破冰除雪机的设计毕业论文文档.pdf

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1、 1 封面 机械电气工程学院本科毕业设计(设计)题 目：除雪机系统设计 院（系）：机械电气工程学院 专 业：机械设计制造及其自动化 2 目 录 1 摘要-5 2 除雪机研制的现实意义-7 3 研究现状与动态-7 3.1 国内除雪机现状-7 3.2 国内除雪机发展方向-9 3.3 国外道路除雪机技术发展状况-10 3.4 国内除雪机械的缺陷-15 3.5 除雪机市场分析-16 4.总体方案分析与设计-17 4.1 方案一-17 4.2 方案二-18 5.对课题提出的任务要求及实现预期目标的可行性分析-19 5.1 课题研究内容-19 5.2 可行性分析-19 6.除雪机设计-20 6.1 除雪机

2、与动力连接结构-20 6.2 犁形前雪铲曲面及铲体设计-20 6.3 除雪装置升降机构-23 6.4 推雪与扫雪机构-23 6.5 铲刃-25 6.6 仿形支重机构-26 6.7 液压控制系统-26 6.8 液压计算以及器件选择-27 7.配套动力选择-27 3 7.1 动力选择-27 7.2 动力校核-27 7.3 除雪铲的力学模型及计算-28 7.3.1 除雪铲转移的行驶阻力-29 7.3.2 除雪阻力、附着力除雪功率的计算-29 7.3.3 除雪铲功率计算-30 7.3.4 计算步骤-30 8.主要特点及技术性能参数-31 8.1 主要特点-31 8.2 主要技术性能参数-31 8.3

3、结束语-32 参考文献-33 结论-35 设计心得-36 附件-37 扣扣 1269408632（含全套图纸）4 1.摘要 我国北方冬季降雪量大,给各城市、园林、宾馆、别墅、庭院的道路,机场跑道与场区路面,林区运材道路,以及高速公路等的交通运愉工作造成了极大困难和不便,交通事故屡屡发生。为了及时清除路面上的自然降雪,给交通运愉创造良好的安全条件,减少交通事故的发生,在我国，传统的除雪理念是雪停后才开始除雪，由于路面积雪大多不能及时清理而被车辆碾压成实雪或冰，因此除雪对象实际上是压实雪。在这种理念影响下，过去除雪机械的设计也主要是针对清除压实雪而开展的，并研制出各种清除压实雪的机械设备。压实雪除

4、雪机械设计技术难度较大，设备制造成本较高，除净率低，工作效率低，绝大多数压实雪除雪机需要大功率车辆作为配套动力，燃油消耗大，整套设备资金投入大，动辄数十万元，难以大量推广应用。总结多年的除雪经验和体会及对各种除雪方式的比较，笔者认为机械化“实时除雪”才是科学合理的除雪方式。从工程学的角度看，积雪被压实的过程需要消耗大量能量，雪被压实后再把它从地面上清除掉就要加倍消耗更大的能量和更多的时间，从而造成很大的浪费。相比较而言，“实时除雪”所消耗的能量只有前者的几十分之一，是效率最高最省时省力的除雪方法。目前欧、美等工业发达国家基本上都采用机械化“实时除雪”技术。机械化“实时除雪”技术实际上就是使用散

5、雪除雪机械在降雪过程中进行除雪，边下雪，边清除，多台除雪车保持一定距离成梯形队伍排列循环清理路面，过往车辆可在除雪车之间穿梭绕行而不影响交通，避免了积雪在路面停留时间过长而被碾压成实雪或冰。开 5 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。关键词：除雪机 积雪 除雪 液压控制 提升装置 Abstract Winter snowfall in north China，give each city,garden,hotel,villas、garden road,airport runway pavement with YunCaiDao road,forest

6、 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 Chi

7、na,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 in

8、fluence 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 manufacturin

9、g 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 applicat

10、ion.。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 mechanization focusing on snow snow is focusing on snow removal of scientific and reasonable way.From engineering point of view,

11、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,comparison,on snow snow real-time energy use only a small percentage of the former,it is the highes

12、t 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 removal real-time mechanized。Mechanization Mechanization 6 scattered snow focusing on snow removal mechanical process,focusin

