手推式鏟雪車結(jié)構(gòu)設(shè)計
手推式鏟雪車結(jié)構(gòu)設(shè)計,手推式鏟雪車結(jié)構(gòu)設(shè)計,手推式,雪車,結(jié)構(gòu)設(shè)計
大大連大大學(xué)學(xué)2017屆屆學(xué)學(xué)生生畢業(yè)論文文(設(shè)計)中中期期檢查表表題目手推式鏟雪車結(jié)構(gòu)設(shè)計指導(dǎo)教師馬宗民職稱講師學(xué)生姓名陳萬圣閱讀文獻數(shù)24初稿完成時間2017-05-18工 作 量較少 適中較多 出勤情況較好一般 較差 工作進度快按進度進行 慢 任 務(wù) 書有開題報告有中期工作結(jié)論良調(diào)整情況無教研室主任意見同意教研室主任(簽名)：于靖華日期：2017-05-23學(xué)院意見同意教學(xué)院長(簽名)：賈衛(wèi)平日期：2017-05-23 大 連 大 學(xué) 本科畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告 論 文 題 目：手推式鏟雪車結(jié)構(gòu)設(shè)計及運動分析 學(xué) 院： 機械工程學(xué)院 專 業(yè) 、班 級：機械設(shè)計制造及其自動化 機英134 學(xué) 生 姓 名： 陳萬圣 指導(dǎo)教師（職稱）： 馬宗民（博士） 2016年 12月 29日填 5.6 1 畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告要求 開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質(zhì)量畢業(yè)論文 （設(shè)計）的有效保證。為了使這項工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。 一、選題依據(jù) 1.論文（設(shè)計）題目及研究領(lǐng)域； 2.論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值； 3.目前研究的概況和發(fā)展趨勢。 二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容 1.重點解決的問題； 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路）； 3.本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果。 三、論文（設(shè)計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）； 2.論文（設(shè)計）進度計劃。 四、文獻查閱及文獻綜述 學(xué)生應(yīng)根據(jù)所在學(xué)院及指導(dǎo)教師的要求閱讀一定量的文獻資料，并在此基礎(chǔ)上通 過分析、研究、綜合，形成文獻綜述。必要時應(yīng)在調(diào)研、實驗或?qū)嵙?xí)的基礎(chǔ)上遞交相 關(guān)的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎(chǔ)。 五、其他要求 1.開題報告應(yīng)在畢業(yè)論文（設(shè)計）工作開始后的前四周內(nèi)完成； 2.開題報告必須經(jīng)學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會審查通過； 3.開題報告不合格或沒有做開題報告的學(xué)生，須重做或補做合格后，方能繼續(xù)論 文（設(shè)計）工作，否則不允許參加答辯； 4.開題報告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導(dǎo)教師； 5.開題報告的內(nèi)容，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據(jù)需要手寫在統(tǒng)一紙張 上，但封面需按統(tǒng)一格式打?。?。 2 一、選題依據(jù) 1論文（設(shè)計）題目： 手推式鏟雪車結(jié)構(gòu)設(shè)計及運動分析 2研究領(lǐng)域： 工程應(yīng)用、工程實際 3論文（設(shè)計）工作的理論意義和應(yīng)用價值： 我國北方大概有35個月的降雪期，道路積雪給交通運輸和人民的生活帶來了許 多的不便，尤其是凍結(jié)在道路上的積冰造成了很多的交通事故，而這些積冰用傳統(tǒng)的 機械很不容易清除，為此不得耗費大量的人力物力。因此設(shè)計制造一種新型機械顯得 尤為重要。 國內(nèi)一些研究所和道路養(yǎng)護部門在這方面也做過一些工作 ,如吉林交通科學(xué)研 究所曾成功研制SY -20型撒鹽機，使用效果良好。但使用融解法除雪，除所需費用 較高外,還容易對環(huán)境造成污染，因此，這種方法的使用范圍受到一定的限制。 機械法是通過機械對冰雪的直接作用而解除冰雪危害的一種方法,這是人類傳統(tǒng) 的除雪方法 ,也是迄今為止應(yīng)用最為廣泛的。研制性能優(yōu)越的除雪機械成為世界上冬 季降雪國家的一個重要課題。 4目前研究的概況和發(fā)展趨勢 現(xiàn)在不論是國外還是國內(nèi)，除雪機械的發(fā)展已經(jīng)有較高水平了，除雪的形式也有 多種，主要有溶解法和機械法，溶解法主要是利用化學(xué)物質(zhì)如氯化鈣等，機械法主要 是利用除雪機來進行，除雪機械的形式主要有犁式除雪機和旋切式除雪機。 4.1 國內(nèi)除雪機械發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 我國除雪機械的研制起步較晚,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，各種機動車輛猛增而開始的，這些研究單 位主要集中在中國的東北西北地區(qū)，先后有十幾種型號的樣機被生產(chǎn)出來，在除雪作 業(yè)中發(fā)揮了一定的作用。隨著這幾年我國的一系列經(jīng)濟政策，我國在除雪機的發(fā)展上 已經(jīng)卓有成效。現(xiàn)在主要制造的企業(yè)主要有中聯(lián)重科，吉林公路機械，恒潤高科，沈 陽山河，常林股份等。其代表的機器主要有中聯(lián)重科的ZLJ5250TCXZE3/ZLJ5251 TCXZE4多功能除雪車（如圖1）、沈陽山河PX2000旋轉(zhuǎn)拋雪式除雪機、常林股份956 除雪機（如圖2）、恒潤高科HHR5160TCX3EQ除雪撒布車 【15】 。 圖1 圖2 中聯(lián)重科ZLJ5250TCXZE3/ZLJ5251 TCXZE4多功能除雪車是一款集推雪、高速掃 雪、固體撒布、預(yù)濕撒布、刮冰等多種功能于一體的綜合除雪車。 該車功率大、效 率高， 在2011年初湖南和貴州等地山區(qū)公路抗擊冰雪災(zāi)害的工作中發(fā)揮了巨大作用。 3 沈陽山河PX2000旋轉(zhuǎn)拋雪式除雪機是為擁有各種裝載機的用戶研制的，主要用 于清除自然積雪、路邊堆積雪以及積雪的裝車作業(yè)，該機采用獨立動力系統(tǒng)，采用電 氣控制，安裝簡單、操縱方便，可以安裝在裝載機、拖拉機、拖車等車輛的底盤上。 常林股份956除雪機的鏟刃板采用高炭耐磨合金鋼，經(jīng)過中頻淬火處理， 具有 超強的耐磨特性；推雪板工作裝置可左右偏轉(zhuǎn)35 ，可越過最小50mm高的障礙物 （自動越障），輕松實現(xiàn)堆雪作業(yè)，具有操作簡單、機構(gòu)可靠的特點。 恒潤高科HHR5160TCX3EQ除雪撒布車是專門針對交通、高速公路、市政、環(huán)衛(wèi)等 部門相關(guān)作業(yè)的需求而研發(fā)設(shè)計的，主要用于清除路面冰雪，保障車輛、 飛機和行 人安全，能夠迅速有效地清除道路上的積雪和冰，可以布置在各類載貨底盤和自卸車 底盤上，規(guī)格齊全、融雪撒布方便、可靠精確，操作簡單、 靈活、高效；裝拆便捷， 無需清雪作業(yè)時可以便捷地拆掉專用裝置而從事運輸作業(yè)；清除作業(yè)范圍廣、效率高、 效果好。 但是與國外發(fā)達國家相比，除雪機械仍存在著一些不足 【13】 ： 1作業(yè)速度低 目前國外犁式除雪機最大除雪速度可 50 km /h,旋切式除雪機最大速度達 70 km /h。吉林省交通科學(xué)研究所研制的 CBX-1600型除雪機，是國內(nèi)技術(shù)水平較高的除雪 機械，但其最大除雪速度僅為2.15km/h,與國外同級別的除雪機械相比，作業(yè)速度較 低。 2整機利用率低，成本高 盡管中國的北方地區(qū)冬季降雪期可達 3 5個月 ,但據(jù)統(tǒng)計冬季降雪次數(shù)并不 太多 ,最多也只是十幾次而已 ,如果除雪機功能單一 ,只能用來除雪 ,那么機器一 年里大部分時間處于閑置狀態(tài) ,這就大大提高了除雪作業(yè)的成本 ,增加了公路養(yǎng)護 部門的負(fù)擔(dān)。 3避讓功能不理想 在除雪過程中 ,常常因遇路障而使主機或者除雪裝置損壞 ,國內(nèi)已有的犁式除 雪機械 ,大部分回避路障的能力較差。吉林省交通科學(xué)研究所與磐石縣公路管理段聯(lián) 合開發(fā)的 CL-2.4型公路除雪器 ,安裝了避讓裝置和防止過度避讓鎖鏈 ,可以保證在 除雪作業(yè)過程中避讓路障 ,防止主機或除雪器的損壞 ,還可同時防止過度避讓鎖 鏈 ,因過度避讓使避讓回位彈簧損壞。 