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52.
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四、机构设计(包括方案的原理以及基本机构简图)……
120.
300.
350.
390.
460.
400.
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420.
470.
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500.57表
2.4外摩擦系数对钢中雪的温度C雪的密度3g/-2,-4-16,-30-1,
00.
10.
100.
140.
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0480.
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500.
0250.
0330.040加工金属件根据这一思想,确定基本方案
三、原理方案设计机械创新设计——小型便道除雪机设计
3.1功能分析驱动(尖端铲雪、平板推雪)堆积(旋转清扫)前端铲雪取放(融雪剂融化)道路除雪驱动传动后端存雪和清除移位复位
3.2求功能元解探索功能元解并列出形态学矩阵综合表,如下表所示小型便道除雪机的形态学矩阵综合表功能元解功能元12345A动力源电动机汽油机柴油机液动机气动马达B尖端汇集雪直立推板曲形推板弧线推板螺旋推板C中端存雪融雪剂融化收雪槽存储燕尾槽收集D移位齿轮传动曲柄摇杆机构传送带传动拉杆传动E放物倾斜倒出气动倒出液压倒出
3.3方案组合可能组合的方案数N为机械创新设计——小型便道除雪机设计5*4*3*4*3=720所以得出的五个方案为A1-B1-C1-D1-E1;A2-B1-C3-D2-E2;A5-B3-C3--D2-E2;A4-B3-C1-D1-E3;A1-B4-C2-D2-E2O
3.4总体方案的几种组合及比较方案一利用吹风和融雪剂的方式,从鼓风机里吹出的高速气流将积雪吹到路边,将融雪剂喷洒到雪上,进行雪的融化吹雪式清雪车运行速度较高,有很高的生产率,但它只适用于新鲜雪,对于压实的积雪或冰层无能为力,只能在机场、桥梁和高速路上应用,成本很高,不适合开发小型产品方案二:利用一个置于清雪车前部的铲子,随着清雪车的不断前进,将积雪推至路的一边推移式清雪车只能将积雪推到路边,不具备集雪能力,且只适用于新鲜雪或破碎后的压实雪,效率较低,容易划伤地面方案三:通过气动马达装置进行动力传输,利用弧线形推板将雪堆积起来,将雪通过传输装置传送到燕尾槽并且通过齿轮传动装置将雪及时传到相应的便道两边,并通过后续的推雪步骤进行将余雪铲除由于本方案中的传动装置以及积雪装置无法及时使道路上的雪清除并且不能起到根本性的清雪方案四:本方案通过采用液压马达进行前端积雪的蓄积和积雪的融化和传动过程来实现,但其存在融雪剂释放时间不同,以及续集积雪所产生的阻力和积雪处于半融化状态的无法除尽的缺点,因为本次设计是主要针对居家以及小型的道路设计的简洁除雪机,需要考虑道路的宽度以及融雪剂是否能够完全融化而不产生道路积水堵塞的现象因为融雪剂融化时会产生冰雪融化成水的过程,会产生比较多的积水,本方案可能会产生锈蚀或者其他影响机器可用性的问题故此方案的机械创新设计小型便道除雪机设计某一结构欠佳方案五:利用机械传动的方式,由集雪器先将积雪搅碎,并输送至一个方形积雪槽,将其收集好,等到一次或积雪槽已经积满雪时,利用气动传动装置将装雪装置弹出并把雪堆放到合理的地方螺旋转子式清雪车适用范围广,无论是松散雪、压实雪清雪效果和效率要比前四种方案好,而且通过螺旋转子的清雪将清除的雪通过内部的曲柄摇杆急回机构将存雪槽通过移动副快速且稳定地将雪倒出,并且一次性将雪移动到指定地点避免了以往除雪机只是将雪从当前位置吹到两边,那种除雪机仅仅适用于大型道路以及对道路两边路面质量系数要求不高的地方,而我们现在是针对与小型道路的除雪机应该更加袖珍化,实用化,节省资源为主而且这种方案设计,设计出的产品体积小、成本低、操作方便灵活,适用于道路窄的地方因此选用第五种方案故本小型便道除雪机的最优设计方案为:A1-B4-C2-D2-E2即为电动机控制的螺旋推板式的利用曲柄摇杆机构倒雪的便道除雪机
