機(jī)械設(shè)計制造及自動化畢業(yè)設(shè)計-道路除雪破冰機(jī)的設(shè)計

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　道路除雪破冰機(jī)的設(shè)計</p><p><b>　　誠信聲明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下獨(dú)立完成的

2、，在完成論文時所利用的一切資料均已在參考文獻(xiàn)中列出。</p><p>　　本人簽名： 年 月 日</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　　設(shè)計題目： 道路除雪破冰機(jī)的設(shè)計

3、 </p><p>　　1．設(shè)計的主要任務(wù)及目標(biāo)</p><p>　　（1）通過查閱有關(guān)資料，了解東風(fēng)EQ140汽車的主要技術(shù)參數(shù)；</p><p>　?。?）了解融雪破冰原理；</p><p>　?。?）工作裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計；</p><p>　　2．設(shè)計的基本要求和

4、內(nèi)容</p><p>　?。?）對道路冰雪清除技術(shù)的發(fā)展和原理的了解，確定道路融雪破冰裝置總體方案；</p><p>　?。?）道路融雪破冰機(jī)工作原理圖；</p><p>　　（3）道路除雪破冰機(jī)關(guān)鍵部分的零件圖；</p><p>　　（4）完成畢業(yè)設(shè)計的撰寫；</p><p><b>　　3．主要參考文獻(xiàn)&

5、lt;/b></p><p>　　[1] 蕭永江，工程機(jī)械[M].城市道路壓實雪除雪機(jī)構(gòu)的研制,1995：128-134</p><p>　　[2]濮良貴,紀(jì)名剛,機(jī)械設(shè)計[M].北京：高等教育出版社,2008：123-134</p><p>　　[3]徐灝，機(jī)械設(shè)計[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2000：122-132</p><p>

6、;　　[4]柴鵬飛，機(jī)械設(shè)計[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2004：122-133</p><p>　　進(jìn)度安排 </p><p>　　道路除雪破冰機(jī)的設(shè)計</p><p>　　摘 要：我國北方大部分地區(qū), 每年有4個月左右的降雪期, 道路積雪給交通運(yùn)輸及人民日常生活帶來許多不便

7、。采用機(jī)械方法清除是一項急需解決的難題。本文在總結(jié)分析以往道路冰雪清除技術(shù)和原理的基礎(chǔ)上,以硬質(zhì)道路冰雪清除為主,對道路冰雪混合物的物理和機(jī)械性能進(jìn)行了分析,由于旋轉(zhuǎn)破冰機(jī)的兩個破冰輪內(nèi)外側(cè)線速度不同，通過形成的扭矩將積冰積雪有效的進(jìn)行第一次破除，然后采用振動破碎、推雪板組合方式連續(xù)清除積雪的總體設(shè)計思想，除雪機(jī)械與東風(fēng)EQ140汽車配套使用，既降低結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度和生產(chǎn)成本，又可最大限度利用閑置資源。</p><p&g

8、t;　　關(guān)鍵詞： 道路冰雪, 旋轉(zhuǎn)剁冰機(jī)，振動破碎,推雪板</p><p>　　Design of Road removal snow and ice machine</p><p>　　Abstract：Most parts of northern China, there are about 4 months of snowfall annually, snow brought a l

9、ot of inconvenience to road transport and people's daily lives. Using mechanical methods is a clear need to solve the problem. This paper summarizes the analysis of past road snow clearing techniques and principles,

10、based on the hard road to clear snow and ice based on the physical and mechanical properties of a mixture of snow and ice roads are analyzed, due to the rotation of the two ice-break</p><p>　　Key words: Snow

11、 road, Rotating ice-breaking machine, vibrating crusher, pushing snowboard</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1前言1</b></p><p>　　1.1 研究的目的和意義1</p><

12、p>　　1.2 路面除冰技術(shù)的發(fā)展歷程2</p><p>　　1.3 課題研究的主要內(nèi)容5</p><p>　　2路面壓實冰雪物理力學(xué)性質(zhì)6</p><p>　　2.1 路面壓實冰雪成因與影響因素6</p><p>　　2.1.1 路面壓實冰雪分類6</p><p>　　2.1.2 路面壓實冰雪成因6

13、</p><p>　　2.1.3 路面壓實冰雪的影響因素7</p><p>　　2.2 路面壓實冰雪的力學(xué)性質(zhì)8</p><p>　　2.2.1 抗壓強(qiáng)度8</p><p>　　2.2.2 抗切強(qiáng)度8</p><p>　　2.2.3 積雪和冰雪混合物的摩擦系數(shù)9</p><p>　　2

14、.3 道路融雪破冰機(jī)除雪機(jī)理的分析10</p><p>　　3道路除雪機(jī)的牽引性能研究與總體設(shè)計11</p><p>　　3.1 技術(shù)參數(shù)11</p><p>　　3.1.1 牽引主機(jī)參數(shù)11</p><p>　　3.2道路除雪破冰機(jī)的總體設(shè)計13</p><p>　　4 道路破冰的機(jī)械設(shè)計14</p

15、><p>　　4.1 道路破冰方案的確定14</p><p>　　4.2 關(guān)鍵部件設(shè)計及其工作原理16</p><p>　　4.2.1 旋轉(zhuǎn)剁冰機(jī)構(gòu)的設(shè)計17</p><p>　　4.2.2振動破碎機(jī)構(gòu)設(shè)計及其工作原理18</p><p>　　4.2.3 推雪板機(jī)構(gòu)設(shè)計及其工作原理19</p>&l

16、t;p>　　4.2.4 動力及傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計21</p><p>　　4.3 雪鏟振動除雪所需功率計算的確定22</p><p>　　5除雪機(jī)械關(guān)鍵部件設(shè)計及校核24</p><p>　　5.1 雪鏟振動機(jī)構(gòu)的設(shè)計及校核24</p><p>　　5.1.1 凸輪的設(shè)計與校核24</p><p>　　5.1

17、.2 擺桿的設(shè)計與校核26</p><p>　　5.2 推雪板機(jī)構(gòu)的設(shè)計與校核28</p><p>　　5.2.1 推雪板構(gòu)件的設(shè)計與校核28</p><p>　　5.2.2 液壓控制系統(tǒng)工作原理30</p><p>　　5.2.3 液壓控制系統(tǒng)設(shè)計32</p><p><b>　　結(jié) 論33&l

18、t;/b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)34</b></p><p><b>　　致 謝35</b></p><p><b>　　1 前 言</b></p><p>　　1.1 研究的目的和意義</p><p>　　北方冬季常有大雪，由

19、于氣溫低，積雪數(shù)日甚至經(jīng)月不化，經(jīng)車輛、行人碾壓后形成壓實雪或冰層，給交通運(yùn)輸和人民生活帶來極大不便。特別是在高速公路、機(jī)場、城市道路上，積雪不僅堵塞交通，而且是發(fā)生交通事故的主要原因之一。依據(jù)積雪狀況，除按雪層厚薄分類外，還可分成三種類型：新鮮雪，即降雪不久且未經(jīng)人員、車輛輾壓的雪，質(zhì)地松軟，可用推雪板清除；壓實雪，即降雪后經(jīng)人員、車輛輾壓而形成的冰雪混合物，質(zhì)地較硬且和地面粘接緊密，難于用推雪板或普通除雪機(jī)清除；冰層，是積雪因陽光或

