除雪機(jī)小型清雪機(jī)道路除雪除冰機(jī)除雪機(jī)械設(shè)計(jì)攻關(guān)總結(jié)

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1、 道路除雪除冰機(jī)械研發(fā)技術(shù)課題和攻關(guān)總結(jié) 河北五星電力設(shè)備有限公司特推出仿人力 智能除冰機(jī)械。智能 機(jī)械除冰稿系統(tǒng)，除 冰效果極佳，屬全國首創(chuàng)，螺旋導(dǎo)向清理 冰雪，自動(dòng)將冰雪清理至清掃車一側(cè)；螺 旋導(dǎo)向高強(qiáng)掃輪清掃浮雪并 自動(dòng)將浮雪清 掃至清掃車一側(cè)；駕駛員可通過觀察、控 制除冰鎬工作情況和除冰雪效果；機(jī)械除 冰鎬易磨損的鎬刃置換十分方便， 并且成 本低廉，多功能化設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)除冰、清雪、 掃雪于一體，夏季可將整機(jī)前部拆下并十 分方便的將裝載機(jī)斗安裝上， 可做為裝 載 機(jī)使

2、用，體現(xiàn)整機(jī)設(shè)計(jì)巧妙，利用價(jià)值高， 解決了一般清雪機(jī)的單一性。本產(chǎn)品全新 理念設(shè)計(jì)，功能卓越，已獲得國家多項(xiàng)專 利。是根據(jù)國際和國內(nèi)的最新形勢和市場需求而確定的研究課題。對實(shí) 際的生產(chǎn)和生活有很大的實(shí)際意義。是隸屬于國家攻關(guān)課題 ---- 多 功能鏟雪車研制的一部分。 本次設(shè)計(jì)研究目的 中國北方大部分地區(qū) , 每年有 3～5個(gè)月的降雪期 , 道路積雪給交通運(yùn)輸及人民日常生活帶來許多困難 , 有時(shí)甚至阻斷交通。 近幾年來高等級(jí)公路里程不斷增加 , 及時(shí)有效地清除路面積雪已成為亟待解決、刻不容緩的問題 , 這對于提高車輛的運(yùn)輸效率、避免重大交通事故的發(fā)生 , 具有

3、很大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。目前 , 國內(nèi)除雪作業(yè)多由人工或其它代用機(jī)械完成 , 其勞動(dòng)強(qiáng)度大 , 作業(yè)效率低。進(jìn)口外國先進(jìn)的除雪設(shè)備 , 造價(jià)高且不適合中國國情 ; 而用其它的代用機(jī)械如平地機(jī)進(jìn)行除雪作業(yè) , 則又浪費(fèi)實(shí)用設(shè)備且對路面具有破壞性。所以 , 盡快開發(fā)出適合中國國情的低成本、高效率、且宜大面積推廣應(yīng)用的除雪設(shè)備 , 是一項(xiàng)艱巨而緊迫的任務(wù)。 本次設(shè)計(jì)研究的意義 我國北方大部分地區(qū) , 每年有很長的降雪期 , 道路積雪給交通運(yùn) 輸及人民日常生活帶來許多不便。 尤其凍結(jié)在道路上的積雪與薄冰 , 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)

4、大量人力物力進(jìn)行人工鏟除。采用機(jī)械方法清除是一項(xiàng)急需解決的難題。就 目前國內(nèi)除雪機(jī)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 [1] 。國外的除雪機(jī)功能較全 , 但結(jié)構(gòu)復(fù)雜 , 造價(jià)昂貴 , 且大多不適合國內(nèi)的道路狀況。因此開發(fā)研制適合我國道路情況的集破 冰除雪于一機(jī)的設(shè)備 , 具有十分重大的意義。 國外的除雪機(jī)功能較全 , 但結(jié)構(gòu)復(fù)雜 , 造價(jià)昂貴 , 且大多不適合國內(nèi)的道路狀況。因此開發(fā)研 制適合我國道路情況的集破冰除雪于一機(jī)的設(shè)備 , 同樣具有十分重大的意義。 有關(guān)清雪機(jī)國內(nèi)外研究概況 (1) 有關(guān)清雪機(jī)國內(nèi)外研究概況 目

5、前，世界各個(gè)國家除冰雪的方法中， 應(yīng)用最普遍的是溶解法和 機(jī)械法。溶解法是依靠熱作用或撒部化學(xué)藥劑使冰雪融化。其優(yōu)點(diǎn)是除凈率高，但是它的成本很高。而且容易造成環(huán)境污染。雖然環(huán)保型融雪藥劑已經(jīng)問世，對環(huán)境和植被的影響減少了，但是并未徹底根除。因此使用范圍受到一定限制。 機(jī)械法是通過機(jī)械作用直接作用解除冰雪危害。雖然除凈率較低，但是對環(huán)境和植被無任何影響。能實(shí)現(xiàn)冰雪的異地轉(zhuǎn)移。應(yīng)用范圍比較廣。因此，筆者認(rèn)為：清除冰雪必須以機(jī)械法為主，以溶解法為輔助，才能達(dá)到快速和環(huán)保的除雪效果。 我國對除雪機(jī)械的開發(fā)、生產(chǎn)都比較晚，因此還處于起步階段。目前，我國的城市道路和公路冬季除雪大部分仍

