长安大学工程机械理论复习题

1.叙述工程机械的作业特点和性能要求。 工程机械种类繁多，大多在野外作业，其作业特点和对机械的性能 的要求有以下特殊之处： 第一，工程质量是百年大计，对机械作业质量的要求越来越高， 机电液一体化技术得到了广泛的应用。如，路面的平整度、承载能力 和寿命，对路面机械的各项性能都提出了较严格的要求。作业质量控 制的对策主要有两条：一方面应加紧新型工作原理机器的研究，另一 方面就是采用机电液一体化技术来提高机器的性能。 第二，工程机械工况复杂，作业对象多变，常常在变载荷情况下 工作， 对机器的可靠性和适应能力有较高的要求。 例如铲土运输机械， 铲土、运土、卸土、回程。铲土中可能遇到石块、树根等障碍，土壤 的湿度、坚硬程度、成分随作业地段和区域不同也总在变化，机器总 处于变载荷、甚至超载荷的工作状态。要保证机器连续可靠的工作， 除对机器作业实行有效的控制外， 对机器的设计和使用都提出了新的 要求。由于机器作业对象的状态和环境条件呈随机性变化，因此载荷 也往往是随机变化的。应用概率统计的方法得到的载荷谱，是机器可 靠性设计的真实依据。 第三，机器工作装置与作业对象的相互作用过程和机理的研究， 是设计机器和改善其性能的关键。 机器的作业实际是靠工作装置来改 变作业对象，这涉及机械工程和土木工程两大学科。只有将机械和土 木工程的知识紧密结合起来，才可能找到创新的突破口。 第四，机器的性能应与施工工艺相适应。采取先进的施工工艺，
在当今沥青混凝土工厂中，广泛应用旋转滚筒来加热材料。当滚 筒旋转时， 松散物料颗粒被输送和分散在从载热体可获得热量的所有 容积内，引入温度达 600℃的热气直接干燥材料。实践已证明了这种 方法的有效性。但进一步的试验研究证明，向粒状物料传热的最有效 办法是热交换过程在物料处于振动沸腾状态下进行。 将振动筛稍加改 造就可用来实现此热交换过程。筛网将传热空间分成两部分，被加热 材料在筛网上，热气在筛网下空间流动。处于筛网上但不能下漏的材 料在激振力的作用下， 以大于自由落体加速度 g 振动时处在极为疏松 的状态，此时经过筛网从下向上吹进热气。在振动及热气的联合作用 下，材料颗粒不断混合着，增加了移动层物料间的多孔性，降低了物 料间摩擦力，加热均匀，加热结果与颗粒组成无关。因为物料的每个 颗粒实际上都被透过物料层的气流冲击， 振动的物料层处在极为疏松 的状态，因此形成物料在“沸腾”状态的效应，这就为载热介质和物 料间的热交换创造了极为有利的条件， 故称这时的物料层为振动沸腾 层，这种干燥法为振动沸腾层法。工业生产结果表明，与滚筒干燥法 相比，干燥单位容积砂时，若设备的外廓尺寸相同，生产率提高了 70%，能耗减少了 40%，大颗粒物料形成振动沸腾时热交换过程进行 得更加有效，如砾石、卵石等。振动沸腾层法的研究也为解决粮食等 干燥问题提供了一条途径。 6.试分析普通压路机压实作业的不足。 一般来看， 沥青混凝土路面的孔隙率为 3~5%， 仍存在着减少的余 地。众所周知，压路机滚轮的接地压力应接近压实材料的强度极限，
