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上册1

第1章 绪论1

1.1概述1

1.2液压挖掘机的定义1

1.3液压挖掘机的特点1

1.4液压挖掘机的发展简况2

1.4.1国外液压挖掘机的发展简况2

1.4.2我国液压挖掘机的发展简况4

1.5液压挖掘机的基本类型和分类6

1.5.1按规格大小分类6

1.5.2按驱动形式分类7

1.5.3以传动方式分类8

1.5.4按操纵方式分类9

1.5.5按行走底盘形式分类10

1.5.6按工作装置分类13

1.5.7按作业性质分类18

1.6液压挖掘机的组成部件及其作业原理18

1.6.1液压挖掘机的基本组成18

1.6.2液压挖掘机的功能装置18

1.6.3工作传动原理简述20

1.7土壤的性质和土壤切削21

1.7.1土壤的工程分类21

1.7.2切削装置的基本形式和主要参数24

1.7.3土壤切削过程25

1.7.4土壤的切削阻力和挖掘阻力、切削比阻力和挖掘比阻力26

1.7.5降低切削（挖掘）阻力的途径28

第2章 液压挖掘机总体方案设计30

2.1液压挖掘机产品设计的一般程序30

2.1.1调查、研究与酝酿阶段30

2.1.2总体设计阶段30

2.1.3技术设计阶段31

2.1.4零件设计阶段33

2.1.5试制、试验与鉴定阶段33

2.1.6技术资料整顿与完善阶段37

2.2总体方案设计的主要任务37

2.2.1正确选择整机及部件的型号和性能参数37

2.2.2整机的造型与布局39

2.2.3校核与验算39

2.2.4处置与协调39

2.3总体设计中部件及配套件类型的选择40

2.3.1工作装置40

2.3.2回转装置40

2.3.3行走装置42

2.3.4液压系统42

2.3.5动力装置46

2.3.6控制系统54

2.4液压挖掘机技术参数的确定57

2.4.1液压挖掘机主参数68

2.4.2液压挖掘机主要参数的定义68

2.4.3液压挖掘机技术参数的确定方法72

2.5造型设计与人机工程学76

2.5.1造型设计的重要意义76

2.5.2挖掘机造型设计的依据77

2.5.3造型设计的原则77

2.5.4造型设计的方法与步骤78

2.5.5液压挖掘机总体形态造型设计78

2.5.6色彩设计82

2.5.7人机工程学85

第3章 工作装置110

3.1反铲工作装置110

3.1.1反铲工作装置概述110

3.1.2斗容量和挖掘力标准113

3.1.3工作装置计算的基本方法116

3.1.4反铲装置运动分析123

3.1.5挖掘力分析137

3.1.6斗形参数的选择156

3.1.7反铲斗机构的设计159

3.1.8动臂、斗杆机构的设计168

3.1.9三铰点连杆挖掘机构174

3.2正铲工作装置182

3.2.1普通正铲工作装置182

3.2.2挖掘装载装置184

3.2.3正铲挖掘阻力分析190

3.2.4挖掘性能分析193

3.2.5正铲工作装置的运动分析和优化设计200

3.3其他作业装置205

3.3.1抓斗装置205

3.3.2挖斗/铲斗装置206

3.3.3液压钳/剪209

3.3.4液压夯装置210

3.3.5铣钻类装置213

3.3.6连接装置215

3.3.7伸缩臂装置218

3.3.8其他工具220

3.4起重力计算220

3.5液压破碎锤227

3.5.1液压破碎锤概述227

3.5.2液压破碎锤主要技术参数、基本工作原理与分类228

3.5.3液压破碎锤典型结构与工作过程232

3.5.4液压破碎锤与主机的匹配与选用236

3.5.5液压破碎锤发展趋势239

第4章 回转机构241

4.1回转支承241

4.1.1回转支承的主要形式和性能特点241

4.1.2回转支承额定静容量的计算243

4.1.3回转支承受力分析243

4.1.4挖掘机的回转支承外载荷计算246

4.1.5液压挖掘机的回转支承选型249

4.1.6液压挖掘机中回转支承安装注意事项253

4.1.7回转支承摩擦阻力矩的计算255

4.1.8回转支承安装使用过程中常见问题及原因分析255

4.2回转机构256

4.3回转阻力矩258

4.3.1斜坡阻力矩258

4.3.2回转摩擦力矩259

4.4上部平台的启动力矩260

4.5回转部分的转动惯量261

4.6平台回转运动分析262

4.6.1恒压溢流过程263