四、机构设计(包括方案的原理以及基本机构简图):最优方案的机构设计:小型机械转子式清雪机工作原理简述1基本结构螺旋转子式清雪机的结构,主要由原动机、传动装置、抛雪器、集雪器和车体等五个部件组成
(1)原动机,通常选用汽油机,提供动力
(2)传动装置,传递运动
(3)集雪器,由集雪螺旋、挡板和推雪板等组成
(4)抛雪器,由抛雪筒、抛雪转子等组成;
(5)车体及行走装置,支撑连接其它部件,并具备行走功能集雪器收集切削积雪,并将处理后的积雪送入抛雪器抛雪器将积雪沿抛雪筒抛掷到指定位置机械创新设计——小型便道除雪机设计图i清雪机的结构示意图2工作原理清雪车由车体和安装在它上面的原动机、传动装置、集雪器以及安装在集雪器上的抛雪器组成当人以一定速度推动小车时,积雪从前方不断进入集雪器中,集雪器由反向安装的双向螺旋轴、推雪板和挡板组成,由于螺旋轴的高速旋转,积雪被切碎并通过双向螺旋的横向位移迅速集中于集雪器中部抛雪转子室的入口处,随车体的前进而进入转子室,在转子叶片的带动下,被不断沿抛雪筒抛出到指定位置机构传动方案设计原理图采用曲柄摇杆急回机构机构进行设计积雪传动方案TTT7H考虑了机械原理中很多种移动副,最终结合除雪机中内部装置应简化给存机械创新设计——小型便道除雪机设计保证大量的空间,故选择了低运动副即摇杆滑块机构3具体方案的确定原动机的选择动力采用微型发动机,根据除雪所消耗的功率选用汽油机,详细参数如下:表一KM178FA汽油机型号KM178FA型式立式、单缸、四冲程、风冷、直喷式缸径*行程mm78x62活塞排量L
0.296功率Kw
3.68起动方式反冲式手拉起动或电起动油箱容量L
3.5净重kg33发动机转速r/min3000外形尺寸mm385x420x450传动方式的选择首先由一个带传动将汽油机输出,传递到中间传动轴传动轴一部分通过同级带传动传动到单级圆锥齿轮减速器处,通过联轴器与抛雪转子相连另一部分通过链传动与集雪绞龙连接人推动清雪机向前运动清雪图2小型清雪机的结构视图
1.清雪铲
2.抛雪筒
3.传动系统
4.发动机
5.扶手
6.机架
7.小车轮8•大车轮机械创新设计——小型便道除雪机设计设计车体车体的作用是固定连接集雪器、汽油机等零部件,并具备行走功能其主体采用r=5mm的角钢焊制而成,并包括扶手,车轮等附件车体前段用螺栓固定连接集雪器,汽油机和减速器直接固定在机架上,汽油机后置减少自重机架由车轮轴载重,前部设计两个小车轮分担一部分重量集雪器的设计集雪器亦称为螺旋集雪器,配置在整机前方,左右对称旋向相反,是对路面积雪的切削元件和将积雪向中央集拢的传送工具,使雪从集雪器中部流入抛雪转子图3小型清雪机螺旋绞龙抛雪转子的设计螺旋集雪器配置在整机前方,左右对称旋向相反,是对路面集雪的切削元件和将积雪向中央集拢的传送工具,使雪从集雪器中部流人抛雪转子抛雪转子的工作过程,可比作叶片式鼓风机,而将雪看作小颗粒工质积雪经螺旋集雪器传送到转子前方,由于高速旋转着的转子产生内外气流速度压力差的作用,使积雪进人高速旋转的转子中,并迅速充满转子叶片间的空间进入转子的雪在离心力的作用下,沿转子径向叶片端部运动,并被推压到转子壳体内的圆弧表面,随转子叶片作旋转运动,到达抛雪口时便被抛出转子壳体内表面上的雪抛出速度,等于叶片顶部的圆周速度其他雪粒沿径向移动,从转子抛出的绝对速度等于其出口时的径向速度和叶片顶部圆周速度的矢量和主要参数有叶片卸载角叶片外径R和工作长度、转子抛雪生产能力Qt和抛雪距离Lo机械创新设计——小型便道除雪机设计图4抛雪转子示意图,1,t arctgaIxm,2,a4爪转子卸载角,=
1.1,施式中-系数,考虑雪的重量及雪与叶片间的摩擦力的影响,可近似取Xa,ma,plmi=
0.8-
0.9,取=
0.9表2外摩擦阻力系数,]雪的阚比、g/cm”+2,-1-4-16,-
300.