20、車輛輾壓化成水后又凍結(jié)成冰，冰層中除水分外，還有大量塵土、泥砂，質(zhì)地堅硬，和地面粘接牢固，清除更為困難。對壓實雪和冰層，須使用破冰除雪機(jī)進(jìn)行清理，清除難度較大。</p><p>　　破冰及壓實雪機(jī)(以下簡稱破冰機(jī))是指具有切割、破碎、剝離道路表面冰層或壓實雪的機(jī)械。由于推雪板、吹雪車均對冰層和壓實雪的清除無能為力或收效甚微，所以必須先對冰層、壓實雪層進(jìn)行切割、破碎并從地面剝離，才能使用除雪機(jī)將其收集，達(dá)到道路除雪

21、目的，即破冰機(jī)是除雪機(jī)組的一部分。由于降雪后很難做到封閉道路，冰層和壓實雪的出現(xiàn)難以遏制，破冰機(jī)也就成為必備設(shè)備。</p><p>　　因為現(xiàn)有的純機(jī)械式除冰設(shè)備的效率低、積冰清除不干凈,而且會損傷道路標(biāo)記甚至路面. 針對這種現(xiàn)狀,可以利用加熱原理清除道路積冰,并考慮將加熱器與現(xiàn)有的純機(jī)械式除冰設(shè)備相結(jié)合來清除道路積冰。</p><p>　　清除道路冰雪具有很強(qiáng)的季節(jié)性,清除冰雪設(shè)備只在冬

22、季使用，因此,一臺價格昂貴的清除冰雪設(shè)備一年所用的時間相對較短,開發(fā)研制低成本、高效率、多功能、易操作、適應(yīng)性強(qiáng)的清除冰雪設(shè)備應(yīng)成為主要技術(shù)指標(biāo)。目前,國內(nèi)除雪機(jī)械多數(shù)是對現(xiàn)有的裝載機(jī)、推土機(jī)、拖拉機(jī)等實施技術(shù)改造。只有在冬季降雪時安裝除雪工作裝置,進(jìn)行除雪作業(yè),其余時間可進(jìn)行其它工程施工作業(yè)或道路清掃養(yǎng)護(hù)作業(yè)等,提高了除雪機(jī)械的整機(jī)使用效率。本課題設(shè)計的道路融雪破冰機(jī)是以東風(fēng)EQ140汽車為改裝的多功能清雪車,東風(fēng)EQ140汽車只在冬

23、季安裝除雪設(shè)備進(jìn)行冰雪清除作業(yè)。為此,設(shè)計一種經(jīng)濟(jì)型、功能強(qiáng)、適應(yīng)面廣的清雪機(jī)械是具有重要的意義。</p><p>　　1.2 路面除冰技術(shù)的發(fā)展歷程</p><p>　　中國除雪機(jī)械的研制起步較晚, 真正的研制與開發(fā)是從80年代以后, 隨著改革開放的不斷深入, 道路的不斷升級與新建,各種機(jī)動車輛猛增而開始的, 這些研究單位集中在中國的三北地區(qū), 先后有十幾種型號的樣機(jī)被生產(chǎn)出來, 在除雪

24、作業(yè)中發(fā)揮了一定的作用。在大力發(fā)展中國除雪機(jī)械的同時, 有關(guān)部門也注意引進(jìn)吸收國外先進(jìn)的道路養(yǎng)護(hù)技術(shù), 近年來先后從國外引進(jìn)了一定數(shù)量的道路綜合養(yǎng)護(hù)設(shè)備, 其中一些設(shè)備具有除雪功能, 比較典型的有奔馳U1650 型萬能工程車、烏尼莫克道路綜合養(yǎng)護(hù)車等。</p><p><b>　　(1)犁式除雪機(jī)</b></p><p>　　犁式除雪機(jī)主要適用于未經(jīng)壓實的積雪, 特別

25、是密度較小的新降積雪, 由于價格低、效率高、工作可靠, 是使用最廣泛的除雪機(jī)械。犁刀的形式主要有V 形犁、U 形犁、單向犁和側(cè)翼鏟等。國外的犁式除雪機(jī), 大多數(shù)具有避讓功能, 此外, 還可以實現(xiàn)犁刀升降以及作業(yè)角度的變化。犁式除雪機(jī)是國外使用較早的除雪機(jī)械。早在1943 年, 日本就開始把V 型犁裝在載重卡車上用于道路除雪, 經(jīng)過多年的發(fā)展, 國外犁式除雪機(jī)已具有較高的技術(shù)水平。以俄羅斯新產(chǎn)品KO-812-2 型犁式除雪機(jī)為例, 這種除

26、雪機(jī)基礎(chǔ)車采用MT 3-80/ 82 型拖拉機(jī), 其功能有除雪、清除垃圾和砂堆, 既可以用于街道、人行道, 也可用于公路和建筑工地的除雪; 工作裝置有推土板、犁刀和圓盤刷, 除雪寬度: 推土板2 500 mm; 犁刀2 500 mm; 圓盤刷1 800 mm。</p><p>　　90 年代初, 在中國的沈大高速公路上, 引進(jìn)了德國產(chǎn)的烏尼莫克道路綜合養(yǎng)護(hù)車, 輔機(jī)備有犁式除雪器, 其總質(zhì)量為1 000 kg ,

27、 最佳除雪寬度2 375 mm, 除雪鏟高1 000 mm, 最佳除雪速度20 km/ h, 最佳生產(chǎn)率4 7500 m2/ h, 殘留雪厚度不大于10 mm。國內(nèi)的犁式除雪機(jī)械, 雖然起步較晚, 但也取得了一定的成績, 先后成功研制了一些犁式除雪機(jī)和除雪器。主要有西安公路研究所研制的L9280 型除雪車, 吉林交通科學(xué)研究所研制的CL-3. 6, CL-3. 5 型系列除雪犁, 以及與磐石縣公路管理段聯(lián)合研制的CL-2. 4 型公路除

28、雪器, 哈爾濱林業(yè)機(jī)械研究所研制的CBX-216 綜合破冰除雪機(jī), 其前部除浮雪裝置的犁式除雪器等等, 這些除雪機(jī)械在某一方面的性能具有一定的優(yōu)勢。</p><p><b>　　(2)旋切式除雪機(jī)</b></p><p>　　旋切式除雪機(jī)一般具有切削、集中、推移和拋投功能, 具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能多的特點(diǎn)。旋切式除雪機(jī)可分為單級式和雙級式兩種, 其中單級式又分為銑刀型和風(fēng)

29、扇型, 雙級式分為單軸螺旋風(fēng)扇型及雙軸螺旋風(fēng)扇型。</p><p>　　俄羅斯、日本是生產(chǎn)旋切式除雪機(jī)的主要國家, 技術(shù)較成熟, 其產(chǎn)品性能居世界領(lǐng)先水平。日本產(chǎn)高速行走旋切式除雪機(jī), 作業(yè)速度為70 km/ h, 該除雪機(jī)采用四輪驅(qū)動方式, 利用盤式制動, 全長為7 790 mm, 機(jī)寬2 490 mm, 最大除雪寬度2 490mm, 發(fā)動機(jī)功率220 kW, 最大除雪速度70 km / h, 最大除雪量3 0

30、00 t/ h。</p><p>　　國內(nèi)已研制成功的旋切式除雪機(jī)主要有吉林工業(yè)大學(xué)等單位研制的CX-30 型除雪機(jī), 哈爾濱林業(yè)機(jī)械研究所研制的CBX-216 型城市道路破冰除雪機(jī), 吉林交通科學(xué)研究所研制的CBX-1600 型除雪機(jī), 此外還有XLB-212 型, 15-1 型等等。其中一些型號的除雪機(jī)已進(jìn)行過工業(yè)性試驗, 效果較好。</p><p>　　在世界范圍內(nèi)，寒冷地區(qū)的國家冬

