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1 绪 论 1

1.1 概 述 1

1.2 任务和作用 3

1.3 工作原理 4

1.4 组成和特点 7

1.4.1 系统组成 7

1.4.2 制造特点 8

1.4.3 结构特点 8

1.4.4 使用特点 11

1.5 发展历史 12

1.6 矿用自卸车的分类 21

1.7 机械传动和电传动 23

1.7.1 机电之争 23

1.7.2 电力传动 24

1.7.3 机电比较 28

1.8 型号编制规则 31

1.9 部分专业术语 32

参考文献 38

2 总体设计 40

2.1 电动轮自卸车的工程哲学 40

2.2 总体结构布置 41

2.2.1 电驱动的结构形式 42

2.2.2 工作模式控制 45

2.2.3 带电子差速器的双电动机驱动 46

2.3 典型道路工况和性能指标 47

2.4 质量和质心位置 49

2.4.1 电动轮自卸车的质量 49

2.4.2 质心位置和轴荷分布 51

2.5 主要设计方法和参数确定 53

2.5.1 设计步骤和设计流程 53

2.5.2 柴油机功率确定 56

2.5.3 轮胎型号选择 57

2.5.4 牵引电动机的选择和参数确定 60

2.5.5 轮边减速器传动比确定 62

2.5.6 主发电机的选择和参数确定 63

2.6 电动轮设计的主要目标 64

2.7 电动轮自卸车的行驶性能 64

2.7.1 驱动力和行驶阻力 64

2.7.2 电动轮自卸车行驶的驱动力和行驶阻力平衡 76

2.7.3 电动轮自卸车的功率平衡方程 78

2.8 电动轮自卸车的制动性能 80

2.8.1 制动性的评价指标和设计要求 80

2.8.2 制动时车轮的受力 81

2.8.3 自卸车的制动效能与恒速下坡 83

2.8.4 行车制动器的选择和设计计算 88

2.8.5 停车制动器的选择和设计计算 91

2.9 举升液压缸的布置和级数选择 93

2.9.1 举升液压缸的总体布置 93

2.9.2 举升液压缸级数的选择 95

2.10 整车总体尺寸的确定 96

参考文献 97

3 动力系统 99

3.1 概 述 99

3.1.1 组成和功能 99

3.1.2 柴油机与主发电机的连接 100

3.1.3 动力系统与车架的连接 101

3.2 柴油机 101

3.2.1 工作原理 101

3.2.2 结构组成 102

3.2.3 柴油机特性 104

3.3 进、排气系统 104

3.3.1 概 述 104

3.3.2 空气滤清器 104

3.3.3 进、排气管道 106

3.3.4 消音器 107

3.4 冷却系统 108

3.4.1 柴油机冷却系统的类型和工作原理 108

3.4.2 柴油机冷却系统的结构组成 109

3.4.3 电传动冷却系统 113

3.5 燃油供给系统 115

3.5.1 系统组成和功能 115

3.5.2 燃油箱 116

3.5.3 燃油成本和燃油消耗率 118

3.6 发电机 119

3.6.1 功能和分类 119

3.6.2 交流发电机的优点 120

3.6.3 交流发电机的工作原理 120

3.6.4 交流发电机的主要结构 121

3.7 牵引电动机 122

3.7.1 功能和分类 122

3.7.2 工作特点 124

3.7.3 工作原理 125

3.7.4 主要结构 126

参考文献 128

4 电气和电子控制系统 129

4.1 概 述 129

4.2 组成和原理 129

4.2.1 交—直电传动系统 130

4.2.2 交—直—交电传动系统 131

4.3 交流系统的主要参数选择 132

4.3.1 中间直流电压的确定 132

4.3.2 三相异步牵引电机的参数确定 132

4.3.3 逆变器参数确定 133

4.3.4 整流器参数确定 133

4.3.5 发电机参数确定 133

4.4 直流电动机的调速控制 134

4.5 交—直—交系统的控制方案 136

4.5.1 主发电机励磁的控制 136

4.5.2 交流异步电动机的控制 137

4.5.3 逆变器的控制策略 144

4.5.4 矢量控制技术 145

4.6 主电路构成原理 149

4.6.1 交—直电传动系统 149

4.6.2 交—直—交电传动系统 150

4.7 电控柜 152

4.8 整流器 153

4.9 逆变器 154

4.9.1 逆变器模块的电气参数 155

4.9.2 机械结构 155

4.10 电阻制动 156

4.10.1 交—直系统的电阻制动特性 156

4.10.2 交—直—交系统的电阻制动控制 162

4.10.3 制动电阻栅 165

4.11 辅助电气系统 167

4.11.1 驾驶室 167

4.11.2 蓄电池电路 167

4.11.3 柴油机电路 168

4.11.4 液压系统控制电路 169

4.11.5 空调电路 170

4.11.6 雨刷电路 170

4.11.7 照明电路 170

4.11.8 仪表电路 170

4.11.9 报警及显示电路 171

参考文献 171

5 行驶系统 172

5.1 概 述 172

5.2 前 桥 173

5.2.1 概 述 173

5.2.2 结构组成 174

5.2.3 前桥工作原理及设计要求 176

5.2.4 前轮定位参数 176

5.3 转向系统 178

5.3.1 转向梯形机构 178

5.3.2 转向机构原理 180

5.4 后 桥 180

5.4.1 概 述 180

5.4.2 轮边减速器原理和结构 183

5.4.3 轮边减速器设计中的几个问题 187

5.4.4 后桥壳总成 191

5.5 轮胎和轮辋 193

5.5.1 概 述 193