4對路面保護能力差。 當(dāng)路面凹凸不平時，除雪機作業(yè)時會對路面造成破壞，雖然除雪機對路面的損壞 程度目前還沒有一個衡量標(biāo)準(zhǔn)，但國內(nèi)的除雪機械在路面仿形能力、對路面保護等方 面，與國外相比還存在一定差距。 現(xiàn)在我國除雪機械總的發(fā)展方向是 【16】 ： 1加強雪的力學(xué)性質(zhì)研究，建立道路氣象系統(tǒng) 為設(shè)計出更好的除雪機，需要對雪的力學(xué)性質(zhì)做一個全面的分析，同時也應(yīng)該建 立道路氣象信息系統(tǒng)，對道路氣象系統(tǒng)做出更好的預(yù)測和判斷，以便靈活的、高效的 使用除雪機械。 4 2 向小型化、高速度的方向發(fā)展 在除雪作業(yè)中，除雪機機身的大小及除雪速度是影響交通的兩個重要因素，機身 過大，除雪機占道影響交通；速度過低，影響車流通暢，同時狹窄路面的除雪也要求 機身體積不宜過大。為了不妨礙交通，今后中國的除雪機械要向小型化、高速度的方 向發(fā)展。 3 向多功能、機 - 電 -液一體化的方向發(fā)展 為了提高機器的使用率 ,除雪機械應(yīng)向一機多用的方向發(fā)展。中國的除雪機械應(yīng) 該向兼用型的方向發(fā)展 ,可在冬季降雪時進行除雪作業(yè) ,其余時間可進行灑水、清掃 等多種路面養(yǎng)護作業(yè)及其它作業(yè)。除雪機械應(yīng)盡量采用機 - 電 -液新技術(shù) ,實現(xiàn)自 動控制 ,提高除雪機械的科技含量。 4 要注意提高安全性、舒適性 部分除雪設(shè)備的駕駛室內(nèi)沒有增溫系統(tǒng)，駕駛員在工作狀態(tài)時處于寒冷的狀態(tài)， 而且有些除雪設(shè)備在使用過程中需要不斷的調(diào)試，可靠性不高。因此，提高除雪機械 的自動化功能，加強除雪設(shè)備的安全性是今后發(fā)展的趨勢。 5 打破專利封鎖，加強技術(shù)合作 集中人力、物力優(yōu)勢 ,聯(lián)合開發(fā)除雪機械 ,盡早研制出高速度、高性能的除雪設(shè) 備 ,減少人力除雪 ,實現(xiàn)除雪自動化。這樣既可以大大降低勞動強度 ,把人們從惡劣 勞動環(huán)境中解脫出來 ,又可以提高國內(nèi)城市建設(shè)機械化水平。 4.2 國外除雪機械發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 俄羅斯、日本是目前生產(chǎn)旋切式除雪機的主要國家，技術(shù)較成熟，其產(chǎn)品性能居 于全球領(lǐng)先水平。日本產(chǎn)高速行走旋切式除雪機，作業(yè)速度為70KM/h，該除雪機采用 四輪驅(qū)動方式，利用盤式制動，全長為7 790 mm,機寬2 490 mm,最大除雪寬度2 490mm, 發(fā)動機功率220 kW ,最大除雪速度70 km /h,最大除雪量3000t/h，其性能均優(yōu)于同 型機械。而俄羅斯現(xiàn)在的3403 型清雪車 【8】 （如圖3）居于世界領(lǐng)先地位，其功能 多樣化，具有除雪、清除垃圾、沙石等多種功能，能夠廣應(yīng)用。 3403 型清雪車具有以下特點： 1)機動性強, 適應(yīng)范圍大。該清雪車可對機場、高速公路、城市公路及人行道進 行清雪及拋撒物料。行駛速度一般為5060 km/ h,作業(yè)速度為2530 km/h,拋撒寬 度為4.010.6 m。 2)工作效率高, 特別適用于平坦的高速公路、寬廣的機場新雪的清除,更顯出其 高效的優(yōu)越性。 3)結(jié)構(gòu)簡單, 制造方便, 成本低 此外，還有德國施密特（SCHMIDT）、瑞士波雄（BOSCHUNG）、美國豪士卡 （OSHKOSH）和雪挪拉（Snoway）以及丹麥依波克（Epoke）等廠商制作的多功能 除雪車均處于世界領(lǐng)先地位。上述廠商都擁有完整的產(chǎn)品體系，因發(fā)展過程、市場及 研發(fā)重點的不同，各廠商的除雪機械產(chǎn)品又各有優(yōu)勢和特色。 5 1. 犁裝置 2. 底盤 3. 電氣裝置4. 液壓系統(tǒng) 5. 刷子裝置 6. 撒砂裝置 3403 型清雪車構(gòu)造 現(xiàn)在，國外發(fā)展趨勢主要有以下幾方面 【19】 ： 1 綜合的除排雪系統(tǒng) 要將除雪與排雪結(jié)合起來,除下的積雪堆在路側(cè)會占道并影響視野。所以一方面 要在道路結(jié)構(gòu)上充分確保堆雪帶的空間;另一方面要有效地利用(排)雪溝。此外建立 道路立體交叉特殊部的除排雪系統(tǒng)也是很必要的。 2安全性 在對于人行道除雪這樣的作業(yè)時,行人的安全至關(guān)重要,因此除雪機械的安全性 非常重要。 3 信息化 只有根據(jù)氣象及路面狀況,才能靈活高效地使用除雪機械,確保24小時除雪體制。 因此,有必要建立一個能將氣象信息、道路管理者、除雪車有機結(jié)合的信息網(wǎng)絡(luò)化的冬 季道路管理保障體系。為了便于行車,該網(wǎng)絡(luò)還能為一般道路使用者提供除雪狀況和氣 象信息。 6 二、論文（設(shè)計）研究的內(nèi)容 1.重點解決的問題 1.1鏟雪車的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計 該部分主要包含原動件，傳動裝置，車架，行走結(jié)構(gòu)，破冰裝置，升降裝置，集 雪裝置及排雪裝置。 傳動裝置主要包含帶傳動或鏈傳動（需根據(jù)實際設(shè)計選定），蝸輪蝸桿傳動等。 破冰裝置與升降裝置為一體設(shè)計，可采用凸輪結(jié)構(gòu)和四桿機構(gòu)。 1.2前鏟雪曲面和鏟體設(shè)計 前鏟雪曲面主要是雙螺旋曲面，在鏟體上分為左右兩部分，左邊左旋，右邊右旋。 1.3除雪裝置升降機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計 升降機構(gòu)專用于破冰裝置，其結(jié)構(gòu)主要采用四桿機構(gòu)（為增加穩(wěn)定性和動力輸出 的平穩(wěn)性，實際采用六桿機構(gòu)，但機構(gòu)自由度保持不變，可以確保機構(gòu)的可行性）， 利用四桿機構(gòu)可以靈活平穩(wěn)的將破冰裝置進行升降。通過以前的機械原理和機械設(shè)計 的學(xué)習(xí)，可以很好的完成這一部分的設(shè)計。 2.擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設(shè)計思路） 2.1查閱相關(guān)文獻 2.2設(shè)計方案的確定 現(xiàn)初步構(gòu)想三個方案，方案一為利用吹風(fēng)方式，將雪吹到一邊；方案二為利用一 個至于車體前方的鏟子，隨著車體不斷前進，將雪逐漸排到一邊；方案三為利用機械 裝置將雪攪碎、壓碎，將其拋棄一邊。具體方案設(shè)計須在后期設(shè)計時進一步構(gòu)思選擇。 2.3原理設(shè)計和原型設(shè)計 升降機構(gòu)及破冰裝置均采用四桿機構(gòu)，傳動裝置采用鏈傳動、蝸輪蝸桿等，動力 輸入采用發(fā)動機，集雪裝置采用雙曲面螺旋結(jié)構(gòu)設(shè)計的鏟體。 2.4結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算校核 主要校核軸，鏈傳動，蝸輪蝸桿，雙曲面螺旋葉的強度和剛度等參數(shù)。 2.5運動分析 利用solidworks進行運動仿真，路徑規(guī)劃等 2.6圖紙繪制 圖紙主要包含機構(gòu)中的零件圖（如軸，蝸輪蝸桿等）、裝配圖等。 2.7總結(jié) 7 3.本論文（設(shè)計）預(yù)期取得的成果 3.1設(shè)計原理說明書 3.2圖紙一套 3.3數(shù)據(jù)電子版光盤 8 三、論文（設(shè)計）工作安排 1.擬采用的主要研究方法（技術(shù)路線或設(shè)計參數(shù)）； 1.1方案設(shè)計：機構(gòu)功能分析 可能的解決方案 決策及選定方案 1.2技術(shù)設(shè)計：零件設(shè)計 部件設(shè)計 總體設(shè)計 1.3設(shè)計要求：運動學(xué)設(shè)計，零件的工作能力設(shè)計，部件裝配草圖和總裝配圖的設(shè)計， 主要零件的校核 1.4技術(shù)文件編制：設(shè)計計算說明書 使用說明書 標(biāo)準(zhǔn)件明細(xì)表 2.論文（設(shè)計）進度計劃 第1周 研究相關(guān)課題內(nèi)容 第2周 查找中文文獻 第3周 查找英文文獻 第4周 開題報告撰寫及準(zhǔn)備開題答辯 第5周 小車結(jié)構(gòu)分析 第6周 鏟雪前爪機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析 第7周 鏟雪前爪機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析 第8周 除雪輥機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析 第9周 除雪輥機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析 第10周 中期檢查及文檔準(zhǔn)備 第11周 鏟雪前爪機構(gòu)運動分析 第12周 除雪輥機構(gòu)運動分析 第13周 圖紙繪制與檢查 第14周 整體機構(gòu)調(diào)試 第15周 整體機構(gòu)調(diào)試 第16周 修改論文及準(zhǔn)備答辯 9 四、需要閱讀的參考文獻 1 王黎勤，陳鐵銘.