6、沿用傳統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)方式，即人工作業(yè)和小型的除雪機(jī)械相結(jié)合的方式。高速公路和一級(jí)公路開始使用大型專用除雪機(jī)械，進(jìn)行冬季養(yǎng)護(hù)。但是，除雪機(jī)械在數(shù)量和品種規(guī)格上還很少，所以除雪設(shè)備大部分依賴進(jìn)口。機(jī)械化程度和總體水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家。只是最近幾年國內(nèi)的廠家才參照國外的先進(jìn)技術(shù)研制了適合我國國情的除雪機(jī)械。 綜觀國內(nèi)外的除雪機(jī)械，其類型總的來說有三種類型： 1) 犁式除雪機(jī) 犁式除雪機(jī)的工作裝置一般安裝在主機(jī)的前端， 是所有除雪機(jī)中應(yīng)用最為廣泛、起源最早的除雪設(shè)備。主要使用于未被壓實(shí)的新降 集雪，其厚度為 300mm以下。犁板有整體式和分段式，有 V型犁和 U型犁之分。其特點(diǎn)是：

7、多數(shù)采用了雙搖桿機(jī)構(gòu)，避讓效果明顯，越障 高度較大，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可以在硬質(zhì)雪區(qū)工作。有的還增加了滑靴和滾輪等裝置，用來減少或消除鏟刃對地面的作用力，保護(hù)了地面，減少了刀刃的磨損。 具體類型有： ① 單向犁 ----- 除雪犁以固定角度裝在除雪車前部。 ② V 型犁 ----- 主要結(jié)構(gòu)和工作原理與單向犁相同，只是結(jié)構(gòu)呈左右對稱，形成 V形。 ③ 變角度犁 ------ 指犁的排雪方向和行進(jìn)角度可以改變的除雪機(jī)械。 ④ 復(fù)合犁 ------ 又叫鉸接雪犁，采用兩翼結(jié)構(gòu)，中間垂直鉸鏈可以自由改變形狀，形成單向犁、 V型犁、變角度犁等犁形。

8、 比較典型的產(chǎn)品有： 徐州裝載機(jī)長的專利產(chǎn)品 ------ 調(diào)壓自動(dòng)越障式除雪裝置。鄭工、柳工和沈陽山河等廠家生產(chǎn)的 ZL50型除雪機(jī)。由于該類除雪機(jī)械擁有結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、價(jià)格低廉等特性，因 此受到廣大用戶的認(rèn)可，得以廣泛的使用。 2) 旋切式除雪機(jī)械 旋切式除雪機(jī)械工作方式為自行式和懸掛式兩種。 主要有離心式 物料風(fēng)機(jī)、風(fēng)道、拋雪筒、護(hù)板和螺旋型集雪器等部分組成。結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜。工作時(shí)借助主機(jī)或者專用底盤的動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，將集雪器聚攏的雪由風(fēng)道、拋雪筒拋出去。拋出距離和角度可以根據(jù)需要自己調(diào)整。在清除雪障時(shí)旋切式除雪機(jī)械有明顯的優(yōu)勢。但是無

9、法清除壓實(shí)的積雪。 具體類型有： ① 螺旋式 ----- 螺旋軸鼓上的葉片呈左右旋向， 左右旋向的葉片 在軸線中部結(jié)合形成 U形拋雪槽， U形拋雪槽低部稍微向后傾斜，內(nèi)側(cè)光滑，工作時(shí)軸鼓上的葉片刀刃切削破碎積雪，并將積雪集中送到中部 U形槽內(nèi)拋出。 ② 轉(zhuǎn)子式 ----- 主要以清除新雪為主要作業(yè)對象。 轉(zhuǎn)子葉片可以 完成切雪、扒雪和拋雪。 ③ 單螺旋轉(zhuǎn)子式 ------- 有轉(zhuǎn)子和一根螺旋組成。 螺旋水平布置 在轉(zhuǎn)子前，螺旋葉片作成左右旋向，當(dāng)螺旋周轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，把兩邊的積雪送到中間，再由轉(zhuǎn)子拋出。 ④ 雙螺旋轉(zhuǎn)子式 ------- 雙螺旋轉(zhuǎn)子式的工

10、作裝置的兩螺旋上、 下平行地置于轉(zhuǎn)子前面。 ⑤立軸螺旋轉(zhuǎn)子式 ------- 該工作裝置將螺旋豎放在轉(zhuǎn)子兩側(cè)， 螺旋葉片為左右旋向，工作時(shí)雪的移動(dòng)方向?yàn)樯舷逻\(yùn)動(dòng)。 河北五星電力設(shè)備有限公司 WX-2012 型冰雪清除機(jī) (除 冰清雪 車)具備操作簡便， 維護(hù)維修方便快捷， 故障少等 特點(diǎn)，各個(gè)破碎鏟都是獨(dú)立工作的，即使個(gè)別破碎鏟出 現(xiàn)故障不影響整機(jī)操作，低能耗；是大型清雪機(jī)每小時(shí) 燃料的十分之一采用橡膠履帶行走裝置保 證坡路和光滑 的冰雪層上作業(yè)。根據(jù)用戶要求 2010 年又采用了 ZL-20 加高型輪式裝載機(jī)作為該機(jī)的配套主機(jī)，

11、 使其在清雪季 節(jié)過后還可清楚小區(qū)內(nèi)的垃圾、建筑工地的施工作業(yè)、 可牽引運(yùn)送垃圾的液壓翻斗車等環(huán)衛(wèi)車輛。液壓管路采 用快換接頭方式、安裝方便快捷、大大提高了該機(jī)利用 率85% 以上。 液壓轉(zhuǎn)向，密封駕駛室， 配置有供暖系統(tǒng)，視野開闊， 操作環(huán)境舒適。 可根據(jù)用戶需要制造1-3 米系列機(jī)型。 五星冰雪除冰機(jī)的主要參數(shù) 發(fā)動(dòng)機(jī)型式立式、四缸、水冷、直噴燃燒室 ? 標(biāo)定功率 KW（護(hù)坡） 48 （65） ? 裝載機(jī) 44（ 60 ）標(biāo)定轉(zhuǎn)數(shù) r/min24002600 前進(jìn)擋速度 km/h1.02-9.5 倒檔 km/h0.67-2.55 工 作幅寬（米）1-3破碎厚