10.
180.
10.
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040.
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330.
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030.
771.OxxO.3mx25O/,
7.5x kg在抛雪轮的作用下,设计最大抛雪高度为4m,那么排雪消耗的功率为4iomgh,t,
7.5x kgxl0N/kgx4m3600s=833w集雪搅龙在积雪的作用下阻力矩m=20Nm,那么集雪搅龙消耗的功率为20Nmx2x
3.14xl0r/s=1256w,M4310r/s是搅龙转速机械创新设计——小型便道除雪机设计估计整机重量为200kg,与路面的摩擦系数取
0.2,前进速度约为lm/s,那么前进消耗的功率为200kgxl0N/kgx
0.2xlm/s=400w整机消耗的功率为833w+1256w+400w=
2.49Kw在这一设计要求下,对动力源选型,考虑到清雪车在工作时可能遇到踏实的积雪,故选用功率稍大的发动机,以满足不同工作状况下需要选用无锡凯马动力有限公司生产的KM170F汽油机,详细参数如下型号KM170F型式单缸立式四冲程风冷直喷式柴油机缸径*行程mm70x55活塞排量CC211发动机转速r/min3600功率Kw
3.6起动方式手拉起动/电起动油箱容量L
2.5净重kg27外形尺寸mm332x384x416表2-1KM170F汽油机参数传动方式的选择首先由一个带传动将动力由汽油机传出,向前通过一个蜗轮蜗杆传到工作装置,向后通过一个蜗轮蜗杆传到行走系统结构简图如下机械创新设计——小型便道除雪机设计图2-2小型清雪车结构简图
1.搅龙
2.清雪铲
3.抛雪筒
4.传动系统
5.发动机
6.操作装置
7.车轮
8.车架
9.抛雪轮集雪装置设计本设计采用带状螺旋集雪轮,这样的设计能对集雪有很好的破碎作用,同时又不容易发生堵塞基本结构如下图2-3带状螺旋集雪轮简图以上形式的集雪装置把切雪、集雪、运雪三大功能于一身,具有很好的效果其中左边搅龙左旋,右边搅龙右旋,这样积雪所受的力指向两个搅龙的中间部位,使积雪较容易的进入后面比清雪铲要窄的抛雪室内故本小型便道除雪机的最优设计方案为:A1-B4-C2-D2-E2即为电动机控制的螺旋推板式的利用曲柄摇杆机构倒雪的便道除雪机机械创新设计——小型便道除雪机设计铲雪车的主要结构设计
4.1破冰馄的设计铲刀前面作用在冰雪层上的力有法向力和摩擦阻力,该二力的合力在X、y方向分解为两个力,x方向的力与铲刀前进方向一致,起挤压路面冰雪层的作用,y方向的力起使其与路面剪切分离的作用,与铲刀前进方向垂直,使与路面分离的冰雪产生张力,并在内部产生弯曲应力而脆断图3为铲刀受力图设计铲刀时,必须使其满足一定的切削性能和力学性能的要求,减少切削阻力和铲刃磨损,降低能量消耗,延长铲刃的使用寿命,并有利于提高清除率为了提高除雪机对雪层厚度的适应能力,破冰辑上的刀片设计为能进行机械调节,以便改变与地面的接触高度,在破冰的同时不损伤地面破冰轻的作用是将雪层从路面上剥离,其结构形式为:一系列的刀片沿径向均布于主轴圆周上,并与主轴上的辐板较接;在轴向上,并排地分布着多排这样的与辐板较接的刀片,以形成一定的除雪幅宽工作时刀片除与主轴一起转动外,还可绕钱链在一定角度内摆动,刀片靠扭力弹簧保持其径向固定位置除雪作业时,刀馄主轴以一定的转速旋转,同时以速煌度:前进,这就使分布在主轴圆周上的刀片依次敲击雪层然后刮擦,使雪层与路面剥离当遇有路面凸起或阻力过大时,刀片就克服弹簧阻力绕校链摆动一定的角度,实现避让障碍的动作,从而自动适应路面,起到保护路面的作用图4为破冰馄结构示意图机械创新设计——小型便道除雪机设计图3铲刀受力图辐板
4.2主要参数的确定及计算实例1取车速:=10km/h2刀具所在圆周直径取D=500mm时,结构上允许其圆上分布Z=14个刀片3据人工除雪经验,两次敲击的间距小于40mm时才能保证除雪质量4据上述条件可计算出刀混所应具备的转速n=