13、g 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 retenti

14、on time is too long and be rolling into real snow or ice.Suitable for the development of Chinas national conditions,focusing on snow removal machinery and explore the expressway management ADAPTS cooperationg way,will have a profound significance.2.选题的目的及意义 我国北方大部分地区，每年有 35 个月的降雪期，道路积雪给交通运输及人民日常生活带来

15、许多不便。尤其冻结在道路上的积雪与薄冰，采用传统除雪机用推刮的办法无法清除，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。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除雪的设备，具有十分重大的意义。3.研究现状与动态 3.1 国内除雪机械现状 中国除雪机械的研制起步较晚,真正的研制与开发是从 80 年代以后,随着改革开放的不断深入,道路的不断升级与新建,各种机动车辆猛增而开始的,这些研究单位集中在中国的三北地区,先后有十几种型号的样机

16、被生产出来,在除雪作业中发挥了一定的作用。在大力发展中国除雪机械的同时,有关部门也注意引进吸收国外先进的道路养护技术,近年来先后从国外引进了一定数量的道路综合养护设备,其中一些设备具有除雪功能,比较典型的有奔驰 U1650 型万能工程车、乌尼莫克道路综合养护车等。7 3.1.1 犁式除雪机 犁式除雪机主要适用于未经压实的积雪,特别是密度较小的新降积雪,由于价格低、效率高、工作可靠,是使用最广泛的除雪机械。犁刀的形式主要有 V 形犁、U 形犁、单向犁和侧翼铲等。国外的犁式除雪机,大多数具有避让功能,此外,还可以实现犁刀升降以及作业角度的变化。犁式除雪机是国外使用较早的除雪机械。早在 1943 年

17、,日本就开始把 V 型犁装 在 载 重 卡车 上 用于道路除雪,经过多年的发展,国外犁 式 除 雪 机已 具 有较 高 的 技 术水 平。以 俄 罗 斯 新 产 品KO-812-2 型 犁 式除雪机为例,这种除雪机基础车采用 MT 3-80/82 型拖拉机,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;工作装置有推土板、犁刀和圆盘刷,除雪宽度:推土板 2 500 mm;犁刀 2 500 mm;圆盘刷 1 800 mm。90 年代初,在中国的沈大高速公路上,引进了德国产的乌尼莫克道路综合养护车,辅机备有犁式除雪器,其总质量为 1 000 kg,最佳除雪宽度

18、2 375 mm,除雪铲高 1 000 mm,最佳除雪速度 20 km/h,最佳生产率 4 7500 m2/h,残 留 雪 厚 度 不 大于 10 mm。国内的犁式 除 雪 机 械,虽 然起 步 较 晚,但 也 取得 了 一 定 的 成 绩,先后成功研制了一些 8 犁式除雪机和除雪器。主要有西安公路研究所研制的 L9280 型除雪车,吉林交通科学研究所研制的 CL-3.6,CL-3.5 型系列除雪犁,以及与磐石县公路管理段联合研制的 CL-2.4 型公路除雪器,哈尔滨林业机械研究所研制的 CBX-216 综合破冰除雪机,其前部除浮雪装置的犁式除雪器等等,这些除雪机械在某一方面的性能具有一定的优

19、势。3.1.2 旋切式除雪机 旋切式除雪机一般具有切削、集中、推移和抛投功能,具有结构复杂、功能多的特点。旋切式除雪机可分为单级式和双级式两种,其中单级式又分为铣刀型和风扇型,双级式分为单轴螺旋风扇型及双轴螺旋风扇型。俄罗斯、日本是生产旋切式除雪机的主要国家,技术较成熟,其产品性能居世界领先水平。日本产高速行走旋切式除雪机,作业速度为70 km/h,该除雪机采用四轮驱动方式,利用盘式制动,全长为 7 790 mm,机宽 2 490 mm,最大除雪宽度 2 490mm,发动机功率 220 kW,最大除雪速度 70 km/h,最大除雪量 3 000 t/h。国 内 已 研 制 成 功 的 旋切式除