12、度（mm ）40破碎面 積（m2 ）/h2500-6000 刮除面積（ m2 ） /h23000- 整體尺寸長（ m） 5.3裝載機(jī) 7000 寬（ m）2.933000 高（ m ）2.853000整機(jī)重 量（kg ）30004000 燃油箱容積（ L）120 液 壓油箱容積（ L） 80 小型自動(dòng)除冰掃雪機(jī)工作原理 基本結(jié)構(gòu)：目前小型機(jī)械式清雪車主要由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置、集雪裝置、拋雪裝置、行走

13、系統(tǒng)和操作系統(tǒng)組成。原動(dòng)機(jī)可以采用電機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)，目前大多采用汽油機(jī)或柴油機(jī)；集雪裝置用來收集積雪，主要采用推雪鏟或螺旋狀攪龍；拋雪裝置是將收集的積雪拋到路的一側(cè)或收集裝置中。主要的方式有拋雪葉輪和鼓風(fēng)機(jī)兩種；行走裝置是來實(shí)現(xiàn)機(jī)器的前進(jìn)，有手推式和自走式兩種；操作裝置主要控制設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)和行進(jìn)方向。 我國的地理環(huán)境復(fù)雜， 各個(gè)城市道路建設(shè)布局各異， 冬季降雪情況不同，在除雪設(shè)備的選取上也不盡相同，因此要開發(fā)出大型、小 型的各種除冰雪機(jī)械，以滿足不同地區(qū)和工況的除冰雪要求。同時(shí)要開發(fā)出效率高的機(jī)械，避免除雪作業(yè)造成路面交通擁擠。例如， 東北有些城市規(guī)定： 對于市區(qū)內(nèi)主干道， 雪停止

14、 24H后需運(yùn)出城市外。 ③ 加強(qiáng)行業(yè)間的技術(shù)交流與合作。走共同研發(fā)之路。 各個(gè)廠家根據(jù)自己的實(shí)際情況開發(fā)出的產(chǎn)品各有優(yōu)缺點(diǎn)， 為了加快除冰雪機(jī)械的開發(fā)和應(yīng)用，應(yīng)加強(qiáng)企業(yè)間的合作，集中財(cái)力、物 力和人力走共同發(fā)展之路，實(shí)現(xiàn)除冰雪的機(jī)械化。 1.2 本設(shè)計(jì)預(yù)期達(dá)到的目標(biāo) 在ZL40型裝載機(jī)的前端安裝除雪裝置 ----- 斜刃螺栓連接式壓磙除厚冰雪裝置。 采用斜刃式除雪裝置， 使冰雪在破冰刀刃的作用下破碎。 壓磙與 ZL40型裝載機(jī)大臂相連。設(shè)計(jì)出包括鏟及其連接機(jī)構(gòu)。畫出全部圖紙：裝配圖、部件圖、零件圖、總明細(xì)表。 設(shè)計(jì)時(shí)要保證相應(yīng)構(gòu)件的

15、可靠性，所以要進(jìn)行相應(yīng)的力學(xué)分析、設(shè)計(jì)計(jì)算 、方針模擬等。并要求用計(jì)算機(jī)軟件對重要部件進(jìn)行詳細(xì)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。設(shè)計(jì)相關(guān)的軟件。 通過這次設(shè)計(jì)，要不僅溫習(xí)好大學(xué)四年所學(xué)的大不分的理論知識(shí)，還要培養(yǎng)工程實(shí)際應(yīng)用的能力，鍛煉實(shí)際的動(dòng)手和全局的駕御能力。對裝載機(jī)和除雪機(jī)械有更深的認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)在此方面的設(shè)計(jì)能力。 第 2 章 路面冰雪清除機(jī)機(jī)理研究 2.1 冰雪的物理機(jī)械性質(zhì) 路面冰雪清除機(jī)械的行走機(jī)構(gòu)以及清除冰雪的工作裝置與路面上的冰雪相接觸。冰雪的形成特性及其物理機(jī)械性質(zhì)在相當(dāng)

16、大的程度上決定著清除路面上冰雪的方法，要研究行走機(jī)構(gòu)和工作裝置與冰雪的相互作用關(guān)系，首先要分析冰雪的物理機(jī)械性質(zhì)。 冰雪的基本特征之一是它的密度， 其變化范圍很大， 如表 2.1 所示。硬度是雪的物理機(jī)械性質(zhì)的主要指標(biāo)之一，表示冰雪阻止其它 物體壓入的特性，其數(shù)值是根據(jù)它的密度和狀態(tài)決定的，如表 2.2 所示。雪的硬度、密度和溫度之間存在著如圖 2.1 所示的關(guān)系，溫度愈低，硬度愈高；密度愈大，硬度愈高 [4] 。 后面對路面冰雪清除機(jī)的工作阻力以及牽引力進(jìn)行計(jì)算時(shí)， 需要知道雪的機(jī)械性質(zhì)，表示雪的機(jī)械性質(zhì)的指標(biāo)通常是內(nèi)外滑動(dòng)摩擦系數(shù)、切削阻力系數(shù)、附著系數(shù)和行駛阻力系數(shù)。

