大行其道：行走機械設(shè)計師工作指南

緒論001
0.1　行走機械進化與發(fā)展001
0.2　行走機械基本功能解析002
0.3　行走機械設(shè)計003
第1章  功用特性005
1.1　行走機械功用與類型005
1.1.1　行走機械功用拓展005
1.1.2　行走機械驅(qū)動演化006
1.1.3　行走機械工作任務(wù)008
1.2　機器行走的功能裝置009
1.2.1　機器行走功能的實現(xiàn)009
1.2.2　機器行走的關(guān)聯(lián)功能需求010
1.2.3　行走傳動與基礎(chǔ)裝置012
1.3　機器行走的基本原理013
1.3.1　車輪滾動與滾動阻力013
1.3.2　車輪附著力與驅(qū)動015
1.3.3　機器自驅(qū)動行走實現(xiàn)條件017
1.4　機器行走的運動特性019
1.4.1　機器行走的阻力019
1.4.2　機器行走的運動狀態(tài)020
1.4.3　機器行走的動力性能021
1.4.4　行走機械的多向運動023
1.5　行走運動狀態(tài)可控性024
1.5.1　機器行走操控與實現(xiàn)024
1.5.2　行走轉(zhuǎn)向操控性025
1.5.3　制動操縱性027
1.6　動力匹配與經(jīng)濟運行028
1.6.1　動力輸出與功率匹配028
1.6.2　動力傳遞方式與意義030
1.6.3　動力裝置匹配經(jīng)濟性031
1.7　行走機械的通過能力033
1.7.1　機器形態(tài)與行走的關(guān)系033
1.7.2　幾何通過性033
1.7.3　越過障礙能力035
1.7.4　支承通過性036
1.7.5　傾斜行走能力037
1.8　行走機械的振動特性038
1.8.1　行走機械的振動系統(tǒng)038
1.8.2　行走激勵與機械振動039
1.8.3　行走機械上的減振措施040
1.8.4　行走機械的宜人性設(shè)計042
1.9　行走機械工作安全性043
1.9.1　行走機械的安全特性043
1.9.2　主動安全性045
1.9.3　被動安全防護046
1.10　總結(jié)： 行走機械功用與特性048
1.10.1　機器行走的基礎(chǔ)048
1.10.2　行走機械的功用049
1.10.3　行走機械的評價050
第2章  行走裝置052
2.1　車輪的變遷與橡膠輪胎輪052
2.1.1　車輪的產(chǎn)生與進化發(fā)展052
2.1.2　輪胎組合車輪053
2.1.3　橡膠輪胎055
2.1.4　輪胎的特征057
2.2　輪橋結(jié)構(gòu)行走裝置的類型058
2.2.1　輪橋行走裝置形式059
2.2.2　車橋結(jié)構(gòu)的變化061
2.2.3　機體鉸接車橋065
2.3　輪式行走機械的懸掛裝置066
2.3.1　懸掛裝置構(gòu)成與元件特點066
2.3.2　獨立懸掛結(jié)構(gòu)068
2.3.3　非獨立懸掛結(jié)構(gòu)070
2.4　主動懸掛系統(tǒng)組成與特點072
2.4.1　主動懸掛的形式與特點073
2.4.2　空氣懸掛系統(tǒng)073
2.4.3　氣液懸掛系統(tǒng)075
2.4.4　液壓均衡懸掛系統(tǒng)077
2.5　履帶行走原理與裝置形式079
2.5.1　履帶行走原理與特點079
2.5.2　履帶行走裝置布置形式080
2.5.3　履帶行走裝置支承結(jié)構(gòu)形式082
2.5.4　半履帶行走裝置083
2.6　履帶行走裝置的基本構(gòu)成084
2.6.1　履帶裝置中的輪履匹配084
2.6.2　金屬履帶087
2.6.3　橡膠履帶結(jié)構(gòu)089
2.7　彈性懸掛結(jié)構(gòu)的履帶裝置090
2.7.1　履帶行走裝置彈性懸掛結(jié)構(gòu)特點091
2.7.2　獨立懸架形式與結(jié)構(gòu)特點091
2.7.3　平衡式彈性懸架特點095
2.8　傳統(tǒng)軌道車輛的行走裝置097
2.8.1　轉(zhuǎn)向架的組成與功用特點097
2.8.2　轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)形式099