4.6.2恒功率过程264

4.6.3制动减速过程265

4.6.4恒流量过程266

4.6.5空斗时转台返回过程266

4.7平台最佳转速266

4.7.1无恒功率过程266

4.7.2有恒功率过程267

4.7.3举例267

4.8回转机构的参数选择269

4.8.1转台的转动惯量269

4.8.2回转启动力矩和制动力矩269

4.8.3转角范围270

第5章 行走装置271

5.1履带式行走装置271

5.1.1履带式行走装置组成271

5.1.2履带式行走装置布置设计275

5.1.3履带式行走装置设计计算278

5.2轮式行走装置288

5.2.1轮式挖掘机行走装置的结构形式288

5.2.2轮式行走装置的构造290

5.2.3轮式行走装置动力传动方式及工作原理290

5.3转向系统293

5.3.1轮式液压挖掘机转向系统的基本要求293

5.3.2液压转向系统293

5.3.3转向系统相关计算296

5.4支承与悬挂297

5.4.1轮式挖掘机支腿的布置与构造297

5.4.2悬挂装置300

5.5行走变速装置300

5.5.1变速箱300

5.5.2行走变速装置参数计算301

5.6制动系统304

5.6.1液压制动系统组成及其特点304

5.6.2液压制动系统元件工作原理304

5.6.3整体式液压制动阀307

5.7轮式行走装置的设计计算309

5.7.1支腿反力计算309

5.7.2行走装置牵引力计算310

第6章 整机稳定性和转台平衡312

6.1反铲液压挖掘机的整机稳定性312

6.1.1作业稳定性312

6.1.2自身稳定性318

6.1.3行走稳定性318

6.2正铲液压挖掘机的整机稳定性323

6.2.1挖掘作业稳定性323

6.2.2卸载稳定性325

6.2.3行走稳定性327

6.3稳定性验证329

6.3.1用测试法计算稳定性329

6.3.2稳定性系数K的选取330

6.4转台平衡和配重计算331

第7章 液压挖掘机的结构设计333

7.1回转平台的布局设计333

7.1.1中型机的平台布局333

7.1.2小型机的平台布局338

7.2回转平台的结构件设计342

7.2.1立板工字形接续主梁平台结构342

7.2.2立板T形连续主梁平台结构349

7.2.3箱形连续主梁平台结构352

7.2.4中型挖掘机平台结构件设计特点355

7.2.5无尾型小型机的平台结构360

7.3下车总体结构设计362

7.3.1履带式下车的结构布局及主要部件362

7.3.2履带式下车结构设计要点367

7.3.3轮式液压挖掘机下车结构布局372

7.3.4轮式下车的现代化传动构件377

7.4下车行走架结构件设计382

7.4.1履带式中型挖掘机行走架的结构件设计382

7.4.2履带式小型挖掘机行走架结构件388

7.4.3轮式行走架结构件设计391

7.5反铲工作装置的结构设计393

7.5.1动臂结构件设计397

7.5.2斗杆结构件设计402

7.5.3铲斗结构件设计402

7.6主要结构件的强度计算409

7.6.1斗杆受力计算410

7.6.2斗杆强度校核412

7.6.3动臂受力计算417

7.6.4动臂强度校核419

7.6.5铲斗强度校核423

7.6.6回转平台受力计算和强度校核425

7.6.7动臂回转式小型挖掘机平台的受力和强度校核428

7.6.8履带行走架结构件受力分析与强度计算433

7.6.9轮式行走架结构件强度计算453

7.6.10采用有限元软件进行结构件强度的分析和校核456

7.6.11安全系数n的选定462

7.7焊接结构件设计的基础知识与结构优化462

7.7.1结构件焊缝的应力分布463

7.7.2结构件焊缝的残余应力466

7.7.3焊接件的残余变形468

7.7.4钢板结构件断面截形的选择472

7.7.5肋板的优化布置473

7.7.6梁壁开孔对刚度的影响476

7.7.7焊缝的可达性477

7.7.8焊缝接头的静强度计算478

7.7.9焊接接头结构要素的设计与优化481

7.7.10金属结构件设计与优化的一般原则486

下册489

第8章 动力装置489

8.1液压挖掘机用柴油机的类型、主要技术参数和结构简介489

8.1.1液压挖掘机用柴油机的类型489

8.1.2液压挖掘机用柴油机特性曲线简介489

8.1.3液压挖掘机用柴油机的主要技术参数490