17、 表 2.1 雪的密度 雪的狀態(tài) 密 度（ g/cm3） 新下的雪 0.10 ～0.15 落下 30 天的雪 0.20 ～0.30 大于 30 天的雪 0.34 ～0.42 密實(shí)的雪 0.40 ～0.60 冰雪混合 0.60 ～0.75 冰 0.90 雪的摩擦性質(zhì)決定于它的內(nèi)外摩擦系數(shù)。 根據(jù)雪的狀態(tài)， 它的內(nèi)外摩擦系 數(shù)分別列于表 2.3 和表 2.4 。 表示雪的切削阻力的指標(biāo)， 一般是用切削阻力系數(shù) k0，它是切斷橫斷面等于 1 ㎡的冰雪層所必需的力， k0 的大小載入表 2.5 中。 路面上積雪之后， 大大地改

18、變了路面的使用特性。 對于冬季養(yǎng)護(hù)道路的機(jī)器進(jìn)行牽引計(jì)算時(shí)，必須知道機(jī)器沿著各種冰雪路面行走 時(shí)的滾動(dòng)阻力系數(shù)和 附著系數(shù)。輪胎與冰雪路面間的附著系數(shù)  c 載入表  2.6 。 行駛阻力系數(shù)，一般較外摩擦系數(shù)大，因?yàn)樗粌H產(chǎn)生摩擦，而且還擠壓 雪。輪式和履帶式車輛的行駛阻力系數(shù)按表 2.7 選取。 表 2.2 雪的硬度 雪的狀態(tài) 雪的密度（ g/cm3） 當(dāng)溫度由 -1 ～-20 OC時(shí)雪的 硬度（ kPa） 松 軟 的 小于 0.25 小于 50 弱密實(shí)的 0.26 ～0.35

19、60～100 密 實(shí) 的 0.36 ～0.50 210～2000 很密實(shí)的 0.51 ～0.60 380～3000 圖 2.1 雪的硬度與密度和溫度的關(guān)系 2.2 路面冰雪清除機(jī)基本方案、原理 對于路面冰雪的清除， 人們曾嘗試了各種清除原理和方案， 這些原理和方案有的已在實(shí)際中使用，有的則還在探索和完善中。例如，對于清除未被壓實(shí)的浮雪， 犁式清雪機(jī)和轉(zhuǎn)子式清雪機(jī)已在應(yīng)用中，二者分別

20、采用了推移和旋切的原理。對于被壓實(shí)的雪、冰或冰雪混 合物，采用的清除原理有鏟剁、錘擊、等，但這些方法經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明要么原理不完善，要么清除壓實(shí)冰雪的效果不，有待于進(jìn)一步完善。 針對上述情況，本文嘗試提出了一種對路面上壓實(shí)的冰雪進(jìn)行擠壓、切削、破碎的技術(shù)原理。這一思想的來源可聯(lián)想到金屬切削加工，如銑床的銑刀切削 表 2.3 內(nèi)摩擦系數(shù) μ2 度（ OC） 雪的密度 雪 的 溫 （g/ ㎝ 3） 0 附近 -1 ～-6 -10 以下 0.12 0.24 0.29 0.34 0.20 0.30 0.33 0.36

21、 0.30 0.35 0.39 0.46 0.40 0.40 0.44 0.50 0.47 0.42 0.47 0.53 0.56 0.45 0.50 0.57 表 2.4 外摩擦系數(shù)（對鋼） μ1 雪 的 密 雪 的 溫 度（ OC） 度 -2 ～-4 -16 ～-30 -1 ～0 （ g/ ㎝ 3） 0.1 0.10 0.14 0.18 0.2 0.085 0.097 0.11 0.3 0.07 0.

22、08 0.09 0.4 0.055 0.065 0.075 0.45 0.048 0.048 0.056 0.50 0.025 0.033 0.040 加工金屬件。根據(jù)這一思想，確定基本方案 首先選擇一種汽車或自行式工程機(jī)械作為動(dòng)力機(jī)。 在我國，由于冬季降雪時(shí)間只占全年的三分之一， 根據(jù)我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，單獨(dú)設(shè)計(jì)清除冰雪動(dòng)力機(jī)一機(jī)一用，機(jī)械閑置時(shí)間太 長，造成浪費(fèi)。為此，本文以裝載機(jī)為動(dòng)力機(jī)來研究清除冰雪工作裝置。 根據(jù)對路面上壓實(shí)的冰雪進(jìn)行擠壓、 切削、破碎的基本思想，清除冰雪工作裝置可以由托架

23、、帶有刀刃的碾壓滾組成，能夠與鏟斗互換，冬季除冰雪時(shí)取下鏟斗換上該裝置，清除被壓實(shí)了的冰雪，其他季節(jié)裝上鏟斗，實(shí)現(xiàn)裝載機(jī)的多功能使用。作為動(dòng)力機(jī)的裝載 機(jī)，我們可以選擇現(xiàn)有的國產(chǎn)機(jī)型如 ZL30、ZL40、ZL50 裝載機(jī)。 本文確定 ZL40E裝載機(jī)作為動(dòng)力機(jī)進(jìn)行分析研究和計(jì)算。 根據(jù)對路面上壓實(shí)的冰雪進(jìn)行擠壓、 切削、破碎的基本思想，清除冰雪工作裝置可以由托架、帶有刀刃的碾壓滾組成，能夠與鏟斗互換，冬季除冰雪時(shí)取下鏟斗換上該裝置，清除被壓實(shí)了的冰雪，其他季節(jié)裝上鏟斗，實(shí)現(xiàn)裝載機(jī) 表 2.5 雪的切削阻力系數(shù) k 0

24、雪的狀態(tài) 雪的密度 雪 的 溫 度（ OC） ρC -1 ～-3 -4 ～-22 低于 -22 （g/ ㎝ 3 ） 天 然 狀 態(tài) 松軟的 0.12 ～ 0.7 ～1.8 0.2 ～ 0.4 ～1.2 弱密實(shí)的 0.18 2.0 ～4.0 0.8 2.0 ～5.0 小粒冰雪形成 0.20 ～ 3.0 ～6.0 1.5 ～ 5. ～10.0 密實(shí)的 0.28 4.0 ～7.0 3.0 5.0 ～9.0 大粒冰雪形成 0.