2.8.3　轉(zhuǎn)向架與車體連接101
2.9　非常規(guī)行走與非傳統(tǒng)裝置103
2.9.1　連續(xù)軌跡非常規(guī)行走裝置103
2.9.2　懸浮行走裝置107
2.9.3　仿生行走裝置108
2.10　總結(jié)：機器行走的功能裝置109
2.10.1　機器行走功能需求109
2.10.2　行走功能裝置的構(gòu)成與功用111
2.10.3　行走裝置的形式111
第3章  能量轉(zhuǎn)化114
3.1　熱機形式及其應(yīng)用114
3.1.1　熱機類動力裝置114
3.1.2　渦輪式內(nèi)燃機115
3.1.3　活塞往復(fù)式內(nèi)燃機117
3.2　活塞往復(fù)式內(nèi)燃機118
3.2.1　發(fā)動機組成與特點119
3.2.2　發(fā)動機的基礎(chǔ)構(gòu)成119
3.2.3　系統(tǒng)匹配與配套裝置121
3.2.4　發(fā)動機配套輔助裝置123
3.3　汽油發(fā)動機的特性125
3.3.1　汽油機的點火系統(tǒng)125
3.3.2　傳統(tǒng)汽油機供給特點127
3.3.3　汽油機電噴系統(tǒng)128
3.4　柴油發(fā)動機的特性131
3.4.1　柴油發(fā)動機供給系統(tǒng)131
3.4.2　調(diào)速器與調(diào)速特性132
3.4.3　電控噴射柴油機134
3.5　行走驅(qū)動電力系統(tǒng)135
3.5.1　電力驅(qū)動能量供給135
3.5.2　車載蓄電池供電系統(tǒng)137
3.5.3　電動行走驅(qū)動系統(tǒng)139
3.6　行走驅(qū)動電機特性140
3.6.1　電機的種類140
3.6.2　行走驅(qū)動電動機141
3.6.3　分布式電機驅(qū)動與輪轂電機144
3.7　車載電池電源系統(tǒng)146
3.7.1　儲能裝置與電源146
3.7.2　蓄電池與蓄電池組147
3.7.3　車載電源的管理149
3.8　燃料電池驅(qū)動系統(tǒng)152
3.8.1　燃料電池原理152
3.8.2　燃料電池裝置153
3.8.3　車載燃料電池動力系統(tǒng)155
3.8.4　燃料電池驅(qū)動示例156
3.9　混合動力驅(qū)動系統(tǒng)157
3.9.1　聯(lián)合動力與混合動力技術(shù)157
3.9.2　動力混合方式與策略158
3.9.3　混合動力裝置示例160
3.10　總結(jié)：動力裝置及工作特性162
3.10.1　能量來源與能量存儲162
3.10.2　動力與動力裝置164
3.10.3　行走機械動力裝置的發(fā)展165
第4章  動力傳遞167
4.1　機械傳動基礎(chǔ)裝置167
4.1.1　機械傳動形式與特點167
4.1.2　行走機械傳動基礎(chǔ)168
4.1.3　動力輸出裝置170
4.1.4　行走驅(qū)動力輸入172
4.2　動力通斷實現(xiàn)裝置173
4.2.1　離合器的工作原理與功用173
4.2.2　摩擦離合器的應(yīng)用174
4.2.3　自動離合器176
4.3　手動換擋變速裝置178
4.3.1　機械變速傳動178
4.3.2　變速傳動裝置基本結(jié)構(gòu)179
4.3.3　換擋執(zhí)行裝置181
4.3.4　換擋操縱機構(gòu)182
4.4　動力換擋變速裝置183
4.4.1　動力換擋變速裝置工作原理183
4.4.2　定軸式動力換擋變速裝置184
4.4.3　行星式動力換擋變速裝置185
4.4.4　雙離合器變速裝置186
4.4.5　動力換擋與自動變速187
4.5　液力傳動與變矩器188
4.5.1　液力變矩器結(jié)構(gòu)與傳動特點189
4.5.2　液力變矩器特性190
4.5.3　變矩器與動力裝置匹配192
4.5.4　液力傳動裝置的應(yīng)用192
4.6　行走無級變速裝置194
4.6.1　傳動無級變速原理194
4.6.2　帶傳動無級變速裝置195
4.6.3　液壓無級變速系統(tǒng)與裝置198