20、雪机主要有吉林工业 大 学 等 单 位 研 制 的CX-30 型除雪机,哈尔滨林 业 机 械 研 究 所 研 制 的CBX-216 型城市道路破冰除雪机,吉林交通科学研究所 研制 的 CBX-1600 型除 雪 机,此 外 还 有XLB-212 型,15-1 型 等等。其中一些型号的除雪机已进行过工业性试验,效果较好。3.2 国内除雪机械的发展方向 3.2.1.加强雪的力学性质研究,建立道路气象系统 9 为 了 提 高 除 雪 机 设 计 水 平,需 要 对 雪 的 力 学 性 质 进 行 深 入 研 究,此外应建立道路气象信息系统。该系统是由设置在各地的传感器与具有先进软件的微机构成,用于预

21、测道路的冻结和除雪状况,利用其传感器可获取路面温度、湿度、风向、风速等方面的信息,这样能够及时、准确地掌握路面状况,以便灵活、高效地使用除雪机械。3.2.2.向小型化、高速度的方向发展 在 除 雪 作 业 中,除雪 机 机 身 的 大 小 及 除 雪速 度 是 影 响 交 通 的 两 个重 要 因 素,机 身 过 大,除 雪 机 占 道 影 响 交 通;速度过低,影响车流通畅,同 时 狭 窄 路 面 的 除 雪 也要求机身体积不宜过大。为 了 不 妨 碍 交 通,今 后中 国 的 除 雪 机 械 要 向 小型化、高速度的方向发展。3.2.3.向多功能、机-电-液一体化的方向发展 为了提高机器的

22、使用率,除雪机械应向一机多用的方向发展。中国的除雪机械应该向兼用型的方向发展,可对多种机械如卡车、推土机、建筑机械等实施改造,只是在冬季降雪时进行除雪作业,其余时间可进行洒水、清扫等多种路面养护作业及其它作业。除雪机械应尽量采用机-电-液新技术,实现自动控制,提高除雪机械的科技含量。3.2.4.要注意提高安全性、舒适性 由于除雪机械的驾驶操作具有一定的危险性,因此要最大限度地减轻驾驶员的操作强度,改善除雪机械的可操作性,研制自动控制系统,实现自动避让功能,避免机器和除雪装置的损坏。同时要注意改善驾驶室的工作条件,加强防噪音、防尘埃措施,减轻驾驶室振动,注意 10 通风,使驾驶员在一个舒适的环境

23、中工作。3.2.5.打破专利封锁,加强技术合作 集中人力、物力优势,联合开发除雪机械,尽早研制出高速度、高性能的除雪设备,减少人力除雪,实现除雪自动化。这样既可以大大降低劳动强度,把人们从恶劣劳动环境中解脱出来,又可以提高国内城市建设机械化水平。3.3 国外道路除雪机械技术发展概况 目前国外主要采用的除雪方式有三种:融雪除雪、机械除雪和综合式除雪。3.3.1.综合式除雪 综合式除雪是将推雪、清雪及吹雪等多种除雪方式混合在一起的一种除雪作业方式,在国外常用于机场跑道的除雪作业。除雪机目前国外的主要生产厂家有瑞士的 BOSCHUN G 公司和美国的 S&S 公司。瑞士的BOSCHUN G 公司的机

24、场除雪机目前在我国已有销售。该机的行走驱动功率约为 160kW,吹吸雪功率约为 140 kW,可完成推雪、扫雪、吹雪、收雪和喷撒融雪 溶 液 等 作业。除雪机械和行走采用液压 驱 动,结构 非 常 复 杂,但作业功能单一,是 机 场跑道不可缺少的养护设备之一。3.3.2.融雪除雪 融雪方式利用热能或撒布化学药剂使冰雪融化。使用融雪的方法,11 所需费用除车辆燃油消耗外,还要加上融雪的成本。采用热能融雪可供利用的热源主要有远红外加热和发动机废气等。采用撒布化学药剂融雪容易对环境造成污染和对路表面产生腐 蚀,因 此,这 种 方 法的使用目前仍在探讨研究之中。融雪机械目前国外尚无专用机械,均是采用非

