除雪機系統(tǒng)設計

除雪機系統(tǒng)設計,系統(tǒng),設計 本科畢業(yè)設計（論文）通過答辯 目 錄 1摘要-----------------------------------------------------5 2除雪機研制的現(xiàn)實意義-----------------------------------7 3 研究現(xiàn)狀與動態(tài)-----------------------------------------7 3.1國內除雪機現(xiàn)狀----------------------------------------7 3.2國內除雪機發(fā)展方向------------------------------------9 3.3國外道路除雪機技術發(fā)展狀況---------------------------10 3.4國內除雪機械的缺陷-----------------------------------15 3.5除雪機市場分析---------------------------------------16 4.總體方案分析與設計------------------------------------17 4.1方案一-----------------------------------------------17 4.2方案二-----------------------------------------------18 5.對課題提出的任務要求及實現(xiàn)預期目標的可行性分析----19 5.1 課題研究內容-----------------------------------------19 5.2可行性分析-------------------------------------------19 6.除雪機設計---------------------------------------------20 6.1除雪機與動力連接結構---------------------------------20 6.2犁形前雪鏟曲面及鏟體設計-----------------------------20 6.3 除雪裝置升降機構------------------------------------23 6.4 推雪與掃雪機構-----------------------------------------23 6.5 鏟刃------------------------------------------------25 6.6 仿形支重機構----------------------------------------26 6.7 液壓控制系統(tǒng)----------------------------------------26 6.8 液壓計算以及器件選擇--------------------------------27 7.配套動力選擇------------------------------------------27 7.1 動力選擇---------------------------------------------27 7.2 動力校核---------------------------------------------27 7.3 除雪鏟的力學模型及計算-------------------------------28 7.3.1除雪鏟轉移的行駛阻力------------------------------29 7.3.2 除雪阻力、附著力除雪功率的計算--------------------29 7.3.3除雪鏟功率計算------------------------------------30 7.3.4計算步驟------------------------------------------30 8. 主要特點及技術性能參數(shù)------------------------------31 8.1 主要特點---------------------------------------------31 8.2 主要技術性能參數(shù)-------------------------------------31 8.3結束語------------------------------------------------32 參考文獻--------------------------------------------------33 結論------------------------------------------------------35 設計心得-------------------------------------------------36 附件------------------------------------------------------37 1.摘要 我國北方冬季降雪量大, 給各城市、園林、賓館、別墅、庭院的道路, 機場跑道與場區(qū)路面, 林區(qū)運材道路, 以及高速公路等的交通運愉工作造成了極大困難和不便, 交通事故屢屢發(fā)生。為了及時清除路面上的自然降雪, 給交通運愉創(chuàng)造良好的安全條件, 減少交通事故的發(fā)生, 在我國，傳統(tǒng)的除雪理念是雪停后才開始除雪，由于路面積雪大多不能及時清理而被車輛碾壓成實雪或冰，因此除雪對象實際上是壓實雪。