機械設(shè)計M.西安：哈爾冰工業(yè)大學(xué)出版社，1995. 2 劉鴻文.材料力學(xué)IM.北京：高等教育出版社，2004. 3 濮良貴.機械設(shè)計M.北京：高等教育出版社，2009. 4 哈爾冰工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室.理論力學(xué)M.北京：高等教育出版社，2013. 5 王曉方. 除雪車功能及主要參數(shù)設(shè)計J. 農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程,2006,12:24 29. 6 鄧洪超，馬文星. DQX路面除雪車浮雪鏟除雪作業(yè)模型J.吉林:吉林大學(xué)機械 學(xué)院,2005，35（4）:381385. 7 徐東明，劉莉莉. 除雪車的設(shè)計計算J. 哈爾濱拖拉機廠研究所,2004，4:9 10. 8 張建國. 多功能清雪車前雪鏟仿真分析與改進研究D.吉林:吉林大學(xué)機械學(xué) 院,2006. 9 楊有為. 軍用機場除雪車工作裝置設(shè)計方案研究D.哈爾濱:哈爾濱大 學(xué),2010. 10 楊陽. 除雪機組合除雪裝置的設(shè)計D.哈爾濱:東北石油大學(xué),2012. 11 劉繼德. 多功能清雪車清雪裝置研究D.吉林:吉林大學(xué),2008,（4）. 12 薛洪麗, 冉玉梅等.手推式清雪車的設(shè)計J.德州學(xué)院,2016，29（145）:142 147. 13 王智明，張連富等.中國除雪機械現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢J. 長春：吉林省交通科學(xué) 研究所,2016，16（83）:45. 14 張佳，張宇濤等. 除雪機械現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢J. 機械工程師,2014，4:3132. 15 姚繼蔚,孫 寬. 路面除雪機械現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢J. 天津機械工程研究 院,2013，6:6873. 16 張佳，馬博等. 除雪機械現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢J. 機械工程研究院,2014， （7）:3132. 17 卜小明，田靜除雪機械現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢J.黑龍江交通科技，2006，（8）： 78-79. 18 胡雅靈.道路除雪設(shè)備技術(shù)與創(chuàng)新研究J.中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2010（18）： 64 19 王濤,張永梅.國內(nèi)外路面養(yǎng)護機械的技術(shù)水平及發(fā)展趨勢J.建設(shè)機械技術(shù) 與管理,1997,(3) 20 Bob Tracinski,Snow removal safety,Cleaning Maintenance Management J,2001,(9):36-38 21 Dosn，Take special precaution to keep snow removal equipment efficient and safe,Cleaning & Maintenance ManagementJ,2001,(9):37-40. 22 ANON，Small-sized Rotary Snow-removing EquipmentJ.Stroitelnye i Dorozhnye Mashiny,2005(1):19 23 Tan H-S,Bougler B,Steinfeld A.Snowplow Steering Guidance with Gain StabilizationJ .Vehicle System Dynamics:2001,(36):279305 附：文獻綜述或報告 10 文獻綜述 一、 引言 我國北方大概有35個月的降雪期，道路積雪給交通運輸和人民的生活帶來了許 多的不便，尤其是凍結(jié)在道路上的積冰造成了很多的交通事故，而這些積冰用傳統(tǒng)的 機械很不容易清除，為此不得耗費大量的人力物力。因此設(shè)計制造一種新型機械顯得 尤為重要。 二、 除雪方式及特點 路面上的積雪主要有冰雪層、壓實積雪和新降浮雪三種形式，早期多采用人力除 雪。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為提高除雪效率、 降低人們的勞動強度，根據(jù)不同的雪 層厚度和不同的積雪類型，先后出現(xiàn)了多種除雪方法，如機械、 化學(xué)、 熱能、 風(fēng) 能、 波能等方式除雪，除雪效果比較好，目前應(yīng)用比較廣泛的除雪方式主要有人工 除雪、機械除雪、 融雪除雪和綜合式除雪，現(xiàn)介紹如下： 1、人工除雪 人工除雪是通過人力運用掃雪工具清除積雪，主要適用于中小雪的小型區(qū)域場 所。 由于除雪機械的誕生，人工除雪主要清除一些除雪機械無法清除或清除不徹底 的區(qū)域，另外對于校園、社區(qū)等一些場所，由于沒有合適的除雪機械，目前也采用人 工除雪。人工除雪費用較高，效率低且勞動強度大，占有路面時間長，不宜進行大面 積除雪工作。 2、機械除雪 機械除雪是通過機械裝備對冰雪的直接作用從而達到除雪的目的。 目前世界上 除雪機械的分類方式很多，如底盤的不同、 使用區(qū)域、 工作原理的差異等。面對雪 情除雪作業(yè)時要因地制宜，針對不同路況、 不同雪情選擇適合的除雪機械，按照除 雪機械的工作原理和使用范圍可歸納為：旋切式除雪機、犁式除雪機、刷掃式除雪機、 推移式除雪機、 鏟刮式除雪機等。 1）旋切式除雪機。 旋切式除雪機是在驅(qū)動車輛的前端安裝有旋轉(zhuǎn)的鉸籠，通過鉸籠的旋轉(zhuǎn)，將地面 的積雪隨鉸籠葉片銑削輸送至拋送口，經(jīng)過風(fēng)機或拋雪裝置將積雪拋送到車輛一側(cè)， 旋切式除雪適用于平整路面具有一定厚度的新降雪、 壓實積雪和冰雪混合積雪，與 其他除雪機械相比，對于較厚降雪的清理效果最好。 按鉸籠的結(jié)構(gòu)不同可分為兩種： 單級式鉸籠和多級式鉸籠，其中單級式鉸籠分為風(fēng)扇型和銑刀型兩種；多級式分為單 軸螺旋風(fēng)扇型和多軸螺旋風(fēng)扇型兩種。采用旋切式除雪機進行除雪作業(yè)除雪效果好、 效率高，缺點是鉸籠內(nèi)的機械鏟刃容易磨損，并且對凸起的路面會有一定的破壞作用。 2）刷掃式除雪機。 刷掃式除雪機是利用在車輛前端、中端或尾端安裝滾筒或立式圓盤，滾筒或立式 圓盤上安裝有毛刷，毛刷材料多為含有防凍添加劑的尼龍、 聚丙烯等，也有采用金 屬絲材料的，驅(qū)動滾筒或立式毛刷旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)向為圓周線速度與前行方向相反，從而清 除積雪。 該設(shè)備的作業(yè)幅寬為 1.03.0 m，功率范圍多為 30150 kW，作業(yè)時速 一般為 330 km/h，適用于雪層中厚度以下積雪的掃除，除雪效率高且不破壞地面。 3）推移式除雪機。 推移式除雪機是利用動力驅(qū)動車輛前端安裝的推板或雪鏟，推板與車輛行走方向 有一定傾角，推板通常采用優(yōu)化的弧形設(shè)計，車輛前進即可把前方的積雪沿推板內(nèi)表 11 面上升，從一側(cè)拋出，達到除雪目的。推移式除雪機適用于清除平整路面上具一定厚 度且未被壓實的新降雪，按推板的機構(gòu)不同又可分為刮雪板式、 V 型犁式、 單向犁 式、 側(cè)翼板式和犁板式綜合除雪車，推移式除雪機費用低廉、 效率高、 使用范圍 廣，缺點是對于凹凸不平的路面，除雪效果不好且容易對地面造成破壞。 3 融雪除雪 融雪除雪是依靠熱能或融雪劑潑灑車將融雪劑均勻地撒在路面上，從而達到降低 結(jié)凍溫度或融化雪。熱能主要有地?zé)帷?電熱和海水熱等，融雪劑主要成份為氯化物 及尿素等，融雪除雪主要適用于開春時期或者入冬不久的新降雪，此時室外氣溫較高， 除雪作業(yè)效果較為明顯，效率高，適用范圍廣，但對道路和環(huán)境有一定程度上的污染， 尤其是鈉鹽融雪劑，對路面表層進行侵蝕破壞，就未來發(fā)展趨勢看，研究融雪劑的環(huán) 保和低溫性能將是融雪除雪技術(shù)的關(guān)鍵。 4 綜合式除雪 綜合式除雪是將融雪除雪和機械除雪兩種方式配合使用，一般是在除雪機具的前 端裝有推移式等除雪裝置、旋切式除雪機或碾壓式除雪機，在機具的后端裝有潑撒融 雪劑的裝置，根據(jù)路面積雪狀況的不同，可以選擇單一的融雪除雪或者機械除雪，也 可一起使用兩種方式。 三、 國內(nèi)外除雪機發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 1、國外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 處于嚴(yán)寒地區(qū)的發(fā)達國家現(xiàn)在的除雪機械的技術(shù)已經(jīng)非常成熟了，針對不同路面 條件與氣候條件可選擇不同類型的設(shè)備，使用起來高效、可靠、安全，可實現(xiàn)先進的 “即時除雪”。 