25、30 ～0.36 4.0 ～ 密實(shí)的 0.28 ～0.35 7.0 3.0 ～6.0 人 工 狀 態(tài) 弱密實(shí)的 0.30 ～ 5.0 ～ 8.0 密實(shí)的 0.40 12.0 25.0 很密實(shí)的 0.45 ～ 10.0 ～ 15.0 0.52 25.0 0.0 0.55 ～ 20.0 ～ 30.0 0.65 35.0 80.0  ～ 5.0 ～35.0 30.0 ～80.0 ～ 70.0 ～ 13

26、0.0 ～ 表 2.6 輪胎與冰雪路的附著系數(shù) 雪的狀態(tài) 輪胎類型 附著系數(shù) φC 密實(shí)凍結(jié)的雪 低壓胎 0.20 ～0.35 密實(shí)凍結(jié)的雪 高壓胎 0.20 ～0.25 密實(shí)解凍的雪 低壓和高壓胎 0.10 ～0.20 壓實(shí)的凍結(jié)雪 高壓胎 0.209 壓實(shí)的解凍雪 高壓胎 0.176 解凍的雪 低壓胎 0.06 ～0.08 表 2.7 行駛阻力系數(shù) 雪 的 狀 雪的密度 阻 力 系 數(shù) f 態(tài) g/ ㎝ 3） 輪 胎

27、 履 帶 松軟的 0.15 ～0.25 0.2 ～0.25 0.2 松 軟 潮 0.15 ～0.25 0.3 0.2 濕的 0.25 ～0.35 0.15 ～0.2 0.1 輕 碾 壓 0.4 ～0.6 0.08 ～0.1 0.05 的 0.7 0.06 ～0.08 0.07 ～0.1 碾壓的 冰雪 的多功能使用。作為動(dòng)力機(jī)的裝載機(jī)，我們可以選擇現(xiàn)有的國產(chǎn)機(jī) 型如 ZL30、ZL40、ZL50 裝載機(jī)

28、。 本文確定 ZL40E 裝載機(jī)作為動(dòng)力機(jī)進(jìn)行分析研究和計(jì)算。其主要性能參數(shù)如下： 3 2.1 額定斗容量（ m） 額定裝載質(zhì)量（㎏） 4000 整機(jī)操作質(zhì)量（㎏） 12500 軸距（㎜） 3020 輪距（㎜） 1980 最大崛起力（ kN） 136.0 最大牽引力（ kN） 110.5 水平通過半徑（ mm） 6322 轉(zhuǎn)向半徑（ mm） 5686 發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào) X6110ZG3-22 標(biāo)定 1h 功率 (kW) 113.9 額定轉(zhuǎn)速（ r/min ）

29、2200 行駛速度（ km/h） Ⅰ:14.46 Ⅱ:46.35 最大爬坡能力（） 30 車體最大轉(zhuǎn)向角（） 左、右各 38 本次設(shè)計(jì)基本方案如圖 2.2 所示，由托架、帶有刀刃的碾壓滾 組成的冰雪清除工作裝置替換鏟斗，碾壓滾上的滾刀破冰，司機(jī)控 制滑靴調(diào)節(jié)滾刀切入深度，以免損傷路面。

30、 圖 2.2 路面冰雪清除機(jī)方案 動(dòng)力機(jī)在行走的過程中帶動(dòng)碾壓滾滾動(dòng)。 碾壓滾滾動(dòng)時(shí)， 由于碾壓滾上帶有刀齒，碾壓滾靠自身的重量，附著在冰雪面上，刀齒切 入經(jīng)碾壓后形成的很厚的冰或冰雪混合物后，對其產(chǎn)生擠壓切削破碎作用。 裝載機(jī)是一種用途十分廣泛的工程機(jī)械， 它的優(yōu)點(diǎn)之一是可按實(shí)際需要更換工作裝置。將清除冰雪裝置換上后，即變成了路面冰雪清除冰機(jī)械。本次設(shè)計(jì)選用 ZL40E 裝載機(jī)作為動(dòng)力機(jī)，將路面清除冰雪裝置替換鏟斗后即為路面冰雪清除機(jī)。 路面冰雪清除機(jī)的關(guān)鍵部件是它的工作裝置。 該裝置由兩部分組成，即：托架和帶有刀刃

31、的碾壓滾。碾壓滾與托架連接，托架與裝 載機(jī)動(dòng)臂和轉(zhuǎn)斗拉桿相連。利用裝載機(jī)的牽引力推動(dòng)碾壓滾滾動(dòng)。 碾壓滾形狀呈圓柱形， 碾壓滾上用螺栓有一定數(shù)量的刀齒， 刀齒與圓柱面形成一定的角度。裝載機(jī)啟動(dòng)前，碾壓滾靠自身的重量附 著在冰雪面上，同時(shí)對冰雪面產(chǎn)生壓力，啟動(dòng)后由于裝載機(jī)的牽引力，推動(dòng)碾壓滾向前滾動(dòng)。由于壓力的作用，刀齒產(chǎn)生切削力切人冰雪層內(nèi)。由于滾動(dòng)是連續(xù)的，所以刀齒對冰雪層產(chǎn)生了連續(xù)的切削擠壓，使冰雪層破碎并與地面分離。具體結(jié)構(gòu)和參數(shù)見第三章和第四章結(jié)構(gòu)分析部分。 當(dāng)?shù)孛姹雍苡埠芎駮r(shí)， 單靠碾壓滾自身的重量對冰雪產(chǎn)生的壓力使刀齒產(chǎn)生的切入力不夠