在這種理念影響下，過去除雪機械的設計也主要是針對清除壓實雪而開展的，并研制出各種清除壓實雪的機械設備。壓實雪除雪機械設計技術難度較大，設備制造成本較高，除凈率低，工作效率低，絕大多數(shù)壓實雪除雪機需要大功率車輛作為配套動力，燃油消耗大，整套設備資金投入大，動輒數(shù)十萬元，難以大量推廣應用。 總結多年的除雪經驗和體會及對各種除雪方式的比較，筆者認為機械化“實時除雪”才是科學合理的除雪方式。從工程學的角度看，積雪被壓實的過程需要消耗大量能量，雪被壓實后再把它從地面上清除掉就要加倍消耗更大的能量和更多的時間，從而造成很大的浪費。相比較而言，“實時除雪”所消耗的能量只有前者的幾十分之一，是效率最高最省時省力的除雪方法。目前歐、美等工業(yè)發(fā)達國家基本上都采用機械化“實時除雪”技術。機械化“實時除雪”技術實際上就是使用散雪除雪機械在降雪過程中進行除雪，邊下雪，邊清除，多臺除雪車保持一定距離成梯形隊伍排列循環(huán)清理路面，過往車輛可在除雪車之間穿梭繞行而不影響交通，避免了積雪在路面停留時間過長而被碾壓成實雪或冰。開發(fā)適合我國國情的除雪機械, 探索與高速公路管理相適應的作業(yè)方式, 將有著深遠的意義。 關鍵詞：除雪機 積雪 除雪 液壓控制 提升裝置 Abstract Winter snowfall in north China，give each city, garden, hotel, villas、garden road, airport runway pavement with YunCaiDao road, forest area, and a highway of transport and logistics work such as yourself caused a great difficulties and inconvenience, the traffic accident happen repeatedly. To timely removal of natural snowfall road to transport and logistics, and create a good safety conditions yourself, reduce traffic accidents, in China, the traditional philosophy is focusing on snow removal begins after it had stopped snowing, focusing on snow removal，Because most cannot seasonable clear road snow was vehicles into real snow or ice roller, thus focusing on snow removal object is actually compacted snow. In this concept, under the influence of mechanical design also focusing on snow removal past is mainly directed against the clear for the compaction snow, and developed various remove compaction snow mechanical equipment. Compacted snow focusing on snow removal mechanical design technology difficulty bigger, equipment manufacturing cost is higher, cleanse rate is low, the working efficiency is low, the majority of compacted snow focusing on snow removal machine needs high-power vehicles as supporting power, fuel consumption, the whole equipment investment is big, frequently hundreds of thousands of yuan, difficult to large application.。 Summarize the experience and experience for many years and focusing on snow removal of comparison of focusing on snow removal way, the author thinks that mechanization "real-time focusing on snow removal" is focusing on snow removal of scientific and reasonable way. From engineering point of view, the snow is compaction process need to use a lot of energy, please compaction, and put it on the ground to remove from the energy consumed