4.7　行走驅(qū)動力分配199
4.7.1　行走驅(qū)動中的分動與差速199
4.7.2　普通齒輪差速器200
4.7.3　普通差速器限滑與鎖止201
4.7.4　其它限滑差速器203
4.8　機液雙流復(fù)合傳動205
4.8.1　機液復(fù)合雙流傳動基本形式205
4.8.2　機液復(fù)合雙流傳動在輪式拖拉機上的應(yīng)用207
4.8.3　機液雙流傳動在履帶行走傳動上的應(yīng)用208
4.8.4　機液復(fù)合傳動其它應(yīng)用209
4.9　行走驅(qū)動液壓系統(tǒng)211
4.9.1　行走驅(qū)動液壓系統(tǒng)的組成211
4.9.2　驅(qū)動液壓系統(tǒng)的匹配特性212
4.9.3　行走驅(qū)動液壓系統(tǒng)的形式213
4.9.4　全液壓行走驅(qū)動系統(tǒng)214
4.10　總結(jié)：動力傳遞與傳動系統(tǒng)216
4.10.1　傳動系統(tǒng)的任務(wù)功能216
4.10.2　傳動基本形式與特點218
4.10.3　行走驅(qū)動力的傳遞219
第5章  運動操控222
5.1　行走機械的轉(zhuǎn)向操控222
5.1.1　基本機械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)222
5.1.2　方向操控裝置224
5.1.3　轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的動力匹配225
5.2　轉(zhuǎn)向裝置與助力轉(zhuǎn)向227
5.2.1　機械轉(zhuǎn)向器227
5.2.2　液壓助力轉(zhuǎn)向器229
5.2.3　液壓助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)230
5.2.4　電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)231
5.3　轉(zhuǎn)向機構(gòu)與隨動轉(zhuǎn)向232
5.3.1　轉(zhuǎn)向機構(gòu)基本形式與工作原理232
5.3.2　雙軸協(xié)同轉(zhuǎn)向235
5.3.3　多軸隨動轉(zhuǎn)向237
5.4　全液壓動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)239
5.4.1　全液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組成形式239
5.4.2　全液壓轉(zhuǎn)向器242
5.4.3　流量放大轉(zhuǎn)向系統(tǒng)243
5.4.4　雙轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)向系統(tǒng)244
5.5　履帶行走轉(zhuǎn)向及裝置245
5.5.1　履帶行走裝置轉(zhuǎn)向原理246
5.5.2　單功率流機械傳動中轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)機構(gòu)246
5.5.3　雙功率流轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)方式249
5.6　行走機械的制動系統(tǒng)251
5.6.1　制動系統(tǒng)組成與配置251
5.6.2　助力制動253
5.6.3　全液壓動力制動255
5.7　制動裝置形式與應(yīng)用256
5.7.1　制動器類型與安裝位置256
5.7.2　鼓式制動器258
5.7.3　盤式制動器260
5.8　氣動制動與主從系統(tǒng)262
5.8.1　氣壓制動系統(tǒng)及主要元件262
5.8.2　道路車輛主從制動系統(tǒng)264
5.8.3　軌道列車氣動制動系統(tǒng)266
5.9　再生制動與防滑技術(shù)267
5.9.1　輔助制動與動力制動的應(yīng)用267
5.9.2　防滑制動269