297.6r/mine5刀具对地面的敲击力度可用动量来表示P刀二m Xv经计算v=5m/s,代入式2,则P刀=2X5=10kgm/s6人力除雪时,设铁锹对地面的作用力F=100N,m=2kg的铁锹经s=250mm机械创新设计——小型便道除雪机设计距离撞击地面,其加速度和作用时间分别为a=50m/sZ,t=
0.1s,则撞击速度:二at=5m/s那么人工除雪铁锹对路面的作用力度为P人=m Xv=10kgm/s经上述计算说明轻刀对地面作用力与人力相仿实际工作时我们可通过控制刀片质量、弹簧扭力、刀馄转速、行车速度等因素来保证刀片对路面的作用力度小于或等于人工除雪,或者使其在某一合适的范围
五、结构设计根据第四部分对除雪机的内部机械结构的设计,以及曲柄摇杆机构的设计,最终根据以上两个能够真正实现的方案进行进一步的比较,得出最优方案的机构设计,并对此进行结构的强度校核以及其他参数的计算和二维内部结构剖面图、三维模拟图形的绘制首先由一个带传动将动力由汽油机传出,向前通过一个蜗轮蜗杆传到工作装置,向后通过一个蜗轮蜗杆传到行走系统结构简图如下小型清雪车结构简图
1.搅龙
2.清雪铲
3.抛雪筒
4.传动系统
5.发动机
6.操作装置
7.车轮
8.车架
9.抛雪轮集雪装置设计本设计采用带状螺旋集雪轮,这样的设计能对集雪有很好的破碎作用,同时又不容易发生堵塞基本结构如下机械创新设计——小型便道除雪机设计带状螺旋集雪轮简图以上形式的集雪装置把切雪、集雪、运雪三大功能于一身,具有很好的效果其中左边搅龙左旋,右边搅龙右旋,这样积雪所受的力指向两个搅龙的中间部位,使积雪较容易的进入后面比清雪铲要窄的抛雪室内小型便道除雪机设计小型清雪车的设计计算及校核带传动计算发动机输出功率P=
3.6Kw,i=
1.81(确定计算功率Pc,由于载荷变动微小,因此取=
1.0贝[]=P=
1.0x
3.6Kw=
3.6Kw PKHAA式中——计算功率,单位为KW;Pea——工作情况系数;KA P——传递的额定功率2(选择带型由=
3.6Kw,小带轮转速=3600r/min,选择A型带Pi3(确定带轮的基准直径和dd~21)初选小带轮的基准直径二80mm,ddl则大带轮的基准直径=i二l.8x80=144mm查表取=140mm dddd2)验算带速V==
3.14x80mmx3600r/min=
15.072m/s/35m/s/.dndu4确定中心距a和带的基准长度4根据.7+,,2+得ddddadi didi dio初步确定a=300mmz2基准长度=
948.4mm公式3-1dddd,,,1222dddd,L2a,,,Od24金取=900mm/〃,/=
275.8mm实际中心距a二+a dbd25验算主动轮上的包角,!=180-
57.5=
167.49,120包角合适,dd,…a6确定带的数z Pca Z=公式3-2户,,0KKOO,/H取p=
1.64;=
0.5;=
0.98;=
0.87,则z=
1.82K.PLO.Q取z=2式中——考虑包角不同时的影响系数;K.小型便道除雪机设计——考虑带的长度不同时的影响系数;KL——单根A带的基本额定功率;P计入传动比的影响时,单根A型带额定功率的增量/7确定带的预紧力F公式(3-3)P
2.52C/,500(,I),”°zM带入数据计算得二
115.33N F8(计算带传动作用在轴上的力Fp,/2=2ZCOS=2ZCOS(/2,/2)FFF,,p001=2x2x
115.33Nxsin(
167.49/2)=
458.59N式中z——带的根数;——单根带是预紧力;尸——主带轮上的包角,i轴承寿命计算和润滑方式的选择寿命计算输入功率P=
3.6Kw,带传动效率=
0.97,传动比i=
1.8,由于轴1上的一对深沟球轴承转速最高,故要对其进行寿命计算,设计寿叩,所受的径向力为带轮作用在轴上的力
1458.59NL,10000次血
23.6,
0.9766^
9.55,10,
9.55,10,
16674.3/V3600/
71.8272,
458.59A====
229.3N FFr2vn v22尸231・59,====
115.8N FFrlHr2H22则22尸,£