greater double and more time, resulting in a waste In comparison, "focusing on snow removal" real-time energy use only a small percentage of the former, it is the highest efficiency of save Labour focusing on snow removal methods. At present to Europe, the United States and other developed countries are using basically focusing on snow removal "technology" real-time mechanized。Mechanization "real-time focusing on snow removal" technology is actually used in snow scattered snow focusing on snow removal mechanical process, focusing on snow removal, the side snow removal, multiple edge focusing on snow removal car keeping a distance into trapezoidal team arrangement cycle passing vehicles can clear road, shuttling between the orbiting in focusing on snow removal car without affecting traffic, to avoid the snow in pavement retention time is too long and be rolling into real snow or ice. Suitable for the development of China's national conditions, focusing on snow removal machinery and explore the expressway management ADAPTS cooperationg way, will have a profound significance. 2.選題的目的及意義 我國北方大部分地區(qū)，每年有3～5個月的降雪期，道路積雪給交通運輸及人民日常生活帶來許多不便。尤其凍結在道路上的積雪與薄冰，采用傳統(tǒng)除雪機用推刮的辦法無法清除，為此不得不耗費大量人力物力進行人工鏟除。采用機械方法清除是一項急需解決的難題。就目前國內除雪機械來看，大多數(shù)功能單一，或只能清除積雪、或只能破除積冰?。國外的除雪機功能較全，但結構復雜，造價昂貴，且大多不適合國內的道路狀況。因此開發(fā)研制適合我國道路情況的除雪的設備，具有十分重大的意義。 3. 研究現(xiàn)狀與動態(tài) 3.1　國內除雪機械現(xiàn)狀 中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, 這些研究單位集中在中國的三北地區(qū), 先后有十幾種型號的樣機被生產出來, 在除雪作業(yè)中發(fā)揮了一定的作用。在大力發(fā)展中國除雪機械的同時, 有關部門也注意引進吸收國外先進的道路養(yǎng)護技術, 近年來先后從國外引進了一定數(shù)量的道路綜合養(yǎng)護設備, 其中一些設備具有除雪功能, 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)護車等。 3.1.1　犁式除雪機 犁式除雪機主要適用于未經壓實的積雪, 特別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械。犁刀的形式主要有V 形犁、U 形犁、單向犁和側翼鏟等。國外的犁式除雪機, 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。犁式除雪機是國外使用較早的除雪機械。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, 經過多年的發(fā)展, 國外犁式除雪機已具有較高的技術水平。以俄羅斯新產品KO-812-2 型犁式除雪機為例, 這種除雪機基礎車采用MT 3-80/ 82 型拖拉機, 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。 90 年代初, 在中國的沈大高速公路上, 引進了德國產的烏尼莫克道路綜合養(yǎng)護車, 輔機備有犁式除雪器, 其總質量為1 000 kg , 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, 最佳生產率4 7500 m2/ h, 殘留雪厚度不大于10 mm。國內的犁式除雪機械, 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 型公路除雪器, 哈爾濱林業(yè)機械研究所研制的CBX-216 綜合破冰除雪機, 其前部除浮雪裝置的犁式除雪器等等, 這些除雪機械在某一方面的性能具有一定的優(yōu)勢。 