5.9.3　再生制動270
5.10　總結(jié)：行走操向與制動技術(shù)271
5.10.1　行走裝置狀態(tài)控制271
5.10.2　轉(zhuǎn)向原理與實現(xiàn)方式272
5.10.3　制動原理與實現(xiàn)方式274
第6章  人機關(guān)系276
6.1　操縱裝置與人機工程276
6.1.1　行走機械基本操作需求276
6.1.2　行走機械操作方式的選擇277
6.1.3　人機工程的體現(xiàn)281
6.2　操控液壓技術(shù)與應(yīng)用282
6.2.1　液壓系統(tǒng)的功用與組成282
6.2.2　控制閥與操縱方式284
6.2.3　行走機械常用的液壓操縱裝置286
6.3　液壓控制基礎(chǔ)與原理288
6.3.1　液壓控制回路構(gòu)建289
6.3.2　液壓伺服與比例控制290
6.3.3　行走驅(qū)動液壓系統(tǒng)自動控制示例292
6.4　車載電器與控制基礎(chǔ)294
6.4.1　車載電器與電氣系統(tǒng)294
6.4.2　基本電氣系統(tǒng)組成295
6.4.3　電控與電氣系統(tǒng)的關(guān)系298
6.5　電動行走的驅(qū)動控制299
6.5.1　電動行走機械的特性299
6.5.2　電機控制器300
6.5.3　多電機行走驅(qū)動控制系統(tǒng)302
6.5.4　多電機驅(qū)動的差速協(xié)調(diào)控制303
6.6　常規(guī)機動行走的控制304
6.6.1　機動行走控制需求304
6.6.2　電控發(fā)動機的需求與特點305
6.6.3　傳動裝置自動控制307
6.6.4　行走驅(qū)動控制308
6.7　行走機械的自動控制310
6.7.1　控制器的基本構(gòu)成310
6.7.2　控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)311
6.7.3　控制系統(tǒng)硬件組成312
6.7.4　控制軟件的生成314
6.8　車載網(wǎng)絡(luò)與信息傳輸315
6.8.1　車載控制網(wǎng)絡(luò)的類型315
6.8.2　網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與多網(wǎng)絡(luò)連接316
6.8.3　車載網(wǎng)絡(luò)CAN 總線317
6.8.4　無線信息傳輸319
6.9　自動駕駛實現(xiàn)之基礎(chǔ)320
6.9.1　自動駕駛與人和環(huán)境的關(guān)系320
6.9.2　自動駕駛的技術(shù)基礎(chǔ)321
6.9.3　循跡與識別322
6.9.4　定位與自動導(dǎo)引324
6.10　總結(jié)：行走機械操縱與控制325
6.10.1　行走機械的操控需求325
6.10.2　操控與人機關(guān)系326
6.10.3　行走機械控制與關(guān)聯(lián)技術(shù)328
第7章  環(huán)境制約329
7.1　機器功用與形態(tài)適宜329
7.1.1　行走機械形態(tài)的基礎(chǔ)329
7.1.2　行走裝置與形態(tài)331
7.1.3　作業(yè)工藝與裝置的影響332
7.1.4　工作環(huán)境與對象的影響334
7.2　路況條件與應(yīng)對措施335
7.2.1　非常規(guī)路況行走的應(yīng)對措施336
7.2.2　支承條件變化與應(yīng)對336
7.2.3　支承面幾何特征影響與應(yīng)對337
7.2.4　空間支承特性339
7.3　在多向運動載體上行走340
7.3.1　載體運動環(huán)境中的行走機械340
7.3.2　搖擺路面行走特性341
7.3.3　穩(wěn)定與預(yù)防措施343
7.4　安全與防護結(jié)構(gòu)設(shè)計345
7.4.1　運動碰撞防護結(jié)構(gòu)設(shè)計345
7.4.2　安全作業(yè)駕駛室結(jié)構(gòu)設(shè)計346
7.4.3　主動安全設(shè)計347