25、公路汽车改装,冬季需要时安装好储液罐,加装撒布装置,进行喷撒融雪作业。具有该类功能改装能力的公司主要有德国的DA IML ER-BEN Z 公司、瑞士的 MARCEL BOSCHUN G 公司和英国的 SCHM IDT 公司等。3.3.3.机械除雪 机械除雪是通过机械对冰雪的直接作用而解除冰雪危害的一种方法,机械除雪可分为犁式除雪机械和螺旋转子式除雪机械两种。行走主机有非公路汽车底盘、工程机械专用底盘和拖拉机。目前国外除雪技术装备主要是以机械除雪的方式为主。以汽车底盘为主机扩展的除雪机,同时具有其他多种作业功能,除雪仅作为在冬季作业机具。该类除雪机械国外的代表公司有德国的 DA IML ER-

26、BEN Z 公司、德国的 VOL KSWA GEN 公司、瑞士的 MARCEL BOSCHUN G 公司和英国的 SCHM IDT 公司等,其代表机型分别为 U nimog、M ulticar、Pony 和 SK150,后两种与 M ulticar 是同一种吨位等级和同一种功能的机器。该类机器的主要特征是以汽车为基础,采用机械式变速箱或静液压机械传动方式,作业速度 12 比较高,非常适合高速公路作业。U nimog 多用底盘车辆的发动机为柴油机,功率 38 124 kW,运行速度 011 90 kmh,工作速度范围大,且前后桥驱动,具有很好的越野性能及较大牵引能力,同时备有机械、液压、气动多个

27、动力输出。M ulticar 的除雪车装置的结构与非公路车辆基本相同,采用柴油发动机,功率 62 kW(或 78 kW),采用 ZF 专用变速箱作为传动部件,前后设置液压动力输出和快速悬挂机构,前后桥驱动,车辆行驶速度为1 85 km/h。这 两 种车 辆 在 冬 季均 可 装 备 撒布 化 学 药 剂融 雪 装 置 和机 械 除 雪 装置,除 雪 装置大约有十几种,以螺旋式除雪装置为多,其余为犁式。当积雪的厚度在 20 mm 以下时,用螺旋式除雪机作业是不实用和不经济的。这时可用除雪板完成堆积作业,然后由螺旋式除雪机完成抛雪作业。犁式除雪器具有路面障碍保护机构,其最佳除雪宽度 2 375 m

28、m,除雪铲高 1000 mm,分雪的最大角度为 36,最佳除雪速度 15km/h,最佳生产率 47 500 m2/h,残留雪厚度不大于 10 mm。这两种车辆的螺旋式除雪装置结构型式较多,其中一些具有鼓风机吹雪的功能。螺旋式除雪装置的主要参数为:除雪宽度 2 600 mm,滚筒直径 900mm,抛雪距离可达 16 000mm,除雪效率约 800 t/h,工作速度小于 15 km/h,抛雪方向 180。13 除雪装置作为一种工作装置,拆装方便。安装时必须在一块平整坚固的地面上进行,并放在一高度为 10 cm 的方形垫木上。通过支承轮的调节,将除雪装置连接后板稍稍向上倾斜一些,以便于与主机连接。连

29、接板上安装有一排快换接头,将 主 机 液 压 系 统 与 工作装置液压系统连接起来。以工程、农业车辆为主机扩展 的 除 雪 机 结 构 紧 凑,机动 灵 活,越 野 性 好,具 有行走和作业两个速度档。国外具有代表性的公司为美国BOBCA T(山猫)公司、美国S&S 公 司 和 瑞 士STEYR 公司等。其通过前置螺旋式除雪 和 犁 式 除 雪 装 置,完 成除雪作业。该类机型以中小型功率为主,发动机功率 21 120kW,最高行驶速度 30 km/h 以下。小型机器具有多功能作业的特点,工作装置可根据需要进行更换。中型机器多为螺旋式除雪的专用机器。螺旋式除雪是利用与行驶方向垂直的一个旋转滚筒

30、将雪切成小块卷起。并通过一个抛雪竖筒将雪抛走。该抛雪竖筒可以 180转动。因 此 可 以 调 整 抛 雪 的方 向,同 时 利 用 一 个调 节 板 可 将 雪 装 入 载重汽车的货箱中。除雪滚 筒 的 传 动 由 液 压 马达 或机 械传动轴 驱动,14 通过联轴器带动一对锥齿轮传动,并将动力分至两侧。除雪滚筒具有安全剪切销,起安全保护作用,以避免障碍物卡死除雪滚筒,造成机器损害与危及人身安全。在每个除雪滚筒上有三个剪切保险销孔,但在每个除雪滚筒上只允许安装一根剪切保险销。剪切保险销的用途是当除雪滚筒上的叶片被夹在雪中的障碍物卡住时对滚筒起保护作用。但是剪切销剪断后,虽切断了动力,旋转的滚筒