32、，清除冰雪效果可能不十分理想。這時(shí)可以考慮： (1) 在冰雪清除工作裝置滾筒內(nèi)部加配重，裝置對冰雪的壓力加大，刀齒的切入力也加大。 (2) 通過司機(jī)操縱轉(zhuǎn)斗油缸動(dòng)作減小或加大對冰雪的切削壓力。當(dāng)操縱轉(zhuǎn)斗油缸使裝載機(jī)前輪離地時(shí)， 裝置產(chǎn)生最大的對冰雪壓力，此時(shí)除裝置本身重量外，動(dòng)力機(jī)機(jī)重的一半亦加在了冰雪清除裝置 上，使刀齒產(chǎn)生更大的對冰雪的切削力。 2.3 整機(jī)分析及裝置重量的確定 整機(jī)的組成 路面冰雪清除機(jī)的總體分析和設(shè)計(jì)就是根據(jù)其用途合理地選擇和確定各總成的結(jié)構(gòu)型式、性能參數(shù)及整機(jī)尺寸等，并進(jìn)行合理的布置。 本次設(shè)計(jì)由于是把 ZL4

33、0E裝載機(jī)作為動(dòng)力機(jī)，所以需要考慮的是把清除冰雪裝置與動(dòng)力機(jī)有機(jī)的結(jié)合在一起。路面冰雪清除機(jī)主 要由兩大部分組成（見圖 2-2 ）：1、動(dòng)力機(jī)（裝載機(jī)） 2、清除冰雪裝置（托架、帶有刀刃的碾壓滾） 。 機(jī)器的性能不僅取決于動(dòng)力機(jī)、 清除冰雪裝置各自性能的好壞，而更重要的是取決于這兩大部分性能的相互協(xié)調(diào)。 性能的協(xié)調(diào)如何，則取決于總體參數(shù)及整機(jī)匹配情況及其布置的合理性。 針對前述的基本方案并考慮動(dòng)力機(jī)的基本參數(shù)，確定本設(shè)計(jì)中路面冰雪清除機(jī)的主要性能指標(biāo)如下： 1） 最大清除冰雪厚度： 不小于 100 mm ； 2） 單程清除冰雪寬度：

34、 3） 作業(yè)速度： 16 4） 清除冰雪效率（按面積計(jì)算） 5） 冰雪清除裝置質(zhì)量（最大配重） 6） 整機(jī)質(zhì)量 ( 最大 ) 12500 kg  2268 mm ； ～47 km/h ； 不小于 95% ； 3600 kg ； 。 清除冰雪裝置重量 冰雪清除裝置替換掉 ZL40E裝載機(jī)鏟斗。裝置與鏟斗的工作狀況不同，其計(jì)算工作阻力的方法也不相同。鏟斗在工作時(shí)，受到來自前方土壤的阻力，作用在斗刃、斗底、側(cè)板等部位，由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。本次設(shè)計(jì)的冰雪清除裝置隨裝載機(jī)主機(jī)一邊向前滾動(dòng)，一邊切削地面上的冰雪，其受到的阻

35、力大小和重量的確定與鏟斗不同。 冰雪清除裝置重量的確定有三個(gè)基本要求： (1) 裝置的重量不得大于動(dòng)力機(jī)（原裝載機(jī)）的額定起重量 Q （ kN），否則機(jī)器將失去縱向穩(wěn)定性； 冰雪清除裝置的結(jié)構(gòu)尺寸不得與動(dòng)力機(jī)前車架、 前橋、車輪干涉； (2) 由裝置所產(chǎn)生的刀刃上的切削力應(yīng)足夠大，且大于冰雪的切削比阻力。 根據(jù)上述三個(gè)條件進(jìn)行冰雪清除裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。裝置由刀刃﹑滾 圈﹑輪榖﹑軸﹑端蓋﹑托架﹑配重組成。配重裝置在滾圈內(nèi)部。其 具體結(jié)構(gòu)見第三章部分圖 3.1 。按圖可分別得到各零部件重 量： ①滾圈：10004N ②輪轂： 36

36、46N ③軸： 1052N ④軸套： 720N ⑤托架梁 : 8472N ⑥配重 : 6385N ⑦其它零部件： 5721N 裝置不加配重重量： G0=29615N 裝置加配重重量： G 1=36000N 由裝置結(jié)構(gòu)和在整機(jī)上的安裝可知結(jié)構(gòu)上不存在干涉現(xiàn)象。 裝置加配重重量 G=36000(N)，小于我們所選動(dòng)力機(jī) ZL30 裝載機(jī)的額定起重量 Q=40000(N)。由裝置重量所產(chǎn)生的切削力將在第四章中加以討論。 第 4 章 齒刀的研究 4.1 齒刀在

37、碾壓滾上的排列﹑數(shù)量﹑間距 齒刀是清除冰雪裝置上的重要零件， 齒刀設(shè)計(jì)的好與壞將直接影 響到整機(jī)清除冰雪的效果。 在冬季，高速公路、普通公路、市區(qū)道路上積雪由于清掃不及時(shí)， 而被碾壓成冰或冰雪混合物狀態(tài)。這層冰雪由于受到溫度的變化和外力擠壓密度很大。由于地面上有灰塵等其他雜質(zhì)的存在，這層冰雪與地面的粘連不是十分緊密的，因此只要冰雪層被破碎，形成面積較小的碎塊，就能自動(dòng)與地面剝離。我們在分析齒刀的數(shù)量及間距時(shí)主要是依據(jù)冰雪的這種特點(diǎn)。 刀齒的排列方式及數(shù)量將直接影響到工作裝置的清除冰雪效果。齒刀過密、間距過小甚至沒有間距， 雖然刀齒受力減小，但從壓 實(shí)冰雪的特