3.1.2　旋切式除雪機 旋切式除雪機一般具有切削、集中、推移和拋投功能, 具有結構復雜、功能多的特點。旋切式除雪機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扇型, 雙級式分為單軸螺旋風扇型及雙軸螺旋風扇型。 俄羅斯、日本是生產旋切式除雪機的主要國家, 技術較成熟, 其產品性能居世界領先水平。日本產高速行走旋切式除雪機, 作業(yè)速度為70 km/ h, 該除雪機采用四輪驅動方式, 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3 000 t/ h。 國內已研制成功的旋切式除雪機主要有吉林工業(yè)大學等單位研制的CX-30 型除雪機, 哈爾濱林業(yè)機械研究所研制的CBX-216 型城市道路破冰除雪機, 吉林交通科學研究所研制的CBX-1600 型除雪機, 此外還有XLB-212 型, 15-1 型等等。其中一些型號的除雪機已進行過工業(yè)性試驗, 效果較好。 3.2國內除雪機械的發(fā)展方向 3.2.1.加強雪的力學性質研究, 建立道路氣象系統(tǒng) 為了提高除雪機設計水平, 需要對雪的力學性質進行深入研究, 此外應建立道路氣象信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)是由設置在各地的傳感器與具有先進軟件的微機構成, 用于預測道路的凍結和除雪狀況, 利用其傳感器可獲取路面溫度、濕度、風向、風速等方面的信息, 這樣能夠及時、準確地掌握路面狀況, 以便靈活、高效地使用除雪機械。 3.2.2.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。 3.2.3.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, 除雪機械應向一機多用的方向發(fā)展。中國的除雪機械應該向兼用型的方向發(fā)展, 可對多種機械如卡車、推土機、建筑機械等實施改造, 只是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)。除雪機械應盡量采用機-電-液新技術, 實現(xiàn)自動控制, 提高除雪機械的科技含量。 3.2.4.要注意提高安全性、舒適性 由于除雪機械的駕駛操作具有一定的危險性, 因此要最大限度地減輕駕駛員的操作強度, 改善除雪機械的可操作性, 研制自動控制系統(tǒng), 實現(xiàn)自動避讓功能, 避免機器和除雪裝置的損壞。同時要注意改善駕駛室的工作條件, 加強防噪音、防塵埃措施, 減輕駕駛室振動, 注意通風, 使駕駛員在一個舒適的環(huán)境中工作。 3.2.5.打破專利封鎖, 加強技術合作 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, 又可以提高國內城市建設機械化水平。 3.3國外道路除雪機械技術發(fā)展概況 目前國外主要采用的除雪方式有三種: 融雪除雪、機械除雪和綜合式除雪。 3.3.1.綜合式除雪 綜合式除雪是將推雪、清雪及吹雪等多種除雪方式混合在一起的一種除雪作業(yè)方式, 在國外常用于機場跑道的除雪作業(yè)。除雪機目前國外的主要生產廠家有瑞士的BOSCHUN G 公司和美國的S&S公司。瑞士的BOSCHUN G 公司的機場除雪機目前在我國已有銷售。該機的行走驅動功率約為160kW , 吹吸雪功率約為140 kW , 可完成推雪、掃雪、吹雪、收雪和噴撒融雪溶液等作業(yè)。除雪機械和行走采用液壓驅動, 結構非常復雜, 但作業(yè)功能單一, 是機場跑道不可缺少的養(yǎng)護設備之一。 3.3.2.融雪除雪 融雪方式利用熱能或撒布化學藥劑使冰雪融化。使用融雪的方法, 所需費用除車輛燃油消耗外,還要加上融雪的成本。采用熱能融雪可供利用的熱源主要有遠紅外加熱和發(fā)動機廢氣等。采用撒布化學藥劑融雪容易對環(huán)境造成污染和對路表面產生腐蝕, 因此, 這種方法的使用目前仍在探討研究之中。融雪機械目前國外尚無專用機械, 均是采用非公路汽車改裝, 冬季需要時安裝好儲液罐, 加裝撒布裝置, 進行噴撒融雪作業(yè)。具有該類功能改裝能力的公司主要有德國的DA IML ER - BEN Z 公司、瑞士的MARCEL BOSCHUN G 公司和英國的SCHM IDT公司等。 3.3.3.機械除雪 機械除雪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, 機械除雪可分為犁式除雪機械和螺旋轉子式除雪機械兩種。行走主機有非公路汽車底盤、工程機械專用底盤和拖拉機。目前國外除雪技術裝備主要是以機械除雪的方式為主。以汽車底盤為主機擴展的除雪機, 同時具有其他多種作業(yè)功能, 除雪僅作為在冬季作業(yè)機具。該類除雪機械國外的代表公司有德國的DA IML ER -BEN Z 公司、德國的VOL KSWA GEN 公司、瑞士的MARCEL BOSCHUN G 公司和英國的SCHM IDT公司等, 其代表機型分別為U nimog、M ulticar、Pony和SK150, 后兩種與M ulticar 是同一種噸位等級和同一種功能的機器。該類機器的主要特征是以汽車為基礎, 采用機械式變速箱或靜液壓機械傳動方式,作業(yè)速度比較高, 非常適合高速公路作業(yè)。 