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各章习题与答案汇总
1.1 工程机械由哪几部分组成？有哪几大类型？
工程机械的基本组成包括动力、底盘和工作装置三大部分。共有18大类：挖掘机械；铲土运输机械；工程起重机械；工业车辆；压实机械；路面机械；桩工机械；混凝土机械；钢筋与预应力机械；装修机械；凿岩机械；气动工具；铁道线路机械；市政工程与环卫机械；军用工程机械；电梯与扶梯；工程机械专用零部件；其他专用工程机械。
1.2 铲土运输机械的技术指标有哪些？
铲土运输机械的技术参数包括尺寸参数、质量参数、功率参数和经济参数。 1.3 请掌握铲土运输机械的设计步骤和机型代号的意义。
1）研究设计任务，制定设计原则；2）草图设计；3）技术设计；4）工作图设计。 机型代号由三部分组成：首部表示类、组、型和特性代号；中部表示主参数代号；尾部表示变型或更新代号。
1.4 请了解铲土运输机械的行业发展动态。 略。
2.1 土有哪些性能指标？
强度；变形：土的含水量；天然重度；土的塑性；土的粘着性；土的自然坡度角；土与钢、土与土的摩擦系数；土的松散系数；土的粘聚力、摩擦角；土的支承能力；土的密实度；土的孔隙度等。
2.2 描述土的塑性有哪些参数？ 流动界限、压延界限、塑性指数。 2.3 请简述土的破坏机理？
土体在受压缩主应力的作用下，是沿一定方向的剪切面发生破坏的。各种特性的土在被剪切破坏时，剪切面的方向和压缩主应力的大小都不一样，这取决于土的物理机械特性。
2.4 请利用莫尔圆分析土体在极限平衡状态下应力间的关系？
对无粘性土：在极限平衡状态下，最大与最小主应力之比满足：?max?tan2(45???)?K；
p?min2对粘性土：在极限平衡状态下，大小主应力应满足：
???max??mintan2(45??)?2Ctan(45??)??minKp?2CKp
222.5 如何计算土的切削阻力？
土的切削阻力是下述各力之和：被动土压力、土体沿滑移面移动时的摩擦阻力、土沿着推土板上升与刀片和弧形板间产生的摩擦阻力的水平分力、切削刃的侧面剪断土体时的阻力。也可按下述经验公式计算：Px?10BghKb。
3.1 名词解释：自由半径、动力半径、滚动半径、理论速度、实际速度、滑转率、滚动效率、滑转效率、牵引效率、寄生功率、滑移、滑转
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自由半径指的是充气的轮胎在不承受载荷时的平均半径；动力半径指的是充气的轮胎承受载荷时，轮胎将发生径向变形和切向变形，此时车轮中心到驱动力作用线之间的距离；滚动半径指的是按轮胎转动时行驶过的直线距离折算出的半径；理论速度是车轮纯滚动时轮心的速度；实际速度考虑滑转之后轮胎实际行驶的速度；滑转率是由于滑转而带来的车辆实际速度的损失比例；滚动效率是描述驱动轮克服滚动阻力功耗的参数；滑转效率是描述驱动轮滑转而带来的功耗大小的比例参数；牵引效率表示行走机构的驱动效率，由滚动效率和滑转效率乘积而成；当轮胎与路面之间有滑动且滑动方向与车轮行驶方向相同时，这种滑动即是所谓的滑移；当轮胎与路面之间有滑动且滑动方向与车轮行驶方向相反时，这种滑动即是所谓的滑转；寄生功率是一种由于前后轮运动不协调而存在于多桥驱动车辆前后轮之间、通过传动系循环传动且对外不做功的功率流。
3.2 简述轮式车辆和履带车辆的行驶原理和力学平衡与功率平衡方程？
车辆的行驶原理是作用在驱动轮上的力矩，通过驱动轮与地面的相互作用，使驱动轮受到一个来自地面的反作用力，即驱动力，此驱动力克服了各种阻力之后推动车辆向前行驶。