31、季路面上都存在不同程度的積雪結(jié)冰。研究路面除冰技術(shù)具有十分重要的意義。路面除冰技術(shù)的發(fā)展歷程經(jīng)歷了人工清除、機(jī)械化清除和智能化清除三個階段。</p><p>　　人工除冰法主要依靠人力用簡單的勞動工具來完成路面冰雪的清除。人工除冰法是最早期、最原始的除冰方法。雖然人工清除冰雪比較徹底，但是作業(yè)時間長、勞動強(qiáng)度大、效率低，耗費(fèi)大量人力、物力和時間,作業(yè)時影響車輛通行及行車安全。目前，人工除冰法適用于小范圍冰雪的清除

32、或重點(diǎn)難點(diǎn)路段冰雪的清除。</p><p>　　后來，隨著科技水平的不斷提高，交通建設(shè)的飛速發(fā)展，機(jī)械化的除冰技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。目前，常用的機(jī)械化除冰技術(shù)主要包括化學(xué)除冰法、熱力除冰法和機(jī)械除冰法三種。</p><p><b>　　(1)化學(xué)除冰法</b></p><p>　　化學(xué)除冰法是一種依靠撒布鹽類除雪劑來降低冰雪危害的方法。其原理是降低冰雪

33、的冰點(diǎn)?；瘜W(xué)除冰法既可以用來清除路面結(jié)冰，也可以清除浮雪，是國際上比較常用的一種路面冰雪清除手段。</p><p>　　在一定的環(huán)境條件下，化學(xué)除冰法可以有效的清除道路冰雪，改善道路安全狀況，提高道路運(yùn)輸效率。但是化學(xué)除冰法的負(fù)作用也比較明顯，主要體現(xiàn)在：</p><p>　?、俪Ч墉h(huán)境溫度影響較大，且存在反復(fù)結(jié)冰現(xiàn)象；</p><p>　?、谠斐蔀r青面層脫落

34、，路面大面積破損；</p><p>　　③對橋梁的結(jié)構(gòu)存在著腐蝕性，使橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性下降；</p><p>　?、芨g機(jī)動車輛的輪胎及車輛底盤，大大降低其性能和使用壽命；</p><p>　?、菰斐陕愤叺耐寥利}分增加，土壤板結(jié)硬化貧瘠；</p><p>　　⑥造成城市綠地黃化，樹木枯死，甚至影響道路附近農(nóng)作物的生長；</p>

35、<p>　　⑦造成水體污染，危害動物生命和人類健康。</p><p>　　近年來，雖然有無毒性和無腐蝕性的環(huán)保型除雪劑，如生物降解型除雪劑等已經(jīng)問世，對環(huán)境和植被的破壞減少了，但是并未徹底根除。</p><p><b>　　(2)熱力除冰法</b></p><p>　　熱力除冰法利用熱能使冰雪融化，消除冰雪危害，分為微波加熱、紅外線加

36、熱、噴氣發(fā)動機(jī)加熱等類型。</p><p>　　①微波加熱。利用微波穿透冰雪加熱路面，使得貼近路面的冰雪融化，消除了路面和冰雪之間的結(jié)合力使二者分離，達(dá)到清除目的；</p><p>　?、诩t外線加熱。使用柴油作為燃料加熱紅外線加熱板，利用其熱輻射作用使路面上的冰雪迅速融化；</p><p>　?、蹏姎獍l(fā)動機(jī)加熱。利用噴氣式發(fā)動機(jī)排出的高溫?zé)釟饬鲗β访姹┻M(jìn)行加熱使其

37、融化以達(dá)到清除目的。</p><p>　　雖然熱力除冰法清除冰雪速度快，安全性較好，但該方法耗能較大。</p><p><b>　　(3)機(jī)械除冰法</b></p><p>　　機(jī)械除冰法通過機(jī)械裝置對冰雪直接作用來消除冰雪危害，按工作原理可分為：</p><p>　　①振動式。振動式主要利用冰雪在振動作用下，小變形可以

38、引發(fā)脆性斷裂的特點(diǎn)。振動輪在振動馬達(dá)帶動振動，使其表面的刀具切入、擠壓冰雪。振動式的工作效率高，清除效果比較好，能夠有效的避免路面的損壞。但是，振動式的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。</p><p>　?、阽P剁式。鏟剁式模仿人工除冰，利用壓實冰雪硬而脆，不耐沖擊的物理性質(zhì)。由多組刀具組成的工作鏟在曲軸的帶動下上下往復(fù)運(yùn)動，對路面的壓實冰雪進(jìn)行周期性剁擊。鏟剁式工作效率較低，很容易損傷路面，應(yīng)用范圍受到限制。</p>

39、;<p>　?、弁魄惺?。除冰鏟是推切式除冰裝置常用的結(jié)構(gòu)。鏟刃在壓力作用下切入冰雪層，在牽引主機(jī)的推動下清除冰雪。除冰鏟結(jié)構(gòu)比較簡單，技術(shù)比較成熟，工作效率比較高。但是由于工作阻力大，除冰鏟清除冰雪的硬度受到很大限制，需要大功率的牽引主機(jī)。此外，鏟刃的磨損比較嚴(yán)重，對路面有一定的損傷。當(dāng)路面起伏波動較大時，除冰鏟的清除效果受到影響。</p><p>　　④碾壓式。碾壓式利用壓實冰雪脆性高，易斷裂的特

40、點(diǎn)，通過滾筒上面的組合刀片，依靠自重和主機(jī)的協(xié)調(diào)壓力使楔形刀具切入冰雪層。隨著切入深度的增加，楔形刀具對冰雪層產(chǎn)生擠壓作用，使冰雪層脆性斷裂、破碎，并與路面剝離。</p><p>　　機(jī)械除冰法易于實現(xiàn)一機(jī)多用，不使用化學(xué)藥劑，無污染，能夠很好的保護(hù)環(huán)境和植被，還利于春季土壤保墑，所以它在國內(nèi)應(yīng)用最為廣泛。</p><p>　　隨著人們對路面除冰技術(shù)研究的不斷深入，出現(xiàn)了一類更為先進(jìn)的除冰

41、技術(shù)——智能化除冰技術(shù)。智能化除冰技術(shù)著眼于借助路面的某些特殊功能阻止路面積雪形成或者融冰除冰，目前主要包括以下三個：（1）自應(yīng)力彈性路面技術(shù)利用彈性材料局部變形能力較強(qiáng)的特性，通過在路面鋪裝材料內(nèi)摻入一定量的橡膠顆粒，改變路面的變形特性。路面在外載荷作用下產(chǎn)生的自應(yīng)力，從而有效的抑制路面積雪結(jié)冰。（2）導(dǎo)電鋪面融冰雪技術(shù)是指在普通瀝青或者混凝土中添加聚合物類、碳類或金屬類導(dǎo)電組分材料，使之具有良好導(dǎo)電性能。冬季將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苁孤访鏈?/p>

42、度升高，冰雪自動融化，從而保障交通暢通和行車安全。（3）太陽能——土壤蓄熱融冰雪是指在道路中鋪設(shè)太陽能采集系統(tǒng)，在地下土壤中設(shè)置能量儲存系統(tǒng)，將太陽能收集并儲存。降雪時將能量提取至路面，提高路面溫度融雪化冰。</p><p>　　目前，路面除冰技術(shù)的主要發(fā)展趨勢是：</p><p>　　(1)多功能化。路面冰雪狀態(tài)和性能多樣化要求除冰設(shè)備具有多功能性，即一機(jī)多用，降低設(shè)備的成本。</

