸的结构特点。

双作用单杆活塞式液压缸它主要由缸筒、活塞、活塞杆、缸盖、缸底、活塞杆头及有关辅助装置等组成。活塞把缸简分成不锈钢活塞杆左右两腔，借助于压力油的作用，在缸筒内作

往复运动。在活塞杆通过缸盖的地方，由于间隙的存在，容易产生外漏现象，设置了密封装置和防尘因，防止灰尘经该间隙进入缸内。所有的液压缸在活塞杆伸出端，设置相当长度的导向套同时为了消除偏心载荷对活塞工作的影响。此外在活塞运动速度较快的情况下，活塞与缸底和缸盖产生机械碰撞的现象严重，因此在液压缸的两端，应设置缓冲减速装置。当活塞的运动速度较小而液压缸的尺寸较大时，容易积存大量空气，致使活塞产生爬行和工作不稳定的现象，因此应设置放气装置。

②液压缸耳环衬套的作用及其润滑方式。

1）作用：在活塞杆运动中，因为长期的磨擦而造成零件的磨损，因此，选用硬度低且耐磨性较好的材料为衬套，衬套内孔经研磨刮削，能达到较高配合精度

这样可以减少轴和座的磨损

2）润滑方式：内壁上有润滑油的油槽，安装时刮削轴套内孔壁，这样可以留下许多小凹坑，用以增强润滑。

③液压缸使用时，利用有杆腔工作与利用无杆腔工作的优缺点比较。利用有杆腔工作机械推力大，但活塞的运动速度慢；利用无杆腔工作时，活塞的运动速度快，但机械推力小。

④如何防止或减弱液压缸行程极限的冲击作用。

当活塞移动至接近缸盖时，使低压油腔内的油液通过节流阀，增大回油阻力，降低活塞速度，从而达到缓冲效果。

⑤双作用单活塞杆液压缸在使用时是否允许缸杆的转动。

不允许，压力油作用于液压缸活塞，产生作用力，推或拉动活塞杆实现直线运动，旋转

有可能导致泄油。

六、风洞凿岩机

思考题

①阀在右端，活塞在左端，凿岩机是否能够启动。

能够启动，此时前腔与排气口相通时，压气由气道4、5经阀后侧流过，降低了对阀后侧的压力，则驱使阀后移，经2～3毫秒时间，阀便移至左侧，封堵了前腔气道12、11，打开了阀套孔6，由操纵阀孔l送来的压气再次进入气缸后腔，于是又开始了第二个冲程。

②注油器的作用。

凿岩机通过注油器，来实现自动注油；使得凿岩机及气腿子内部所有运动零件，得到均匀润滑，保证机器的正常作业知延长其寿命。

③如何实现对凿岩后形成的岩粉进行水清洗。

当凿岩时风水联动冲洗机构自动注水，当停止凿岩时注水立即停止。其工作原理如下；压气从柄体气室经过进气孔道，到达注水阀的前端，克服了弹簧的压力，将注水阀推向后移，于是开启了水路，来自水管和柄体水孔的水便随即通水针，再经过钎子的中心孔注入孔底，以达到排粉捕尘之目的。当停止凿岩时，柄体气室的压气消失，这时注水阀前端的压气按原路返回于柄体气室并立即消散，于是弹簧将注水阀压向前移，堵塞了水路，则停止注水。凿岩机还配带调水阀，用以调节水量的大小。

④凿岩后形成的孔底岩粉如何通过凿岩机内部机构进行强制吹粉。这时压气不经柄体气室和缸体内腔，而由缸壁上的专门孔道直达钎尾一端，再从水钎与钎子间隙及钎子中心水孔通过到孔底。强吹排出岩浆。为了防止强吹时活塞后退导致从排气口漏气，在气缸后腔壁上钻有一小孔与强吹专门孔道相通，使压气进入气缸后腔，保证强吹时活塞处于封闭排气口的位置，以防止漏气和影响强吹效果。

⑤如何调整凿岩机支腿。

气腿的伸缩是靠板机控制换向阀所处的位置来完成的。当顺时针扳动调压阀时，由于偏心槽逐渐加深，槽口断面积逐渐加大，而泄气槽则逐渐变浅，槽口断面积逐渐减小，可使进气量大于泄气量，于是压力逐渐上升，气腿顶力就逐渐增大。当逆时针扳动调压阀时则相反。

