工程机械稳定性计算复习思考题docx.docx

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工程机械理论与设计课程教案（首页）

（讲稿页）第页

单元标题一第六章工程机械总体设计单元学时3

教学目标

使学牛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

対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ppt,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ppt,以面授通过文档，图片等形式讲解

教学过程

冋顾及导引新课

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静力载荷），则称为静稳定性分析

2动稳走性分析：

有时必须考虑稳足载荷和动载荷惯性力）的联合作用，则称为动稳定性分析。

■在工程机械行业尚未形成统一的成熟的稳定性计算方法，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。

-、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，称为稳定性系数。

K二稳定力矩二叭■■倾翻力矩一万7

■倾翻力矩：

铲斗中的物料重，惯性力，坡度力矩；

■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：

K-1

■考虑动载荷的影响和地面不平，一般规定K直应大于等于

2.稳定度的概念

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牛的。

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AAGE=a。

如果合成重力的作用线在支承界限A以内，即作用角小于a,

则机器不会发牛倾翻；如果机器的合成重力作川线恰好通过GA线，则机器处于临界稳定状态,a角被称为稳定角，uma被称为稳定度，用i表示。

若不计轮胎变形，则稳定度，为

・+AE

i=tana=

3-9稳定系数计算图

GE

■稳定度是评价机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/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3—10所示。

（纵向稳定力臂）为L1,（横向稳定力臂）为S,贝U该机的纵向稳定度为心=横向

h

S

稳定度为ix=tanax=—□

h

由此可知，稳定度与重心位置冇关。

重心位置越低，距接地点越远，则稳定度越人，装载机稳定性越好。

稳定度的值可以把装载机放在对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。

a、

图3・10横向和纵向稳定度

■稳走度i:

即临界失稳角oc以坡度表示称为稳定度几常用百分数表示。

AM

i=

c2a

■稳定度，是稳定力臂和重心到地面的高度的比值。

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，在大于稳足度的坡道上，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，由于丁•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

L）轮式装载机稳走性计算工况

■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.在水平地面丄，动臂水平外伸满载作业；

3.满载铲斗在最高位置作业；

4.空载横坡路而运行。

■上述1、硒计算情况决定纵向稳定性，

■，辆计算情况决定横向稳定性。

纵向稳定度i

1倾翻轴与坡底线平行的稳走度/

i卄伴

C2A

=厶X100%

■式（A20）是假设前轮接地连线眄坡底线购行的稳定度。

倾翻轴与坡底线有夹角0时/,

2.地形对稳定度朋影响：

■如果由于地形的影响，线EE与坡底线CI有夹角8吋，其稳定度Z应为

AZ二…4M__,.丄

CZACMCOS”18S0

t—2Jcos/?

3.轮胎变形对稳定度的影响

■当机器绕前轮接地点翻传时，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。

■所以，将轮胎变形影响计算在内的纵向稳定度应为:

■

式中Lt——某计算情况的重心到前轮釉距离

緘——其计算情况的重心高度（m）,

久——前轮承受总重量时的变形竜与正常负荷下变形莹之差2m”入■—后轮在正常负荷下的变形量2皿人

L——机器轴距（cm）。

四）横向稳定性计算

■轮式装载机为适应施工场地不平整的作业条件、大多数装载机在厉桥与车架之间

用纵向水平较销称后桥中心销）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EdB,如图9-新示。

-、二级稳定性定义一级稳定性：

机器以该三角形为支承面的横向稳定性称为•级稳定性,此时机器若倾翻、则是绕晦昭由倾翻。

二级稳走性：

在丧失一级稳是性后，则以四轮接地点所构成的支承面的横向稳足性称为二级稳宋件。

0轮胎接地连线与坡底线夹角为0时

■由于此时倾翻轴Ed半行于坡底线，所以

AJ门

■•:

—COS&

C.A

■此时的一级稳定度为

\=__cos£?

xlOO%

珂丹2厶—厶2方）B

2.二级稳定性计算

■走义：

当机器重心垂线超出支承三角形ET边时，它开始绕EE抽发生翻转，逐渐消除后桥与车架间的摆动角丫&般约1（®左右），直到车架档块与后桥壳档块相接触时，机器的稳定性转变成以四轮接地点连线的矩形砂的为支承面的稳定性问题。

此时，机器则是绕前后轮接地点连线EJ为轴进行横向倾翻，称为二级稳定性。

A

ER3J5二级科定性计算示意图

■达到二级稳定极限时，着地侧轮胎承受全部荷重，轮胎变形过大，将加剧倾翻。

因此，在使用中不应失上一级稳定。

■当一级失稳时，其稳定度由式（9-24）决定.令其等于蚣弘，即

二级稳定度

•:

•二级稳定时，相当于装载机在坡角为甲的横坡上（xy+B1）.此时二级稳定度为:

KR

=绘（屮+九）=龟（丫+仿+九）

由于Y为摆动角应扣除，此时二级稳定度应为:

一级失稳后余下的稳定度八为:

将式（B）、（C）代入式GO得:

卩=卩+民

式中y后桥摆动角；

处——横向坡度角，根据（9—26）式求出;

夕——轮胎负荷增加一倍时的变形量。

“=tg（久丄入）

二级稳定度为

五）转向稳泄性计算

1.横向倾翻的极限速度

轮式机械在行驶屮转向，由于离心力作用，产生横向倾覆力矩，使机器绕横向

倾覆轴线I—M顷翻参看图9-11）,此时的行驶速度称为极限速度H

机器行驶中转向的稳定条件是'