43、p><p>　　(2)高效化。高效化包括作業(yè)效率和除凈程度兩個方面，高效化作業(yè)是保證路面冰雪在最短的時間內(nèi)得到及時、有效的清除。</p><p>　　(3)環(huán)保化。在研發(fā)路面除冰設(shè)備時，選擇合理有效的除冰方法和符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的牽引主機(jī)是環(huán)保化的關(guān)鍵。</p><p>　　(4)積極探索智能化除冰技術(shù)。提高公路建設(shè)的技術(shù)水平，充分利用智能化路面除冰技術(shù)科技含量高、環(huán)保性好的

44、優(yōu)勢，研發(fā)出適合我國氣候和地質(zhì)狀況的智能化道路，實現(xiàn)冰雪的智能化清除，保障行車安全和交通暢通。</p><p>　　1.3 課題研究的主要內(nèi)容 </p><p>　　（1）通過查閱有關(guān)資料，了解東風(fēng)140汽車的主要技術(shù)參數(shù)；了解融雪破冰原理；</p><p>　?。?）確定道路融雪破冰裝置總體方案；</p><p>　?。?）進(jìn)行工作裝置關(guān)鍵

45、部分機(jī)械工作原理設(shè)計；</p><p>　?。?）進(jìn)行工作裝置關(guān)鍵部分結(jié)構(gòu)設(shè)計，強(qiáng)度計算及校核；</p><p>　　2 路面壓實冰雪物理力學(xué)性質(zhì)</p><p>　　2.1 路面壓實冰雪成因與影響因素</p><p>　　2.1.1 路面壓實冰雪分類</p><p>　　日本冰雪協(xié)會雪質(zhì)分類委員會經(jīng)過對道路雪質(zhì)調(diào)查，

46、得出路面冰雪分類，本文節(jié)選出一部分，如表2.1所示。從表中可以看出，壓雪、冰雪和冰膜的狀態(tài)均為板狀，組成中含有氣泡和間隙，密度在450-900kg/m3之間。</p><p>　　表2.1路面壓實冰雪分類表</p><p>　　2.1.2 路面壓實冰雪成因</p><p>　　根據(jù)我國氣候及交通狀況，結(jié)合表2.1，將路面壓實冰雪的形成原因歸納為：</p>

47、<p>　　(1)碾壓。冬季路面降雪經(jīng)過車輛和行人的碾壓，密度較小的新雪被壓實，形成高密度的壓實雪。</p><p>　　(2)反復(fù)融凍。冬季由于晝夜溫差變化，路面降雪在一段時期內(nèi)出現(xiàn)反復(fù)的融化、凍結(jié)，在路面上形成堅硬的冰雪層。</p><p>　　(3)凍雨。凍雨是初冬或冬末春初時節(jié)的一種災(zāi)害性天氣現(xiàn)象,凍雨落在路面上，隨即凍結(jié)成光滑的冰層,隨著雨量的增大，冰層也越結(jié)越厚。

48、</p><p>　　以上三方面原因往往同時存在并相互作用，因此本文把壓雪、冰雪和冰層統(tǒng)稱為路面壓實冰雪。壓實冰雪在路面上的存在形式如圖2.1所示。從圖中可以看出，冰雪通過粘結(jié)層和路面固結(jié)在一起。通常情況下，粘結(jié)層的厚度僅有幾毫米。</p><p>　　圖2.1壓實冰雪存在形式示意圖 </p><p>　　2.1.3 路面壓實冰雪的影響因素</p>

49、<p>　　由壓實冰雪形成原因可以看出，壓實冰雪的性能不僅受溫度、水分的影響，還與外界壓力、路面雜質(zhì)等因素有關(guān)。</p><p><b>　　(1) 溫度</b></p><p>　　當(dāng)溫度高于0°C時，路面積雪開始融化，水分不斷增多。水分是凍結(jié)不可缺少的重要因素。當(dāng)路面溫度接近0°C時，壓實冰雪內(nèi)部、壓實冰雪與路面之間的水分開始凝結(jié)，由

50、液態(tài)向固態(tài)轉(zhuǎn)變。溫度持續(xù)下降，路面與壓實冰雪界面處的水分凝固加劇，兩者之間的粘結(jié)層強(qiáng)度不斷增大，并將壓實冰雪和路面牢牢的連接在一起。當(dāng)溫度降到一定界限后，溫度的降低再不能從壓實冰雪內(nèi)部得到更多的水分，界面間的粘結(jié)層強(qiáng)度不再增大，界面處于系統(tǒng)平衡狀態(tài)。</p><p><b>　　(2) 壓力</b></p><p>　　壓力是形成路面壓實冰雪的重要條件，冰雪受到的壓力

51、情況與被壓實后的冰雪的性能有直接關(guān)系。壓力會使路面冰雪的密度和強(qiáng)度大大增加，這是因為所施加的壓力一方面使積雪被壓實，另一方面壓力會集中在界面上，使界面處冰雪層與路面的接觸更加緊密，水分向界面滲透加劇。滲透到路面的水分凍脹，大大增加了冰雪對路面的“抓固”作用，增加了整體的強(qiáng)度。在現(xiàn)實情況中，冰雪受到的壓力大小和次數(shù)均無法準(zhǔn)確衡量，所以壓實冰雪的性能仍有很大的隨機(jī)性。</p><p><b>　　(3)凍結(jié)

52、時間</b></p><p>　　在特定溫度下系統(tǒng)的平衡依賴于凍結(jié)時間。在系統(tǒng)未進(jìn)入熱量平衡之前，凍結(jié)時間與壓實冰雪的強(qiáng)度呈線性增長關(guān)系，凍結(jié)時間越長，壓實冰雪的強(qiáng)度就越大。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入熱量平衡后，強(qiáng)度趨于平衡不再發(fā)生變化。由此可見，路面壓實冰雪的形成過程是系統(tǒng)散失熱量，水分凝固結(jié)冰的過程。凍結(jié)時間與壓實冰雪的強(qiáng)度有直接的關(guān)系。</p><p><b>　　(4)路面雜

53、質(zhì)</b></p><p>　　在各種公路的路面上，不可避免的存在各種雜質(zhì)，比如粉塵、泥沙、碎石顆粒物等。當(dāng)路面與壓實冰雪層之間存在雜質(zhì)時，雜質(zhì)起到了凝結(jié)核的作用，水的結(jié)凍不均勻，增大粘結(jié)層強(qiáng)度。一般情況下，粘結(jié)層的強(qiáng)度高于壓實冰雪的強(qiáng)度。</p><p>　　2.2 路面壓實冰雪的力學(xué)性質(zhì)</p><p><b>　　（1）抗壓強(qiáng)度</

54、b></p><p>　　壓實冰雪的抗壓強(qiáng)度是清雪車設(shè)計的重要參數(shù)之一，指壓實冰雪抵抗其它物體進(jìn)入的能力，用剛體進(jìn)入冰雪時單位面積上所受到的阻力。壓實冰雪的抗壓強(qiáng)度因環(huán)境不同而不同，強(qiáng)度值隨密度的增大而增大，隨溫度的降低而增大，數(shù)值如表2.2所示。</p><p>　　如表2.2 壓實冰雪的抗壓強(qiáng)度</p><p><b>　　（2） 抗切強(qiáng)度<