256.88/7=rl vr\HFC!22F,£
256.8/V二rlvrinFrl轴向上没有受力,所以F,F,0a\a22(求轴承的当量动载荷和PP2因为FFala2,0,0f!eeilFFrl r2式中、为判断系数,其值大于0ee12则对轴承1=0%,1/11对轴承2=0x,i如3(验算轴承寿命由于轻微冲击,取f=l.l PP,f{XF,YF),
256.88N ipiniaiP,f{XF,K/D,
256.88/V2p2r22a2由于二,所以两个轴承的寿命一样只需计算其中一个,深沟球轴承「臼210=,杳得深沟球轴承的基本额定动载荷C=
19.5kN,则轴承寿命为,
31066100.0195007,3,,/,(),,(),
1.5,10/7Z,10000/7^60/7^0,
2000256.881故满足要求小型便道除雪机设计润滑方式的选择在本设计所应用的轴承中,蜗杆传动箱体内的圆锥滚子轴承30203和圆锥滚子轴承30206采用油润滑对于其它轴承由于转速不高,故采用脂润滑其中传动轴一轴1(见小型清雪车装配图)上的两个深沟球轴承60206的转速最高,因此只计算此对轴承的dn值一般用滚动轴承的dn值(d为滚动轴承的内径,单位为mm;n为轴承转速,单位为r/min)来选择轴承的润滑方式查得深沟球轴承60206的内径d=30mm,4,1轴1的转速n=2000r/min,适用于深沟球轴承脂润滑的dn值界限是1644,io,io对于此对轴承dn=30mmx2000r/min=6,16故可以采用脂润滑轴的校核由于工作装置中蜗杆轴(见小型清雪车装配图)直径最小,而且跨度最大,因此要进行必要的校核计算由发动机传向工作部分的功率P=3Kw,效率=
0.8,转速n=2000r/mino,1(求蜗杆轴上的功率和转距PT22=P=3KwxO.8=
2.4Kw,p2P
2.46627;
9.55,10,
9.55,10,,11460/V/77/772/720002(求作用在蜗杆上的力已知蜗杆的分度圆直径=
22.4mm/27114602尸,而=,
511.6Mc/
22.4i〃tantan20〃££
511.6,,
186.5/V^„coscos
3.18,£an,,
511.6,tan
3.18,
28.4Mr圆周力、径向力和轴向力的方向如下图所示尸尸G”图3-3蜗杆受力示意图其中二50mm,=465mmo5】小型便道除雪机设计3(初步确定轴的最小直径轴的材料是45钢,调质处理取=112,于是得43pz.4d,A,112,,
11.9/77/77mino2OOO轴上直径最小的地方是左端安装轴承处,其直径为17mm4(求轴上载荷从轴的结构图上可以看出蜗杆部分中间位置是最危险的截面,计算其M、MH和列于下表Mv载荷水平面H垂直面V=462N=50N=169N=18N尸尸尸尸支反力F NH2NV2NH1NV1二8450Nmm=8132Nmm例例=23100Nmm例弯矩M2223100,8450==24597Nmm Mi22总弯矩23100,8132==24490Ml=11460N7扭矢巨T2表3-
15.按弯扭合成应力校核轴的强度取=
0.6,轴上的计算应力,2222例,
(7),24597,(
0.6,11460)12,,,
7.45夕己5Ho.1,70轴的材料为45钢,调质处理,查得二60MPa因此,,故安全,,,,21小型便道除雪机设计三维造型、人机工程学应用和有限元分析三维造型小型便道除雪机整体造型整体造型图工作部分造型螺旋滚子图小型便道除雪机设计行走部分造型轮子三维图人机工程学的应用根据人机学原理,人要在各种环境中,使用工具、操作机器人和机器及周围的环境句构成了一个系统,人机学就是从系统论的观点来研究人(操作者和使机器(包括人操作和使用的机器工具,设备几工程系统)一环境(人操用者)一作和机器工作的环境)所组成的系统,组成三要素及其相互关系它研究的重点是人,从人的生理和心理特征来考虑,使系统中的三要素相协调,以便促进人的身心健康,提高人的工作效率最高位置地面图5-4在本设计中,由于人的身高不同,所以在操作本清雪车时,对扶手的高度要求也不一样,因此要考虑扶手要能调节,而且结构不能太复杂本设计中采用一种简单易行的办法对扶手进行调节如上图所示通过扶手末端和车架相连,调节高度时,先松开螺栓,进行调节到合适的高度,再拧紧螺栓,这种方法简洁方小型便道除雪机设计便,而且成本低成年人的身高大约从