31、仍然储存有大量的能量。我国现阶段的除雪机械应该向多功能方向发展,除雪机械应能一机多用,以提高使用率。如对现有的工程农业机械(装载机、推土机和拖拉机等)和环卫机械(清扫车等)实施技术改造,在冬季降雪时安装除雪工作装置,进行除雪作业,其余时间可进行其他工程施工作业或道 路 清 扫 养护 作 业等。专 用 除雪 机 械应采用机-电-液新技术,实现自动控 制 和 自 动保 护 功能,避免除雪装置的 损 坏。为最 大 限度 地 减 轻 驾驶 员 的操作强度,还应改善 提 高 除 雪机 械 的操作性能和舒适性能。3.4国产除雪机的缺陷 3.4.1.作业速度低 国外犁式除雪机最大除雪速度达50 kmh，螺旋

32、式除雪机最大除雪速度可达70 kmh。国产CBX一1600型除雪机，最大除雪速度仅为215 kmh。15 3.4.2.避让功能不理想 在除雪过程中，常常因遇路障而使主机或者除雪装置损坏，国内现有的犁式除雪机，大部分回避路障的能力较差。CL一24型公路除雪机，安装了避让装置和防止过度避让锁链，可以保证在除雪作业过程中避让路障，防止主机或除雪器的损坏，还可同时防止避让锁链因过度避让而损坏避让回位弹簧，但还需进一步跟踪测试、验证。3.4.3.对路面保护能力差 当路面凹凸不平时，除雪机作业时会对路面造成损坏，虽然除雪机对路面的损坏程度目前还没有一个衡量标准，但国内的除雪机械对 3.5.除雪机市场分析

33、首先我国幅员辽阔，气候复杂，四季分明，当南国春暧花开，鸟语花香之时，北国却是千里冰封，万里雪飘。改革开放以来，在我国政治、经济、文化迅猛发展的带动下，我国公路、铁路、机场等设施空前发展。但由于我国北方每年有三、四个月的冰降期，几十万里的道路冰雪严重阻碍社会、经济、文化活动的发展。这就给冬季道路养护提出了迫切要求。其次，从日本市场看我国除雪机械的发展动向。日本不仅是个多岛小国，还是个多雪国家，积雪地域广阔。日本国土厅划定的大雪区域占国土面积的52%，约20万平方公里，因 此日本对除雪机械技术和降雪机械非常重视，并在这方面有很大发展。据统计，到2007年日本各类除雪机械保有量为45678台，转式除

34、雪车8467台，推土机6364台，除雪卡车7678台，除雪平地机5456台，防冻剂撒布车3135台。与日本比较而言，我国北方受大雪覆盖的公路面 16 积约占我国国土面积的20%还多，也就是20 0多万平方公里，约等于日本划定的大雪区域面积的10倍。据不完全统计，在这如此广阔的区域上，仅运行几百台除雪机械，这与我国公路除雪要求相去甚远。再者，我国道路建设起步晚、发展快，除雪机械配置普遍较差，人工清扫、自然融化还占据着重要地位，因此除雪机械在我国有着巨大的市场容量。由于目前筑路机械品种繁多，门类基本齐全，开发空间相对狭窄。众多厂家已把目光瞄向路面养护机械，除雪机械的广阔前景远没有被发现和重视。虽然

35、有几家参照国外技术研制出一些除雪机械，但与世界先进除雪机械技术相比，无论从规格、数量、性能上都有很大差距，尚不能完全适应我国目前公路除雪技术要求。综上所述，除雪机械在我国有着巨大的潜在市场，是我国未来道路养护机械开发的重要方向之一。虽然有些厂家已经介入，但由于资金、科研技术实力所限，只能进行一些初级的开发。建议有关企业尽早组建除雪机械课题组，着手技术资料、情报信息的搜集整理工作，为后期开发做好准备，以便尽早介入除雪机械市场。为企业持续、稳定的发展提供技术储备和保障。4.总体方案分析与设计 方案1.根据不同车型设计一个特殊的固定架6与汽车车架相连接。固定架最小离地高度为300 mm，除雪铲最大提

