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1、工程机械理论与设计课程教案（首页）（讲稿页）第单元标题单元学时教学目标使学生了解工程机械设计的基本原则，了解工程机械设计程序与样机试制、试验掌握工程机械总体设计方法，熟悉并掌握工程机械的稳定性计算。教学重点工程机械总体设计方法和工程机械的稳定性计算。教学难点对工程机械总体设计方法内容的理解，稳定度的概念和计算教学方式方法采用，以文档，图片等形式引导学生建立起对工程机械总体设计方法的理解。使学生对工程机械产品从设计程序、样机试制到试验全过程有全面地了解。教学手段采用，以面授通过文档，图片等形式讲解教学过程回顾及导引新课第一节设计工程机械的基本原则第二节设计程序与样机试制、试验第三节工程机械的稳定
2、性计算第四节工程机械总体设计综述第五节装载机总体设计第六节推土机总体设计第七节工程机械的技术及经济指标第三节工程机械的稳定性计算工程机械的稳定性是指：机器行驶或工作时不发生滑移和倾翻而保持正常运行与工作的性能。1静稳定性分析：在进行稳定性计算时，有时只考虑作用在机器上的稳定载荷力载荷），则称为静稳定性分析2动稳定性分析：有时必须考虑稳定载荷和动载荷稳定性分析。在工程机械行业尚未形成统一的成熟的稳定性计算方法，（静（惯性力）的联合作用，则称为动通常引用起重运输机械的稳定性计算方法，如稳定系数法、稳定度法等。一、评价稳定性的指标1稳定性系数装载机的稳定程度可用稳定力矩与倾翻力矩的比值来表示，称为稳
3、定性系数。稳定力矩Mw翻力矩:倾翻叭矩矩；M稳定力矩：机器自重产生的力矩；不倾翻的条件：装载机不发生倾翻的条件是：考虑动载荷的影响和地面不平，一般规定K值应大于等于2。2. 稳定度的概念i装载机的倾翻是因为作用在机器上的合成重力作用线超过支承面而发生的。如图所示，G为作用在装载机上的合成重力作用点.A为前轮接地点，连接GA,过G点作地面垂线GE,得AGE=0如果合成重力的作用线在支承界限A以内，即作用角小于，则机器不会发生倾翻；如果机器的合成重力作用线恰好通过GA线，则机器处于临界稳定状态,角被称为稳定角，tan被称为稳定度，用i表示。若不计轮胎变形，则稳定度i为AEItanGE稳定度是评价机
4、器在坡道运行上运行的稳定性的指标。稳定度i也表示路面的坡度。当装载机在大于稳定度i的坡道上，合成重力作用线超过支承界线，则装载机统前轮接地点连线倾翻。稳定度既可以度量纵向稳定性，也可以度量横向稳定性。如图310所示。L（纵向稳定力臂）为L1,（横向稳定力臂）为S,则该机的纵向稳定度为itana-于；横向hS稳定度为itan。11h由此可知，稳定度与重心位置有关。重心位置越低，距接地点越远，则稳定度越大，装载机稳定性越好。稳定度的值可以把装载机放在可倾斜的平台上实测得到，也可以在确定该机重心位置的条件下，用计算求得。图3-10横伺和期向挠定度稳定度i:即临界失稳角a以坡度表示称为稳定度i,常用百
5、分数表示。心扫理=仝-二厶-xlOO%.AMC2AH2稳定度i逻定力臂和重心到地面的高度的比值。2结论:一定结构的机器在小于其稳定度的坡道上稳定运行时，不会发生倾翻，在大于稳定度的坡道上，将发生纵向倾翻。轮式装载机稳定性计算：轮胎式工程机械，如轮式装载价、轮式推土机、轮式挖掘机等，由于工况变化、载荷变化造成轮胎的变形不同，因而其稳定性计算具有一定的特殊性与典型性。以下以轮式装载机为例讨论稳定性计算方法。二、轮胎式工程机械的稳定性计算（一）轮式装载机稳定性计算工况轮式装载机有如下四个作业情况容易发生倾翻:1在额定载荷下，下坡运输作业；2在水平地面上，动臂水平外伸满载作业；3满载铲斗在最高位置作业
6、；4空载横坡路而运行。上述1、2两计算情况决定纵向稳定性，3、4两计算情况决定横向稳定性。纵向稳定度i1倾翻轴与坡底线平行的稳定度i：=妙=式（920）是假设前轮接地ABEF与坡底线2X100%0Q平行的稳定度。倾翻轴与坡底线有夹角皿i12口地形对稳定度i的影响:如果由于地形的影响，线EFDDDDOPODOD时，其稳定度i应为1ANAM.1C2AGcos“casiZjCos?3轮胎变形对稳定度的影响当机器绕前轮接地点翻转时，前轮承受了整机重量，后轮离地前负荷为零。因此，在临界倾翻之前，由于轮胎变形的影响，机器巳预先向前倾斜一角度。倾翻、则是绕所以，将轮胎变形影响计算在内的纵向稳定度应为：式中l
7、2某计算情况的重心到前轮轴距离(m)；屁某计算情况的熏心高度(m)；久前轮承受总重量时的变形童与正當负荷(四)横向稳定性计抄一后轮在正常负荷下的变形量gm);L机器轴距(on)。轮式装载机为适应施工场地不平整的作业条件、大多数装载机在后桥与车架之间用纵(称后桥中心销)联结。由该销和两前轮接地点组成三角形EFD(投影面为三角形EdF),如图99所示。EDOFD轴倾翻。二级稳定性：在丧失一级稳定性后，则以四轮接地点所构成的支承面的横向稳定性称为二级稳定性。（2）轮胎接地连线与坡底线夹角为皿COS0=由于此时倾翻轴+Z21刊平行于坡底线，所以此时的一级稳定度为凤工厶）2（H2L-L2h）cosxlO
