工程机械概论0.ppt

第1章概述1 1工程机械的分类及应用1 1 1工程机械的概念土方工程 石方工程 流动起重装卸工程 人货升降输送工程 各种建筑工程 综合机械化施工及同上述工程相关的工业生产过程机械化作业所必需的机械设备 1 1 2分类分类依据 结构特点 工作对象 主要用途1 挖掘机械2 铲土运输机械3 工程起重机械 4 工业车辆5 压实机械6 路面机械7 桩工机械8 混凝土机械9 钢筋和预应力机械10 装修机械11 凿岩机械12 气动工具13 铁道线路机械14 市政工程与环卫机械15 军用工程机械 16 电梯与扶梯17 工程机械专用零部件18 其它专用工程机械1 2工程机械的组成1 动力装置2 传动系3 行走系4 转向系5 制动系6 工作装置 1 3国内外工程机械行业的现状及发展特点1 3 1国内现状1 3 2国外发展特点1 2工程机械基础知识1 2 1液力传动基础知识1 液力传动的原理原动机带动离心泵转动 从泵流出的高速液体推动涡轮机旋转 液体的动能转变为从动件的机械能 液力传动是以液体为工作介质实现能量传递的 2 液力传动主要元件泵轮 涡轮 导轮 原动机通过输入轴带动泵轮4转动 泵轮将原动机能量转换成液体动能 使液体按箭头所示方向 高速流入涡轮3中 推动涡轮转动 并将液体动能转换成机械能经输出轴输出 液体由涡轮流出后 经导轮5 又返回泵轮 如此循环流动 形成液力变矩器的正常运转 液力变矩器最大特点是通过导向轮的作用使输出轴转矩增大 故名变矩器 输出轴转矩与输入轴转矩的比值称为液力变矩器的变矩系数 1 2 2动力装置1 内燃机概述内燃机是一种将热能转变为机械能的热力发动机 它是将燃料和空气混合成可燃混合气 在气缸内燃烧转变为热能 再通过一定的机构使之再转变为机械能 由于燃料的燃烧是在产生动力的空间 即气缸 中进行的 因此称为内燃机 内燃机具有结构紧凑 轻便 热效率高以及起动性好 功率和转速范围大等优点 在无电源供应的固定式或移动式的施工机械上被普遍采用 2 内燃机分类型号按照所用燃料的不同可分为柴油机 汽油机和煤气机三种 按照冷却方式不同分为水冷式和风冷式两种 施工机械多数是水冷式的 按照完成一个工作循环所需的行程数可分力四冲程和二冲程内燃机 按照进气是否增压可分为增压式和非增压式内燃机 内燃机的型号由气缸数 机型 缸径 特征及变型代号等组成 编制规定如下 内燃机型号编制举例 1 6135柴油机 表示6缸四冲程 缸径为135mm 水冷式2 8E430z柴油机 表示8缸二冲程 缸径为430mm 带增压器3 1E56F汽油机 表尔单缸二冲程 缸径为56mm 风冷 3 内燃机组成及术语内燃机主要由排气门1 进气门2 喷油器3 气缸4 活塞5 活塞销6 连杆7和曲轴8等组成 上 下止点间的距离 称为活塞行程 曲轴与连杆下端的连接中心至曲轴中心的距离 称为曲轴回转半径 活塞行程等于曲轴回转半径的两倍 即 2 在上 下止点时 活塞的运动方向改变 速度等于零 活塞从上止点移动到下止点所扫过的容积 称为气缸的工作容积 以 h表示 活塞运动到上止点时 活塞顶上部的气缸容积 称为燃烧室容积 以 表示 活塞移动到下止点时 活塞顶上部气缸容积 称为气缸总容积 以 表示 气缸总容积为燃烧室容积与气缸工作容积之和 气缸总容积与燃烧室容积之比 表示气缸中气体压缩的程度 称为压缩比 是内燃机的一个重要技术指标 压缩比高 热效率亦高 一般汽油机的压缩比为6 10 柴油机的压缩比约为12 22 4 工作原理四冲程柴油机由进气 压缩 做功和排气四个行程组成一个工作循环 a 进气行程当曲轴转动 活塞由上止点向下止点移动 由于气缸容积增大 此时进气门开启 排气门关闭 新鲜空气在气缸内外压力差的作用下被吸入气缸内 