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JX15-58 CX型装载除雪机设计 【JX15-58】【CX型装载除雪机设计】CAD+SW+论文

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摘要本文对除雪车的除雪铲板进行结构参数的确定与设计，分析了除雪铲工作阻力，并对所选取的发动机功率进行校核。通过对避障四杆机构、液压系统的研究与设计，确定除雪车的最终方案。本文的主要工作如下：1、研究除雪车的种类与特点，确定除雪车的设计方案；2、考虑除雪作业要求、工艺性、结构性等因素，参照相关试验数据选取合适的雪铲结构参数。对除雪铲板空间曲面进行分析、设计；3、通过除雪车作业计算，分析前雪铲作业时整车的牵引特性及功率匹配特性；4、通过对除雪装置的液压系统和避让机构的回位弹簧进行计算与设计。关键词：除雪车、铲板曲面、除雪装置、四杆机构、液压系统ABSTRACTThis paper focusing on snow removal vehicle plate structure focusing on snow removal shovel of parameters and design, analyses the work resistance, and focusing on snow removal shovel on the selection of engine power test. Through the obstacle avoidance four-bar mechanism, hydraulic pressure system of research and design, make sure the final plan. Focusing on snow removal vehicle.This paper main job is as follows:1, research focusing on snow removal vehicle types and characteristics, to determine the design project; focusing on snow removal car2, considering the operation requirement focusing on snow removal, workmanship, structural factors, consult relevant test data of selecting an appropriate snow shovels structure parameters. Focusing on snow removal shovel board space surface of analysis and design;3, through analysis, focusing on snow removal vehicle homework before when the snow shovels homework traction characteristics and vehicle power matching characteristic;4, through focusing on snow removal device for the hydraulic system and avoid institutions calculation and design return spring.Key word： Snow removal vehicle, Shovel plate surface, Snow removal device, Four-bar mechanism, Hydraulic system目 录摘要1ABSTRACT2目 录1第一章 绪 论21.1 除雪机的背景分析21.2 除雪机现状31.3 本课题的研究目标51.4 本课题研究内容和方法5第二章 冰雪物理特性及清楚方法72.1 冰雪物理机械特性72.2除雪原理与方法72.3除雪车分类82.3.1按工作装置特点分82.3.2按整车特点分122.4本章小结12第三章 雪铲铲板曲面空间计算133.1 雪铲结构分析133.2 雪铲概述133.3 雪铲铲板曲面结构参数选择143.3.1雪铲的铲板空间形状选择153.3.2雪铲铲板切削刃参数选择173.4 雪铲材料选择173.5 雪铲的力学模型及计算183.5.1除雪阻力计算择183.5.2行驶阻力计算203.6 切线牵引力计算223.7 除雪功率计算223.8 本章小结23第四章 除雪车弹性避让装置设计244.1 概述244.2 避让装置的选择244.3 圆柱螺旋拉伸弹簧的设计254.4 本章小结28第5章 除雪装置液压系统设计295.1 液压缸的设计计算29总 结35参考文献36致 谢37第一章 绪 论1.1 除雪机的背景分析中国位于北半球，亚洲东部，太平洋西岸，幅员辽阔，气候复杂。