U nimog 多用底盤車輛的發(fā)動機為柴油機, 功率38～ 124 kW , 運行速度011～ 90 km?h , 工作速度范圍大, 且前后橋驅動, 具有很好的越野性能及較大牽引能力, 同時備有機械、液壓、氣動多個動力輸出。M ulticar 的除雪車裝置的結構與非公路車輛基本相同, 采用柴油發(fā)動機, 功率62 kW (或78 kW ) ,采用ZF 專用變速箱作為傳動部件, 前后設置液壓動力輸出和快速懸掛機構, 前后橋驅動, 車輛行駛速度為1～ 85 km/ h。 這兩種車輛在冬季均可裝備撒布化學藥劑融雪裝置和機械除雪裝置, 除雪裝置大約有十幾種, 以螺旋式除雪裝置為多, 其余為犁式。當積雪的厚度在20 mm 以下時, 用螺旋式除雪機作業(yè)是不實用和不經濟的。這時可用除雪板完成堆積作業(yè), 然后由螺旋式除雪機完成拋雪作業(yè)。犁式除雪器具有路面障礙保護機構, 其最佳除雪寬度2 375 mm , 除雪鏟高1000 mm , 分雪的最大角度為36°, 最佳除雪速度15km/h, 最佳生產率47 500 m2/h, 殘留雪厚度不大于10 mm。 這兩種車輛的螺旋式除雪裝置結構型式較多,其中一些具有鼓風機吹雪的功能。螺旋式除雪裝置的主要參數(shù)為: 除雪寬度2 600 mm , 滾筒直徑900mm , 拋雪距離可達16 000mm , 除雪效率約800 t/h ,工作速度小于15 km/h , 拋雪方向180°。 除雪裝置作為一種工作裝置, 拆裝方便。安裝時必須在一塊平整堅固的地面上進行, 并放在一高度為10 cm 的方形墊木上。通過支承輪的調節(jié), 將除雪裝置連接后板稍稍向上傾斜一些, 以便于與主機連接。連接板上安裝有一排快換接頭, 將主機液壓系統(tǒng)與工作裝置液壓系統(tǒng)連接起來。以工程、農業(yè)車輛為主機擴展的除雪機結構緊湊, 機動靈活, 越野性好, 具有行走和作業(yè)兩個速度檔。國外具有代表性的公司為美國BOBCA T (山貓)公司、美國S&S 公司和瑞士STEYR 公司等。其通過前置螺旋式除雪和犁式除雪裝置, 完成除雪作業(yè)。 該類機型以中小型功率為主, 發(fā)動機功率21～ 120kW , 最高行駛速度30 km/h 以下。小型機器具有多功能作業(yè)的特點, 工作裝置可根據(jù)需要進行更換。中型機器多為螺旋式除雪的專用機器。 螺旋式除雪是利用與行駛方向垂直的一個旋轉滾筒將雪切成小塊卷起。并通過一個拋雪豎筒將雪拋走。該拋雪豎筒可以180°轉動。因此可以調整拋雪的方向, 同時利用一個調節(jié)板可將雪裝入載重汽車的貨箱中。除雪滾筒的傳動由液壓馬達或機械傳動軸驅動, 通過聯(lián)軸器帶動一對錐齒輪傳動, 并將動力分至兩側。除雪滾筒具有安全剪切銷, 起安全保護作用, 以避免障礙物卡死除雪滾筒, 造成機器損害與危及人身安全。在每個除雪滾筒上有三個剪切保險銷孔, 但在每個除雪滾筒上只允許安裝一根剪切保險銷。剪切保險銷的用途是當除雪滾筒上的葉片被夾在雪中的障礙物卡住時對滾筒起保護作用。但是剪切銷剪斷后, 雖切斷了動力, 旋轉的滾筒仍然儲存有大量的能量。 我國現(xiàn)階段的除雪機械應該向多功能方向發(fā)展, 除雪機械應能一機多用, 以提高使用率。如對現(xiàn)有的工程農業(yè)機械(裝載機、推土機和拖拉機等) 和環(huán)衛(wèi)機械(清掃車等) 實施技術改造, 在冬季降雪時安裝除雪工作裝置, 進行除雪作業(yè), 其余時間可進行其他工程施工作業(yè)或道路清掃養(yǎng)護作業(yè)等。專用除雪機械應采用機- 電- 液新技術, 實現(xiàn)自動控制和自動保護功能, 避免除雪裝置的損壞。為最大限度地減輕駕駛員的操作強度, 還應改善提高除雪機械的操作性能和舒適性能。 3.4國產除雪機的缺陷 3.4.1.作業(yè)速度低 國外犁式除雪機最大除雪速度達50 km／h，螺旋式除雪機最大除雪速度可達70 km／h。國產CBX一1600型除雪機，最大除雪速度僅為2．15 km／h。 3.4.2.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，國內現(xiàn)有的犁式除雪機，大部分回避路障的能力較差。CL一2．4型公路除雪機，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，還可同時防止避讓鎖鏈因過度避讓而損壞避讓回位彈簧，但還需進一步跟蹤測試、驗證。 3.4.3.對路面保護能力差 當路面凹凸不平時，除雪機作業(yè)時會對路面造成損壞，雖然除雪機對路面的損壞程度目前還沒有一個衡量標準，但國內的除雪機械對 3.5.除雪機市場分析 首先我國幅員遼闊，氣候復雜，四季分明，當南國春曖花開，鳥語花香之時，北國卻是千里冰封，萬里雪飄。改革開放以來，在我國政治、經濟、文化迅猛發(fā)展的帶動下，我國公路、鐵路、機場等設施空前發(fā)展。但由于我國北方每年有三、四個月的冰降期，幾十萬里的道路冰雪嚴重阻礙社會、經濟、文化活動的發(fā)展。這就給冬季道路養(yǎng)護提出了迫切要求。其次，從日本市場看我國除雪機械的發(fā)展動向。日本不僅是個多島小國，還是個多雪國家，積雪地域廣闊。日本國土廳劃定的大雪區(qū)域占國土面積的52%，約20萬平方公里，因 此日本對除雪機械技術和降雪機械非常重視，并在這方面有很大發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，到2007年日本各類除雪機械保有量為45678臺，轉式除雪車8467臺，推土機6364臺，除雪卡車7678臺，除雪平地機5456臺，防凍劑撒布車3135臺。