当活塞移动到下止点 进气门关闭 进气行程结束 此时曲轴旋转半圈 即180 b 压缩行程曲轴继续转动 活塞便出下止点向上止点移动 由于进 排气门均关闭 气缸容积不断减小 气体不断被压缩 且温度和压力不断升高 为喷入柴油自行着火创造了有利条件 压缩行程至上止点结束 曲轴旋转至一圈 即360 c 做功行程当压缩行程结束 喷油器向燃烧室内喷入一定数量的高压雾化柴油 雾化柴油遇到高温高压的空气就很快着火燃烧 由于燃烧气体的温度高达2000 压力达到6000 9000kPa 受热气 气体便膨胀推动活塞由上止点迅速向下止点移动 并通过连杆迫使曲轴旋转而产生动力 故此行程称为做功行程 此行程结束 曲轴共旋转一圈半 即540 d 排气行程做功行程结束时 气缸内充满废气 由于飞轮的惯性作用使曲轴继续旋转 推动活塞由下止点向上止点移动 此时排气门打开 进气门仍关闭 做功后的废气压力高于外界大气压力 废气在压力差及活塞的排挤作用下迅速经排气门排出气缸外 当活塞移动到上止点时 排气行程终止 曲轴共旋转两圈 即720 四冲程汽油机的工作过程与四冲程柴油机相似 不同之处是进入汽油机气缸的不是纯空气 而是由化油器制备出来的可燃混合气 通过点火系统强制点火而燃烧做功的 同时 汽油机具有转速高 质量轻 工作噪声小 启动容易 制造维修费用低等特点 故常用于一些小型施工机械 小客车及轻型载货汽 车上 柴油机的耗油率平均比汽油机低30 左右 且柴油价格便宜 所以经济性较汽油机好 故柴油机广泛应用于大中型的施工机械 载货汽车 内燃机车及船舶等方面 5 内燃机的主要性能指标有效转矩Me 内燃机飞轮对外实际输出的转矩 称为有效转矩 单位kN m 它是指发动机克服内部各运动部件的摩擦阻力和驱动各辅助装置 在飞轮上可以供给外界使用的转矩 有效功率Ne 内燃机正常运转时从输出轴输出的功率 单位为瓦 kw 根据内燃机的不同用途 标定内燃机功率的方式有15Min功率 1h功率 12h功率和持久功率等四种 其个12h功率又称为额定功率 用Ne表示 工作中应严格按照规定的功率范围使用 否则 容易使内燃机发生故障或使其寿命缩短 耗油率ge 耗油率是指输出单位有效功率 在1h内所消耗燃油的克数 单位kg kw h 耗油率越低 内燃机的经济性越好 它是衡量内燃机经济性的重要指标 6 内燃机特性曲线内燃机的特性曲线主要有负荷特性和速度特性两大类 负荷特性指内燃机保持某一转速不变 其他性能指标 Ne ge Gf等 随负荷变化的关系 速度特性指内燃机供油量在某一定值 其他性能指标 Ne Me ge Gf等 随转速变化的关系 在最大供油量下测得的速度特性曲线称为外特性曲线 外特性曲线用来评价内燃机的好坏 也可以用来评定内燃机是否适合某一种施工机械的要求及各种工况下的性能等 低转速区域内有效功率Ne随转速n接近正比例变化 中速区域内 转速n增加有效功率Ne增加较为缓慢 高速区域转速n增加而有效功率Ne下降 有效转矩Me与转速n成反比关系 转速n增高有效转矩减小 转速降低有效转矩增加 当转速为n1时内燃机转矩达到最大Memax 转速增至nH时为额定转矩MH 最大转矩与额定转矩之比值称为内燃机的转矩储备系数 它表示内燃机具有短期超负荷的能力 柴油机的转矩储备系数为1 05 1 15 内柴油机外特性曲线可知 在低速范围内转矩变化较小 即Me的曲线较平直 达到最大值Memax 这说明柴油机比较适用于低速大转矩作业的施工机械 1 2 3工程机械行走系统1 作用和类型作用 1 使整个机器成为一个整体 并支承整个机器的载荷 2 将传动系传来的转矩转化为牵引力 使机械行驶 3 承受路面作用于机械的各种反力及转矩 并缓和冲击和振动 