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1、工程机械设计,教材：工程机械 西南交通大学 唐经世 主编授课： 任升峰推荐参考书：工程机械设计吴永平人民交通出版社工程机械概论杜海若西南交通大学出版社,绪论,工程机械的定义和分类工程机械的重要地位工程机械的组成近年来的发展总体结构发展的一般趋势工程机械的最新发展技术,一. 工程机械的定义和分类,定义: 所有建筑、筑路工程中所用的机械，均称为工程机械。分类：挖掘机械：单斗挖掘机，多斗挖掘机，隧道掘进机，盾构机械；铲土运输机械：推土机，装载机，铲运机，平地机；压实机械：按工作原理，又可分为静压滚压压实法、振动滚压压实法和冲击压实法；工程起重机械：臂式起重机，塔式起重机，缆索起重机，门式起重机与梁式
2、起重机；基础工程机械：振动沉桩机，冲击钻孔机，旋转钻孔机，柴油打桩机；,一.工程机械的定义和分类,钢筋混凝土机械：混凝土拌合机，混凝土输送机，砼车；凿岩机械与机械化工具：气动凿岩机，液压凿岩机，各种机械化工具；公路路面机械：沥青路面摊铺机，混凝土路面摊铺机，路面破碎机，路面材料拌合机；铁道线路机械：铺换钢轨机，铺换枕轨机，道碴捣固机，道碴整形机，焊轨机，起拨道机等。,二. 工程机械的重要地位,2009年我国铁路建设投资为7000亿；北京2008年奥运前，基础设施建设投资1800亿；2007年我国GDP约24.7万亿；2007年机械工业总产值超过7万亿 ；2007年工程机械销售总额2223亿 。
3、,三. 工程机械的组成,工程机械的基本组成a.动力装置（柴油机、汽油机、电动机）b.底盘（传动系、走行系、转向系、制动系等，其核心是传动系）c.工作装置（直接对外作功的部分）,工作装置与总体设计的差异，体现了各种工程机械的主要不同。,四. 近年来的发展,20世纪60年代以来，世界工程机械快速发展，采用了很多新结构、新原理，使各项性能大幅提高。传动系：液力传动、外功率分流式液力机械变矩器、全液压传动、行星齿轮传动。走行系：钢丝帘布轮胎、无内胎轮胎、子午线轮胎；密封履带、密封润滑履带、浮动油封；轨行式工程机械独占铁道线路领域，还适合于隧道等作业面狭窄的地下工程。转向系：铰接式替代整体车架式：结构简
4、单，转弯半径小，但转向作用力大。机械反馈随动式转向、液压反馈随动式转向，解决了转向作用力大的问题。,四. 近年来的发展,制动系：,助力式制动驱动机构全动力式制动驱动机构,人力式制动驱动机构,双管路主制动系,单管路主制动系,重型高速工程机械：主制动系停放制动系辅助制动装置；中小型工程机械：单盘开式钳盘制动器结构简化；大中型工程机械：多片封闭油浴式盘式制动器 制动力持久不变；,四. 近年来的发展,工作装置：,提高强度、刚度、耐磨性减轻自重,新材料,优化结构（Ansys，Matlab，etc.）（力学、传热学、振动控制，等）,计算机优化设计,传动系,转向系,制动系,工作装置,操控系统的电子化与自动化
5、,机电一体化技术,五. 总体结构发展的一般趋势,不断提高比功率、比生产率；不断提高工作装置的通用性，提高同一底盘的利用率；不断提高整机安全性：重心，安全监控装置，翻车保护架，落物保护棚；不断提高作业舒适性：封闭式司机室，空调，座椅优化设计；不断降低作业噪音，机内净化内燃机废气排放，必要时增加机外净化法。,六. 工程机械的最新发展技术,a. 机电一体化技术b. 机器人技术c. 电液集成控制技术d. 虚拟现实技术,机电一体化技术 1,电子技术、传感器技术与机械相结合，实现机械的自动控制、自动监测和处理，这就是机电一体化技术。工程机械采用机电一体化技术，是提升技术档次和技术性能、实现产品更新换代的一
6、个重要发展方向。工程机械采用该技术的目的： 1.节约能源、净化排气、提高效率发动机上采用电子控制燃油喷射系统，使燃油充分燃烧，净化排气；发动机上采用负荷反馈电子控制装置，使发动机处于最佳功率和耗油状态。,机电一体化技术 2,2.提高操控性能和舒适性采用自动控制技术和无线电通讯技术，使精细操纵自动化，复杂操纵简单化，危险操纵遥控化；采用空调、电视、电信以及隔音、隔振等装置，提高乘坐和工作的舒适性。3.提高安全性及运行状态监控能力装备运行状态和故障诊断实时电子控制系统，可显示运行状态、故障部位和类型；装备安全防护装置，保证工作与运行安全，如起重机的防倾翻和防过载系统、运行机械的防抱死系统（Anti