8.1.4柴油机结构简介492

8.2柴油机的选型概要496

8.2.1柴油机性能参数496

8.2.2柴油机外形的选择497

8.3进排气系统的布置与流量计算497

8.3.1进气系统的布置与进气流量计算497

8.3.2排气系统的布置与排气流量计算500

8.4冷却系统的布置与计算502

8.4.1热负荷503

8.4.2散热器理论空气流量503

8.4.3冷却系统的效率504

8.4.4液-气温差504

8.4.5散热器温度降504

8.4.6设计环境505

8.4.7散热器上水室的设计温度505

8.4.8散热器的选型505

8.4.9风扇的选型507

8.4.10风扇的应用507

8.4.11冷却液循环中的除气能力509

8.4.12热空气再循环及冷却液液位降低状况511

8.5燃油系统布置511

8.5.1燃油箱511

8.5.2燃油接管512

8.5.3过滤512

8.6联轴器选型512

8.6.1联轴器选型的一般方法512

8.6.2液压挖掘机用联轴器的功能、形式512

8.6.3液压挖掘机用联轴器的转矩计算513

8.7柴油机支承选型514

8.7.1支承的主要功能514

8.7.2支承的分类514

8.7.3支承点的布置方法515

8.8空调选型517

8.8.1工程车用空调系统517

8.8.2挖掘机用空调设备的选用517

8.9柴油机的故障监测与显示518

8.9.1柴油机状态监测与故障诊断技术519

8.9.2柴油机故障诊断技术发展的主要制约因素520

8.9.3柴油机故障诊断技术发展趋势520

8.10尾气排放法规与减排降噪减振措施概述521

8.10.1尾气排放法规521

8.10.2减排措施523

8.10.3噪声法规524

8.10.4液压挖掘机降噪减振措施525

8.11电喷、电控燃油系简介527

8.11.1单体泵技术528

8.11.2泵喷嘴技术528

8.11.3高压共轨技术528

8.12混合动力概念及其在挖掘机上的应用529

8.13液压挖掘机的电力驱动530

8.13.1概述530

8.13.2电动液压挖掘机的电气装置531

8.13.3电动型和柴油机驱动型的液压挖掘机技术经济分析536

第9章 液压系统537

9.1液压挖掘机液压系统的技术发展537

9.2液压挖掘机工况特点及对液压系统的要求538

9.2.1液压挖掘机的作业特点538

9.2.2液压挖掘机对液压系统要求539

9.3液压系统的类型540

9.3.1定量系统540

9.3.2变量系统541

9.4液压回路的组成551

9.4.1回转回路551

9.4.2行走控制回路555

9.4.3工作装置液压回路558

9.5液压元件565

9.5.1液压泵565

9.5.2主控制阀570

9.5.3回转液压马达575

9.5.4行走马达581

9.5.5中央回转接头584

9.5.6液压缸584

9.5.7先导系统元件587

9.6挖掘机液压系统分析589

9.6.1卡特330D液压系统589

9.6.2小松PC200-7液压系统597

9.6.3山河智能SWE85液压系统601

9.6.4日立ZAXIS 60液压系统603

9.6.5日立ZAXIS200-3液压系统608

9.6.6山河智能SWE130W轮式挖掘机液压系统614

9.7挖掘机液压系统的设计618

9.7.1工况分析和负荷确定619

9.7.2系统主要技术参数的确定620

9.7.3液压系统方案的拟定621

9.7.4拟定液压系统工作原理图622

9.7.5系统的初步计算和液压元件的选择622

9.7.6液压系统的验算625

9.7.7编写技术文件628

9.8液压挖掘机能耗分析与节能研究631

9.8.1液压系统能量损失632

9.8.2液压挖掘机动力系统功率匹配讨论634

9.8.3挖掘机液压系统节能研究的发展636

第10章 挖掘机电气与电子控制系统638

10.1挖掘机整机电气系统组成与分析638

10.1.1电源电路638

10.1.2发动机电路638

10.1.3数字组合仪表640

10.1.4作业电气控制系统641

10.1.5整车电气附件642

10.2现代挖掘机电子控制系统643

10.2.1电子监控及故障诊断系统643

10.2.2发动机电子控制系统649

10.2.3工程机械远程监控系统654