7.5　機器系統(tǒng)熱平衡設(shè)計349
7.5.1　無效熱量的來源349
7.5.2　散熱與熱量平衡350
7.5.3　裝置的散熱冷卻351
7.5.4　整機系統(tǒng)熱平衡352
7.6　低溫環(huán)境作業(yè)適應(yīng)性353
7.6.1　低溫環(huán)境下的行走機械354
7.6.2　行走機械低溫適應(yīng)性設(shè)計354
7.6.3　動力裝置冷起動措施356
7.7　防爆設(shè)計與防爆改裝358
7.7.1　易燃易爆環(huán)境與防爆358
7.7.2　柴油發(fā)動機防爆360
7.7.3　電氣系統(tǒng)防爆362
7.8　電磁兼容設(shè)計與驗證364
7.8.1　電磁環(huán)境與電磁干擾364
7.8.2　干擾耦合與抑制365
7.8.3　電磁兼容應(yīng)對措施366
7.9　環(huán)境意識與環(huán)保措施368
7.9.1　發(fā)動機燃燒原理與尾氣成分368
7.9.2　排放控制措施369
7.9.3　柴油機的尾氣處理370
7.9.4　汽油機的氣體處理371
7.9.5　宏觀環(huán)保意識372
7.10　總結(jié)：環(huán)境對行走機械的影響373
7.10.1　行走機械的機器環(huán)境系統(tǒng)373
7.10.2　自然地理氣候條件影響374
7.10.3　行走支承面條件影響374
7.10.4　作業(yè)環(huán)境與工況影響375
7.10.5　人文社會與行走機械376
第8章  產(chǎn)品實現(xiàn)377
8.1　產(chǎn)品設(shè)計及影響因素377
8.1.1　產(chǎn)品設(shè)計者的任務(wù)與要求377
8.1.2　產(chǎn)品設(shè)計方式379
8.1.3　產(chǎn)品設(shè)計影響因素380
8.2　總體方案與設(shè)計要點381
8.2.1　功能分解模型與總體設(shè)計方案381
8.2.2　系統(tǒng)構(gòu)建與裝置匹配383
8.2.3　主體結(jié)構(gòu)設(shè)計要點384
8.3　外觀形態(tài)產(chǎn)生與承載386
8.3.1　產(chǎn)品形態(tài)與外觀設(shè)計386
8.3.2　產(chǎn)品外觀的表達特性387
8.3.3　行走機械外觀形態(tài)的形成與優(yōu)化388
8.4　遵循規(guī)則及產(chǎn)權(quán)保護391
8.4.1　專利保護與避讓391
8.4.2　標準的運用392
8.4.3　產(chǎn)品認證與許可393
8.5　通用質(zhì)量特性及設(shè)計394
8.5.1　產(chǎn)品的通用質(zhì)量特性394
8.5.2　壽命與可靠性設(shè)計395
8.5.3　維修與測試性設(shè)計397
8.6　生產(chǎn)制造與質(zhì)量控制398
8.6.1　生產(chǎn)組織與工藝準備399
8.6.2　行走機械制造流程400
8.6.3　生產(chǎn)過程質(zhì)量控制402
8.7　整機驗證及試驗設(shè)施403
8.7.1　產(chǎn)品試驗內(nèi)容403
8.7.2　試驗的節(jié)點與性質(zhì)404
8.7.3　試驗室內(nèi)臺架試驗406
8.7.4　實況試驗與場地試驗407
8.8　使用保障與技術(shù)支持408
8.8.1　產(chǎn)品選擇與使用注意事項408
8.8.2　產(chǎn)品使用保障410
8.8.3　使用手冊411
8.9　產(chǎn)品修復(fù)與后期處理413
8.9.1　產(chǎn)品修理413
8.9.2　產(chǎn)品維修保障414
8.9.3　產(chǎn)品大修415
8.9.4　報廢后處理415
8.10　總結(jié)：行走機械產(chǎn)品的生命過程417
8.10.1　產(chǎn)品規(guī)劃418
8.10.2　產(chǎn)品設(shè)計419
8.10.3　產(chǎn)品生成與功能實現(xiàn)420
8.10.4　產(chǎn)后支持與后續(xù)生產(chǎn)421
參考文獻422