1.5m到2m不等可调节的最大高度从
1.2m到
0.8m,方便一般人的操作有限元分析Solid Edge是十分实用的三维设计软件,应用此软件可以对零件进行有限元分析,并导出分析报告方便设计人员对设计的零件进行校核检验本设计中对抛雪轮进行了有限元分析,并导出分析报告,结果如下:
1.材料属性材料名称钢质量密度
7833.000kg/m人3杨氏模量
199947953.000kPa泊松比.290热膨胀系数.0000/C导热率.032kW/m-C屈月员弓虽度
262000.766kPa极限强度
358527.364kPa
2.载荷和约束信息载荷集名称载荷1载荷类型力载荷元素数量8载荷值
250000.000mN受约束面的数量
13.研究属性网格类型Tetrahedral单元网格元素数量8,747节点数量18,013求解器类型Nastran
4.应力结果类型范围值X YZ最小值
1.166e+001kPa
50.00mm.00mm-
25.00mm VonMises应力最大值
2.028e+005kPa
4.42mm
32.42mm-
34.54mm
5.位移结果类型范围值X YZ最小值
0.00e+000mm-
8.96mm
1.50mm
103.68mm所得位移最大值
3.72e+000mm-
16.67mm
8.54mm
39.08mm
6.安全系数小型便道除雪机设计安全系数值
1.292图5-6课题名称谢辞本文是在指导教师马爱梅老师的悉心指导下完成的,从论文选题、课题调研、试验指导、理论分析到论文撰写,无不倾注了老师的心血和汗水向所有曾经关心和帮助过我的老师、同学和朋友致以诚挚的谢意〜在整个设计即将完成之际,我要真诚地感谢马爱梅老师,在她的指导下,设计得以顺利的完成在机械创新设计这门课的学习过程中,马老师认真负责的给我们讲解这么课程和丰富的专业知识令我受益非浅并使我学到了许多进行科学研究的有益方法在这里,我要感谢他在设计中给我的帮助,也感谢她使我学到了知识值此论文脱稿之际,谨向马老师表示衷心的感谢,并致以崇高的敬意〜这次设计是我第一次将自己所学的知识转化为一项产品,而这次的设计的量大且较为复杂,所以在设计过程中遇到了不少的阻力另外整个设计的时间又很有限,很多地方不能去深入探讨、研究由于本组的设计水平有限,设计过程中存在一些不足或错误之处,恳请各位老师批评指正雪在路面停留时间过长而被碾压成实雪或冰开发适合我国国情的除雪机械,探索与高速公路管理相适应的作业方式,将有着深远的意义机械创新设计——小型便道除雪机设计
二、设计目的意义
2.1课题研究目的中国北方大部分地区,每年有3,5个月的降雪期,道路积雪给交通运输及人民日常生活带来许多困难,有时甚至阻断交通近几年来高等级公路里程不断增加,及时有效地清除路面积雪已成为亟待解决、刻不容缓的问题,这对于提高车辆的运输效率、避免重大交通事故的发生,具有很大的社会经济效益目前,国内除雪作业多由人工或其它代用机械完成,其劳动强度大,作业效率低进口外国先进的除雪设备,造价高且不适合中国国情;而用其它的代用机械如平地机进行除雪作业,则又浪费实用设备且对路面具有破坏性所以,尽快开发出适合中国国情的低成本、高效率、且宜大面积推广应用的除雪设备,是一项艰巨而紧迫的任务
2.2课题研究的意义我国北方大部分地区,每年有很长的降雪期,道路积雪给交通运输及人民日常生采用传统除雪机用推刮的办活带来许多不便尤其冻结在道路上的积雪与薄冰,法无法清除,为此不得不耗费大量人力物力进行人工铲除采用机械方法清除是一项急需解决的难题就目前国内除雪机械来看,大多数功能单一,或只能清除积雪、或只能破除积冰口]国外的除雪机功能较全,但结构复杂,造价昂贵,且大多不适合国内的道路状况因此开发研制适合我国道路情况的集破冰除雪于一机的设备,具有十分重大的意义国外的除雪机功能较全,但结构复杂,造价昂贵,且大多不适合国内的道路状况因此开发研制适合我国道路情况的集破冰除雪于一机的设备,同样具有十分重大的意义课题名称参考文献[1]杨可桢,程光蕴,李仲生.