38、點(diǎn)來看，造成整機(jī)成本增加，是沒有必要的。另外，周向布置排數(shù)過多、過密造成前排刀齒還沒有切入冰層，后排刀齒已與冰雪面接觸，連續(xù)工作情況下，不是有效的除去冰雪，而是象一個(gè)機(jī)動(dòng)車的防滑裝置。 布置排數(shù)過少，齒刀過稀，間距過大，使刀齒切入冰雪層后，不能產(chǎn)生有效的擠壓，造成部分區(qū)域冰雪層不能被破碎，形不成小碎塊，冰雪層難與地面分離。清除冰雪效果不好，工作效率低。 齒刀碾壓滾組組件如圖 4.1 所示。 刀齒在滾子軸向共布置 12 排，滾子分兩節(jié)，每節(jié) 6 排。輪緣上每圈均勻布置 13 個(gè)刀片，相鄰圈上的刀片錯(cuò)開 1/2 間距排列。刀片總數(shù)量 156 片。 整機(jī)啟動(dòng)后， 當(dāng)?shù)谝慌琵X切

39、入冰雪面后，造成冰雪層松動(dòng)，如果各排齒間距過大，在工作面上看到的只能是一排排印痕，起不到對冰雪的破碎作用。由于滾動(dòng)是連續(xù)的，當(dāng)后排齒連續(xù)切入冰雪面時(shí)，因?yàn)楦髋诺洱X錯(cuò)開 1/2 齒距排列，單位面積上的冰雪層同時(shí)有若干個(gè)刀齒切入，單位面積切入力加大，造成有效工作面積內(nèi)冰雪層完全破碎而與地面分離。 4.2 齒刀幾何參數(shù) 齒刀與滾筒的連接可以采用兩種方式， 即焊接和螺栓連接。 焊接方式強(qiáng)度高，螺栓連接易于更換刀齒。本次設(shè)計(jì)采用螺栓聯(lián)結(jié)方式。其結(jié)構(gòu)與尺寸見圖 4.2 所示。 齒刀材料選取 1 6Mn,因刀具角度是切削性能的重要參數(shù)，通過分析比較，確定了齒。刀的幾個(gè)關(guān)鍵角度。

40、齒刀前角為 20，后角 72，齒刀在滾筒上的安裝采用前傾式， 安裝角 160。 圖 4.1 壓滾組件 4.3 切削力計(jì)算 由表 2-5 知，密實(shí)冰雪（ ρ≥0.55 ～0.65g/m 3）在 -20 ℃以下的切削阻力系數(shù) [p]= （70-130 ）kPa 。冰雪清除裝置上的齒刀對冰雪的切削力等于裝置的重量除以刀刃的接地面積。 冰雪清除裝置加配重對冰雪產(chǎn)生的壓力 p 1=G1/A=36000/(2.268 0. 01)=1587.3 kpa ＞

41、[p] （ 4.1 ） 由此可知，冰雪清除裝置對冰雪產(chǎn)生的切削力在兩種情況下均大 于冰雪的切削比阻力。 圖 4.2 刀齒結(jié)構(gòu)與參數(shù) 第 5 章 主要零件校核計(jì)算 5.1 軸承的校核計(jì)算 當(dāng)量動(dòng)載荷的校核 在本次設(shè)計(jì)中，軸與支架之間的聯(lián)結(jié)選用深溝球軸承 6220，其主要參數(shù)為軸承參數(shù)： 軸承內(nèi)徑： 100 （m

42、m） 軸承外徑： 180 （mm） 軸承寬度： 34 （mm） 額定動(dòng)載荷： 94000(N) 額定靜載荷： 79000(N) 潤滑方式： 脂潤滑 極限轉(zhuǎn)速： 4300(r/min) 第8章 結(jié) 論 本次設(shè)計(jì)對如何有效清除路面壓實(shí)冰雪的技術(shù)進(jìn)行了研究。 根據(jù)對路面上壓實(shí)的冰雪進(jìn)行擠壓、切削、破碎的基本思想，分析和研 究了路面冰雪清除的機(jī)理和方案，對樣機(jī)進(jìn)行了理論分析，整機(jī)匹配分析，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算等工作。通過大量理論分析研究和試驗(yàn)研究主要得出以下結(jié)論： (1) 根據(jù)路面冰雪的物理機(jī)械性質(zhì)，提出了對路面上壓實(shí)

43、冰雪進(jìn)行擠壓、切削、破碎的技術(shù)思想，研究結(jié)果表明，這一技術(shù)原理和思路是正確的。 (2) 本文以 wx28 裝載機(jī)為動(dòng)力機(jī)，配以碾壓滾為清除冰雪工作 裝置，利用擠壓、切削實(shí)現(xiàn)對壓實(shí)冰雪的破碎和清除，可以達(dá)到了較理想的清除冰雪效果。 (3) 試驗(yàn)研究結(jié)果表明，本文對路面冰雪清除機(jī)機(jī)理分析正確，方案確定合理，理論分析和計(jì)算正確，整機(jī)各個(gè)部分相互匹配，所提出的清除冰雪工作裝置工作阻力的經(jīng)驗(yàn)公式是可用的。路面冰雪清除裝置的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如碾壓滾的結(jié)構(gòu)和參數(shù)以及刀齒的結(jié)構(gòu)和參數(shù)的確定是合適的。 (4) 路面冰雪清除裝置與動(dòng)力機(jī)連接方便。只需通過裝拆鉸支座銷軸即可完