36、升高度为450550 mm，这两 项尺寸参数基本上可以保证除雪车通过一定高度的台阶或其他障碍。122升降机构与快接机构 17 如图 1 所示，快接板 15 通过四连杆机构中的连杆 4 与固定架 6 相连，在快接板与固定架之间设置一个升降液压缸 7，液压缸伸缩带动除雪工作装置升降。快接板上设置快接销 3，快接销 3 与机架上设置的可水平摆动的快接螺栓 9 共同组成快接机构。快接机构的主要作用是能够使升降装置较长时间地保留在车体上，避 免 频繁 拆 卸(不 除 雪 时通 过 快 接机构从机架立板 8 处断开，将升降装置提升至上止点 1除雪铲2缓冲器3快接销4连杆5汽车6固定架7升降液压缸8机架立板

37、9快接螺栓10铲刃1 1横梁 12偏转液压缸 13中心销 14机架 15快接板 16机架加强杆 图 1 除雪工作装置 缺点：功能单一对道路扫雪效果不佳推雪之后会在道路上留下一些浮雪。方案二：1.2.1 除雪机与动力连接结构 图1 为整机结构示意图。如图1 所示，根据不同车型设计一个特殊的固定架2 与汽车车架相连。固定架最小离地高度为250300 mm,除雪装置最大提升高度为350400 mm，该尺寸参数基本可以保证除雪机通过一 18 定高度的台阶或其他障碍。1.2.2 除雪装置升降机构 如图1 所示，通过四连杆机构4 将连接板5 与固定架2 铰链相连，在连接板5 与固定架2 之间设置升降液压缸

38、3 带动除雪装置升降。1.2.3 推雪与扫雪机构 如图1 所示，U 形框架9 由横梁和横梁两端的悬臂组成，横梁与悬臂均为箱形结构并焊接相连，横梁后部两侧分别设置带有自调向结构的仿形支重轮（万向轮）。升降臂14 的一端与推雪板13 相连，另一端与U 型框架9 相连，推雪板液压缸11 控制推雪板13 的升降。扫雪滚8 通过螺栓与固定在U型框架9 上的接盘轴相连。U 形框架上部为薄钢板护罩，该护罩与U 形框架焊接相连。偏转液压缸7的一端与连接板5 相连，另一端与U 形框架9 相连，通过偏转液压缸7 的伸缩带动U 形框架9 向左或右偏转。设计特点：本机采用价格较低的小型农用自卸汽车作为配套动力。除雪机

39、与汽车配置方式为前置式，主要由推雪板和扫雪滚组成，推雪板设置在扫雪滚前方。推雪板升降、除雪装置偏转均由液压缸控制，扫雪滚由液压马达驱动，可以单独进行推雪或扫雪作业，也可以进行推扫联合作业。通过比较选择方案二。5.对课题提出的任务要求及实现预期目标的可行性分析 19 5.1 研究内容 目前实时除雪的理念已经逐渐被人们接受，普通推雪板式除雪机也越来越广泛应用，并成为城市道路除雪的主要设备。但在实际工作中，我们发现在一些特殊道路情况下使用普通推雪板式除雪机并不合适，例如：当降雪量较小，雪层厚度小于5mm时；一些大面积铺设高档磨光地砖的休闲广场、步行街道等；路面平整度较差，使用普通推雪板式除雪机遗留残

40、雪较多时。显然适合上述几种情况的除雪设备是扫雪机。目前市场上多使用单一功能的推雪板式除雪机或扫雪机分别完成推雪或扫雪工作。据统计，除雪设备中配套车辆的资金占整车造价的6070，如果在一台配套车辆上同时实现推、扫两种不同的除雪功能就可以节省一台配套车辆，从而大大节省资金投入。本机采用价格较低的小型农用自卸汽车作为配套动力。除雪机与汽车配置方式为前置式，主要由推雪板和扫雪滚组成，推雪板设置在扫雪滚前方。推雪板升降、除雪装置偏转均由液压缸控制，扫雪滚由液压马达驱动，可以单独进行推雪或扫雪作业，也可以进行推扫联合作业。5.2 实现预期目标的可行性分析 通过对本课题的熟悉和相关资料的查阅，我对本课题有了