55、;/b></p><p>　　抗切強(qiáng)度定義為切割每單位橫截面積壓實冰雪所需的力，包括壓實冰雪各種形式的變形強(qiáng)度。目前，抗切強(qiáng)度的計算大多利用經(jīng)驗公式：</p><p>　　式中 ——抗切強(qiáng)度，Pa；</p><p>　　——作用在刀刃上的切削阻力，N；</p><p>　　b——切削刃寬度，m；</p><p>

56、;　　h——切削層厚度，m。</p><p>　　利用抗切強(qiáng)度可以很簡便的進(jìn)行壓實冰雪清除裝置阻力計算和清雪車的牽引特性分析，壓實冰雪的抗切強(qiáng)度如表2.3所。</p><p>　　表2.3壓實冰雪的抗切強(qiáng)度</p><p>　?。?） 積雪和冰雪混合物的摩擦系數(shù)</p><p>　　壓實冰雪清除裝置設(shè)計、清雪車的工作阻力計算和牽引性能分析涉及

57、到冰雪的摩擦系數(shù)、冰雪路面的附著系數(shù)、冰雪路面的行駛阻力系數(shù)的選取。</p><p>　　冰雪的摩擦系數(shù)包括外摩擦系數(shù)和內(nèi)摩擦系數(shù),如表2.4、表2.5所示。</p><p>　　表2.4 冰雪外摩擦系數(shù)</p><p>　　表2.5 冰雪的內(nèi)摩擦系數(shù)</p><p>　　2.3 道路融雪破冰機(jī)除雪機(jī)理的分析</p><

58、;p>　　目前已有的除雪方式中,犁式、鏟刮式等屬靜壓除雪,除雪機(jī)具連續(xù)作用在冰雪路面上,使道路冰雪與路面分離；旋切式屬一次沖擊和靜壓除雪的組合,除雪機(jī)具每次沖擊作用在冰雪面上,并連續(xù)施以靜壓力。鏟剁沖擊式屬振動除雪,將道路冰雪與路面分離成塊狀,然后清除。很明顯,鏟剁沖擊式利用了冰雪的脆斷性,除雪時具有省力、省功的特點(diǎn)。但振動沖擊還與除雪刀具形狀、刀具入雪角度等因素有關(guān)。如當(dāng)人工除雪時,鏟刃如果以合適的入雪角度多次沖入冰雪,就會分離

59、出較大的冰雪塊。</p><p>　　通過有關(guān)資料，鏟雪角度應(yīng)控制在40°左右,這是較佳的角度,而作用力應(yīng)大于245N，并且雪層越厚,分離出的雪塊越小，要想提高除雪效果,就要加大除雪機(jī)的功率。</p><p>　　在確定刀具結(jié)構(gòu)時，主要針對三角形、斧頭形及凹形三種刀頭工作效率進(jìn)行比較，其中三角形刀頭鏟雪塊尺寸大且效率高，與其它兩個比較具有明顯的除雪效果，因此選用三角形刀具為除雪機(jī)

60、用的刀型，刀具寬度為20㎜。</p><p>　　壓實冰雪按物理機(jī)械性能將其分為塑性積雪（800㎏/m3以下）和脆性積雪（800㎏/m3以上）兩類。當(dāng)?shù)毒叽怪毕滦袝r，主要阻力來自塑性積雪與地面附著力,這個力在水平方向?qū)⒌毒呖ㄔ谒苄苑e雪中，引起塑性變形，但不能夠?qū)簩嵎e雪切斷；當(dāng)采用的沖擊力具有一定角度時,刀具對塑性積雪的沖擊力能夠直接加載在塑性壓實積雪與地面附著處,易鏟斷,同時刀具自身刀刃角度對塑性壓實積雪有撬曲

61、作用,由于塑性積雪內(nèi)部粘滯力較大,塑性積雪以片狀被掀下,工作效果良好。因此，采用微波加熱原理，使微波穿透冰雪加熱路面，使得貼近路面的冰雪融化，消除了路面和冰雪之間的粘結(jié)力，使刀具的沖擊力減小，增強(qiáng)了刀具壽命。</p><p>　　3道路除雪機(jī)的牽引性能研究與總體設(shè)計</p><p><b>　　3.1 技術(shù)參數(shù)</b></p><p>　　3.

62、1.1 牽引主機(jī)參數(shù)</p><p>　　課題道路融雪破冰機(jī)的主機(jī)為東風(fēng)140汽車。 </p><p>　　其相關(guān)參數(shù)具體如下:</p><p><b>　　（1）性能指標(biāo)</b></p><p>　　載重量（公斤）: 5000</p&g

63、t;<p>　　最大拖掛總重量（包括掛車和貨物的總重量） </p><p>　　在硬實良好路面上，最大縱坡不超過8% 4500</p><p>　　在平坦硬實良好路面上 6000</p><p><b>　　外形尺寸（毫米）<

64、/b></p><p>　　全長 6910</p><p>　　總寬 2470</p><p><b>　　總高（空載）</b></p><

65、p>　　按駕駛室 2325</p><p>　　按保險架 2455</p><p>　　軸距（毫米） 3950</p><p>&l

66、t;b>　　輪距（毫米）：</b></p><p>　　前輪（沿地面） 1810</p><p>　　后輪（雙輪中心線間距離） 1800</p><p>　　最小離地距離（滿載時）（毫米）：</p><p>　

67、　前軸下 360</p><p>　　后橋下 265</p><p>　　車箱底板離地高度（空載時）（毫米） 1335</p><p>　　后牽引鉤離地高度（

68、滿載時）（毫米） 785</p><p>　　最高車速（滿載、無拖掛）（公里/小時） 90</p><p><b>　?。?）發(fā)動機(jī)</b></p><p>　　型號: EQ

69、6100-I型</p><p>　　額定功率（馬力/轉(zhuǎn)/分）: 135/3000</p><p>　　額定扭矩（公斤力米/轉(zhuǎn)/分）: 36/1200～1400</p><p>　　最底汽油消耗率 （克/馬力小時） 不高于225

70、</p><p><b>　　（3）底盤</b></p><p>　　離合器 單片、干式、摩擦片直徑325毫米</p><p><b>　　變速器：</b></p><p>　　型式

71、 五個前進(jìn)檔，一個倒車檔，二、三、四、五檔裝有鎖銷慣性式同步器 </p><p><b>　　速比：</b></p><p>　　一檔 7.31</p><p>　　二檔 4

72、.31</p><p>　　三檔 2.45</p><p>　　四檔 1.54</p><p>　　五檔 1.00</p&

73、gt;<p>　　倒檔 7.66</p><p><b>　?。?）電器設(shè)備</b></p><p>　　線路電壓（伏） 12</p><p><b>　　發(fā)電機(jī)：

74、</b></p><p>　　型號 JF1312型硅整流交流發(fā)電機(jī)</p><p>　　電壓（伏） 12</p><p>　　電流（安）

75、 25</p><p><b>　　蓄電池：</b></p><p>　　型號 6Q10J型</p><p>　　電壓（伏） 12</p>&l

76、t;p>　　容量（安培小時）（20小時率放電） 105</p><p><b>　　起動機(jī)：</b></p><p>　　型號 QD124型</p><p>　　電壓（伏）