车辆驱动轮的力学平衡为Pk?P?Pf?0。 3.3 解释循环功率的产生原因、特征和避免措施？
循环功率的产生原因是前后轮运动的不协调；特征是对外不做功，寄生于多桥驱动车辆的传动系在，增加了传动系零部件飞磨损；避免措施是在某个驱动桥的传动路线上，加装一个超越离合器或者在前后桥间安装轴间差速器。
3.4 分析履带车辆接地比压的概念和影响因素？
履带单位接地面积所承受的垂直载荷，称为履带接地比压。影响因素包括机器的结构质量、重心位置、作业工况与履带的结构尺寸等。
3.5 简述什么是车辆的附着性能？
驱动轮在地面上滚动时，在驱动力矩的作用下，车轮与地的接触面上各微小单元都产生微观滑转，亦即地面各微小单元面上都产生抗滑转反力，即地面对车轮产生抗剪切反力或切线牵引力作用的同时，车轮对地面产生相对滑转，而地面会产生一种抵抗滑转的能力称为附着性能。
4.1 名词解释：动力半径、滚动半径；滑移、滑转；实际速度、理论速度；切线牵引力、牵引力、有效牵引力、附着力；滚动效率；滑转效率、牵引效率、排量比？
切线牵引力是作用于牵引元件的平行于地面并沿着行驶方向的总推力，它在数值上等于驱动力矩MK除以动力半径rd；牵引力是牵引元件在克服自身的行驶阻力Pf2之后输出的平行于地面并沿着行驶方向的推力；有效牵引力是牵引元件在克服车辆总行驶阻力之后可对外输出有效功的平行于地面并沿着行驶方向的推力；附着力是在最大滑转率下的牵引力
P??Pmax；排量比是液压系统的实际排量与额定排量的比值。
4.2 说明牵引性能匹配的指导原则？
应保证机器工作循环中可能出现的最大阻力矩不超过发动机的最大输出扭矩，以避免发动机熄火；为了获得较大的平均输出功率，应该使发动机在工作循环的大部分时间处于调速区段上工作。
4.3 针对循环型作业机器和连续型作业机器，解释其合理匹配的条件？
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连续型作业机器：应该保证当工作装置以设计所要求的平均工作阻力Px连续作业时，发动机正好在最大平均输出功率Nemax工况下工作，而行走机构则在最大生产率的工况下工作(即额定滑转率?H工况)，即PKPNemax?PKP?H?PX?PH。
循环型作业机器：1）由发动机扭矩决定的最大牵引力PMemax应大于地面附着条件决定的最大牵引力(即附着力)P?，亦即：PMemax＞P?；2) 发动机的额定功率工况应与行走机构的最大生产率工况相适应，即PKPNeH=PKP?H=PH；3) 工作装置的容量应与额定牵引力相适应，即PX?PH。
4.4 液力机械传动的机器与机械传动的机器相比，合理匹配条件有何变化？
1）应首先进行发动机与变矩器的匹配，并选择确定合适的变矩器直径，得到合理的发动机与变矩器共同工作的输出特性；2）由发动机与变矩器共同工作输出特性上的最大工作扭矩M2pmax(?p?75%相应的变矩器输出轴最大扭矩)所决定的牵引力PM2pmax应大于由附着条件决定的最大牵引力P?，即： PM2pmax＞P?；3）发动机与变矩器共同工作输出特性的最大功率工况应与行走机构的最大生产率工况相一致，即PKPN2pmax?PKP?H?PH；4）
机器在铲土过程末尾的平均最大工作阻力PX应等于额定有效牵引力PH，即：
PX?PH；5）机器一档的理论空载行驶速度vTmax相对于在涡轮最大输出功率N2max时所
对应的理论速度vTN2max之比值，应小于1.5。