5.5.2 轮 胎 194

5.5.3 轮 辋 198

5.6 悬 架 201

5.6.1 概 述 201

5.6.2 油气悬架的分类 203

5.6.3 油气弹簧 206

参考文献 210

6 车 架 212

6.1 车架载荷和车轮载荷分析 212

6.2 车架的结构组成 219

6.2.1 结构特点 219

6.2.2 纵 梁 220

6.2.3 保险杠和前端梁 221

6.2.4 龙门梁 221

6.2.5 牵引梁 223

6.2.6 后端梁 224

6.2.7 其他悬置件支座 225

6.3 典型车架的对比和分类 226

6.3.1 几种典型车架 226

6.3.2 车架的分类 230

6.4 车架的整体布置 230

6.4.1 与车架相连接的主要结构 230

6.4.2 车架结构的整体布置 231

6.4.3 其他连接总成结构对车架布置的影响 232

6.5 车架外形尺寸的确定 234

6.5.1 车架宽度 235

6.5.2 车架长度 236

6.5.3 车架高度 237

6.6 车架纵梁的设计计算 237

6.6.1 基本分析假设 237

6.6.2 货箱质量对车架的作用载荷 240

6.6.3 有效装载质量对车架的作用载荷 240

6.6.4 纵梁的剪力和弯矩 242

6.6.5 纵梁的弯曲应力和强度校核 245

6.6.6 纵梁的弯曲刚度 247

6.6.7 有限元分析 248

6.7 车架的焊接工艺分析 248

6.7.1 材料的选择 249

6.7.2 焊材的选择 249

6.7.3 焊接工艺方法 249

6.7.4 焊前预热与焊后保温 250

6.7.5 焊接应力的消除 251

参考文献 251

7 货 箱 252

7.1 概 述 252

7.2 货箱的分类和特点 253

7.3 货箱的结构组成 255

7.3.1 底 板 255

7.3.2 侧 板 257

7.3.3 前 板 257

7.3.4 护 板 258

7.3.5 耐磨板 258

7.3.6 其他部件 259

参考文献 261

8 液压系统 262

8.1 概 述 262

8.2 液压举升系统 264

8.2.1 举升系统的性能及初步设计 265

8.2.2 举升系统的工作原理 268

8.2.3 举升液压缸的工作原理和结构 270

8.2.4 举升液压缸的设计原则和设计流程 274

8.3 液压制动系统 275

8.3.1 工作原理 275

8.3.2 后桥制动器装配 277

8.3.3 液压盘式制动器的标准和分类 280

8.4 液压转向系统 286

8.4.1 系统组成和工作原理 286

8.4.2 转向液压缸的组成 287

8.4.3 转向液压缸的结构设计 289

8.5 液压辅助元件 292

8.5.1 液压油箱 293

8.5.2 蓄能器 295

8.5.3 过滤器 297

8.5.4 冷却器 298

8.5.5 加热器 302

8.5.6 胶 管 302

参考文献 303

9 驾驶室 305

9.1 概 述 305

9.2 结构组成 306

9.3 总体布置设计 309

9.3.1 骨架布置 309

9.3.2 转向操纵机构的连接 310

9.3.3 外覆盖件和内饰件 311

9.3.4 仪表台 312

9.3.5 视野特征 314

9.4 座 椅 319

9.4.1 结构组成 319

9.4.2 司机座椅的相关标准 319

9.5 安全保护结构的试验方法和有限元分析 320

9.5.1 安全保护结构标准 320

9.5.2 ROPS和FOPS的试验方法 323

9.5.3 ROPS和FOPS的有限元分析 326

参考文献 332

10 润滑与灭火系统 334

10.1 润滑系统概述 334

10.2 润滑系统的要求和分类 335

10.2.1 矿用自卸车对润滑系统的要求 335

10.2.2 润滑系统的分类 336

10.3 干油集中润滑系统 336

10.3.1 优 点 336

10.3.2 原理和组成 337

10.3.3 选择计算及安装 340

10.3.4 缺点和应用趋势 341

10.4 灭火系统 342

10.4.1 概 述 342

10.4.2 矿车起火的常见原因 344

10.4.3 着火多发位置 344

10.4.4 灭火系统的组成和工作原理 345

参考文献 348

11 走台及附属结构 349

11.1 概 述 349

11.2 走 台 349

11.2.1 功能作用 349

11.2.2 结构组成 350

11.3 支撑结构及屈曲校核 352

11.4 扶 梯 354

11.4.1 结构组成 354

11.4.2 扶梯种类 356

11.5 护 栏 357

11.6 其他附件 358

11.6.1 散热器罩 358

11.6.2 空滤器支架 359

11.6.3 后视镜及支架 359

参考文献 360

12 车架的轻量化设计分析 361

12.1 概 述 361

12.2 车架的有限元建模 362

12.2.1 有限元分析简述 362

12.2.2 大型自卸车车架的有限元模型 362

12.2.3 铸件结构的有限元建模 363

12.2.4 车架焊缝的有限元模拟 363

12.2.5 典型载荷工况及边界条件 365

12.3 车架的轻量化设计 367

12.3.1 概 述 367

12.3.2 结构轻量化方法 367

12.3.3 车架的结构轻量化分析 369

12.3.4 车架的结构强度和刚度分析评价 369

参考文献 371

附录 典型电动轮自卸车型号的主要参数 372

1．卡特彼勒 372

2．小松 372

3．利勃海尔 373

4．日立建机 374

5．尤尼特瑞格 374

6．别拉斯 375