多功能除雪機械的國際著名廠商包括德國施密特（SCHMIDT）、瑞士波雄 （BOSCHUNG）、美國豪士卡（OSHKOSH）和雪挪拉（Snoway）、丹麥依波克（Epoke）以 及日本除雪機制作所等。上述廠商都擁有完整的產(chǎn)品體系，但因發(fā)展過程、市場及研 發(fā)重點的不同，各廠商的除雪機械產(chǎn)品又各有優(yōu)勢和特色。 德國施密特：主要有三種類型，一種是Super 緊湊型掃雪車，見圖1，另一種 是TJS系列拖掛式掃雪車，見圖2；4001/5001自行式切雪拋雪機，見圖3。 12 瑞士波雄：主要有三種類型，一種是多片式推雪鏟，見圖4，另一種是Snowbooster， 見圖5；波雄捷特朗姆，見圖6。 2、國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 上述高性能的國外除雪機械雖然已在我國得到部分應(yīng)用，但因結(jié)構(gòu)復(fù)雜、售價高、 使用維修成本大等一系列問題，推廣和普及應(yīng)用困難。為此，開發(fā)適合我國國情的除 雪機械顯得十分必要。 隨著這幾年我國的一系列經(jīng)濟政策，我國在除雪機的發(fā)展上已經(jīng)卓有成效?，F(xiàn) 在我國開始快速發(fā)展，但大部分產(chǎn)品實際應(yīng)用中無論是機械本身質(zhì)量還是除雪效果， 與國外先進設(shè)備相比，尚有一定差距?，F(xiàn)在主要制造的企業(yè)主要有中聯(lián)重科，吉林公 路機械，恒潤高科，沈陽山河，常林股份等，其主要生產(chǎn)的產(chǎn)品現(xiàn)介紹如下： 中聯(lián)重科ZLJ5250TCXZE3/ZLJ5251 TCXZE4 多功能除雪車（見圖七）是一款集推 雪、高速掃雪、固體撒布、預(yù)濕撒布、刮冰等多種功能于一體的綜合除雪車。 該車 功率大、效率高， 在2011年初湖南和貴州等地山區(qū)公路抗擊冰雪災(zāi)害的工作中發(fā)揮 了巨大作用。 沈陽山河PX2000旋轉(zhuǎn)拋雪式除雪機是為擁有各種裝載機的用戶研制的， 主要用 于清除自然積雪、路邊堆積雪以及積雪的裝車作業(yè)， 該機采用獨立動力系統(tǒng)，采用 電氣控制，安裝簡單、操縱方便，可以安裝在裝載機、拖拉機、拖車等車輛的底盤上。 常林股份956除雪機的鏟刃板采用高炭耐磨合金鋼，經(jīng)過中頻淬火處理， 具有 超強的耐磨特性；推雪板工作裝置可左右偏轉(zhuǎn)35 ，可越過最小50mm高的障礙物 （自動越障），輕松實現(xiàn)堆雪作業(yè)，具有操作簡單、機構(gòu)可靠的特點。 恒潤高科HHR5160TCX3EQ除雪撒布車是專門針對交通、高速公路、市政、環(huán)衛(wèi)等 部門相關(guān)作業(yè)的需求而研發(fā)設(shè)計的，主要用于清除路面冰雪，保障車輛、 飛機和行 人安全，能夠迅速有效地清除道路上的積雪和冰，可以布置在各類載貨底盤和自卸車 底盤上，規(guī)格齊全、融雪撒布方便、可靠精確，操作簡單、 靈活、高效；裝拆便捷， 無需清雪作業(yè)時可以便捷地拆掉專用裝置而從事運輸作業(yè)；清除作業(yè)范圍廣、效率高、 效果好。 13 3、國內(nèi)發(fā)展趨勢 （1） 多功能化。 除雪設(shè)備的專業(yè)性很強，但如果一車專用無疑是一種浪費。今后除雪機械應(yīng)該向 多功能方向發(fā)展，實現(xiàn)一機多用，提高設(shè)備利用率。 （2） 小型化。 為了不妨礙交通，除雪機械要向小型化方向發(fā)展，若機身過大，除雪機械會占道 影響交通，同時不適合狹窄路面的除雪。小型化除雪機械還要保證較高的除雪效率和 較好的除雪效果，以保障道路暢通和安全。 （3） 高性能、高效率 設(shè)計高精度調(diào)平系統(tǒng)及自動監(jiān)測報警系統(tǒng)，保護路面。利用加熱裝置在除冰雪之 前給凍結(jié)的冰雪加熱，降低冰雪層的強度，提高除冰雪速度。開發(fā)多功能附屬裝置， 增加設(shè)備功能、提高設(shè)備利用率。提高除雪機械的信息化、自動化程度，實現(xiàn)機群作 業(yè)時的智能控制，協(xié)調(diào)調(diào)度。 （4） 節(jié)能環(huán)保 滿足各項排放法規(guī)要求，減振降噪。節(jié)能減排，綠色環(huán)保也是未來除雪機械的一 個重要發(fā)展方向。 四、 總結(jié) 在我國當(dāng)前國情之下，除雪技術(shù)還需要不斷發(fā)展。國內(nèi)專家應(yīng)加強對積雪物理特 性的研究并對積雪的形式進行細(xì)化分類，建立積雪道路氣象觀測系統(tǒng)，根據(jù)不同路況、 不同的積雪形式和不同的除雪環(huán)境，選擇合適的除雪機械，改進當(dāng)前的除雪機械，根 據(jù)積雪的物理特性，研制出更全面、更可靠的除雪設(shè)備，這樣才能高效、靈活地應(yīng)用 除雪機械并加快除雪技術(shù)的快速發(fā)展。 14 審 核 意 見 指導(dǎo)教師評閱意見（對選題情況、研究內(nèi)容、工作安排、文獻綜述等方面進行評 閱） 簽字： 年 月 日 教研室主任意見 簽字： 年 月 日 學(xué)院教學(xué)指導(dǎo)委員會意見 簽字： 年 月 日 公章： 15 手推式鏟雪車的結(jié)構(gòu)設(shè)計
摘 要
我國北方地區(qū)年降雪量比較大，并且周期長，導(dǎo)致高速公路及鄉(xiāng)鎮(zhèn)道路積雪量過大，導(dǎo)致交通事故屢見不鮮，同時，在很大程度上給人們帶來了不便。除此之外，在生活領(lǐng)域中也造成了很大的困擾。在我國對大型鏟雪車的研究日趨成熟，但是大型鏟雪車也有許多不便，諸如大型鏟雪車對于邊角的積雪的處理不是很好，同時也不能很好的鏟除已結(jié)冰的積雪，因此研究設(shè)計手推式鏟雪車具有很好的實用價值。
本文先通過研究積雪的物理性質(zhì)，分析其機械性能和分析對比國內(nèi)外對于鏟雪車的研究現(xiàn)狀，設(shè)計出以汽油機帶動，蛟龍機構(gòu)破冰除雪的機構(gòu)，很好的實現(xiàn)了破冰和初雪這兩大問題。
本文的主要內(nèi)容是對手推式鏟雪車進行結(jié)構(gòu)設(shè)計和運動分析，其結(jié)構(gòu)設(shè)計和運動分析是通過UG和SolidWorks三維繪圖軟件及AUTOCAD二維繪圖軟件結(jié)合設(shè)計的。同時，本次設(shè)計的材料將為國內(nèi)生產(chǎn)此類鏟雪車提供必要的技術(shù)支持。
關(guān)鍵詞：鏟雪；手推式；結(jié)構(gòu)設(shè)計；
Abstract
In northern China ,the annual snowfall is relatively large, and the period is very long, resulting in excessive snow on the expressway and township roads, leading to traffic acdients, at the same time, it brings great inconvenience to people. In our country, the large snow blower’s technology has achieved higher result. But it also have many drawback. For example, it can’t cleaning completely in the corner. In addition, it also prove the function about break the ice and so on. So, the research on the design of hand push type plow has practical value.
In this paper. Through the research on mechanical properties of snow, comparative analysis of domestic and foreign research status for the snowplow. This design is provided by the gasoline engine and this project use the curved hit the ice. Therefore, clear goals and the best results is cleaning snow is achieved.
This paper analyzes the structure design and motion of the plow, the structure design and the movement through the drawing software UG and Solidworks 3D graphics software and AUTOCAD combined with two-dimensional design, and this design will provide the necessary reference for the domestic production of such a plow.