與日本比較而言，我國北方受大雪覆蓋的公路面積約占我國國土面積的20 %還多，也就是20 0多萬平方公里，約等于日本劃定的大雪區(qū)域面積的10倍。據(jù)不完全統(tǒng)計，在這如此廣闊的區(qū)域上，僅運行幾百臺除雪機械，這與我國公路除雪要求相去甚遠。再者，我國道路建設起步晚、發(fā)展快，除雪機械配置普遍較差，人工清掃、自然融化還占據(jù)著重要地位，因此除雪機械在我國有著巨大的市場容量。由于目前筑路機械品種繁多，門類基本齊全，開發(fā)空間相對狹窄。眾多廠家已把目光瞄向路面養(yǎng)護機械，除雪機械的廣闊前景遠沒有被發(fā)現(xiàn)和重視。雖然有幾家參照國外技術研制出一些除雪機械，但與世界先進除雪機械技術相比，無論從規(guī)格、數(shù)量、性能上都有很大差距，尚不能完全適應我國目前公路除雪技術要求。 綜上所述，除雪機械在我國有著巨大的潛在市場，是我國未來道路養(yǎng)護機械開發(fā)的重要方向之一。雖然有些廠家已經介入，但由于資金、科研技術實力所限，只能進行一些初級的開發(fā)。建議有關企業(yè)盡早組建除雪機械課題組，著手技術資料、情報信息的搜集整理工作，為后期開發(fā)做好準備，以便盡早介入除雪機械市場。為企業(yè)持續(xù)、穩(wěn)定的發(fā)展提供技術儲備和保障。 4.總體方案分析與設計 方案1. 根據(jù)不同車型設計一個特殊的固定架6與汽車車架相連接。固定架最小離地高度為300 mm，除雪鏟最大提升高度為450～550 mm，這兩 項尺寸參數(shù)基本上可以保證除雪車通過一定高度的臺階或其他障礙。 1．2．2升降機構與快接機構 如圖1所示，快接板15通過四連桿機構中的連桿4與固定架6相連，在快接板與固定架之間設置一個升降液壓缸7，液壓缸伸縮帶動除雪工作裝置升降。快接板上設置快接銷3，快接銷3與機架上設置的可水平擺動的快接螺栓9共同組成快接機構?？旖訖C構的主要作用是能夠使升降裝置較長時間地保留在車體上，避免頻繁拆卸(不除雪時通過快接機構從機架立板8處斷開，將升降裝置提升至上止點 1．除雪鏟2．緩沖器3．快接銷4．連桿5．汽車6．固定架7．升降液壓缸8．機架立板9．快接螺栓10．鏟刃1 1．橫梁 12．偏轉液壓缸 13．中心銷 14．機架 15．快接板 16．機架加強桿 圖1除雪工作裝置 缺點：功能單一對道路掃雪效果不佳推雪之后會在道路上留下一些浮雪。 方案二： 1.2.1 除雪機與動力連接結構 圖1 為整機結構示意圖。如圖1 所示，根據(jù)不同車型設計一個特殊的固定架2 與汽車車架相連。固定架最小離地高度為250~300 mm,除雪裝置最大提升高度為350~400 mm，該尺寸參數(shù)基本可以保證除雪機通過一定高度的臺階或其他障礙。 1.2.2 除雪裝置升降機構 如圖1 所示，通過四連桿機構4 將連接板5 與固定架2 鉸鏈相連，在連接板5 與固定架2 之間設置升降液壓缸3 帶動除雪裝置升降。 1.2.3 推雪與掃雪機構 如圖1 所示，U 形框架9 由橫梁和橫梁兩端的懸臂組成，橫梁與懸臂均為箱形結構并焊接相連，橫梁后部兩側分別設置帶有自調向結構的仿形支重輪（萬向輪）。升降臂14 的一端與推雪板13 相連，另一端與U 型框架9 相連，推雪板液壓缸11 控制推雪板13 的升降。掃雪滾8 通過螺栓與固定在U型框架9 上的接盤軸相連。U 形框架上部為薄鋼板護罩，該護罩與U 形框架焊接相連。偏轉液壓缸7的一端與連接板5 相連，另一端與U 形框架9 相連，通過偏轉液壓缸7 的伸縮帶動U 形框架9 向左或右偏轉。 設計特點： 本機采用價格較低的小型農用自卸汽車作為配套動力。除雪機與汽車配置方式為前置式，主要由推雪板和掃雪滾組成，推雪板設置在掃雪滾前方。推雪板升降、除雪裝置偏轉均由液壓缸控制，掃雪滾由液壓馬達驅動，可以單獨進行推雪或掃雪作業(yè)，也可以進行推掃聯(lián)合作業(yè)。 通過比較選擇方案二。 5.對課題提出的任務要求及實現(xiàn)預期目標的可行性分析 5.1研究內容 目前實時除雪的理念已經逐漸被人們接受，普通推雪板式除雪機也越來越廣泛應用，并成為城市道路除雪的主要設備。但在實際工作中，我們發(fā)現(xiàn)在一些特殊道路情況下使用普通推雪板式除雪機并不合適，例如：當降雪量較小，雪層厚度小于5mm時；一些大面積鋪設高檔磨光地磚的休閑廣場、步行街道等；路面平整度較差，使用普通推雪板式除雪機遺留殘雪較多時。顯然適合上述幾種情況的除雪設備是掃雪機。目前市場上多使用單一功能的推雪板式除雪機或掃雪機分別完成推雪或掃雪工作。據(jù)統(tǒng)計，除雪設備中配套車輛的資金占整車造價的60％~70％，如果在一臺配套車輛上同時實現(xiàn)推、掃兩種不同的除雪功能就可以節(jié)省一臺配套車輛，從而大大節(jié)省資金投入。本機采用價格較低的小型農用自卸汽車作為配套動力。除雪機與汽車配置方式為前置式，主要由推雪板和掃雪滾組成，推雪板設置在掃雪滾前方。推雪板升降、除雪裝置偏轉均由液壓缸控制，掃雪滾由液壓馬達驅動，可以單獨進行推雪或掃雪作業(yè)，也可以進行推掃聯(lián)合作業(yè)。 5.2實現(xiàn)預期目標的可行性分析 通過對本課題的熟悉和相關資料的查閱，我對本課題有了一個全面的了解，有多數(shù)據(jù)可供參考。四年的大學學習和以往課程設計的經驗，我已具備了機械原理，機械設計等方面的理論知識和實踐經驗，結合自己掌握的試驗及實驗設計分析知識，可以在規(guī)定時間內完成本次畢業(yè)設計. 6.