2 加强机械设备的维护保养是提高机械设备使用性能的重要途 径。 机械设备的维护保养质量是机械设备使用的前提和基础，机械设 备在长期的使用过程中，机械的 零部件磨损、间隙增大、配合改变， 机械设备应有的静平衡和动平衡被破坏，工作稳定性、可靠性和 机 械的工作效率都显著下降， 甚至会造成某些总成和零部件的永久性伤 害。因此，定期进行维护保养情况检测，并认真做好机械设备的维护 保养记录。具体内容包括以下 4 个方面： (1)加强设备的保养工作，防止误保，杜绝漏保。 (2)加强设备的日常检查工作，检查结果应详细记录，不但要包 含以往的维修保养记录、换件记 录，而且要包含日常使用情况和工 作量的记录， 以便分析、 判断机械故障， 及时而准确地消除故障隐 患。 (3)机务管理者应及时掌握情况、了解全局，作出合理、详细的 机械维修计划，并对维修作业、采 购活动作出指示和监督，避免不 必要的维修及其费用的浪费。 (4)加大机务管理力度，建立健全机械维修、保养规章制度，强 调机务管理作用 3 加强对环境的管理和维护是提高机械设备使用性能的必要途 径。 许多大型的机械设备如沥青混合料搅拌设备、稳定土拌和设备、 联合式破碎机等规模都很大，每一部分的质量都在几吨到几十吨，对 工作场地的要求比较严格。工作场地的选择要充分考虑到 风向、河
但不应该超过它，最好是强度极限的 0.8～0.9 倍。因此，依靠增加压 路机质量或线压力，来强化压实过程的方法受到限制。 包括沥青混凝土在内的所有材料的加载过程，可看作同时发生的 两种现象的总和:应力增加和应力衰减.尽管高温混凝土在热状态时应 力衰减很快，但在路面层中仍有残余应力,在压实过后的一段时间内 残余应力还相当大。沥青的主要组分有沥青质、树脂和油份等。沥青 分布在材料表面后,在混合料中有两种状态：结合在结构中或处于自 由状态。在材料和沥青粘结时,沥青裹在材料颗粒表面,封锁了粗糙的 材料表面的部分孔隙,处在孔隙中的空气、水等阻止沥青的渗入,使材 料的部分表面仍未被沥青包裹。摊铺和压实沥青混凝土时,使材料颗 粒相互靠近而挤压,材料表面沥青膜的厚度变薄。挤出的沥青要渗入 材料表面的空穴和缝隙中。压缩处在这里的气体，使封闭在孔隙中的 气体压力超过了大气压力，层内形成残余应力，这是普通压实所固有 的特点。除这类封闭的孔隙外,在沥青和材料相互作用的边界处和沥 青组织内，还存在相互贯通并和道路表面大气相通的微孔网络。 7.试分析路面真空压实技术的机理。 包括沥青混凝土在内的所有材料的加载过程， 可看作同时发生的 两种现象的总和:应力增加和应力衰减.尽管高温混凝土在热状态时应 力衰减很快，但在路面层中仍有残余应力,在压实过后的一段时间内 残余应力还相当大。沥青的主要组分有沥青质、树脂和油份等。沥青 分布在集料表面后,在混合料中有两种状态：结合在结构中或处于自 由状态。在集料和沥青粘结时,沥青裹在集料颗粒表面,封锁了粗糙的
流和周围建筑物对设备可能造成的影响，并且场地要尽可能平整、密 实，避免机械设备在 使用过程中因重量大、剧烈振动等原因造成设 备的倾斜、基础塌陷等，造成不必要的损坏和经济 损失。机械设备 在酷热、严寒等条件下使用时，都应该采取必要的措施对机械设备进 行保护，并根 据实际情况对设备的一些参数进行必要的调整。如风 力的大小对机械设备的正常工作有很重要的 影响，风力过大时设备 的输料传送带就会发生跑偏， 严重时会发生输料传送带扯裂或输料皮 带架 倾斜、倒塌等现象。另外，由于现代大型公路施工机械的功率 都在上百千瓦到几百千瓦不等，因 此对机械设备提供动力的能源装 置的安全性、稳定性和经济性就有较高的要求。机械设备开机前 应 对能源装置进行系统的维护保养和检查，对发电机的输出功率、工作 的稳定性和安全性进行全 面的检查，为设备的正常工作提供强劲的 动力支持。 3.叙述机群智能化施工机械的含义。 