Key words：Hit the ice; Hand-push; Structure design;
III
目錄
Abstract II
目錄 I
1 緒論 1
1.1 選題意義 1
1.2 國內(nèi)外鏟雪車的發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.3 除雪工具的分類 5
1.4 設(shè)計的任務(wù) 5
2 路面積雪特性的研究 6
3 小型手推式鏟雪車設(shè)計方案 8
3.1 總體方案及其比較 8
3.2 小型手推式鏟雪車的工作原理 8
3.3 小型手推式鏟雪車基本結(jié)構(gòu)的確定 10
4 小型鏟雪車的設(shè)計計算和校核 12
4.1 鏈傳動的計算 12
4.2 傳動軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計和校核 16
4.3 蝸輪蝸桿減速裝置設(shè)計 20
4.4 攪龍軸的設(shè)計 25
4.5 攪龍葉片的設(shè)計 26
4.6 拋雪葉輪簡述 27
4.7 二維CAD裝配圖 27
5 小型手推式鏟雪車的三維造型 29
5.1 主要部件的裝配圖 29
5.2 小型手推式鏟雪車的總體造型 31
6 環(huán)保評估 32
結(jié)論 33
參考文獻 34
致謝 62
1 緒論
1.1 選題意義
我國北方的許多地方，一般有3~5月的降雪期，在此期間，積雪和冰經(jīng)常會造成很嚴(yán)重的事故，尤其在一些比較特殊的路段，路面上的積雪和積冰的影響甚為嚴(yán)重，經(jīng)常會引發(fā)許多的交通事故。因此，設(shè)計制造一種新型的鏟雪機械很是必要。
國內(nèi)一些研究所和道路養(yǎng)護部門在這方面也做過一些工作 ,如吉林交通科學(xué)研究所曾成功研制SY -20型撒鹽機，使用效果良好。但使用融解法除雪，除所需費用較高外,還容易對環(huán)境造成污染，故這種方法的使用范圍受到了一定限制[1]。
機械法的主要原理是通過機械對冰雪的直接作用導(dǎo)致其分解來解決冰雪的危害,這種方法是人類最原始的一種除雪方法 ,同時也是迄今為止使用最廣的除雪方法之一。當(dāng)下，對于改造和研制性能比原始機械優(yōu)越的鏟雪設(shè)備已成為各降雪周期長的國家的一個重要議題。
目前，在我國，較窄的路面和日常生活中所用的除雪方式主要是人力通過傳統(tǒng)工具，如鐵鍬、掃帚來進行的，此種方法效率低下，很浪費時間。所以，這次的畢業(yè)設(shè)計主要是設(shè)計針對較窄的路面和日常生活所需要的鏟雪設(shè)備，以便提高較窄路面的清掃效率，以便有效降低交通事故的發(fā)生概率，同時，也為人們的生活提供諸多便利，除此之外，也能為鏟雪的環(huán)衛(wèi)部門減輕一定的壓力。
1.2 國內(nèi)外鏟雪車的發(fā)展現(xiàn)狀
1.2.1 國外鏟雪車的發(fā)展現(xiàn)狀
目前，俄羅斯、日本是生產(chǎn)旋切式除雪機的主要國家，且技術(shù)較成熟，生產(chǎn)的產(chǎn)品性能也是出于世界領(lǐng)先水平行列。日本生產(chǎn)的高速行走旋切式除雪機，作業(yè)速度為70KM/h，該除雪機采用四輪驅(qū)動方式，利用盤式制動，全長為7 790 mm,機寬2 490 mm,最大除雪寬度2 490mm,發(fā)動機功率220 kW ,最大除雪速度70 km /h,最大除雪量3000t/h，其性能均優(yōu)于同型機械。而俄羅斯現(xiàn)在的3Д403 型清雪車（如圖3）居于世界領(lǐng)先地位，其功能多樣化，具有除雪、清除垃圾、沙石等多種功能，能夠廣應(yīng)用[2]。
3Д403 型清雪車具有以下特點：
1)機動性強, 適應(yīng)范圍大。該清雪車可對機場、高速公路、城市公路及人行道進行清雪及拋撒物料。行駛速度一般為50～60 km/ h,作業(yè)速度為25～30 km/h,拋撒寬度為4.0～10.6 m。
2)工作效率高, 特別適用于平坦的高速公路、寬廣的機場新雪的清除,更顯出其高效的優(yōu)越性。
3)結(jié)構(gòu)簡單, 制造方便, 成本低
此外，還有德國施密特（SCHMIDT）、瑞士波雄（BOSCHUNG）、美國豪士卡（OSHKOSH）和雪挪拉（Snoway）以及丹麥依波克（Epoke）等廠商制作的多功能鏟雪車均處于世界領(lǐng)先地位[3]。上述廠商都擁有完整的產(chǎn)品體系，因發(fā)展過程、市場及研發(fā)重點的不同，各廠商的除雪機械產(chǎn)品又各有優(yōu)勢和特色。
1. 犁裝置 2. 底盤 3. 電氣裝置4. 液壓系統(tǒng) 5. 刷子裝置 6. 撒砂裝置
圖1.1 3Д403 型清雪車構(gòu)造
當(dāng)今，國外發(fā)展趨勢主要有以下幾方面[4]：
(1) 綜合的除排雪系統(tǒng)
要將除雪與排雪結(jié)合起來,除下的積雪堆在路側(cè)會占道并影響視野。所以一方面要在道路結(jié)構(gòu)上充分確保堆雪帶的空間;另一方面要有效地利用(排)雪溝。此外建立道路立體交叉特殊部的除排雪系統(tǒng)也是很必要的。
(2) 安全性
在對于人行道除雪這樣的作業(yè)時,行人的安全至關(guān)重要,因此除雪機械的安全性非常重要。
(3) 信息化
只有根據(jù)氣象及路面狀況,才能靈活高效地使用除雪機械,確保24小時除雪體制。因此,有必要建立一個能將氣象信息、道路管理者、鏟雪車有機結(jié)合的信息網(wǎng)絡(luò)化的冬季道路管理保障體系。為了便于行車,該網(wǎng)絡(luò)還能為一般道路使用者提供除雪狀況和氣象信息。
1.2.2 國內(nèi)除雪機的發(fā)展現(xiàn)狀
我國鏟雪機械發(fā)展較晚,在80年代以后，改革開放的不斷發(fā)展下，道路的改造和新建，一些研究單位也開始研制相關(guān)的鏟雪車。隨著這幾年我國的一系列經(jīng)濟政策，我國在除雪機的發(fā)展上已經(jīng)卓有成效?，F(xiàn)在主要制造的企業(yè)主要有中聯(lián)重科，吉林公路機械，恒潤高科，沈陽山河，常林股份等。其代表的機器主要有中聯(lián)重科（ZLJ5250TCXZE3/ZLJ5251 TCXZE4）多功能鏟雪車（如圖1）、沈陽山河PX2000旋轉(zhuǎn)拋雪式除雪機、常林股份956除雪機（如圖2）、恒潤高科HHR5160TCX3EQ除雪撒布車[4]。
圖1.2.1 中聯(lián)重科 圖1.2.2 常林股份956
中聯(lián)重科ZLJ5250TCXZE3/ZLJ5251 TCXZE4多功能鏟雪車是一款集推雪、高速掃雪、固體撒布、預(yù)濕撒布、刮冰等多種功能于一體的綜合鏟雪車。 該車功率大、效率高， 在2011年初湖南和貴州等地山區(qū)公路抗擊冰雪災(zāi)害的工作中發(fā)揮了巨大作用[4]。
沈陽山河PX2000旋轉(zhuǎn)拋雪式除雪機是為擁有各種裝載機的用戶研制的，主要用于清除自然積雪、路邊堆積雪以及積雪的裝車作業(yè)，該機采用獨立動力系統(tǒng)，采用電氣控制，安裝簡單、操縱方便，可以安裝在裝載機、拖拉機、拖車等車輛的底盤上[4]。
常林股份956除雪機的鏟刃板采用高炭耐磨合金鋼，經(jīng)過中頻淬火處理， 具有超強的耐磨特性；推雪板工作裝置可左右偏轉(zhuǎn)±35° ，可越過最小50mm高的障礙物（自動越障），輕松實現(xiàn)堆雪作業(yè)，具有操作簡單、機構(gòu)可靠的特點[4]。
恒潤高科HHR5160TCX3EQ除雪撒布車是專門針對交通、高速公路、市政、環(huán)衛(wèi)等部門相關(guān)作業(yè)的需求而研發(fā)設(shè)計的，主要用于清除路面冰雪，保障車輛、 飛機和行人安全，能夠迅速有效地清除道路上的積雪和冰，可以布置在各類載貨底盤和自卸車底盤上，規(guī)格齊全、融雪撒布方便、可靠精確，操作簡單、 靈活、高效；裝拆便捷，無需清雪作業(yè)時可以便捷地拆掉專用裝置而從事運輸作業(yè)；清除作業(yè)范圍廣、效率高、效果好[4]。
但是與國外發(fā)達國家相比，除雪機械仍存在著一些不足[5]：
作業(yè)速度低