机械设计基础[M].第五版.北京:高等教育出版社,2005年10月.[2]孙恒,陈作模,葛文杰;机械原理[M].第七版.北京:高等教育出版社,2005年12月.[3]高志,黄纯颖.机械创新设计[M].第二版.北京:高等教育出版社,2013年12月.[4]王万钧,胡中.农业机械设计手册上册[M].机械工业出版社,1988年.[5]单辉祖;材料力学.北京:高等教育出版社,2004年5月.74,86[6]龚港义,罗圣国,李平林.机械设计课程设计指导书[M].北京:高等教育出版社,1990年4月.[7]吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册[M].北京:高等教育出版社,2006年4月.[8]韩进宏.互换性与技术测量[M].北京:机械工业出版社,2004年7月.65,78[9]周健.AutoCAD2007中文版应用教程[M].北京:机械工业出版社,2007年1月.74,81[10]王忠.机械工程材料[M].北京:清华大学出版社,2005年10月.196,232[11]王择,程靳.理论力学[M].北京:高等教育出版社,2002年8月.[12]严绍华.热加工工艺基础[M].北京:高等教育出版社,1990年6月.33,65[13]吴宗泽.机械设计实用手册[M].北京:高等教育出版社,1998年7月.口4]胡海英.国内除雪机械现状及发展趋势[J].工程机械与维修,2011年第8期.[15]张启君.国内除雪机械探讨[J].建设机械技术与管理,2008年第4期.[16]胡海英.国内除雪方式探讨及除雪机械的发展趋势[J].林业机械与木工设备,2011年第5期.[17]崔宪江.抛扬式除雪机的应用[J].;建设机械技术与管理,2007年第9期.[18]田集跃.国外产品与技术[J].江苏理工大学,国外道路除雪机械发展概况,
2001.[19]彭冬生,刘富,王震.多功能除雪机的设计[J].湖北汽车工业学院学报,2011年第2期.[20]孟艳秋,巴吾东.一种小型破冰除雪机的设计[J].机械工程与自动化,2009年第4期.[21]李国灿,郎慧明.城市道路破冰除雪机的设计浅论[J].工程机械,1999年第4期.一课题名称附录除雪机的二维内部机械结构图和三维实体设计图-3-
2.3本课题国内外研究概况:
2.
3.1本课题国内外研究概况目前,世界各个国家除冰雪的方法中,应用最普遍的是溶解法和机械法溶解法是依靠热作用或撒部化学药剂使冰雪融化其优点是除净率高,但是它的成机械创新设计——小型便道除雪机设计本很高而且容易造成环境污染虽然环保型融雪药剂已经问世,对环境和植被的影响减少了,但是并未彻底根除因此使用范围受到一定限制机械法是通过机械作用直接作用解除冰雪危害虽然除净率较低,但是对环境和植被无任何影响能实现冰雪的异地转移应用范围比较广因此,笔者认为:清除冰雪必须以机械法为主,以溶解法为辅助,才能达到快速和环保的除雪效果我国对除雪机械的开发、生产都比较晚,因此还处于起步阶段目前,我国的城市道路和公路冬季除雪大部分仍沿用传统的养护方式,即人工作业和小型的除雪机械相结合的方式高速公路和一级公路开始使用大型专用除雪机械,进行冬季养护但是,除雪机械在数量和品种规格上还很少,所以除雪设备大部分依赖进口机械化程度和总体水平远远落后于发达国家只是最近几年国内的厂家才参照国外的先进技术研制了适合我国国情的除雪机械国内的除雪机械虽然有了很大的发展,但其总体水平与发达国家相比,产品品种及性能都还有很大差距适应不了我国高速公路的发展的需求,主要体现在以下几个方面1)技术水平低,除雪机械在结构设计、制造工艺、零部件供应和使用管理等方面都存在技术水平低的问题致使除雪机械可靠性差、故障多、寿命短2)功能单一除雪机械具有明显的季节性,如果功能单一,只能用做除雪和除冰专用,那么,机械一年中大部分时间处于闲置状态,大大增加了除雪的成本加重了公路养护部门的负担3品种类型不全与国外相比,现在有不少除冰雪机械在国内还是一片空白现有的除冰雪机械无法满足公路和大型机场的除冰雪的要求
2.