44、成冰雪清除裝置與動(dòng)力機(jī)的結(jié)合及脫離，極其簡單、快速和方便，工作時(shí)只需更換工作裝置，實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用，大大降低成本，適合我國國情。 (5) 研究結(jié)果證明，滾刀式路面冰雪清除機(jī)械是清除路面壓實(shí)冰雪較理想的設(shè)備，有廣泛的應(yīng)用前景。 通過理論分析和研究， 本次設(shè)計(jì)的滾刀式螺栓聯(lián)結(jié)型路面冰雪清除機(jī)仍需在以下幾個(gè)方面做進(jìn)一步深入的研究： (1) 確定最佳刀片安裝角度和刀刃切入冰層的角度，使切入力和破冰效果達(dá)到最理想狀態(tài)； (2) 根據(jù)實(shí)際冰層的厚度，能否自動(dòng)調(diào)節(jié)刀片的角度，使破冰整體效果達(dá)到最佳； (3) 確定最佳的刀刃材料及熱處理方法，使之耐磨性強(qiáng)，韌性較 好；

45、(4) 探索除冰雪裝置在碾壓切斷冰層過程中如果加入振動(dòng)，整體效果是否會(huì)更好； (5) 進(jìn)一步考慮同時(shí)破冰同時(shí)清掃的問題； (6) 根據(jù)需要除冰雪寬度及深度仍可進(jìn)行有限度的增加； (7) 根據(jù)實(shí)際情況，動(dòng)力機(jī)驅(qū)動(dòng)輪可考慮防滑措施； (8) 研究冰層厚度傳感技術(shù)和刀齒切入路面深度自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及路面隨動(dòng)技術(shù)，從而開發(fā)出智能化路面冰雪清除機(jī)械。 (9) 第十三章：干燥 通過本章的學(xué)習(xí)，應(yīng)熟練掌握表示濕空氣性質(zhì)的參數(shù)， 正確應(yīng)用空氣的 H–I 圖確定空氣的狀態(tài)點(diǎn)及其性質(zhì)參數(shù)； 熟練應(yīng)用物料衡算及熱量衡算解決干燥過程中的計(jì)

46、算問題； 了解干燥過程的平衡關(guān)系和速率特征及干燥時(shí)間的計(jì)算； 了解干燥器的類型及強(qiáng)化干燥操作的基本方法。 二、本章思考題 1、工業(yè)上常用的去濕方法有哪幾種？ 態(tài)參數(shù)？ 11、當(dāng)濕空氣的總壓變化時(shí)，濕空氣 H–I 圖上的各線將如何變化 ? 在 t、 H 相同的條件下，提高壓力對干燥操作是否有利 ? 為什么? 12、作為干燥介質(zhì)的濕空氣為什么要先經(jīng)預(yù)熱后再送入干燥器？ 13、采用一定濕度的熱空氣干燥濕物料， 被除去的水分是結(jié)合水還是非結(jié)合 水？為什么？ 14、干燥過程分哪幾種階段？它們有什么特征？ 15、什么叫臨界含水量和平衡含

47、水量？ 16、干燥時(shí)間包括幾個(gè)部分？怎樣計(jì)算？ 17、干燥哪一類物料用部分廢氣循環(huán)？廢氣的作用是什么？ 18、影響干燥操作的主要因素是什么？調(diào)節(jié)、控制時(shí)應(yīng)注意哪些問題？ 三、例題 例題 13-1：已知濕空氣的總壓為 101.3kN/m2 ,相對濕度為 50%，干球溫度為 20o C。 試用 I-H 圖求解： (a)水蒸汽分壓 p； (b)濕度Ｈ； (c)熱焓Ｉ； (d)露點(diǎn) td ； (e)濕球溫度 t

48、w ； (f) 如將含 500kg/h 干空氣的濕空氣預(yù)熱至 117oC，求所需熱量Ｑ。解 ： 由已知條件：Ｐ＝ 101.3kN/m2，Ψ0＝50%，t0=20o C 在 I-H 圖上定出濕空氣 的狀態(tài)點(diǎn)Ａ點(diǎn)。 (a)水蒸汽分壓 p 過預(yù)熱器氣所獲得的熱量為 每小時(shí)含 500kg 干空氣的濕空氣通過預(yù)熱所獲得的熱量為 例題 13-2：在一連續(xù)干燥器中干燥鹽類結(jié)晶，每小時(shí)處理濕物料為

49、 1000kg，經(jīng)干燥后物料的含水量由 40%減至 5%（均為濕基），以熱空氣為干燥介質(zhì)，初始 濕度 H1 為 0.009kg 水? kg-1 絕干氣，離開干燥器時(shí)濕度 H2 為 0.039kg 水? kg-1 絕干氣，假定干燥過程中無物料損失，試求： （1） 水分蒸發(fā)是 qm,W （ kg 水? h-1）； （2） 空氣消耗 qm,L（ kg 絕干氣? h-1）； 原濕空氣消耗量 qm,L’（ kg 原空氣? h-1）； （3）干燥產(chǎn)品量 qm,G2（ kg? h-1）。 解： qmG1=1000kg/h, w1=40℃

50、, w2=5% H1=0.009, H2 =0.039 qmGC=qmG1(1-w 1)=1000(1-0.4)=600kg/h x1=0.4/0.6=0.67, x2=5/95=0.053 ①qmw=qmGC(x1 -x2)=600(0.67-0.053)=368.6kg/h ②qmL (H2-H1)=qmw q mL q mw 368.6 12286.7 H 2 H 1 0.039 0.009 qmL’=qmL (1+H1)=12286.7(1+0.009)=12397.3kg/h ③qmGC=qmG2(1-w2) ∴ q mG2 qmGC 600 631.6kg / h 1 w 2 1 0.05