北方地区冬季降雪量一般，因为冬天气候特别强，大约在北纬24度的南雪有限的纬度，比同纬度的大陆是世界上任何其它低。在早期的雪与纬度和地形，一般来说，从北到南部的积雪从早期的雪；一期二年从南到北推迟。北方的冬天雪若不及时清理，就会造成交通的不便，在大多数情况下，松散的雪的位置，或者半融化的雪，将形成由人工清洗一层雪和水的混合物是非常困难的。在最近几年的发展，西部地区公路事业的较快，对中部和西部地区所占的比例较小，但增长速度，一些年翻了一番。这些地区也多雪地区，中国东北地区和其他地区的雪，对公路里程占全国的近一半。随着交通量的快速增长，冬天的雪交通的影响已经成为一个不容忽视的问题。目前，在建设之初我国高速公路一直支持国外的大型专用除雪设备的引进，主要依靠在其他公路与城市道路的人造雪。因此，可以说，中国的冬季除雪技术市场仍然是一个空白。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，但是它的成本很高。而且容易造成环境污染。虽然环保型融雪剂问世以来，对环境和植被的减少的影响，但不能完全根除。和适用范围是有限的。机械法是减轻冰雪灾害机械直接的影响。虽然去除率相对较低，但对环境和植被没有影响。实现对冰层异地转移。应用范围广。因此，大多数人认为：透明冰必须用机械方法，辅助解决的方法，以达到快速、环保型除雪效果。除雪机械有了很大的进步，但总体水平与发达国家相比，产品的品种和性能也有很大差距。我国公路不能满足发展的需要，主要体现在以下几个方面：（1）的技术水平低，除雪机的结构设计，制造工艺，备件供应和管理因素是技术水平低下的问题。除雪机械故障，可靠性差，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，只能用于除雪除冰的专用机械，所以大部分时间处于闲置状态，大大提高了除雪成本。提高公路养护部门的负担。（3）品种类型不全。与国外相比，有大量的冰，在国内除雪机械仍然是一个空白。制冰机不能满足公路，除了现有的机场大型冰的要求。1.2 除雪机现状（一）除雪方法及除雪机类型介绍目前，在冰雪的去除方法，世界上所有的国家，最常用的是溶解法和机械法。解决的方法是依靠热效应和化学剂或冰雪融化。本实用新型具有去除率高的优点，但它的成本是非常高的。这是很容易造成环境污染。虽然环保型融雪剂问世以来，对环境和植被的减少的影响，但不能完全根除。和适用范围是有限的。机械法是减轻冰雪灾害机械直接的影响。虽然去除率相对较低，但对环境和植被没有影响。实现对冰层异地转移。应用范围广。因此，大多数人认为：透明冰必须用机械方法，辅助解决的方法，以达到快速、环保型除雪效果。图1是雪的前后视图。中国的除雪机械的开发和生产都比较晚，尚处于起步阶段。目前，中国的城市道路和高速公路的冬天的雪大部分仍采用传统的维护模式，手动操作和小的除雪机械组合。公路和高速公路开始采用大型专用除雪机械，保养。然而，在数量和品种规格的除雪机也很小，所以大部分依赖进口的除雪设备。机械化程度和整体水平远远落后于发达国家。先进的技术是近年来国内外制造商开发的除雪机，适合中国国情。 （二）除雪机的类型综观国内外的除雪机械，其类型总的来说有三种类型：1、 犁式除雪机 前端装置犁式除雪机通常安装在主机，是所有除雪机是应用最广泛，最早起源的除雪设备。主要用于压实不减少的雪，厚度为300mm以下。模板是整体和分段，V型和U型犁犁点。其特点是：在双摇杆机构居多，避开障碍物的高度越大，效果明显，环境适应性强，可在硬雪地区工作。有些还增加了拖鞋和辊装置，用于减少或消除对地面部队铲的边缘，地面的保护，减少切削刃的磨损。具体类型有： （1）单向犁-除雪犁以固定角度装在除雪车前部。 （2）V型犁-主要结构和工作原理与单向犁相同，只是结构呈左右对称，形成V形。 （3）变角度犁-指犁的排雪方向和行进角度可以改变的除雪机械。 （4）复合犁-又叫铰接雪犁，采用两翼结构，中间垂直铰链可以自由改变形状，形成单向犁、V型犁、变角度犁等犁形。比较典型的产品有：徐州装载机长的专利产品-调压自动越障式除雪装置。郑工、柳工和沈阳山河等厂家生产的ZL50型除雪机。由于该类除雪机械拥有结构简单、性能可靠、价格低廉等特性，因此受到广大用户的认可，得以广泛的使用。2、旋切式除雪机械旋切式除雪机械厂自行挂两个。主要材料，离心风机，抛雪筒，板和螺旋集雪等。结构相对复杂。使用动态主机或底盘时，驱动风扇在高速旋转的风，雪聚集雪了，抛雪筒。投掷距离和角度可根据自己的需要进行调整。在积雪的清除障碍时，旋切式除雪机械优势明显。但不能消除压实的雪。具体类型有： （1）螺旋式-螺旋轴鼓上的叶片呈左右旋向，左右旋向的叶片在轴线中部结合形成U形抛雪槽，U形抛雪槽低部稍微向后倾斜，内侧光滑，工作时轴鼓上的叶片刀刃切削破碎积雪，并将积雪集中送到中部U形槽内抛出。 （2）转子式-主要以清除新雪为主要作业对象。转子叶片可以完成切雪、扒雪和抛雪。 （3）单螺旋转子式-有转子和一根螺旋组成。螺旋水平布置在转子前，螺旋叶片作成左右旋向，当螺旋周转动时，把两边的积雪送到中间，再由转子抛出。（4）双螺旋转子式-双螺旋转子式的工作装置的两螺旋上、下平行地置于转子前面。（5）立轴螺旋转子式-该工作装置将螺旋竖放在转子两侧，螺旋叶片为左右旋向，工作时雪的移动方向为上下运动。主要机型有：哈尔滨开达公司生产的抛雪式除雪机和吉林大学研制的CX-30型除雪机。3、 扫滚式除雪机械辊式除雪机械厂是自行挂两个。在大型或底盘动力作用，驱动扫雪滚轮速旋转运动和雪，雪和雪滚盘柔性强扫雪刷路上的积雪，将推出的地面，高压力吹到路边的作用下在空气中。除雪机主要适用于薄或犁除雪机械工作后的残留。即使路面不平的除雪效果可以得到没有她。（三）国内除雪机的发展及不足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。1.3 本课题的研究目标 北方地区的冬季降雪后如果清理不及时，将对交通造成不便，多数情况下地位为松散积雪，或呈半融化状态的积雪，会形成一层雪水混合物，单凭人工清扫非常吃力，针对此种情况设计一种适合冬季铺装路面使用的除雪机器，除雪过程中不能对路面造成破坏。设计时要保证相应构件的可靠性，所以要进行相应的力学分析、设计计算 、方针模拟等。并要求用计算机软件对重要部件进行CAD、CAXA等软件的二维绘图。1.4 本课题研究内容和方法本文研究的主要目的是针对研制的CX型除雪车的前雪铲进行建模、仿真、分析和改进。课题内容如下：（1）除雪车分类研究针对目前除雪车种类繁多，除雪作业原理及功能多样化，通过总结归纳完善除雪车的分类。（2）利用SolidWorks建模建立原设计方案的三维模型，作为进一步分析和改进的基础。（3）推雪铲除雪过程中雪粒运动轨迹分析通过分析和作图求解新型前雪铲除雪过程中的雪粒运动轨迹。并以此来判别改进后的铲板曲面设计是否合理。（4）避障四杆机构仿真及改进利用运动仿真软件SolidWorks对前雪铲避障机构进行仿真分析及改进。13第二章 冰雪物理特性及清楚方法2.1 冰雪物理机械特性冰雪的物理力学性质及其形成特性在相当大的程度上决定着路面冰雪的清除方法。选择合理有效的除雪方法和装置，首先要了解掌握冰雪的主要性质。同时，对设计计算除雪机械的除雪阻力、附着力、除雪功率等相关问题，也必须了解和掌握冰雪的物理力学性质。冰雪的物理力学性质变化很大。雪在天空形成时就因气象条件不同而具有不同的结晶形式和物理特性；落到地面以后，其性质又随地面环境温度以及存留时间等因素的不同而将不断变化。路面积雪由于车辆行驶、除雪作业及水分介入等因素作用而发生复杂的变化。2.2除雪原理与方法传统的除雪方法一种是人工除雪。每当降雪过后，降雪城市组织各单位人员，拿着锹镐上街铲雪，形成众人“各扫门前雪”的壮观场面。人工除雪的显著缺点是需动用大量的人力资源，除雪区域一般仅限于城市主要街路，对交通影响严重；对压实积雪和冰雪清除不彻底，效率低下。另一种传统的除雪方法是采用氯盐类，亦即无机盐融雪剂融雪。常用的是氯化钠、氯化钙，或氯化镁，并掺入少量尿素。盐类融剂融化冰雪效果与气温、冰雪量、融剂量、地区条件有关，使用前应根据当地气候等相关条件通过实验确定盐类融雪剂种类及其用量，实验方法36如图2-1所示。