8、O%2二级稳定性计算定义：当机器重心垂线超出支承三角形ED边时，它开始绕ED轴发生翻转，逐渐消除后桥与车架间的摆动角Y（一般约接触时，机器的稳定性转变成以四轮接地点连线的矩形问题。此时，机器则是绕前后轮接地点连线10度左右），直到车架档块与后桥壳档块相（EFIK）为支承面的稳定性EI为轴进行横向倾翻，称为二级稳定性。=tgPi+01）.此时二级稳定度为:fgB+孙1-愆01孙为：达到二级稳定极限时，着地侧因此，在使用中不应失上一级稳图3-】5二级稳定觀1算示意图当-级失稳时，=B（L-L2）6二级稳定度11（H2L-L2h）0:二级稳定时，相当于装载机在坡角为中的横坡上（中=Y=譽二中+九）二
9、绘（7+扎）由于为摆动角应扣除，此时二级稳定度应为：您（卩1+九）=一级失稳后余下的稳定度i1.RS郃i1C2SBZ3其中/?&=帀-cos单一H2sinipU寻珀拄单十Hgcos单将式（B）.（C）代入式得:Zcos够门单df_单=卩+岛式中y后桥摆动角；横向坡度角根据（9-26）式求出；轮胎负荷增加一倍时的变形量。二级稳定度为吨=维5亠入）1UUUUUUUUUU轮式机械在行驶中转向，由于离心力作用，产生横向倾覆力矩，使机器绕横向U覆轴线IIUU（参看图911）,此时U行驶UU称为UUUU机器行驶中转向的稳定条件是十陆复饥（kN-m：由稳定后求出UU倾翻尹矩竺仝丄疋（XNm）,ffa（Sco
10、s2asin0）产_小2民血i0cos（0扮m/S）2. 临界转弯半径在一定U行驶UU之下，转弯半径小时U离心力大。为保持行驶中转UU稳定性，应使其转弯半径大于临界转弯半径。临界转弯半径是：在最大UUU覆力矩时U转弯半径。v计算方法如下：lGsin/?=d?i用/rrr式中0轮胎的附着系数；重心距前轴距9重力加速度技术重心转弯半径与前桥轴夹角O一、生产率计算生产率是指在一定的时间和一定的条件下，机器能够完成的工程数量它是最重要的指标。(一)理论(计算)生产率1 对于连续作业的机器仇=(m7h)式中理论生产率，如斗轮式挖掘机为m/h,掘进机亦为mVh；F挖掘工作物的计算横断面积5匸)；卩机器作业
11、前进速度(m/inin);2 对于循环作业的机器Q严皿或业硏K/T以T式中么理论生产率衣如装載机、单斗挖掘机等为看/h,线路捣固机;q铲斗的几何容积(曲”儿铲斗的充盈系数，一般取0-9；K空土壤的松散系数,一般取1-081.32,岩石、冻土为k5-2.T循环的延续时间(s),其值为:Tt十岌+&如装載机由前进同时下降动臂时间，则铲装及转斗时间、后退及提斗斗时间、收斗时间等组成一个循环出二、技术经济指标1能耗比心=詈、(kW/m3)式中N机器装备功率(kW)?运用生产率每台班生产量。N机重比&毋=#(t/n?)式中G机器结构质量(t)工程机械理论与设计课程复习思考题第一章和第二章1. 复习工程机
12、械分类说出土方工程机械、石方工程机械和混凝土机械各包括那些机械？2. 工程机械由那些部分（或系统）组成，说出它们的作用？3. 库伦摩擦定律的公式和意义是什么？4. W类土比II类土的切削比阻力（大，小）。5. 土壤的那些物理机械性质与土中的含水量有关？6. 初始松散系数和残余松散系数有何不同？7. 冲击指数是将一面积为的圆形平压头，在每次10J冲击功之作用下，将压头压入土壤中达的冲击次数称为冲击指数。（lcm2,10）8. 土壤切削阻力与和有关？（土壤性质和切削刃的几何参数）第三章和第四章1. 说出轮式行走机构的特点？2. 说出轮式机械的行驶原理？轮胎动力半径r是指充气后承载的轮胎存在径向和周
13、向变形，此时轮心到水平d的垂直距离；（牵引力）4. 轮胎运动有哪三种形式（分别用r,r以及V,V表示）？gdT5. 额定滑转率是按照工况确定的，履带式机械的额定滑转率一般在左右。（最大生产率，1015%）6. 何为切线牵引力、牵引力和有效牵引力？分别就轮式机械和履带式机械表达出三者之间的关系。7. 试解释滑移、滑转的概念及其滑转率的表达式？8. 滑转率随牵引力的增大而。（增大）9. 影响滚动阻力的因素有那些？r10.履带式机械的内摩擦包括那些？式M2T卩r+2QPr4是如何得到m2023r的？11.为什么说车轮的切线牵引力是附着性质的力？12.附着性能的影响因素有那些？13.工程机械行驶系统的效率等于其滚动效率与效率之积。（滑转）工程机械行驶系统的效率等于效率与效率之积。14. 履带与地面之间的附着力由哪两种因素组成？15. 影响履带行驶阻力的因素？第五章1. 把机器在运用时经常出现的,对机器的设计和评价其性能有决定形响的工况称为。（典型工况）2. 牵引工况时，工程机械以低挡工作，是因为工程机械需要克服工作装置作业而引起的巨大工作阻力，需要发动机和底盘系统发挥强大的牵引力。3. 牵引工况和运输工况对机器的设计要求有那些不同？牵引工况对机器的设计要求是：1）机器的适