除雪機設計 6.1除雪機與動力連接結構 圖1 為整機結構示意圖。如圖1 所示，根據(jù)不同車型設計一個特殊的固定架2 與汽車車架相連。固定架最小離地高度為250~300 mm,除雪裝置最大提升高度為350~400 mm，該尺寸參數(shù)基本可以保證除雪機通過一定高度的臺階或其他障礙。 6.2犁形前雪鏟曲面及鏟體設計 犁形前雪鏟依靠車體的前進動力將路面積雪清離路面，并使積雪沿鏟體向一側滑移而到達道路邊沿。積雪在鏟體表面的運動形式類似于農用高速犁翻耕出的土塊在犁體表面的運動，但其拋射距離要遠大于土塊，其目的是盡可能地將積雪遠離道路堆置。因此，鏟體曲面應具有農用高速犁的特征。 同時，必須注意到雪鏟與農用犁之間在制造上的巨大差異：農用犁體積很小，通常為批量生產，一般采用鑄造方法加工&而雪鏟體積龐大，為單件生產，從經濟性和結構方面考慮，不允許采用鑄造方法加工，只能采用鈑金焊接的方法加工。因此在選擇雪鏟空間曲面形式上受到加工方法的限制， 即必須采用數(shù)控卷板機可加工曲面作為雪鏟的空間曲面。 調查數(shù)控卷板機可加工曲面類型，對比分析高速犁體曲面類型， 最后確定雪鏟曲面的設計方案為漸開線等螺距螺旋面。 漸開線（如圖1a）上的每一點都繞等螺距螺旋線（如圖1b）的z 軸作同樣的螺旋運動（一方面繞Z軸作相同角速度的圓周運動）另一方面沿z軸作相同速度的勻速直線運動） 時，就形成漸開線等螺距螺旋面。 漸開線等螺距螺旋面的數(shù)學模型為： 式中 &= 常數(shù)，表示曲面上不同的螺旋線，它們具有相同的導程h但有不同的螺旋角常數(shù)表示不同位置的漸開線Ro漸開線基圓半徑 6.3 除雪裝置升降機構 如圖1 所示，通過四連桿機構4 將連接板5 與固定架2 鉸鏈相連，在連接板5 與固定架2 之間設置升降液壓缸3 帶動除雪裝置升降。 6.4 推雪與掃雪機構 如圖1 所示，U 形框架9 由橫梁和橫梁兩端的懸臂組成，橫梁與懸臂均為箱形結構并焊接相連，橫梁后部兩側分別設置帶有自調向結構的仿形支重輪（萬向輪）。升降臂14 的一端與推雪板13 相連，另一端與U 型框架9 相連，推雪板液壓缸11 控制推雪板13 的升降。掃雪滾8 通過螺栓與固定在U型框架9 上的接盤軸相連。U 形框架上部為薄鋼板護罩，該護罩與U 形框架焊接相連。偏轉液壓缸7的一端與連接板5 相連，另一端與U 形框架9 相連，通過偏轉液壓缸7 的伸縮帶動U 形框架9 向左或右偏轉。 推雪板13 的斷面為圓弧和直線相切的曲面設計，圓弧半徑過小會使殘雪沿推雪板傾斜方向的流動性變壞，造成前進阻力增大，排雪不暢；圓弧半徑過大會造成殘雪上沖形成漫溢，影響除凈率。本機推雪板斷面為圓弧半徑500 mm及一段長為150 mm的直線段相切設計。通過試驗和實際使用證明，這一設計參數(shù)基本合理。推雪板工作當中可能會碰到地面障礙，如排污井口、路面裂縫、機動車減速路障等，為保護工作部件遇到意外障礙時不會超載損壞，本機設置了超越式緩沖保護機構。當遇到障礙時，推雪板13 向前翻轉并最終從障礙物上方滑過，越過障礙物后通過復位彈簧12 使推雪板復位。 圖2 為掃雪滾局部斷面結構圖。如圖2 所示，沿無縫鋼管5 徑向均布8 個、沿軸線方向排列6~8個排刷架2。排刷架為長408 mm、中部折彎的條形鋼板，沿條形鋼板長度方向上均勻設置10 個直徑為20 mm 左右的圓孔，將套管3 沿徑向切割出與條形鋼板厚度相同的槽，然后嵌入條形鋼板并與每個圓孔位置對齊后焊接連接。取數(shù)量一定的每匝長度為460 mm 左右的鋼絲或尼龍絲于1/2 處對折并從條形鋼板孔及套管3 中穿過，排刷架2 通過帶有鎖緊裝置的螺栓6 與無縫鋼管5 連接組成掃雪滾。這種掃雪滾結構與傳統(tǒng)的軸向直串式刷毛固定方式不同，它大大簡化了刷毛的拆裝及磨損后更換的復雜過程。 圖3 為掃雪滾與U 型框架連接結構圖。如圖3所示，軸承支承套7 與U 型框架5 系螺栓聯(lián)接。接盤軸6 的一端通過半圓鍵與液壓馬達輸出軸連接，另一端與掃雪滾芯軸2 螺栓連接，掃雪滾芯軸2 與芯軸支承內、外幅板1、4 焊接連接。這種連接結構使掃雪滾的維修、拆裝更加方便。 6.5 鏟刃 鏟刃采用厚度10~12 mm 的65Mn 或60Si2Mn鋼板材料，也可采用其它耐磨材料。選用錳鋼板主要是因為這種材料熱處理后具有較高的硬度和較好的耐磨性，且價格適中，可以有效降低成本。鏟刃是易損配件，磨損到一定程度后需更換新鏟刃。為提高材料利用率，本機鏟刃采用多孔位調節(jié)、可對稱翻轉的使用方式，即鏟刃上對稱設置多排連接孔，當磨損到一定程度后移動到下一排連接孔位連接，最后翻轉180°還可繼續(xù)使用，全部用至極限位置后更換，這樣可以最大限度地提高材料利用率，降低使用成本。 6.6 仿形支重機構 在U 形框架上對稱設置兩個高度可調的仿形支重輪，仿形支重輪有兩個作用，一是正常工作時承載部分整機質量，減少車輛前懸掛載荷，提高整機工作穩(wěn)定性；二是當掃雪滾磨損后可以通過調節(jié)支重輪的升降來限定及保持掃雪滾與地面的最佳距離。 6.7 液壓控制系統(tǒng) 圖4 為液壓系統(tǒng)原理圖。由于推雪板升降、除雪裝置整體升降及U 形框架左右偏轉、汽車貨廂自卸和掃雪滾旋轉等均為液壓控制，增加的液壓執(zhí)行元件較多，因此需對原車液壓系統(tǒng)做較大改動。 如圖4 所示，將原車的單路液壓閥取消，安裝一組帶先導式溢流閥的手動三位六通并聯(lián)組合閥，其中4、5 兩組閥分別控制兩個雙作用液壓缸13 和14 實現(xiàn)推雪板升、降及除雪裝置向左、右偏轉，6、7兩組閥分別控制兩個單作用液壓缸11、12 實現(xiàn)除雪裝置升、降及貨箱自卸，閥8 控制液壓馬達10 驅動掃雪滾旋轉。