4.5 静液压传动的机器与液力机械传动的机器相比，合理匹配条件有何变化？ 1）对静液压传动系统，由于传动比可大围任意调节，因而不存在发动机熄火的问题，因此在匹配时应重点考虑系统的传动效率，必须使液压泵处于0.3排量比位置时的驱动扭矩低于发动机的最大扭矩。2）为了利用全滑转保护液压系统的温升能够保持正常，应使静液压传动系统的最高匹配压力所对应的最大牵引力Pkpmax应大于地面附着力Pφ ，即：Pkpmax ≥
Pφ；3）静液压系统的额定压力PH对应的牵引力应匹配在行走机构的额定滑转率δH上，并
因与机器的最大工作载荷Px匹配，即：PkpH = PδH = Px。
4.6 如何进行发动机与变矩器的合理匹配？
进行发动机与变矩器的匹配计算时，可以从变矩器的无因次原始特性入手，首先按一定的合理匹配原则进行发动机与变矩器共同工作输入特性的匹配计算，确定变矩器的循环圆直径，然后再找出变矩器涡轮轴上的的输出特性，即是发动机与变矩器共同工作的输出特性，可作为后面牵引特性的配置计算依据。
为了使变矩器能高效的输出尽可能大的平均功率，应将发动机的额定工况(最大功率点)
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配置在变矩器高效率工作区的中部，亦即使变矩器传动比i?i?pmax?i?pmin2的负载抛物线穿
过发动机的额定点。并选择变矩器工作效率区中部附近的3～4个位置作为发动机额定功率的匹配位置，作出共同工作的输出特性，计算平均输出功率N2。在比较这几个不同匹配位置时，应根据机器的不同类型对动力性和经济性指标进行综合考虑。
在确定变矩器的循环园直径时，应针对不同的机型和不同的作业工况，综合考虑全功率匹配和部分功率匹配的工作特点进行全面评价确定之。
4.7 如何进行静液压传动系统的参数选型？
1）系统额定工作压力的配置应能因满足工作载荷的要求和液压元件工作寿命的要求，即液压系统的额定工作压力PH一般以系统的最高工作压力Pm为基准，按
PH?（0.55~0.65）Pm来确定；2）液压马达的参数选型应满足工作载荷和工作速度的要
求，当机器在额定载荷下作业时，马达应在最大排量下工作，即马达的最大排量应按下式计算：qmmax?2?Mm；3）液压泵的参数应满足系统工作压力和马达流量的需求。其中，
?pmH?m泵的工作压力等于系统的额定工作压力△PpH、系统补油压力Pr与管路损失之和∑△P，即：
Pp??PpH?Pr???P；泵的流量由马达最大排量时的最大工作速度所决定，以满足马
达的流量为基本要求，可按Qp=（1.1~1.3）Qm计算。
4.8 如何获得平均较大的有效牵引功率？
为了获得较大的有效牵引功率，首先应该使发动机在工作循环的大部分时间处于靠近额定点的调速区段上工作。匹配时应该保证当工作装置以设计所要求的平均工作阻力Px作业时，发动机正好在最大平均输出功率Nemax工况下工作，而行走机构则在最大牵引效率工况下工作(即轮式车辆滑转率在10%左右，履带车辆滑转率在5%左右)。
4.9 牵引性能曲线向右扩展有何好处？
牵引性能曲线向右扩展可增大机器的高效工作区域，拓展机器对不同工作阻力的适应围，并可使机器的有效牵引功率曲线变得饱满圆润，从而增大平均的有效牵引功率，提高整机的作业性能。
4.10 解释动力因子的概念和用途？
动力因子反映了在扣除风阻力后，单位机重所能获得的用来克服滚动阻力、坡道阻力、惯性阻力的切线牵引力。可表达为：D?fcos??sin??xdv。 gdt4.11 学会利用牵引性能曲线进行整机匹配合理性的分析。