M.MMv（kN-m）式中—傾科力矩（kN-m）,

仏一稳定力矩

由稳走条件可求出极限速度为岭

/ga（BcoM—2asir）0）n2Hzsinficas（fl—d））

2•临界传弯半径

在一定的行驶速度之下，转弯半径小时.离心力大。

为保持行驶屮转向的稳定性，应使其转弯半径大于临界转弯半径。

■临界转弯半径是：

在最大横向倾覆力矩时的转弯半径。

3.侧滑极限速度匕

■轮式机器行驶转弯，在某一•速度下，离心力的数值达到地面的附着力时，将发

生整车或单桥侧滑，该速度称为侧滑极限速度O■为保证机器的行驶转弯稳定性应使行驶转弯时的速度小于侧滑极限速度Ho

H计算方法如下:

7•討i

（m/s）

式中e——沦胎的附若系数；

a重心距前轴距离（m〉:

g—•重力加速度

B—直心转弯半径与前桥轴夹角。

第八节工程机械的技术及经济指标一、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

=（m3/h）（9—37）

式中Ql——理论生产率，如斗轮式挖掘机为进机亦为m3/h;

F—挖掘工作物的计算横断面积（亦）；

—机器作业前进速度（m/min）；

2•对于循歼作业的机器

q严普或攀（9—⑻

式中0—理论生产率，如装載机、单斗挖拥机等为n?

/h・线路捣固机为根/小时；

q—铲斗的几何容积（川卄

K,——铲斗的充盈系数,一般取0-9；

K,—土壤的松散系数，一般取1.08〜1.32,岩石、冻土为1・5〜2・5；

T——循环的延续时间（s），其值为：

+&+•••+/・

如装载机由前进同时下降动脣时间•则铲装及转斗时间、后退及提斗时间、前进升斗和翻斗时间、收斗时间等组成一个循环.

二、技术经济指标

■二、技术经济指标

1•能耗比

心=学（kW/m3）式中N——机器装备功率（kW）；

Q——运用生产率，每台班生产量。

2•机重比

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.IV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屮的含水量有关？

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cm深度时所需的冲击次数称为冲击指数。

（led,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？

3.轮胎动力半径口是指充气后承载的轮胎存在径向和周向变形，此时轮心到水平的垂直距离；（牵引力）

4.轮胎运动有哪三种形式（分别用以及WV表示）？

5.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/r：

右。

（最大生产率，10〜15%）

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o（增大）

9.影响滚动阻力的因素有那些？

10.履带式机械的内摩擦包括那些？

式M『2T屮"QU"孑是如何得到的？

H.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.牵引工况吋,工程机械以低挡工作，是因为工程机械需要克服工作装詈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）机器的适应性较强.确保在变化较大的工作阻力下稳定工作；

2）机器在低档工作时•应能发挥足够人的牵引力，以便克服短时最人工作阻力；而且牵引效率

较高；

3）发动机的功率应能较好地发挥和利用:

4）整机布置合理、整机性能匹配.且最大圆周牵引力大于附着牵引力。

（3）运输工况对机器总体设计的一般要求

运输工况对机器总体设计的一般要求如下：

1）速度性能好.即运行速度快，变速方便、迅速.机器加速性能好，阳月在各种速度下运行发动机功率利用充分；

2）机器的机动性好、能适应各种运用情况的转向、调度要求.转向半径小；

3）机器的通过性好，既能通过松软、泥泞的路面，乂具力较大的爬坡能力；

4）机器的稳定性好，对于各种复杂的工作情况,机器有足够的纵向、横向稳定性。

4.为什么惯性力计算时要考虑发动机和行走机构回转零件的惯性影响?

通常用系数表示。

（回转质量换算）

5•行走机构切线牵引力琢计算：

6.写出工程机械在水平地面匀速行驶时的牵引平衡方程和功率平衡方程。

7.牵引特性以图解的形式表示了工程机械在一定的地面条件下，在水平地段以

运行时，工程机械各挡的牵引参数随而变化的函数关系。

（全油门作等速，有效牵引力R

8.牵引参数合理匹配的条件是什么？

为什么须满足这些条件？

9.选择档位数和分配传动比时，遵循的原则是什么？

10.为什么必须保证机器在各档工作时发动机的扭矩、转速和功率都能在同一范围内变化？

为什么这一要求可通过按几何级数分配各档传动比的方法来实现？

11.动力特性是机器在下的动力性能的基本特性。

（运输丁况）

用于评价机器的哪些方面的能力？

12.何为动力因数？

第六章

1.工程机械设计中必须满足那些使用性能要求？

2.机器设计满足经济性的要求，表现在哪两个方面？

3.产品开发通常要经过哪三个阶段？

（设计过程、样机试制和试验鉴定）

4.总体设计中技术设计要做哪些工作？

5.冃前总体设计的方法有哪几种？

（类比，统计分析，模拟试验和相似原理的方

6.变负荷工况对发动机性能的影响有哪些？

7•总休布置中发动机的布置应综合考虑其对哪些因素的影响？

（传动系布置、机械重心位置、附着重量、机械总体稳土性）

8.稳定性评价指标有哪些？

9.何为稳定度？

试述装载机横向稳定性的特点。

求出装载机的一级稳定度？

10.简述工程机械的设计程序（设计步骤）

曲型工程机械

T推土机的作业阻力有那些？

2•盾构由哪几部分组成？

盾构的推进阻力包括哪些方面？

3.试描述土压平衡盾构的工作原理和施工过程。

4.盾尾密封的作用是什么？