实验原理

l、配气与活塞往复运动

凿岩机是以压缩空气为动力的，在配气装置的调节下，时而使压缩空气进入气缸后腔推动活塞向前运动(称冲程)，完成对钎子的冲击动作；时而使压缩空气进入气缸前腔推动活塞向后运动(称回程)，完成钎子的回转运动。活塞的往复运动是靠配气装置来自动调节，使其运动持续进行，以达到凿眼之目的。

1)冲程

当活塞7位于后缸，配气阀8处于左侧，从柄体操纵阀孔1进来的压气，经气路2、3、4、5和6，进入气缸9的后腔，而前腔经排气孔与大气相通，故活塞在压气压力作用下，迅速向右运动，最终撞击钎尾。在活塞向右运动的过程中，活塞先封闭排气口，此时前缸仍由活塞上的花键槽向钎尾套泄气，以减少背压，较小影响活塞的加速运动而增大其行程和防止冲洗水倒流入缸内，直到冲击点前7～8毫米，花键槽才被导向套10所堵死。活塞继续高速前移，气缸气体被压缩而压力上升，经气路11、12，作用在配气阀的后面。与此同时，活塞已把排气口打开，大量压缩空气则由气路4、5经阀前侧1毫米缝隙、气道6、后腔和排气口而排出。高速气体从阀前侧流过，降低了气体对阀前面的压力，于是阀开始前移，经2～3毫秒的时间，它便移到右侧封闭了气孔6，使气路4、5和12、1l联通，于是活塞冲程结束，回程开始。

2)回程

此时活塞位于气缸前腔，配气阀处于右侧；压气经气路1、2、3、4、5、12和11，进入气缸前腔，作用于活塞右端，因气缸后腔通大气，故活塞向左运动。在运动过程中，后移7～8毫米，花键开始泄气，再后移4～5毫米，活塞左端面封闭排气口，再后移后腔气体被压缩，压力升高；当后移到前腔与排气口相通时，?大量压气由气道4、5经阀后侧流过，降低了对阀后侧的压力，则驱使阀后移，经2～3毫秒时间，阀便移至左侧，封阀了前腔气道12、11，打开了阀套孔6，由操纵阀孔l送来的压气再次进入气缸后腔，于是又开始了第二个冲程。

2、钎子的回转运动

如图1—2所示，7655型凿岩机的转钎机构是贯穿于气缸和机头中自勺，在活塞4大端内装有螺旋母，与活塞紧固成一体，螺旋棒3的螺旋形齿插入螺旋母中，螺旋棒大端装有四个棘爪2，在塔形弹簧的作用下抵住棘轮1的内齿。而棘轮靠定位销固定在气缸和柄体之间，使之不能转动。转动套56勺右端内部有花键槽，与活塞4小端的花键相配合；其左端内固定有钎尾套6，套内有正六角形孔，钎尾就插入其中。

由于棘轮机构具有单方向间歇旋转的特性，：故当活塞冲程时，活塞大端紧固的螺旋母带动螺旋棒沿图2—2中“—>”箭头所示的方向转动一定的角度，此时棘爪处于顺齿状态，它可以压缩塔形弹簧而随螺旋棒转动；当活塞回程时，由于棘爪处于逆齿状态，它在塔形弹簧的弹力作用下，抵住棘轮内齿，阻止螺旋捧转动。这时由于螺旋母的作用，迫使活塞在回程时沿螺旋棒上的螺旋槽依图1——2中“＝>”箭头所示的方向转动。从而带动转动套及钎子转动一定角度。如此，活塞每冲击一次，钎子就转动—次。钎子每次转角的大小与螺旋棒螺纹导程、活塞行程有关，还与棘爪、螺旋母及钎尾等处的配合关系、磨损程度有关。

3、炮孔的冲洗与强力吹扫

在凿岩的过程中将产生大量岩粉，必须及时地将其排出孔外，7655型凿岩机采用凿岩时注水加吹风和停止冲击时强力吹扫方式。

当凿岩时风水联动冲洗机构自动注水，当停止凿岩时注水立即停止。其工作原理如下；压气从柄体气室经过进气孔道，到达注水阀的前端，克服了弹簧的压力，将注水阀推向后移，于是开启了水路，来自水管和柄体水孔的水便随即通水针，再经过钎子的中心孔注入孔底，以达到排粉捕尘之目的。当停止凿岩时，柄体气室的压气消失，这时注水阀前端的压气按原路返回于柄体气室并立即消散，于是弹簧将注水阀压向前移，堵塞了水路，则停止注水。凿岩机还配带调水阀，用以调节水量的大小。