整机匹配合理性的分析应才一下几个方面来考量。首先对各特征工况下机器牵引性能的基本指标结合牵引特性图作出初步评价；其次可根据各档有效牵引功率曲线和行驶速度曲线的分布情况来考察各档传动比的分配和牵引力、行驶速度的适应性能；进一步，可根据各特征工况下的牵引效率、滚动效率和滑转效率对发动机额定功率的分配和牵引效率的组成作出分析；在牵引特性图上用垂线标出各特征工况的位置，比较合理匹配的工况条件看是否得到
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合理的满足；进一步分析牵引性能和燃料经济性良好或欠佳的原因，并对机器的动力性和经济性作出更为全面的评价。
5.1 工程车辆的重心位置如何确定？
工程车辆的重心位置主要是指纵向的布置，横向一般是对称的布置在机器纵轴中心线上，重心的高度在满足离地间隙要求的情况下，为提高稳定性，应尽量降低。确定机器的重心位置，一般通过叠加计算或实际测量两种方法来确定。具体计算公式见教材。
5.2 推土机的重心位置和外载荷如何影响整机接地比压的分布？
1）重心位置的影响
推土机的重心位置对总体性能影响很大．合适的重心位置能使接地比压均布，地面支反力的合力位于履带接地长度中心，这样可提高推土机的牵引附着性能、通过性及稳定性。
若重心布置偏后于接地中心，会使铲刀强制入土时，后端接地比压大大增加，而引起履带后边下陷(软地)，以及造成铲刀不能切入土，甚至发生抬头失稳现象(硬地)；若重心布置位于接地中心超前过多，则当铲刀满载提升时，前端接地比压大大增加，可能发生履带前边下陷(软地)，或者造成翘尾失稳现象(硬地)。
另外，当满足了推土工况接地比压均布要求，而铲入、提升、运移等工况时，由于外载荷的变化，接地比压不可能均布。所以应保证主要工况接地比压均布前提下，其它工况的接地比压不能相差太大，否则说明重心布置不合适，应进行调整。
2）外载荷的影响
推土机作业过程中，由于外载荷的变化，接地比压重新分布，使压力中心发生位移。若重心布置在接地中心上，当在强制入土工况时，土对铲刀反力PN出现向上趋势，使得接地比压呈现不均匀，前端小后端大，压力中心后移。此时，为了使接地比压均匀，使压力中心移到履带接地中心上，重心布置不能在接地中心上，应往前移。与此相反，当在正常推土及满铲提升工况时，土对铲刀反力PN出现向下趋势，使得接地比压呈现不均匀，前端大后端小，造成压力中心前移。此时，为了使接地比压均匀，即压力中心位移到履带接地中心，那么重心布置也不能在接地中心上，应往后移。
实际上，不可能要求在任何工况下推土机履带接地比压均布，并使得压力中心保持在接地中心上，因此只能找出一个对推土机总体性能影响最大而又经常遇到的工况，满足要求即可。
5.3 如何计算推土机的作业稳定性和坡道稳定性？
推土机的作业稳定性包括推土稳定性及牵引稳定性。推土稳定性的计算有两种工况，即切削工况和铲入工况。
切削工况的计算条件为：推土机在水平地面作业、切深最大、满铲、并以最大牵引力匀速前进的同时提升铲刀的瞬间。此时作用在铲刀上的载荷有：土对铲刀切削反力PX和PZ、提升铲刀产生的土的剪切阻力Q?、以及铲刀提升时所带起的土重Gt。在此工况下，由于铲刀上垂直载荷的方向均向下，压力中心前移。如前所述，压力中心前移量不能过大，否则使接地比压趋于严重不匀，这不仅降低附着性能、容易失稳，而且会引起运行阻力大大增加，造成行走装置加快磨损。压力中心移动围，一般在履带接地中心两端各为接地长度的1/6。设压力中心距驱动链轮中心的水平距离为x，最前端支重轮至驱动轮中心水平距离为c，那
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铲土运输机械设计 教学PPT 作者 连晋毅 习题与答案