机群智能化工程机械是指为完成高速公路等建设项目， 以实现最 优工作效率和最佳的工作质量的同步施工的智能工程机械的组合。 通 过对选配的智能化单机的状态、位置、性能、工作质量和施工进度的 在线检测， 由机群主控站根据施工要求完成机群施工的优化调度和动 态管理，完成施工管理部门、机器制造商、施工材料供应商间的有机 联系与合作，发挥机群的整体优势和内在潜力，实现施工质量好、资 源利用充分、效率高、成本低的综合目标。机群智能化将 CIMS 理念 和信息技术应用在工程施工系统，它综合了工程施工和管理、作业状
态的在线监测和故障诊断、自动控制、网络通信、动态优化调度等技 术，既体现了智能化工程机械单机技术的发展方向，又是施工与管理 技术的创新。 4.振动搅拌的作业机理及优点。 搅拌是物料间扩散、剪切及对流的过程。振动时，水泥混凝土 集料间摩擦力大大下降。因此利用振动搅拌混凝土能大幅度节约能 量。振动搅拌在搅拌的同时加以振动，使水泥颗粒处于颤动状态，从 而破坏了水泥凝聚团，使水泥颗粒均匀分布。同时振动搅拌使水泥颗 粒的运动速度增大，增加了有效碰撞次数，加速了水泥颗粒表面水化 生成物向液相扩散的速度，使水泥水化加速。此外，还可净化集料表 面，增加水泥和集料间的粘结力。因此，振动搅拌能有效地提高混凝 土的强度，混凝土的流动性也有所改善。试验。证明，当水泥用量不 变时，混凝土 28 天抗压强度约提高 50%，流动性略有提高；当混凝 土强度不变时， 大约可节约水泥 30%。 与普通的强制式搅拌机相比较， 在保证混凝土强度不变的条件下可节约近 20%的水泥； 由于振动使物 料间的摩擦力大大下降，相互碰撞的频率和速度增加，因此保证了塑 性以至干硬性混凝土的快速而高质量地拌和；当装置生产率为 60m3/h 时，搅拌主机的驱动功率仅为 2kW。试验证明，振动搅拌有 许多特点，主要是高效节能。与相同生产率的普通搅拌装置相比，由 于它没有减速传动装置，工作装置的频率高，结构又特别简单，质量 减轻了一半左右，可节约驱动功率 70%。 5.振动沸腾加热的作业机理及优点。
集料表面的部分孔隙,处在孔隙中的空气、水等阻止沥青的渗入,使集 料的部分表面仍未被沥青包裹。摊铺和压实沥青混凝土时,使集料颗 粒相互靠近而挤压,集料表面沥青膜的厚度变薄。挤出的沥青要渗入 集料表面的空穴和缝隙中。压缩处在这里的气体，使封闭在孔隙中的 气体压力超过了大气压力，层内形成残余应力，这是普通压实所固有 的特点。除这类封闭的孔隙外,在沥青和集料相互作用的边界处和沥 青组织内，还存在相互贯通并和道路表面大气相通的微孔网络。若在 路面上有一密封的真空室,某些微孔网络处于真空室下,这就破坏了混 凝土内部相互作用的气、液、固体三相间不稳定的力平衡。路层中空 气通道的压力就比大气压力低， 通道中的气体就朝压力更低的真空室 移动。同时，被沥青薄膜封闭在集料孔隙内的气体压力与通道中气体 的压力差陡增，沥青薄膜裂缝，逸出的气泡进入通道而排出。这有助 于沥青在表面力的作用下填充到集料的空穴及缝隙中去， 有利于沥青 的重新均匀分布。沥青膜的变薄及其微孔和集料缝隙中气体的排出， 使混凝土内部应力下降。因此，真空室的存在为孔隙率数量和尺寸的 减少都创造了条件， 而这又为进一步压实混凝土提供了极为有利的条 件。还应注意到，气体穿过路面层进入真空室时，使集料相对于自己 的平衡位置产生了平动和旋转运动，也有利于混凝土内部结构的改 善。 8.仿生柔性内衬的结构与特点。 内衬的结构与编结方法仿生柔性内衬的基本结构由坯料直径相同