3.2国内外在这个方面的发展方向1加强对雪质、雪性的基础研究为了提高除冰雪机械的设计水平,需要对冰雪的力学性质和物理特性进行深入研究特别是对压实冰雪的理论研究据有关资料研究:东北地区压实冰雪占总的除雪任务的80%以上2向一机多能和机电液一体化方向发展在现有的条件下,可以对汽车、拖拉机、装载机和推土机等设备进行改装,冬季降雪时用来除冰雪作业,其余时间可用来进行公路养护和其他作业可以提高机械创新设计——小型便道除雪机设计设备的利用率采用机械、电子、液压等技术提高除雪机械的科技含量,减轻工人的劳动强度3向大型、小型和高速方向发展我国的地理环境复杂,各个城市道路建设布局各异,冬季降雪情况不同,在除雪设备的选取上也不尽相同,因此要开发出大型、小型的各种除冰雪机械,以满足不同地区和工况的除冰雪要求同时要开发出效率高的机械,避免除雪作业造成路面交通拥挤例如,东北有些城市规定:对于市区内主干道,雪停止24H后需运出城市外4加强行业间的技术交流与合作走共同研发之路各个厂家根据自己的实际情况开发出的产品各有优缺点,为了加快除冰雪机械的开发和应用,应加强企业间的合作,集中财力、物力和人力走共同发展之路,实现除冰雪的机械化冰雪的物理机械性质路面冰雪清除机械的行走机构以及清除冰雪的工作装置与路面上的冰雪相接触冰雪的形成特性及其物理机械性质在相当大的程度上决定着清除路面上冰雪的方法,要研究行走机构和工作装置与冰雪的相互作用关系,首先要分析冰雪的物理机械性质冰雪的基本特征之一是它的密度,其变化范围很大,如表
2.1所示硬度是雪的物理机械性质的主要指标之一,表示冰雪阻止其它物体压入的特性,其数值是根据它的密度和状态决定的,如表
2.2所示雪的硬度、密度和温度之间存在⑷着如图
2.1所示的关系,温度愈低,硬度愈高;密度愈大,硬度愈高后面对路面冰雪清除机的工作阻力以及牵引力进行计算时,需要知道雪的机械性质,表示雪的机械性质的指标通常是内外滑动摩擦系数、切削阻力系数、附着系数和行驶阻力系数
2.2雪的密度3雪的状态密度g/cm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机械创新设计——小型便道除雪机设计密实的雪
0.40,
0.60冰雪混合
0.60,
0.75冰
0.90雪的摩擦性质决定于它的内外摩擦系数根据雪的状态,它的内外摩擦系数分别列于表2,3和表
2.4表示雪的切削阻力的指标,一般是用切削阻力系数k,它是切断横断面等于01的冰雪层所必需的力,k的大小载入表
2.5中路面上积雪之后,大大地改变了路面的使用特性对于冬季养护道路的机器进行牵引计算时,必须知道机器沿着各种冰雪路面行走时的滚动阻力系数和附着系数轮胎与冰雪路面间的附着系数载入表
2.6…行驶阻力系数,一般较外摩擦系数大,因为它不仅产生摩擦,而且还挤压雪轮式和履带式车辆的行驶阻力系数按表
2.7选取
2.2雪的硬度3雪的状态雪的密度g/cm当温度由-L-20C时雪的硬度kPa松软的小于
0.25小于50弱密实的
0.26,
0.3560,100密实的
0.36,
0.50210,2000很密实的
0.51,
0.60380,3000图
2.1雪的硬度与密度和温度的关系机械创新设计——小型便道除雪机设计
2.2路面冰雪清除机基本方案、原理对于路面冰雪的清除,人们曾尝试了各种清除原理和方案,这些原理和方案有的已在实际中使用,有的则还在探索和完善中例如,对于清除未被压实的浮雪,犁式清雪机和转子式清雪机已在应用中,二者分别采用了推移和旋切的原理对于被压实的雪、冰或冰雪混合物,采用的清除原理有铲剁、锤击、等,但这些方法经实验证明要么原理不完善,要么清除压实冰雪的效果不,有待于进一步完善针对上述情况,本文尝试提出了一种对路面上压实的冰雪进行挤压、切削、破碎的技术原理这一思想的来源可联想到金属切削加工,如铳床的铳刀切削表
2.3内摩擦系数|J2雪的密度C雪的温度3g/附近-1,-6-10以下
0.
120.
240.
290.
340.
200.
300.
330.36。