組合閥布置在駕駛室內由駕駛員操控。 6.8 液壓計算以及器件選擇。 以北京時代金剛568 型自卸汽車為例進行液壓計算，已知所選的液壓馬達排量為100ml/r,供油壓力為p=10MP,輸入流量Q=30L/min,液壓馬達的容積效率，液壓馬達的回油背壓為0.2MPa。試求： （1）液壓馬達的輸出轉矩。 （2）液壓馬達的轉速。 解:液壓馬達的輸出轉矩 液壓馬達的轉速 7.配套動力選擇 7.1 動力選擇 由于除雪對象主要為散雪，因此工作阻力較小。根據(jù)試驗測試結果，雪層厚度100~200 mm，推雪板寬度2000 mm，在平直水泥或柏油路面上浮動推雪所需牽引力約為2.0~3.0 kN（與雪層厚度正相關）。考慮到推掃聯(lián)合作業(yè)時將需要更大的功率，因此可試選目前應用較為普遍的36.7 kW（50 馬力）左右的小型農用自卸汽車作為配套動力。 7.2 動力校核 現(xiàn)以北京時代金剛568 型自卸汽車為例進行動力校核。該機使用485 型柴油發(fā)動機，功率為36.7 kW（50 馬力）/3 000（r/min）。2.2.1 按發(fā)動機額定功率計算最大牽引力T= 9.545 5N / nR （1）式中： T———發(fā)動機額定功率下可提供的最大牽引力，kN； N———發(fā)動機額定功率，kW； n———驅動輪轉速，r/min； R———驅動輪動力半徑，m。 在進行推掃聯(lián)合作業(yè)時，滿負荷情況下驅動掃雪滾最多消耗總動力的40﹪左右，約14.6 kW。可以用于車輛行走及推雪作業(yè)的功率約22 kW。取值：N= 22，n=80，R= 0.28 （相當于行走速度8.44 km/h），代入式（1）得：T= 9.37 kN 2.2.2 按地面附著計算最大牽引力 T0 =f·Q （2） 式中： T0———地面附著可提供的最大牽引力，kN； f ———地面附著系數(shù)； Q ———驅動輪載荷，kN。 取值：f = 0.4，Q = 20 （貨廂內最大加載后的Q 值）， 代入式（2）得： T0 = 8 kN 計算結果為T＞T0 ，可以滿足要求。 7.3 除雪鏟的力學模型及計算 犁式除雪鏟在進行除雪作業(yè)時所受到的總阻力稱為除雪阻力。除雪阻力包括作業(yè)時除雪犁所受到的雪阻力與車輛行走阻力兩部分(圖1、圖2)。 7.3.1除雪鏟轉移的行駛阻力Fm。 Fm=Fn+Fr+Fi+Fb 式中：Fn——空氣阻力； Fr——滾動阻力； Fi——上坡阻力； Fb——加速阻力。 式(2)只計算了行進方向的阻力，實際還有側向空氣阻力，曲線行駛時的轉彎阻力等，這些影響甚小，一般忽略不計。 7.3.2 除雪阻力、附著力除雪功率的計算 除雪作業(yè)總阻力F,是由雪阻力和車輛的行駛阻力合成的。Fs可以分解為：Fsx=Fpx+Fm、側向分力：Fsy=Fpy、垂直分力：Fsz=Fpz 切牽引力Fk指的是在牽引力元件作用下地面產生的作用于行走機構平行于地面并沿著行駛方向的總推力。作用于行走機構的最大且牽引力Fkmax=Fu 為使梨式除雪機正常作業(yè)，其最大牽引力必須大于等于外部阻力之和，即Fkmax。 除雪功率 式中：Fsx---行進方向的除雪阻力。 V---行駛速度 ----傳動效率。 2.理論計算 7.3.3除雪鏟功率計算 除雪寬2m 除雪深0.1m 除雪斷面積S=2*0.1=0.2 積雪密度 行進速度 車輛總質量W=4276kg 行進角 空氣阻力系數(shù) 刃口與路面摩擦系數(shù) 滾動阻力系數(shù) 輪胎與路面附著系數(shù) 車輛正面投影面積A=21 動力傳動效率 鏟體質量 除雪車功率35kw 道路坡度 抗斷應力 7.3.4計算步驟 鏟體除雪阻力計算 （N） 行走阻力計算 Fm=Fa+Ft+Fi+Fb = 除雪車總阻力計算 附著力計算 顯然，F(xiàn)u>Fsx 除雪功率計算 P= 根據(jù)上面的計算可知Fkmax>Fsx，而且除雪車效率35kw大于34kw，所以除雪車可以正常作業(yè)。 36 8. 主要特點及技術性能參數(shù) 8.1 主要特點 本除雪機采用小型農用自卸汽車作為配套動力，可單獨進行推雪或掃雪作業(yè)，也可以進行推掃聯(lián)合作業(yè)，除雪裝置可向左或右偏轉25°，推雪板工作傾角可調。設置超越式緩沖保護機構，可以越過一定高度的障礙物，整機全部為液壓控制。 8.2 主要技術性能參數(shù) 配套動力：50PS 小型自卸汽車 最大除雪厚度（mm） 200。 最大推雪寬度（mm） 2000。 最大掃雪寬度（mm） 2000。 除雪裝置最大偏轉角度（左或右）（°） 25。 行走速度（km/h）10—20km/h。 除雪裝置質量(不含配套車輛)（kg） ≈800。 8.3 結束語 推掃一體式散雪除雪機在單臺配套車輛上實現(xiàn)了兩種不同的除雪功能，提高了車輛的使用效率。由于采用價格較低的小型農用自卸汽車作為配套動力，進一步降低了整機的成本。該機結構簡單，操縱方便，能夠滿足不同的使用要求，是我國北方城市較為理想的機械化實時除雪設備. 參考文獻 [ 1] 　王濤, 張永梅. 國內外路面養(yǎng)護機械的技術水平及發(fā)展趨勢[ J] .建設機械技術與管理, 1997, ( 3) . 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