目前國外犁式除雪機最大除雪速度可 50 km /h,旋切式除雪機最大速度達 70 km /h。吉林省交通科學(xué)研究所研制的 CBX-1600型除雪機，是國內(nèi)技術(shù)水平較高的除雪機械，但其最大除雪速度僅為2.15km/h,與國外同級別的除雪機械相比，作業(yè)速度較低。
整機利用率低，成本高
盡管中國的北方地區(qū)冬季降雪期可達 3～ 5個月 ,但據(jù)統(tǒng)計冬季降雪次數(shù)并不太多 ,最多也只是十幾次而已 ,如果除雪機功能單一 ,只能用來除雪 ,那么機器一年里大部分時間處于閑置狀態(tài) ,這就大大提高了除雪作業(yè)的成本 ,增加了公路養(yǎng)護部門的負(fù)擔(dān)。
避讓功能不理想
在除雪過程中 ,常常因遇路障而使主機或者除雪裝置損壞 ,國內(nèi)已有的犁式除雪機械 ,大部分回避路障的能力較差。吉林省交通科學(xué)研究所與磐石縣公路管理段聯(lián)合開發(fā)的 CL-2.4型公路除雪器 ,安裝了避讓裝置和防止過度避讓鎖鏈 ,可以保證在除雪作業(yè)過程中避讓路障 ,防止主機或除雪器的損壞 ,還可同時防止過度避讓鎖鏈 ,因過度避讓使避讓回位彈簧損壞。
對路面保護能力差。
當(dāng)路面凹凸不平時，除雪機作業(yè)時會對路面造成破壞，雖然除雪機對路面的損壞程度目前還沒有一個衡量標(biāo)準(zhǔn)，但國內(nèi)的除雪機械在路面仿形能力、對路面保護等方面，與國外相比還存在一定差距。
現(xiàn)在我國除雪機械總的發(fā)展方向是[16]：
加強雪的力學(xué)性質(zhì)研究，建立道路氣象系統(tǒng)
為設(shè)計出更好的除雪機，需要對雪的力學(xué)性質(zhì)做一個全面的分析，同時也應(yīng)該建立道路氣象信息系統(tǒng)，對道路氣象系統(tǒng)做出更好的預(yù)測和判斷，以便靈活的、高效的使用除雪機械。
向小型化、高速度的方向發(fā)展
在除雪作業(yè)中，除雪機機身的大小及除雪速度是影響交通的兩個重要因素，機身過大，除雪機占道影響交通；速度過低，影響車流通暢，同時狹窄路面的除雪也要求機身體積不宜過大。為了不妨礙交通，今后中國的除雪機械要向小型化、高速度的方向發(fā)展。
向多功能、機 - 電 -液一體化的方向發(fā)展
為了提高機器的使用率 ,除雪機械應(yīng)向一機多用的方向發(fā)展。中國的除雪機械應(yīng)該向兼用型的方向發(fā)展 ,可在冬季降雪時進行除雪作業(yè) ,其余時間可進行灑水、清掃等多種路面養(yǎng)護作業(yè)及其它作業(yè)。除雪機械應(yīng)盡量采用機 - 電 -液新技術(shù) ,實現(xiàn)自動控制 ,提高除雪機械的科技含量。
要注意提高安全性、舒適性
部分除雪設(shè)備的駕駛室內(nèi)沒有增溫系統(tǒng)，駕駛員在工作狀態(tài)時處于寒冷的狀態(tài)，而且有些除雪設(shè)備在使用過程中需要不斷的調(diào)試，可靠性不高。因此，提高除雪機械的自動化功能，加強除雪設(shè)備的安全性是今后發(fā)展的趨勢。
打破專利封鎖，加強技術(shù)合作
集中人力、物力優(yōu)勢 ,聯(lián)合開發(fā)除雪機械 ,盡早研制出高速度、高性能的除雪設(shè)備 ,減少人力除雪 ,實現(xiàn)除雪自動化。這樣既可以大大降低勞動強度 ,把人們從惡劣勞動環(huán)境中解脫出來 ,又可以提高國內(nèi)城市建設(shè)機械化水平。
1.3 除雪工具的分類
目前，各國采用的除雪的基本方法主要有兩種，分別是機械法和化學(xué)法。其中機械法是直接利用機械設(shè)備來除雪，它有兩種形式，一種是除雪機，一種是除冰機
就鏟雪車的工作原理來說，可將鏟雪車分為推移式鏟雪車、拋雪式鏟雪車和吹雪式鏟雪車；就工作方法的不同，也可將鏟雪車分為拋雪式鏟雪車和傳送式鏟雪車；
1.4 設(shè)計的任務(wù)
本次設(shè)計主要是設(shè)計一臺手推式鏟雪車，其工作原理是鏟雪車在工人的推動下，由發(fā)動機提供動力，將路面上的雪收集到儲雪桶中，再有螺旋拋雪葉輪將其拋向道路兩側(cè)，完成鏟雪任務(wù)。這次設(shè)計的要求主要有以下四點：
(1) 查閱相關(guān)資料，完成對積雪的機械性能的認(rèn)知；
(2) 查閱相關(guān)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，設(shè)計并確定可行的方案；
(3) 詳細(xì)設(shè)計各個工作機構(gòu)，并確定其相關(guān)尺寸及圖紙；
（4）繪制鏟雪車的零件圖和裝配圖，編寫設(shè)計說明書；
42
2 路面積雪特性的研究
只有充分的掌握積雪的物理性質(zhì)和機械性質(zhì)才能更好的設(shè)計該設(shè)備，這些性質(zhì)主要有：機械設(shè)備在除雪過程所受阻力、所用功率等。其物理性質(zhì)主要包含、、。
2.1.1 積雪的密度
在鏟雪車的設(shè)計過程中和使用工程中，雪的密度有至關(guān)重要的影響，其變化幅度為：0.019~0.89g/cm3。在眾多學(xué)者的研究下得出結(jié)論：
(1) 降雪時間變長，雪的密度將變得越大，其兩者關(guān)系如下表2.1所示；
表2.1 學(xué)的密度與時間的關(guān)系表
(2)隨降落過程的時間延長而增大的，同上表2.1所示；
(3)隨降落時環(huán)境溫度的不同而不同，其關(guān)系如下表2.2所示；
降雪時的氣溫／ o C
新降下的雪的密度／g．cm-3
最小值
最大值
平均值
表2.2 雪的密度與環(huán)境溫度的關(guān)系
2.1.2 積雪的硬度
積雪的硬度也是抗壓強度，其表示方法是在單位面積上的阻力大小。其抗壓強度有如下特征：
(1) 與雪的密度呈正比。
(2) 與溫度呈反比。
2.1.3 積雪的摩擦系數(shù)
本設(shè)備在鏟雪工作中所受的摩擦系數(shù)主要有內(nèi)摩擦系數(shù)、外摩擦系數(shù)、輪胎的附著系數(shù)。在本次設(shè)計中主要考慮輪胎與冰雪路面的附著系數(shù)。
3 小型手推式鏟雪車設(shè)計方案
3.1 總體方案及其比較
方案一:利用類似于吹雪式鏟雪車的原理，即使用高速旋轉(zhuǎn)的螺旋葉片將積雪吹像路的兩邊，但只適用于剛下的雪，對踩實的雪不能有效的清理，且生產(chǎn)成本較高。
方案二:利用推土機的前部的鏟子將雪推向一邊，但這種方法對于窄路不適用，且對路面有一定的損傷，違背設(shè)計初衷。
方案三:采用新型機械設(shè)備除雪。其除雪設(shè)備鏟雪步驟如下：
第一步，利用特定設(shè)備將踩實的積雪變得松弛；第二步，松弛的雪被螺旋機構(gòu)輸送到儲雪桶中；第三步，將雪拋向路的側(cè)邊。此種方案，可以對松弛的雪或踩實的雪做到很好的鏟雪效果。而且也能適用于較窄路面，符合設(shè)計初衷。
綜上，選用第三種方案。
3.2 小型手推式鏟雪車的工作原理
3.2.1 基本結(jié)構(gòu)
小型手推式鏟雪車主要包括六大主體結(jié)構(gòu)，中心主體結(jié)構(gòu)是傳動結(jié)構(gòu)和集雪結(jié)構(gòu)。其他結(jié)構(gòu)有原動機、拋雪裝置、操作裝置、行走裝置；其中原動機采用的是汽油機；螺旋狀的攪龍葉片是集雪裝置的主要結(jié)構(gòu)；拋雪裝置主要是經(jīng)過旋轉(zhuǎn)的葉輪將雪拋出；行走裝置為人工手推式；操作裝置主要指扶手。
3.2.2 工作原理
工作原理如圖3.1所示，為：在人工的推動下車體向前進，鏟雪機構(gòu)主要由原動機提供動力，經(jīng)過鏈傳動或帶傳動將其動力輸送給傳動軸，通過傳動軸帶動各個工作機構(gòu)的工作，最后將其輸送到攪龍軸上，帶動蛟龍葉片的運轉(zhuǎn)，完成鏟雪的任務(wù)。其動力傳遞過程為：發(fā)動機→傳動軸→渦輪蝸桿減速器→驅(qū)動軸→攪龍。
圖3.1 小型機械鏟雪車的結(jié)構(gòu)示意圖
1. 攪龍 2. 清雪鏟3. 拋雪筒 4. 傳動系統(tǒng) 5. 發(fā)動機
6. 操作裝置 7. 車輪 8. 車架9. 拋雪輪
圖3.2 鏟雪車結(jié)構(gòu)圖
3.3 小型手推式鏟雪車基本結(jié)構(gòu)的確定
3.3.1 原動機的選擇
因為鏟雪車主要在較窄路面工作，所以宜選用體積較為小的汽油機作為動力輸入。
