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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