41、一个全面的了解，有多数据可供参考。四年的大学学习和以往课程设计的经验，我已具备了机械原理，机械设计等方面的理论知识和实践经验，结合自己掌握的试验及实验设计分析知识，可以在规定时间内完成本次毕业设计.20 6.除雪机设计 6.1除雪机与动力连接结构 图1 为整机结构示意图。如图1 所示，根据不同车型设计一个特殊的固定架2 与汽车车架相连。固定架最小离地高度为250300 mm,除雪装置最大提升高度为350400 mm，该尺寸参数基本可以保证除雪机通过一定高度的台阶或其他障碍。6.2犁形前雪铲曲面及铲体设计 犁 形 前 雪 铲 依 靠 车 体 的 前 进 动 力 将路面积雪清离路面，并使积雪沿铲体

42、向一侧滑移而到达道路边沿。积雪在铲体表面的运动形式类似于农用高速犁 翻 耕出 的 土块 在 犁体 表 面的运动，但 其 抛射 距 离要 远 大于土块，其 目 的是尽可能地将积雪远离道路堆置。因此，铲体曲面应具有农用高速犁的 21 特征。同时，必须注意到雪铲与农用犁之间在制造上的巨大差异：农用犁体积很小，通常为批量生产，一般采用铸造方法加工&而雪铲体积庞大，为单件生产，从经济性和结构方面考虑，不允许采用铸造方法加工，只能采用钣金焊接的方法加工。因此在选择雪铲空间曲面形式上受到加工方法的限制，即必须采用数控卷板机可加工曲面作为雪铲的空间曲面。调查数控卷板机可加工曲面类型，对比分析高速犁体曲面类型，

43、最后确定雪铲曲面的设计方案为渐开线等螺距螺旋面。渐开线（如图1a）上的每一点都绕等螺距螺旋线（如图1b）的z 轴作同样的螺旋运动（一方面绕Z轴作相同角速度的圆周运动）另一方面沿z轴作相同速度的匀速直线运动）时，22 就形成渐开线等螺距螺旋面。渐开线等螺距螺旋面的数学模型为：式中&=常数，表示曲面上不同的螺旋线，它们具有相同的导程h但有不同的螺旋角常数表示不同位置的渐开线Ro渐开线基圆半径 6.3 除雪装置升降机构 如图1 所示，通过四连杆机构4 将连接板5 与固定架2 铰链相连，在连接板5 与固定架2 之间设置升降液压缸3 带动除雪装置升降。6.4 推雪与扫雪机构 如图 1 所示，U 形框架

44、9 由横梁和横梁两端的悬臂组成，横梁与悬臂均为箱形结构并焊接相连，横梁后部两侧分别设置带有自调向结构的 仿 形 支 重 轮（万 向轮）。升降臂 14 的 一端与推雪板 13 相连，另一端与 U 型框架 9 相连，推雪板液压缸 11 控 制 推 雪 板13 的 升降。扫雪滚 8 通过螺栓与固定在 U 型框架 9 上的接盘轴相连。U 形框架上部为薄钢板护罩，该护罩与 U 形框架焊 23 接相连。偏转液压缸 7 的一端与连接板 5 相连，另一端与 U 形框架 9 相连，通过偏转液压缸 7 的伸缩带动 U 形框架 9 向左或右偏转。推雪板 13 的断面为圆弧和直线相切的曲面设计，圆弧半径过小会使残雪沿

45、推雪板倾斜方向的流动性变坏，造成前进阻力增大，排雪不畅；圆弧半径过大会造成残雪上冲形成漫溢，影响除净率。本机推雪板断面为圆弧半径 500 mm 及一段长为 150 mm 的直线段相切设计。通过试验和实际使用证明，这一设计参数基本合理。推雪板工作当中可能会碰到地面障碍，如排污井口、路面裂缝、机 动车减速路障等，为保护工作部件遇 到意外障碍时不会超载损坏，本机设 置了超越式缓冲保护机构。当遇到障 碍时，推雪板 13 向前翻转并最终从 障碍物上方滑过，越过障碍物后通过 复位弹簧 12 使推雪板复位。图2 为扫雪滚局部断面结构图。如图2 所示，沿无缝钢管5 径向均布8 个、沿轴线方向排列68个排刷架2