本次設(shè)計的參數(shù)為：單位時間掃雪量，積雪密度和厚度分別是 、，因此單位時間的掃雪量為： kg (3.1)
本裝置的設(shè)計要求為揚程，排雪的初始速度為，則計算得在排雪工作過程：
(3.2)
集雪裝置為攪龍葉片，在運行過程中將受到雪的阻力，用表示，則為，，故集雪過程中攪龍所消耗的功率為：
(3.3)
鏟雪車工作時的自重，路面摩擦系數(shù)，移動速度，故移動時消耗功率為： (3.4)
由上算得鏟雪車消耗的總功率為：
(3.5)
通過上述設(shè)計，且按照設(shè)計要求需清理踩實的積雪，故所需的汽油機：
3.3.2 傳動方式的選擇
鏟雪車的動力由汽油機提供，經(jīng)由鏈或帶傳動將動力輸出給傳動軸，但由于鏟雪車在工作時處于潮濕環(huán)境，如果選用帶傳動將會出現(xiàn)彈性打滑和整體打滑，所以選用鏈傳動較為合理。再把傳動軸與渦輪蝸桿減速器相連接，將動力傳達到渦輪蝸桿減速器上，緊接著傳達到攪龍軸上。
3.3.3 集雪裝置的設(shè)計
因積雪是從集雪桶的中心經(jīng)由彎管排向道路的側(cè)邊，故需先設(shè)計攪龍葉片將雪匯集到儲雪桶中部，所以將轉(zhuǎn)子設(shè)計成由聯(lián)軸器鏈接的兩個旋向相反的螺旋軸。其中攪龍機構(gòu)將設(shè)計為帶狀螺旋葉片，這樣設(shè)計的好處在于有效的緩解儲雪桶的壓力，減輕發(fā)生堵塞的情況。攪龍軸和葉片的示意圖如下所示：
3.3 攪龍軸和攪龍葉片的基本結(jié)構(gòu)
上述集雪裝置有很好的破、集、拋這三大功用。其中，攪龍機構(gòu)的旋向設(shè)計為左邊，，這樣將有效的將兩邊的積雪運送到中心，然后將雪拋出。
4 小型鏟雪車的設(shè)計計算和校核
4.1 鏈傳動的計算
4.1.1 傳動鏈的設(shè)計步驟
鏈傳動叫帶傳動來說有很明顯的優(yōu)勢，即它受到的壓軸力較小，過載能力較強，無彈性打滑及整體打滑，具有良好的傳動效率，對于封閉鏈傳動一般在，適應(yīng)極端的環(huán)境等。參照本次設(shè)計機構(gòu)所處的環(huán)境選擇鏈傳動較為合適。現(xiàn)對鏈傳動進行設(shè)計，如下：
1、選擇鏈輪的齒數(shù) 和確定傳動比i
根據(jù)《機械設(shè)計》所學(xué)，當(dāng)小鏈輪齒數(shù)少，可減小外廓的尺寸，但齒數(shù)過少，會增加運動的不均勻性和動載荷；鏈條在進入和退出嚙合時，鏈節(jié)間的相對轉(zhuǎn)角會增大；鏈傳動的圓周力增大，從整體上加速鉸鏈和鏈輪的磨損[5]。故鏈輪的齒數(shù)不應(yīng)該過少，一般選取大于。同時，若其承受較大的沖擊載荷且處于高速傳動中，則應(yīng)將齒數(shù)選擇大于，初次之外，還應(yīng)對鏈輪輪齒進行淬硬處理。但也不能選擇過大的齒數(shù)，一般要選擇小于114一下的系列。
對于傳動比的選擇，應(yīng)保證，若，鏈條與鏈輪之間的嚙合數(shù)將減少，使得嚙合輪齒加速磨損，同時也會發(fā)生跳齒、脫鏈。
綜上所述，現(xiàn)選擇,則大鏈輪齒數(shù)為：
(4.1)
符合設(shè)計要求
2、計算當(dāng)量的單排鏈的計算功率
因為鏈傳動屬于平穩(wěn)運轉(zhuǎn)且屬于中等沖擊，由《機械設(shè)計》知，由表9-13知，，則計算功率為：
(4.2)
式中：——工況系數(shù)；
——主動鏈輪齒數(shù)系數(shù)；
——多排鏈系數(shù)；
P——傳遞的功率，。
3、確定鏈條的型號和節(jié)距p
結(jié)合上述計算綜上查得
4、 計算鏈的節(jié)數(shù)和中心距 ：
初選中心距：
=35p (一般選取應(yīng)在（30—50)p之間) (4.3)
則鏈節(jié)數(shù)Lp0為：
(4.4)
為防止使用過渡鏈節(jié)，先將其圓整為LP0=100
故最大中心距為： (4.5)
得：㎜
其中，由《機械設(shè)計》表9-7查得f1=0.24974。但考慮到實際尺寸，選取鏈節(jié)數(shù)為L p =94節(jié)。則中心距為：
=233.38mm (4.6) 得 ≈234㎜
考慮，，。
5、計算鏈速v,并確定其潤滑方式
鏈的平均速度為：
(4.7)
由《機械設(shè)計手冊》知v<12~15m/s，所以符合設(shè)計要求
由上述所選參數(shù)及查得《機械設(shè)計》圖9-14和結(jié)合實際設(shè)計情況現(xiàn)采用定期人工潤滑的潤滑方式。
6、計算壓軸力Fp
有效圓周力為 N (4.8)
鏈輪選擇，其查表知
則壓軸力為：
N （4.9）
其中：：有效圓周力；
：壓軸力系數(shù)；
4.1.2 鏈輪基本數(shù)據(jù)計算
由上述設(shè)計并結(jié)合《機械設(shè)計手冊》查得滾子鏈的重要參數(shù)如下表：
1、小鏈輪的主要尺寸
分度圓的直徑為：
（4.10）
齒頂圓直徑分別為：
（4.11）
（4.12）
齒根圓的直徑為df1為：
（4.13）
材料選?。?5，對其進行滲碳、淬火、回火，使。
2、大鏈輪的主要尺寸
分度圓的直徑為：
（4.14）
齒頂圓直徑分別為：
（4.15）
（4.16）
齒根圓的直徑為df2為：
（4.17）
材料選取：。
4.1.3 鏈輪基本運動的分析
本次設(shè)計中采用SolidWorks motion做運動分析，主要分析大鏈輪和小鏈輪之間的運動，具體數(shù)據(jù)展現(xiàn)在角位移圖中，有角位移圖知從動鏈輪是隨著主動鏈輪的線性運動。
大鏈輪與小鏈輪之間的角位移曲線如下：
圖6.1 大鏈輪與小鏈輪之間的數(shù)據(jù)分析
圖6.2 大鏈輪與小鏈輪之間的角位移圖
4.2 傳動軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計和校核
地位，它的存在為其他作回轉(zhuǎn)運動零件提供了支撐位置。除此之外，它還可以傳動運動和動力。
本次設(shè)計中軸是主要的傳動部件，汽油機的動力是通過鏈傳動傳動到傳動軸上的，以此帶動傳動軸上其他零件的運轉(zhuǎn)，并將動力傳動到攪龍軸上。
本次設(shè)計主要包括外形結(jié)構(gòu)設(shè)計和工作能力計算。
現(xiàn)設(shè)計過程如下：
由上設(shè)計知，汽油機軸的轉(zhuǎn)速為2500r/min
其輸入功率P1=P=2.2kW （4.18）
轉(zhuǎn)矩： （4.19） 材料選擇：由《機械設(shè)計》表15-1查得選用45，對其進行正火、回火熱處理。
4.2.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
1、求輸出軸上的功率，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩
由前述原動機的設(shè)計知，選用，則：
（4.20）
又知： （4.21） 所以 （4.22）
2、求作用在鏈輪上的力：
由于鏈輪分度圓直徑，則圓周力為：
（4.23）
3、初步確定出軸的最小直徑
由《機械設(shè)計》表15-3知，現(xiàn)取=112，則 （4.24）
圓整后取軸直徑=12mm。
4、根據(jù)軸向的定位要求以確定各段直徑及長度
各軸段的直徑和長度見下圖4.1
圖4.1軸的各段直徑和長度
5、軸承的選擇
根據(jù)《機械設(shè)計手冊》，選擇，對于和軸承選擇。
4.2.2 軸的校核
傳動軸的，故對其校核。由之前設(shè)計知，從動鏈的效率，轉(zhuǎn)速為。
1、求軸上的功率p和轉(zhuǎn)矩T
由前述計算得，
2、求作用在軸端的力
已得軸端分度圓直徑為d=30mm 故： 圓周力 ==1.082kN （4.25）
徑向力Fr=f=1082.2×= 3.9449kN （4.26）
軸向力F=ftan=1082.2×tan3.18=0.0601kN （4.27）
且L =50mm，L=75mm；
3、求軸上的載荷
由《機械設(shè)計》知：
（4.28）
（4.29）
（4.30） （4.31） 又知：
（4.32）
由上述計算可知，危險截面在軸端，故需對其進行校核計算，如下：
載荷
水平面（H）
垂直面（V）
F
F
表4.1 M，M，M的值
4、使用彎矩應(yīng)力校核軸的強度
取=0.6，軸上的應(yīng)力計算
===14.8034Mpa （4.33）