77、 12</p><p>　　功率（馬力） 2</p><p>　　3.2道路除雪破冰機(jī)的總體設(shè)計</p><p>　　我這次設(shè)計的課題是道路除雪破冰機(jī)的設(shè)計，設(shè)計思路是先用旋轉(zhuǎn)剁冰機(jī)對積冰積雪進(jìn)行第一次處理，對于較難處理的積冰要打開振動破冰機(jī)，對積冰進(jìn)行第二次處理，進(jìn)一

78、步達(dá)到破除積冰積雪的目的，最后通過推雪板將破除的冰雪清除到路邊，具體方案見圖3.3。如果積雪較厚或馬路較寬，可以在汽車后面拖帶一個吸雪機(jī)，具體結(jié)構(gòu)見4.1。</p><p>　　1.旋轉(zhuǎn)破冰機(jī) 2.東風(fēng)EQ140汽車車體 3.振動破碎機(jī) 4.推雪板</p><p><b>　　圖3.3總體方案</b></p><p>　　4 道路破冰的機(jī)

79、械設(shè)計</p><p>　　4.1 道路破冰方案的確定</p><p>　　為了克服現(xiàn)有利用率低，成本高，作業(yè)速度低，除雪效率不高，對路面保護(hù)能力差甚至損壞路面，避讓功能不理想，大多數(shù)功能單一，或只能清除積雪、或只能破除積冰，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價昂貴，且大多不適合國內(nèi)的道路狀況。依據(jù)這種情況在道路上的積雪與融凍冰雪，采用傳統(tǒng)除雪機(jī)用推刮的辦法無法清除，為此不得不耗費(fèi)大量人力物力進(jìn)行人工鏟除。

80、本設(shè)計采用振、鏟組合方式連續(xù)清除積雪，振鏟裝置采用分立結(jié)構(gòu)、柔性連接，以實現(xiàn)不同變形路面冰雪的清除，提高冰雪除凈率。除雪機(jī)械與東風(fēng)140汽車配套使用，既降低結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度和生產(chǎn)成本，又可最大限度利用閑置資源。</p><p>　　通過道路冰雪性能研究和所選定的相關(guān)參數(shù),楔刃振動和推鏟組合的道路冰雪清除機(jī)械的設(shè)計主要由動力傳送機(jī)構(gòu)、雪鏟驅(qū)動機(jī)構(gòu)、振動鏟刀機(jī)構(gòu)、推雪機(jī)構(gòu)四部分組成。</p><p&g

81、t;　　該設(shè)備支撐車架總長2000mm、寬1300mm、高7O0mm，車架離地高度3OO mm。發(fā)動機(jī)固定安裝在車架上，通過傳動皮帶、皮帶輪及離合器與變速機(jī)構(gòu)相連。變速機(jī)構(gòu)也固定安裝于車架上，并可前后移動以調(diào)整傳動皮帶張緊程度。變速機(jī)構(gòu)為兩項輸出:其一為帶動液壓泵，驅(qū)動液壓控制系統(tǒng)工作；其二是提供動力給鏈輪軸，鏈輪軸通過鏈傳動驅(qū)動凸輪軸，進(jìn)而帶動凸輪形成擺振，在回位彈簧作用下，實現(xiàn)底部除雪鏟的往復(fù)沖擊除雪動作。另一方面，推雪板在液壓系統(tǒng)

82、控制下，按預(yù)定位置實施推雪操作，因雪板由左向右傾斜15°，故在推雪作業(yè)時被推起的雪將向右側(cè)路邊翻滾，可直接推入路邊排水溝或集中清理。當(dāng)降雪量較大或馬路較寬時而積冰積雪量較大時，可以在東風(fēng)140汽車后面帶一個風(fēng)式吸雪機(jī)，可將積冰積雪直接吸進(jìn)自己的車斗或吸到其它車輛的車斗，如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1 風(fēng)力吸雪機(jī)</p><p>　　推雪過程中若因路面變化而出現(xiàn)障礙

83、時，雪板在液壓系統(tǒng)控制下將實現(xiàn)自動避讓，以保證除雪作業(yè)的連續(xù)性。在除雪機(jī)具傳動路線上，設(shè)置有離合器裝置，以保證發(fā)動機(jī)的順利起動和提高動力傳遞的可控性。同時，變速機(jī)構(gòu)能提供六組不同的傳動比，可根據(jù)不同路況及除雪要求靈活選擇，傳動方案結(jié)構(gòu)示意圖如圖4.2。</p><p>　　1-推雪板；2-擺桿組件；3-凸輪傳動裝置；4-動力裝置；5，14-鏈輪軸；6，13-鏈輪；</p><p>　　7-

84、發(fā)動機(jī)；8-傳動裝置；9-離合器；10-減速增扭裝置；11-液壓泵；12-軸承；15-除雪刀具；</p><p>　　16-操作手柄；17-皮帶</p><p>　　圖4.2 傳動方案結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　4.2 關(guān)鍵部件設(shè)計及其工作原理</p><p>　　4.2.1 旋轉(zhuǎn)剁冰機(jī)構(gòu)的設(shè)計</p><p>　

85、　旋轉(zhuǎn)剁冰機(jī)構(gòu)會先對道路冰雪進(jìn)行第一次處理，主要由剁冰輪、旋轉(zhuǎn)軸和驅(qū)動電機(jī)三部分組成，由于剁冰輪的剁刀有一定的寬度，所以剁冰輪兩側(cè)會形成一個速度差，通過剁冰輪旋轉(zhuǎn)時兩側(cè)線速度不相等，從而會產(chǎn)生一個扭矩，達(dá)到有效的清除積冰積雪的目的。如圖4.3、4.4所示。</p><p>　　圖4.3旋轉(zhuǎn)剁冰機(jī)構(gòu)</p><p><b>　　圖4.4旋轉(zhuǎn)剁冰輪</b></p&g

86、t;<p>　　4.2.2振動破碎機(jī)構(gòu)設(shè)計及其工作原理</p><p>　　除雪機(jī)具在除雪作業(yè)中，雪鏟振動機(jī)構(gòu)是整個機(jī)具的核心部件，也是整機(jī)在設(shè)計過程中的一個重點(diǎn)，主要由雪鏟驅(qū)動和雪鏟振動兩部分組成，如圖4.3所示。</p><p>　　1-道路積雪；2-除雪鏟；3-壓縮彈簧；4-擺桿；5-擺繞支點(diǎn)；</p><p>　　6-凸輪軸；7-凸輪；8-鏈輪

87、軸</p><p>　　圖4.3 雪鏟振動機(jī)構(gòu)示意圖</p><p>　　由示意圖可知，當(dāng)除雪機(jī)具除雪時，雪鏟驅(qū)動機(jī)構(gòu)的動力輸送部件鏈輪軸接受傳動部分的動力，然后通過鏈輪軸上的鏈輪作用，在滾子鏈的傳動下，將旋轉(zhuǎn)動力傳遞給凸輪軸，凸輪軸接受動力旋轉(zhuǎn)，從而帶動凸輪軸上的凸輪轉(zhuǎn)動，凸輪與擺桿緊密結(jié)合，在凸輪的驅(qū)動下，當(dāng)凸輪由最低點(diǎn)向最高點(diǎn)轉(zhuǎn)動時，擺桿可以繞著擺繞支點(diǎn)在平面內(nèi)做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，推動除雪鏟