10.2.4工程机械专用控制器660

10.2.5 CAN总线技术663

10.3挖掘机电子控制系统常用传感器664

10.3.1 温度传感器664

10.3.2压力传感器665

10.3.3燃油传感器667

10.3.4转速传感器667

10.4挖掘机电子控制系统的设计667

10.4.1挖掘机电气与电子控制系统的要求667

10.4.2挖掘机电气与电子控制系统的设计步骤668

第11章 机棚与司机室672

11.1机棚设计672

11.1.1机棚的构件673

11.1.2机棚构件的结构设计要点677

11.1.3机棚设计的方法与步骤694

11.2司机室设计694

11.2.1司机室设计的总体目标和要求695

11.2.2司机室的外形参数与布置安装695

11.2.3司机室体的结构设计698

11.2.4司机工作台的构件布局与设计714

11.2.5司机室设计的结构优化741

第12章 液压挖掘机的现代设计方法与发展趋势753

12.1现代设计方法及其应用753

12.1.1现代设计方法的含义753

12.1.2现代设计方法在液压挖掘机设计中的应用753

12.2液压挖掘机自动化技术的应用与发展趋势758

12.2.1液压挖掘机自动化技术的背景和意义758

12.2.2实现挖掘自动化的关键技术759

12.2.3挖掘机自动化研究进程概述760

12.3计算机辅助操作系统应用于液压挖掘机761

12.3.1简单辅助操作系统761

12.3.2局部自主辅助操作系统763

12.4遥控技术在液压挖掘机上的应用764

12.4.1液压挖掘机遥控技术的分类和发展765

12.4.2液压挖掘机无线遥控系统的组成和原理767

12.5挖掘机的半自主操作技术768

12.5.1半自主操作技术应用于挖掘机的设计方法与过程768

12.5.2半自主遥控挖掘机772

12.5.3自主装载系统774

12.6挖掘机自动控制系统关键元器件介绍775

12.6.1运动控制器775

12.6.2角度传感器776

12.6.3磁致伸缩传感器777

12.6.4电气手柄778

第13章 液压挖掘机的维护与检修779

13.1柴油机的维护与检修779

13.1.1 6D34-TL及4TNV94L型柴油机结构简介779

13.1.2 6D34-TL及4TNV94L型柴油机的结构及其主要零部件779

13.1.3整机拆装与调试785

13.1.4喷油泵、调速器、输油泵及喷油器793

13.2挖掘机液压系统故障诊断及排除方法802

13.2.1概述802

13.2.2挖掘机液压系统常见故障分类及排除方法803

13.2.3液压传动介质的污染与预防807

13.2.4齿轮泵的故障及排除809

13.2.5柱塞泵的故障与排除811

13.2.6回转马达的主要结构及其使用维护818

13.2.7行走马达的主要结构及其使用维护823

13.2.8液压缸故障与排除839

13.2.9辅助元件的故障与排除842

13.2.10其他部件故障及排除843

第14章 挖掘机试验845

14.1试验分类及定义845

14.1.1按试验目的分类845

14.1.2按试验性质分类845

14.2试验项目选定原则845

14.3型式试验846

14.4整机性能试验846

14.4.1基本尺寸参数和质量、质心位置的测定846

14.4.2作业性能试验847

14.4.3行走性能试验847

14.4.4稳定性能试验847

14.4.5液压系统试验及工作装置密封性能（沉降量）测定848

14.4.6振动和噪声的测定848

14.4.7司机安全性和操作舒适性及视野测试849

14.4.8应力测试849

14.4.9其他试验850

14.5可靠（工业）性试验850

14.5.1工业性试验850

14.5.2可靠性模拟试验850

14.6部件台架试验851

14.6.1工作装置试验851

14.6.2荷载谱的编制853

14.6.3台架试验法估算使用寿命854

14.6.4柴油机台架试验855

14.6.5回转机构试验856

14.6.6液压系统试验858

14.6.7附属装置试验860

参考文献867

附录A部分国家液压、气动符号对照表871

附录B液压挖掘机主要参数表887

附录C部分标准目录924

附录D部分液压挖掘机名词术语中英文对照941

附录E部分挖掘机液压系统原理图947

附录F第9章部分液压系统图956