图2-1 盐类溶液融化冰雪实验图在低温实验室温度测定器内，注入500mL水，高速道路盐类洒布量通常是0.03kg/m2，实验时则用其10倍量（0.3kg/m2）。按室内温度与冰温为-1C、-5C、-10C、-15C间隔，取8次时间间隔（3min、5min、10min、15min、30min、60min、120min、180min）分别测定不同盐类融化冰雪的能力，择融雪最佳者使用。2.3除雪车分类除雪车由除雪工作装置和机动车底盘两个部分组成。分类方法主要有两种：一种是按工作装置的特点分类；另一种是按工作装置与机动车底盘结合的整机结构特点分类。2.3.1按工作装置特点分除雪车按工作装置分为：犁板式、旋切式及其它类型。（1）犁板式除雪车犁式除雪车辆悬挂犁式除雪装置，最大的除雪装置的特点是结构简单，成本低，性能可靠。除雪作业中的直线运动，应用广泛，是除雪车辆类型的人口最多。根据犁体结构分为单向犁型，V型，刮雪犁，犁侧板板板综合除雪机。图2-4的除雪单向犁，除雪装置为单向犁，通常安排在除雪机前，也被称为雪铲和锹，主要用于清洗新落下的雪，雪的去除率较高。通过雪犁体曲面的优化设计，与适当的行程角可以得到，雪，雪的去除效果很好。据统计，超过90%的犁式除雪机装有单向犁。图2-4 单向犁式除雪车图25为V型犁式除雪车，主要结构和单向犁板扫雪机和类似的工作原理。V型犁的结构是对称的，在除雪作业同时向两侧的雪。V型犁受力对称，推力大；但结构相对复杂，雪性能不好，运行速度是一个单向犁低，机车牵引力。图2-5 V型犁式除雪车图26为雪刮板式除雪车辆，配备刮雪除雪装置，操作一定程度的压实层。由于工作对象的雪质硬，所以刮雪装置的设计是比较强的，结构尺寸也较小。用于车辆重力的合理使用，刮痧板安装在靠近重心的中心位置的底盘固定点，也被称为中铲。图2-6 刮雪板式除雪车图27为除了雪翼板，在侧面扫雪机板，翼板和侧铲，主要以增加一些特殊的除雪作业雪或步操作宽度。图2-7 侧翼板式除雪车犁式除雪机是全面提高除雪作业类型，单向犁或V型犁，刮痧板，边板组合根据需要，安装在同一辆车行走车。除雪机的适应性，对步行车辆的功率要求较高。（2）旋切式除雪车旋转切削犁除雪装置的结构是更复杂的比型。抛雪转子旋转扫雪机可雪扔走几十米，适合厚的除雪。旋切式除雪车分为压磙式、转子式、螺旋转子式等类型。压磙式除雪车配备的压磙除雪装置适用于清除坚硬的冰雪。图28所示为一种拖挂式压磙除雪车。根据压磙装配磙刀的安装角可将其分为斜刃压磙（图29）和直刃压磙（图210）。实验证明，斜刃压磙的切入角能有效地清除冰雪和保护路面。图2-8 压滚式除雪车图2-9 斜刃压滚工作装置 图2-10直刃压滚工作装置单螺杆旋转扫雪机和旋转扫雪机，是两种常见的和抛雪转子旋转扫雪机，工作装置是由一组雪，转子抛雪装置，抛雪筒和连接装置。集雪装置将被运往从两侧向中间雪叶散热抛雪转子高速旋转的叶片，在离心力的作用下，沿叶片表面运动的转子外壳抛出的顶端开口处，抛雪筒导适宜区。图2-11 单螺旋转子式除雪车 图2-12转子式除雪车（3）其它类型的除雪车雪铲切型是主要的，锤子，雪和吹雪，融雪剂类型和经销商，除了其他类型。在机场等一些场合往往雪装置匹配组合除雪效果以各种形式获得满意的除雪车。2.3.2按整车特点分除雪车的除雪作业效果不仅取决于所装配除雪装置的结构，还取决于机动车底盘的性能及其与工作装置间相关参数的匹配是否协调。只有正确选择机动车底盘并合理匹配工作装置的性能参数，才能使设备的技术经济指标得到充分发挥，完善整机性能。这是除雪车整车研制工作的主要任务之一。除雪车整车的分类方法很多，可按整机适用范围、在除雪作业中的功用、所用底盘形式和行走方式等不同分类方法进行分类。按整车适用范围，即除雪车的使用场合，可把除雪车分为泛用型除雪车、人行道除雪车、铁道除雪车和高速公路除雪车等。按除雪作业中整车的作用，可把除雪车分为推雪车、抛雪车、装雪车、特种除雪车辆（包括融雪车、融雪剂洒布车、扫雪车、压雪车、吹雪车、综合式除雪车等）。按除雪车所使用底盘的不同可以把除雪车分为专用底盘除雪车和兼用底盘除雪车两种。专用底盘除雪车只能进行除雪作业，而兼用底盘除雪车上的除雪工作属具均可拆卸，在不需除雪时用于运输等其它作业。按除雪车行走装置可分为轮胎式除雪车和履带式除雪车两种。2.4本章小结本章首先对雪的物理机械性质包括：种类、密度、抗压强度、抗切强度及摩擦系数等作了介绍。其次，对除雪方法及除雪车分类，进行了归纳总结。限于试验条件，关于雪的物理机械性质较多采用了与我国雪质相似的前苏联专家的研究结果。