88、壓縮彈簧，使彈簧產(chǎn)生滿足除雪條件的壓緊力，當(dāng)凸輪由最高點(diǎn)滑向最低點(diǎn)的短暫時間內(nèi)，壓緊的彈簧被釋放，從而推動雪鏟將道路積雪振碎。</p><p>　　振動雪鏟在作業(yè)中，運(yùn)動的軌跡是一條擺線，振動雪鏟的除雪原理如圖4.4（1）所示，雪鏟運(yùn)動到離地高為H時，在彈簧的作用下做鐘擺式擺線運(yùn)動，在與地面接觸的瞬間將厚為h的壓實冰雪刮起，而達(dá)到振碎積雪的目的。</p><p>　　4.2.3 推雪板機(jī)構(gòu)

89、設(shè)計及其工作原理</p><p>　　除雪機(jī)具在清除道路積雪時，是在動力驅(qū)動下通過將積雪振碎，來達(dá)到清雪目的。但是，如果不及時將振碎的積雪清除出路面，就除雪而言是毫無意義的。因此，推雪板就成為清雪作業(yè)必不可少的組成部分。推雪板機(jī)構(gòu)主要由雪板和控制雪板工作的液壓系統(tǒng)組成，如圖4.4（2）所示。</p><p>　　圖4.4（1） 振動雪鏟工作原理圖 </p><p>

90、　　1-推雪板；2-車架；3-支撐板；4-液壓泵；5-支撐梁；</p><p>　　6-液壓閥；7-鉸接點(diǎn)；8-積雪；9-液壓缸</p><p>　　圖4.4（2） 推雪板機(jī)構(gòu)示意圖</p><p>　　推雪板由上下兩部分組成，雪板上部通過支撐板與車架的吊耳相連，支撐梁則限制推雪板上部與支撐板一起繞吊耳軸銷向下轉(zhuǎn)動，但不限制向上轉(zhuǎn)動，正常情況下，支撐梁可保持雪板上部

91、呈垂直狀態(tài)。雪板下部可以繞鉸接點(diǎn)在豎直平面內(nèi)回轉(zhuǎn)，當(dāng)除雪機(jī)具在積雪道路上進(jìn)行除雪作業(yè)時，液壓缸在液壓泵的作用下工作，限制推雪板下部繞鉸接點(diǎn)回轉(zhuǎn)，使得推雪板與道路積雪緊密結(jié)合從而將積雪順利的推出路面；當(dāng)除雪過程當(dāng)中，碰到前方的障礙物時，液壓缸在液壓閥體的卸壓作用下卸載，由于前方阻力的作用，使得雪板下部繞鉸接點(diǎn)回轉(zhuǎn)，雪板上部繞車架吊耳軸銷向上微微轉(zhuǎn)動，從而使得除雪機(jī)具在不影響整機(jī)的工作狀況下順利的繞過障礙物，繼續(xù)清除道路積雪。</p&

92、gt;<p>　　這里需要強(qiáng)調(diào)的是推雪板的避讓功能。目前我國公路及城市道路的路況普遍較差，突出表現(xiàn)在路面平整度低、局部損壞嚴(yán)重，除雪作業(yè)時路面障礙物(如凸臺、道釘、坑槽等)較多，如果推雪板不能根據(jù)路面的起伏，在高度方向上實施必要的隨動調(diào)節(jié)，除雪機(jī)具就無法翻越障礙，障礙物將對雪鏟雪板強(qiáng)制施力，容易導(dǎo)致雪鏟卡死，不但損傷雪鏟，還將對路面設(shè)施造成損害，嚴(yán)重時將影響整機(jī)的工作壽命。因此，設(shè)計必要的避讓裝置是無法回避的問題，避讓原理

93、如圖4.5所示。推雪板的可動部分在除雪機(jī)具工作時，一般保持與豎直平面成20°夾角；當(dāng)遇到障礙物時，在障礙物負(fù)載力的作用下，可動部分將繞支點(diǎn)由A位置向后轉(zhuǎn)動至最低點(diǎn)B位置再轉(zhuǎn)向C位置，其間推雪板上部繞吊耳軸銷微微向上轉(zhuǎn)動，以保證推雪板順利地避開礙物，繼續(xù)完成推雪工作。該避讓機(jī)構(gòu)可以避讓障礙物的高度為4cm，推雪板轉(zhuǎn)過的角度范圍為O～50°。</p><p>　　圖4.5 避讓裝置工作原理<

94、/p><p>　　4.2.4 動力及傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計</p><p>　　根據(jù)設(shè)計需要，動力機(jī)構(gòu)主要由發(fā)動機(jī)、皮帶、帶輪、齒輪變速機(jī)構(gòu)、鏈及鏈輪、傳動軸等零部件組成。設(shè)計時保證結(jié)構(gòu)簡單、易于生產(chǎn)制造及裝配、并盡可能選用標(biāo)準(zhǔn)件和成型零部件。所設(shè)計的動力機(jī)構(gòu)如圖4.6所示，其動力傳遞路線如圖4.7所示。</p><p>　　1-聯(lián)接裝置；2-發(fā)動機(jī)；3-車架；4-變速裝置；5-

95、鏈輪軸；6-滾子鏈(連凸輪軸)；7-車輪</p><p>　　圖4.6 動力機(jī)構(gòu)示意圖 </p><p>　　1-鏟刀；2-凸輪支承軸承；3-壓縮彈簧；4-凸輪；5-凸輪軸；6-大鏈輪；7-鏈子；8-大齒輪；9-鏈輪輸入軸；10-小鏈輪；11-中間軸；12-小齒輪；13-大皮帶輪；14-皮帶；15-小皮帶輪</p><p>　　圖4.7 動力傳遞路線示意圖<

96、/p><p>　　4.3 雪鏟振動除雪所需功率計算的確定</p><p>　　考慮到除雪機(jī)具的設(shè)計、生產(chǎn)及使用維護(hù)的簡便性和低成本,動力機(jī)構(gòu)在設(shè)計時制定了以選擇易采購構(gòu)件和標(biāo)準(zhǔn)件為基礎(chǔ),自加工件為輔助的方案。</p><p>　?。?）發(fā)動機(jī)基本參數(shù)的確定</p><p>　　根據(jù)設(shè)計及控制生產(chǎn)制造成本的需要,選用發(fā)動機(jī)類型為18馬力電起動柴油發(fā)

97、動機(jī),其額定功率為Pm=16.18KW,其額定轉(zhuǎn)速為nm=2200r/min,從發(fā)動機(jī)的實際配置情況出發(fā),適宜的發(fā)動機(jī)工作轉(zhuǎn)速n=1400r/min。</p><p>　　（2）變速機(jī)構(gòu)基本參數(shù)的確定。 </p><p>　　為使除雪機(jī)具平穩(wěn)工作、減少零件之間的沖擊、實現(xiàn)多檔切換,傳動機(jī)構(gòu)安裝了經(jīng)改裝的拖拉機(jī)六檔變速器,但考慮到除雪作業(yè)的特殊性,應(yīng)選擇中速檔工作,故變速機(jī)構(gòu)常規(guī)工作檔位為4

98、檔,其傳動比為i2 =2。</p><p>　　因發(fā)動機(jī)額定功率Pm=16.18KM,故選定發(fā)動機(jī)工作時的輸出功率為Pw=16KM。取V型帶傳動效率=0.96,滾動軸承效率=0.995,變速機(jī)構(gòu)效率=0.97,則：</p><p>　　故變速機(jī)構(gòu)輸入軸功率為：</p><p>　?。?）鏈輪軸最大輸出功率的確定 </p><p>　　若變速