保证机械的正常行驶 类型 履带式 轮式2 轮式工程机械行走系统组成 车架1 车桥2 车轮4及悬架3 车轮装在车桥上 车桥与车架通过悬挂连接 悬挂具有较大的弹性 在工程机械中 低压大型轮胎的采用能起良好的吸振缓冲作用 为了便于作业与简化结构 轮胎式工程机械有的不设弹性悬挂 但是 行驶速度超过40km h的工程机械 要有弹性悬挂 3 车架车架是整个机械的基础 所有的部件都直接或间接的安装在车架上 车架还要承受各部件传来的力和力矩 所以它应具材较大的强度和刚度 类型 整体式 铰接式 整体式车架由两根纵梁1和若干根横梁2用铆接或焊接的方法连接而成的完整的框架 纵粱的断面一般为槽形 中 后部因承受的负荷较大 故断面的高度也较大 横梁的形状不一样 这是为了便于安装与其位置恰当的部件 后横粱的后端装有拖带挂车的挂钩3 车架的前端装有保险杠8 用来保护车身不被障碍物撞坏 车架前端的两侧装有挂钩7 以便机械发生故障时 用其他机械拖带援救 4 车桥车桥两端装有车轮 它通过悬挂装置与车架相连 车桥的作用是支持车架 并在车架与车轮之间传递各种作用力 根据装在车桥上车轮的作用不同 车桥可分驱动桥 转向桥 转向驱动桥和支承桥等四种类型 驱动桥 驱动桥中装有主传动器 差速器 支承桥 支承桥常用在挂车上 它通常是一根直粱 两端装有车轮 它个能转向 仅起支撑作用 属于从动桥 转向驱动桥 转向驱动桥同时承担转向和驱动两种任务 常用于汽车 而在施工机械的底盘中很少应用 转向桥 转向桥一般位于车架的前面 故又称前桥 作用是利用转向节的摆转来实现机械的转向 5 车轮和轮胎车轮和轮胎是轮式施工机械行驶系的重要部件 它们支承着整机重量 带动机械行驶 并吸收由于路面的不平所产生的振动和冲击 目前轮式施工机械和汽车广泛应用的是盘式车轮 它由轮盘和轮辋组成 轮盘和轮辋通过焊接或铆接问定在一起 6 悬挂装置悬挂装置是将车架和车桥弹件连接起来的部件 它能缓和并吸收车轮在不平道路上所受到的冲击和振动 并在车架与车桥之间传递力和力矩 悬挂分弹性悬挂和刚性悬挂 一般在速度较高的轮式车辆上 多采用弹性悬挂 如汽车 客车 载重车辆 自卸汽车等 在施工机械 特别是行进间进行作业的施工机械 对作用力要求较高 而对行驶速度要求不高 多采用刚性悬挂 1 2 4工程机械传动系1 作用动力装置 发动机 和驱动轮之间的传动部件总称为传动系统 目前绝大多数施工机械都采用柴油机作为动力装置 柴油机的功率输出特性和施工机械行走机构的使用要求之间主要有以下矛盾 1 根据机械的作业情况 要求牵引力和行驶速度能在一定的范围内变化 工作中提供足够的驱动功率 但是 柴油机的输出功率随转速和输出转矩的变化不适应作业要求 且柴油机不能逆转而使机械后退 必须有变速器 2 柴油机的转速高输出转矩小 但驱动轮要求的转速低而驱动转矩大 因此 在多数施工机械中采用了主传动器 轮边减速器等减速装置 3 柴油机不能带载起动 而且在作业中要求柴油机不停止运转而传动系统能根据需要暂时中断动力的传递 为此 在施工机械中采用了主离合器 在履带式机械中则利用变速器的换档离合器实现中断动力 2 组成 1 2 5工程机械转向系轮胎式机械的转向一般是通过转向轮 通常是前轮 在水平面内偏转一定的角度来实现的 使转向轮偏转以实现机械转向的机构称为转向系统 1 转向方式偏转前轮式 如各种单轴驱动或多轴驱动的汽车 平地机 挖掘机等 偏转后轮式 如叉车等 其前方有铲斗不宜于偏转前轮实现转向 全轮转向式 锻接转向式 速差转向式 左右两侧的车轮以不同的角速度旋转 从而达到机器转向的目的 转向时要求车轮保持滚动状态 不得发生侧向滑移 为此 转向时应使所有车轮均绕一个共同的瞬时中心各沿不同的半径做圆弧滚