46、。排刷架为长408 mm、中部折弯的条形钢板，沿条形钢板长度方向上均匀设置10 个直径为20 mm 左右的圆孔，将套管3 沿径向切割出与条形钢板厚度相同的槽，然后嵌入条形钢板并与每个圆孔位置对齐后焊接连接。取数量一定的每匝长度为460 mm 左右的钢丝或尼龙丝于1/2 处对折并从条形钢板孔及套管3 中穿过，排刷架2 通过带有锁紧装置的螺栓6 与无缝钢管5 连接组成扫雪滚。这种扫雪滚结构与传统的轴向直串式刷毛固定方式不同，它大大简化了刷毛的拆装及磨损后更换的复杂过程。24 图3 为扫雪滚与U 型框架连接结构图。如图3所示，轴承支承套7 与U 型框架5 系螺栓联接。接盘轴6 的一端通过半圆键与液压

47、马达输出轴连接，另一端与扫雪滚芯轴2 螺栓连接，扫雪滚芯轴2 与芯轴支承内、外幅板1、4 焊接连接。这种连接结构使扫雪滚的维修、拆装更加方便。6.5 铲刃 铲刃采用厚度1012 mm 的65Mn 或60Si2Mn钢板材料，也可采用其它耐磨材料。选用锰钢板主要是因为这种材料热处理后具有较高的硬度和 25 较好的耐磨性，且价格适中，可以有效降低成本。铲刃是易损配件，磨损到一定程度后需更换新铲刃。为提高材料利用率，本机铲刃采用多孔位调节、可对称翻转的使用方式，即铲刃上对称设置多排连接孔，当磨损到一定程度后移动到下一排连接孔位连接，最后翻转180还可继续使用，全部用至极限位置后更换，这样可以最大限度地

48、提高材料利用率，降低使用成本。6.6 仿形支重机构 在U 形框架上对称设置两个高度可调的仿形支重轮，仿形支重轮有两个作用，一是正常工作时承载部分整机质量，减少车辆前悬挂载荷，提高整机工作稳定性；二是当扫雪滚磨损后可以通过调节支重轮的升降来限定及保持扫雪滚与地面的最佳距离。6.7 液压控制系统 图4 为液压系统原理图。由于推雪板升降、除雪装置整体升降及U 形框架左右偏转、汽车货厢自卸和扫雪滚旋转等均为液压控制，增加的液压执行元件较多，因此需对原车液压系统做较大改动。如图4 所示，将原车的单路液压阀取消，安装一组带先导式溢流阀的手动三位六通并联组合阀，其中4、5 两组阀分别控制两个双作用液压缸13

49、 和14 实现推雪板升、降及除雪装置向左、右偏转，6、7两组阀分别控制两个单作用液压缸11、12 实现除雪装置升、降及货箱自卸，阀8 控制液压马达10 驱动扫雪滚旋转。组合阀布置在驾驶室内由驾驶员操控。26 6.8 液压计算以及器件选择。以北京时代金刚568 型自卸汽车为例进行液压计算，已知所选的液压马达排量为100ml/r,供油压力为p=10MP,输入流量Q=30L/min,液压马达的容积效率4.90nM，液压马达的回油背压为0.2MPa。试求：（1）液压马达的输出转矩。（2）液压马达的转速。解:液压马达的输出转矩 mNPTMMM*.71024.90*4.13*2*70*.20-102q10

50、106-6m）（液压马达的转速 min/525*7092.0*40103rqQnMMVM 7.配套动力选择 7.1 动力选择 由于除雪对象主要为散雪，因此工作阻力较小。根据试验测试结果，雪层厚度100200 mm，推雪板宽度2000 mm，在平直水泥或柏油路面上浮 27 动推雪所需牵引力约为2.03.0 kN（与雪层厚度正相关）。考虑到推扫联合作业时将需要更大的功率，因此可试选目前应用较为普遍的 36.7 kW（50 马力）左右的小型农用自卸汽车作为配套动力。7.2 动力校核 现以北京时代金刚568 型自卸汽车为例进行动力校核。该机使用485 型柴油发动机，功率为36.7 kW（50 马力）/