7、lock Brake System，即ABS）。,机器人技术 1,机器人技术就是综合运用机、电、液、声、光等多种技术，实现机械智能控制的一种先进技术。该技术应用于机械上产生两大类机器人：结构化环境下的机器人，如工业机器人（视频）；非结构化环境下的机器人，如凿岩机器人。机器人技术应用于工程机械，我国始于九十年代，主要表在两个方面：特种机器人在工程上的直接应用，如中南大学研制的“凿岩机器人”、 山东矿院研制的“喷浆机器人” 。 传统工程机械的机器人化，即给传统工程机械的某些动作，引入机器人的控制技术，使其控制能力、工作适应能力等得到进一步改善。,传统工程机械的机器人化，这是工程机械继机电一体化后，
8、更为完整的发展方向，也符合国家科技部和“863”计划的发展战略：机器人化的机器是高科技发展的重要方向。,机器人技术 2,机器人技术应用在工程机械上，主要包含下列关健技术：1.位置识别技术 采用外部位置识别法（借助于超声波和电磁波以及外部基准点）和内部位置识别法（借助于走行速度传感器和回转角传感器测定走行数据）自动辨认所处位置。2.位置诱导技术 采用激光作外部诱导（导向）或磁力计、倾斜计作内部诱导，使机械偏离设定轨迹后自动复位。,机器人技术 3,3.作业对象辨认技术 采用超声波技术或图像处理技术识别作业对象的位置、大小、形状；4.物性评价技术 自动测定作业对象的特性，如种类、含水量、密度等物理性
9、质以及强度、刚度等力学性质，并自动选择最佳作业方式；5.人工智能技术 采用专家系统、模糊控制理论建立机械的推理和学习功能，使其具有思维判断能力和自我适应能力。,电液集成控制技术 1,工程机械的传动方式有四种：机械传动、电传动、液力机械传动、液压传动；液压传动以其易于调速、传递功率大、结构简单、便于控制等优点，在工程机械上得了广泛的应用；随着电子技术的飞速发展，液压传动中的控制技术正在发生着巨大的变化，并与电子技术集成而形成电子液压集成系统。,电液集成控制技术 2,工作原理：电液集成控制系统由传感器部分、电子控制部分（含微处理机）、以及执行器部分（电控油泵、油马达、电磁阀）组成；各传感器采集有关
10、信息，输入电子控制部分，经微处理机信息处理后输出电信号，执行器将弱电信号转化为相对应的大功率液压信号，使机械产生相应的力和运动。例如，小松公司推出的D66S型履带装载机，采用电液集成控制系统，可自动实现装载机的转向、制动、行驶和作业，根据不同工况自动进入最佳运行和作业状态。,虚拟现实技术,虚拟，就是利用计算机产生一个三维的、基于感知认识的临场环境，为人们创造出一种时域和空域可变的、与现实世界相似的假想世界，从而使人们能够在这样一个世界里完成所需要的设计、制造和模拟试验过程，最终实现实际系统的优化、节约成本、缩短设计制造周期的目标。它既可以将某种概念设计或构想可视化和可操作化，又可以实现逼真的遥
11、控现场效果，从而形成一种将操作人员与机械有机结合的全新控制模式。,工程机械的应用,铁道建筑工程公路工程机场建设水利设施房屋建筑,市政工程港口建设矿山工程地下建筑军事工程,传动系,用以保证工程机械的行走传动。机械传动液力机械传动液压传动电传动,分动箱 主离合器 变速箱 万向节 传动轴 驱动桥,走行系,用以安装各部件；保证工程机械在地面上行进。,轮胎式履带式步行式轨行式,机架桥壳轮胎机架履带架四轮一带机架步行装置机架转向架轮对,转向系,用以保证工程机械行走时的转变方向。,轮胎式：转向器动力转向装置转向传动系统；履带式：转向离合器转向制动器 或 分别操纵左 右履带的传动；步行式：与转台回转装置配合；
12、轨行式：轨道引导。,制动系,用以保证工程机械行走时的减速与停止。,轮胎式：主制动装置停放（紧急）制动装置辅 助制动装置；履带式：行走制动器；步行式：无；轨行式：机车车辆的制动装置。,危险操纵遥控化,例如，1994年日本长崎火山爆发区，为清除火山土石流进行了一次大规模的无人化施工；现场所有工程机械（如挖掘机、推土机、装载机和自卸汽车）都是遥控操纵；操纵室位于几千米外的安全地带，通过三维立体摄像机、自动跟踪光波测距仪、卫星测位系统等装置，取得现场的施工信息和图像，并通过计算机在屏幕上显示出来；使操纵者有身临其境之感，并可自如地控制现场施工。,注意事项,课堂纪律作业考试成绩，70平时成绩：考勤，作业，30,液压挖掘机,推土机,多斗挖掘机,盾构机,装载机,压路机,
