工程机械设计》01绪论.ppt

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 。,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,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（Antilock 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，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； 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