当钎头出水孔被岩浆堵塞或打下向深孔，孔底残积大量岩浆时需强力吹扫，以达疏通水路，排除岩浆之目的。如图1—4所示，这时压气不经柄体气室和缸体内腔，而由缸壁上的专门孔道直达钎尾一端，再从水钎与钎子间隙及钎子中心水孔通过到孔底。强吹排出岩浆。为了防止强吹时活塞后退导致从排气口漏气，在气缸后腔壁上钻有一小孔与强吹专门孔道相通，使压气进入气缸后腔，保证强吹时活塞处于封闭排气口的位置，以防止漏气和影响强吹效果。为防止冲洗水倒流入机体内，特别是打上向孔时更易发生，在操纵阀的强力吹风孔部位还刻有一环形沟槽，可使机器无论在开或停时，都总有一股压气沿强吹孔道，常吹过去，以防止水的倒流。

4、气腿的伸缩及其力的调节

F T l60型气腿的伸缩是靠板机控制换向阀所处的位置来完成的。如图1—3(c)、(d)气路系统所示，压气经进气弯管、操纵阀孔、柄体孔道、调压阀孔、柄体及气缸下部的孔道等通路到达气腿横臂、架体气孔1，又通过架体垫孔2，直到气腿上腔3，推动活塞同伸缩管下伸；而气腿下腔5里的废气则经孔4、伸缩管内腔6、气针内孔7、架体与横臂孔8、缸体下部气道等废气回路、柄体及换向阀的环形沟槽、柄体上的排气孔排入大气中。如图2—3(e)、(／)所示，当扳动板机时，换向阀被板机压向右移，改变了进气和回气的方向，原进气通路变成

了废气回路，原废气回路聋成了进气通路，于是在压气的作用下，气腿子的伸缩管便自动缩回，以选择一个新的支点继续凿岩。

气腿子的主要功能是给凿岩机以支撑力和轴推力，两者的比例要靠气腿支撑角度来调节，而气腿力的大小则要靠扳动调压阀来调节。如图1—5所示，来自柄体的压气由调压阀右端部进入孔1，再经偏心槽2进入通向气腿上腔的孔道允。另外尚有一部份压气通过偏心槽3和横槽4泄入大气中。偏心槽2是个进气槽。偏心槽3是个泄气槽。二者的偏心方向相反。当顺时针扳动调压阀时，由于偏心槽逐渐加深，槽口断面积逐渐加大，而泄气槽则逐渐变浅，槽口断面积逐渐减小，可使进气量大于泄气量，于是压力逐渐上升，气腿顶力就逐渐增大。当逆时针扳动调压阀时则相反。当进气口1完全对正孔且时，偏心槽3全部脱离孔Ａ，这时气腿顶力达最大值；当放气槽4完全对正孔d时，进气孔1连同偏心槽2全部脱离孔Ａ，这时气腿处于关死位置。

在调压阀内，时刻都有一股压气经过孔道5进入容腔6内，以胀紧环形胶质涨圈，这样会使调压阀随时都可以固定在任何位直上。

5、自动注油器

凿岩机及气腿子内部所有运动零件，都需要均匀润滑，才能保证机器的正常作业知延长其寿命。现代凿岩机的润滑，一般均在进气管路上连接一个自动注油器，来实现自动注油；图1—6所示为与7655型凿岩机配套使用的F Y200A型自动注油器，其容积为200毫升，装满油可供凿岩机工作两小时润滑零件之用。其自动注油原理如下：当凿岩机工作时，压气沿箭头方向进入注油器后，一部分压气从油阀的迎风孔1进入壳体内腔2，给油面旋加压力。油阀上的出油孔3与压气流向垂直，在压气高速流动的条件下，出油孔3处形成压差，使润滑油从输

油管4排出，经出油小孔3喷入压气管路中，呈现雾状，随同压气进入凿岩机和气腿，润滑

各部运动零件。油量的大小，可用调油阀5来进行调节。