99、機(jī)構(gòu)的輸出功率全部轉(zhuǎn)化到鏈輪軸上,則鏈輪軸可獲得最大功率。取V型帶傳動效率=0.96,滾動軸承效率=0.995,聯(lián)軸器的效率=0.99,則：</p><p><b>　　故有：</b></p><p>　?。?）凸輪軸輸出功率的確定 </p><p>　　動力從鏈輪軸輸出后,通過兩條滾子鏈分配給兩根凸輪軸,取滾子鏈的傳動效率=0.96，摩擦效

100、率=0.88,滾動軸承效率=0.995，則：</p><p><b>　　故有： </b></p><p>　　（5）雪鏟振動除雪所需功率計算 </p><p>　　因每組刀架中包含四支刀具，整個機(jī)器有四組刀架，通過融雪破冰機(jī)理分析可知每支刀具積雪清除力F≥245N，故每組刀架總力應(yīng)不小于980N，考慮到摩擦及其它因素影響，取力為Fw=115

101、0N，設(shè)計時壓縮彈簧的振幅為6㎝，彈簧系數(shù)k=19160N/m，鏟刀的設(shè)計頻率f=30Hz,則每組雪鏟所需要做的功為：</p><p>　　故有每組雪鏟要將冰雪清除所需要的功率：</p><p>　　除雪機(jī)有四組雪鏟，因此除雪機(jī)的除雪功率應(yīng)大于4.08kW。</p><p>　　通過計算符合雪鏟振動除雪所需的功率。</p><p>　　5除雪

102、機(jī)械關(guān)鍵部件設(shè)計及校核</p><p>　　5.1 雪鏟振動機(jī)構(gòu)的設(shè)計及校核</p><p>　　除雪機(jī)具的雪鏟振動機(jī)構(gòu)主要由雪鏟驅(qū)動和雪鏟振動兩部分組成。雪鏟驅(qū)動部分為雪鏟振動部分提供動力來源，由凸輪軸、凸輪、鏈輪等零部件組成；雪鏟振動部分由擺桿機(jī)構(gòu)、振動刀架、除雪鏟、壓縮彈簧等零部件組成。因此，雪鏟振動機(jī)構(gòu)設(shè)計主要由上述零部件設(shè)計著手。</p><p>　　5.

103、1.1 凸輪的設(shè)計與校核</p><p>　?。?）選擇凸輪的材料</p><p>　　根據(jù)凸輪的運(yùn)動情況，對凸輪配合表面的硬度要求較高，故選擇材料為40Cr合金鋼，對所選材料進(jìn)行高頻淬火熱處理，材料經(jīng)過熱處理后表面硬度可達(dá)56～6OHRC。</p><p>　?。?）確定從動件的運(yùn)動規(guī)律 </p><p>　　除雪機(jī)具是通過凸輪驅(qū)動擺桿運(yùn)

104、動達(dá)到除雪目的，因此配合副的從動件為擺桿，擺桿在凸輪的驅(qū)動下繞穿過擺桿的某一構(gòu)件轉(zhuǎn)動，運(yùn)動為一弧線，但考慮到擺桿擺動的角度很小，故將擺桿的實際運(yùn)行軌跡簡化成水平方向的直線運(yùn)動，因此，根據(jù)需要確定凸輪每轉(zhuǎn)一周，擺桿升程三次，從動件擺桿的運(yùn)動軌跡如圖5.1所示。擺桿的配合副設(shè)計成過渡圓角形式，圖中90°夾角所夾的曲線為凸輪的升程，30°夾角所夾的曲線為凸輪的回程。</p><p>　　圖5.1 從

105、動件的運(yùn)動規(guī)律圖</p><p>　?。?）設(shè)計凸輪的結(jié)構(gòu)及輪廓線 </p><p>　　凸輪座孔直徑為40mm，根據(jù)所要求的從動件的工作情況，設(shè)計凸輪形狀如圖5.2所示。</p><p>　　R1-凸輪孔半徑(20mm)；R2-凸輪輪廓線基圓半徑(17.5mm)；R3-凸輪輪廓線升程半徑(62.5mm)；R4-凸輪輪廓線回程半徑(33.39mm)；R5-過度圓弧

106、半徑(5mm)；B-凸輪寬度(20㎜)</p><p>　　圖5.2 凸輪結(jié)構(gòu)示意圖</p><p>　　（4）凸輪強(qiáng)度校核 </p><p>　　因凸輪軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)，凸輪運(yùn)動的頻率較高，所承受的沖擊載荷較大，因此要對凸輪配合副之間進(jìn)行必要的表面抗接觸強(qiáng)度校核。</p><p>　　凸輪經(jīng)過高頻淬火處理后，表面硬度達(dá)56～6OHRC，取材料的

107、許用硬度為H=45HRC，查表得=2.8H，即有：</p><p>　　查《機(jī)械手冊》可得凸輪的接觸強(qiáng)度計算公式為：</p><p>　　式中：—材料的彈性系數(shù)，查表得：=；</p><p>　　—配合副接觸的最大接觸力，分析得=1150x2=2300N；</p><p>　　B—凸輪的寬度，B=20㎜；</p><p&g

108、t;　　—配合副綜合曲率半徑，，取=62.5㎜,因0.84,</p><p>　　取=26㎜, 則有:</p><p><b>　　根據(jù)公式可得：</b></p><p>　　故所設(shè)計的凸輪滿足抗接觸疲勞強(qiáng)度要求。</p><p>　　5.1.2 擺桿的設(shè)計與校核</p><p>　?。?）擺桿

109、的受力情況分析 </p><p>　　擺桿與凸輪形成配合副，因此擺桿橫向?qū)挾葹閎=20mm，受力情況如圖5.3所示。</p><p>　　F1-凸輪對擺桿的作用力</p><p>　　F1—凸輪對擺桿的作用力；F2—銷軸對擺桿的作用力；F3—壓縮彈簧的彈力；O—擺桿的擺繞支點(diǎn)</p><p>　　圖5.3 擺桿簡化示意圖</p>

110、<p>　　將擺桿的受力分別對點(diǎn)0點(diǎn)取力矩,根據(jù)受力平衡及力矩平衡情況得力矩平衡方程：F2=F12L；F1取最大值,即F1=1150N時可得: F2 =2300N。</p><p>　　因： F1+ F2 =F3</p><p>　　則有: F3 =1150+2300=3450N</p><p>　?。?）選擇擺桿的材料 </p&g

111、t;<p>　　在傳動配合副中，與凸輪接觸的是擺桿的部分平面,而凸輪表面為40Cr，因此，擺桿的材料選定為45號鋼。</p><p>　?。?）確定擺桿的形狀及相關(guān)尺寸 </p><p>　　根據(jù)擺桿配合副之間的情況,設(shè)計的擺桿形狀和尺寸如圖5.4所示。</p><p>　　圖5.4 擺桿結(jié)構(gòu)示意圖 </p><p>　?。?/p>

112、4）擺桿的強(qiáng)度校核 </p><p>　　工作中將擺桿簡化為簡支梁，由前面受力分析可知：F1 =1150N、F2=2300N、F3=3450N，做擺桿的剪力圖及彎矩圖，如圖5.5所示。</p><p>　　圖5.5 擺桿剪力、彎矩圖</p><p>　　由圖5.5中可以看出，擺桿在擺繞支點(diǎn)處所承受的剪力和彎矩最大, ，，查表得：，，</p><

113、p><b>　　則有： </b></p><p>　　式中: Q—截面上受的剪切力；</p><p><b>　　A—截面面積。</b></p><p>　　故擺桿滿足抗剪切強(qiáng)度要求。</p><p><b>　　則有： </b></p>&