查《機械設(shè)計手冊》，選取45號鋼作為軸的材料，正火、回火處理，同時查的，由上知 ＜，故合格。
4.3 蝸輪蝸桿減速裝置設(shè)計
在前述設(shè)計中選用的動力輸出是汽油機，所以通過減速器降低轉(zhuǎn)速，以便配合攪龍軸的運轉(zhuǎn)，且攪龍軸和傳動軸的安放方式為相互垂直，故綜合選取渦輪蝸桿減速器。
4.3.1 選擇材料
本次設(shè)計中，蝸桿傳動的功率較小且速度一般，由《機械設(shè)計手冊》查得蝸桿應(yīng)采用45鋼制造；并對齒面進行淬火處理。選取作為渦輪的材料。
4.3.2 按齒面接觸疲勞強度計算
由《機械設(shè)計》知，蝸桿副一般會發(fā)生齒面膠合或點蝕，并對蝸輪副齒根進行彎曲疲勞強度校核[5]。
1、確定作用在渦輪上轉(zhuǎn)矩
（4.34）
2、確定載荷系數(shù)K
已知載荷分?jǐn)?shù)（因為工作載荷較穩(wěn)定），由《機械設(shè)計》查得， 。
所以
3、確定彈性系數(shù)：
對于輪和鋼蝸桿相配對時，取
4、 確定接觸系數(shù)
由《機械設(shè)計》圖11-18知
5、確定許用接觸應(yīng)力
由《機械設(shè)計手冊》知許用應(yīng)力。設(shè)蝸輪蝸桿的壽命=120000 h，則：
應(yīng)力循環(huán)次數(shù) （4.35）
壽命系數(shù) （4.44）
則 （4.36）
其接觸強度安全系數(shù)
6、初步確定中心距、模數(shù)及倒程角
由前述數(shù)據(jù)知：
（4.37）
計算得=89.6
現(xiàn)根據(jù)《機械設(shè)計》表11-2及圖11-8選取如下參數(shù)：
由上述數(shù)據(jù)知：，因此以上參數(shù)合理。
4.3.3 按齒面接觸強度驗算
公式為： （4.38）
（4.39）
=30.26<35mm 故以上設(shè)計合理
4.3.4 計算傳動的主要尺寸
中心距 （4.40）
1、 蝸桿主要參數(shù)
蝸桿的分度圓直徑
本次設(shè)計中蝸桿三維圖如下：
圖4.2 蝸桿三維圖
蝸桿各項尺寸如下表：
蝸輪的分度圓直徑
項目
公式
數(shù)值
，圓整取20mm
2、渦輪主要尺寸
圖4.3蝸輪三維圖
蝸輪各項尺寸如下表：
項目
公式
數(shù)值
4.3.5 校核齒根彎曲疲勞強度
為判斷蝸桿副的彎曲斷裂的可能性及運動的平穩(wěn)性精度，現(xiàn)近似將其當(dāng)作校核，由下式知：
（4.41）
當(dāng)量齒數(shù)
根據(jù)，，從《機械設(shè)計》圖11-19知齒形系數(shù)
螺旋角系數(shù)
齒形系數(shù)，螺旋角系數(shù)
極限彎曲應(yīng)力為
許用彎曲應(yīng)力 (4.42)
從《機械設(shè)計》表知
壽命系數(shù)
彎曲應(yīng)力為：
彎曲強度滿足設(shè)計要求
4.3.6 驗算效率
由《機械設(shè)計》知：
（4.43）
由前述設(shè)計知：；；則：
（4.44）
由《機械設(shè)計》表11-18知、；將其代入公式得，故合適。
4.4 攪龍軸的設(shè)計
鏟雪機構(gòu)的中心運轉(zhuǎn)部件是攪龍軸，它的中部與渦輪相連接，兩邊都是使用軸承端蓋固定的，這樣有利于整個機構(gòu)的運轉(zhuǎn)。
現(xiàn)將攪龍軸的設(shè)計過程陳述于下：
根據(jù)上述要求軸的材料選擇45鋼制造。
熱處理方式、即可完成所需要求。
軸的轉(zhuǎn)速： （4.45) 軸的輸入功率為： （4.46)
軸的轉(zhuǎn)矩為：
（4.47）
軸端分布圖如下所示：
圖4.4攪龍軸各段分布
4.5 攪龍葉片的設(shè)計
攪龍葉片是本次設(shè)計中的核心裝置，它的設(shè)計將影響整體產(chǎn)品的成效。
本次設(shè)計中，為更好的實現(xiàn)將雪輸送到中間部分的功能，將其設(shè)計為攪龍葉片在右邊的右旋，在，且才采用耐腐性材料。
是攪龍葉片的主要設(shè)計參數(shù)，現(xiàn)初步設(shè)計攪龍葉片的參數(shù)如下：
葉片外徑 （4.48）
葉片內(nèi)徑 （4.49）
節(jié)距 （4.50）
外螺旋線實長 （4.51）
內(nèi)螺旋線實長 （4.52）
葉片高 （4.53）
葉片展開里口徑 （4.54）
切口角度 （4.55）
切口弦長 （4.56）
4.6 拋雪葉輪簡述
本次設(shè)計中離心葉輪將作為拋雪葉輪，在工業(yè)設(shè)計中常采用平板型葉片，因為它制造容易，工況點的效率與機翼型葉片相接近，所本次設(shè)計中采取平板型葉片就能保證所需的功能。同時，選擇葉輪此料為鑄鐵，并對其表面做防腐蝕涂鍍。
4.7 二維CAD裝配圖
二維裝配圖如下圖所示：
圖4.6 二維總裝圖
5 小型手推式鏟雪車的三維造型
本次設(shè)計全面使用建模，現(xiàn)將建模配圖列于下：
5.1 主要部件的裝配圖
5.1.1 傳動軸的裝配
傳動軸裝配如下：
圖5.1傳動軸的零部件裝配
5.1.2 執(zhí)行軸和支架的部分裝配
執(zhí)行軸與支架的部分裝配圖如下圖所示：
5.2 傳動軸零部件裝配
圖5.3 支架部分零件的組裝
5.2 小型手推式鏟雪車的總體造型
總體裝配見圖5.5
圖5.5小型手推式鏟雪車
6 環(huán)保評估
目前，世界公眾對環(huán)境保護的要求越來越高，各國也在制定嚴(yán)格的保護法和標(biāo)準(zhǔn)。環(huán)境保護直接約束企業(yè)的經(jīng)營行為，有無良好的環(huán)境保護性已成為國際市場上產(chǎn)品競爭的一項重要指標(biāo)。
本次設(shè)計的手推式鏟雪車中沒有采用任何具有對環(huán)境有污染的零部件，齒輪主要采用人工潤滑方式，不會造成很大的環(huán)境污染，同時設(shè)計采用的是EM100的汽油機作為動力源，其外殼加護橡膠材料，減少了汽油機的震動污染和噪音污染。
此次設(shè)計中所選用的材料均為標(biāo)準(zhǔn)件和可回收資源，當(dāng)鏟雪車不能使用時可將其零件回收重復(fù)利用，加大了材料的再利用率。
結(jié)論
本次設(shè)計在一個學(xué)期的努力下終于完成設(shè)計、繪圖、校核。在這一過程中，學(xué)到了很多，比如在SolidWorks中如何進行運動分析，如何去設(shè)計校核產(chǎn)品的零部件，如何對比分析方案的優(yōu)劣，進而確定出合適的方案。實踐出真理，只有通過長期的做設(shè)計才能真正意義上的掌握理論知識。以前對渦輪蝸桿的認(rèn)知過少，過于感性，通過這次的設(shè)計，讓我從理性的思維上認(rèn)識了它。
本次所設(shè)計的手推式鏟雪車主要包含以下幾方面：
（1） 對比分析國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，提出有效合理的方案及工作原理；
（2） 完成對各工作機構(gòu)的尺寸、結(jié)構(gòu)；
（3） 繪制出各個結(jié)構(gòu)的二維、三維圖。
（4） 做出相應(yīng)的運動分析。
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致謝
本論文是在我的導(dǎo)師馬宗民教授的悉心指導(dǎo)下完成的。
在這一學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計中，馬老師認(rèn)真負(fù)責(zé)的治學(xué)態(tài)度和豐富的專業(yè)知識令我受益非淺。并使我學(xué)到了許多進行科學(xué)研究的有益方法。在畢業(yè)設(shè)計過程中，機械學(xué)院機械設(shè)計教研組的其他老師也給予我很多幫助，，在此向各位老師表示崇高的敬意和衷心的感謝。
感謝大連大學(xué)機械工程學(xué)院的老師們在我四年的大學(xué)生活中，對我學(xué)習(xí)生活上的關(guān)懷和幫助。
在論文進行過程中本設(shè)計小組的同學(xué)們也給予我多方面的支持和幫助。在此，謹(jǐn)向以上給與我指導(dǎo)和幫助的老師、同學(xué)們表示誠摯的謝意。
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