第三章 雪铲铲板曲面空间计算3.1 雪铲结构分析常见的前铲铲板曲面有圆弧型、抛物线型、渐开线型等空间曲面，可对新雪、粉雪、粒雪、压雪、冰雪水混合物等采用高速推进方式，利用曲面旋移原理清理路面积雪。前铲铲板空间曲面设计是前铲设计的核心内容。前雪铲各部分名称如图3-1所示。1推雪铲；2拉簧；3推雪铲上连杆；4前托架；5后托架；6举臂连杆；7大梁托架；8举臂架；9升降油缸；10摆动油缸；11推雪铲下连杆；图 3-1 除雪车前铲结构示意图需要完整图纸及论文，请联系QQ545675353，另接定做毕业设计摘要本文对除雪车的除雪铲板进行结构参数的确定与设计，分析了除雪铲工作阻力，并对所选取的发动机功率进行校核。通过对避障四杆机构、液压系统的研究与设计，确定除雪车的最终方案。本文的主要工作如下：1、研究除雪车的种类与特点，确定除雪车的设计方案；2、考虑除雪作业要求、工艺性、结构性等因素，参照相关试验数据选取合适的雪铲结构参数。对除雪铲板空间曲面进行分析、设计；3、通过除雪车作业计算，分析前雪铲作业时整车的牵引特性及功率匹配特性；4、通过对除雪装置的液压系统和避让机构的回位弹簧进行计算与设计。关键词：除雪车、铲板曲面、除雪装置、四杆机构、液压系统ABSTRACTThis paper focusing on snow removal vehicle plate structure focusing on snow removal shovel of parameters and design, analyses the work resistance, and focusing on snow removal shovel on the selection of engine power test. Through the obstacle avoidance four-bar mechanism, hydraulic pressure system of research and design, make sure the final plan. Focusing on snow removal vehicle.This paper main job is as follows:1, research focusing on snow removal vehicle types and characteristics, to determine the design project; focusing on snow removal car2, considering the operation requirement focusing on snow removal, workmanship, structural factors, consult relevant test data of selecting an appropriate snow shovels structure parameters. Focusing on snow removal shovel board space surface of analysis and design;3, through analysis, focusing on snow removal vehicle homework before when the snow shovels homework traction characteristics and vehicle power matching characteristic;4, through focusing on snow removal device for the hydraulic system and avoid institutions calculation and design return spring.Key word： Snow removal vehicle, Shovel plate surface, Snow removal device, Four-bar mechanism, Hydraulic system目 录摘要1ABSTRACT2目 录1第一章 绪 论21.1 除雪机的背景分析21.2 除雪机现状31.3 本课题的研究目标51.4 本课题研究内容和方法5第二章 冰雪物理特性及清楚方法72.1 冰雪物理机械特性72.2除雪原理与方法72.3除雪车分类82.3.1按工作装置特点分82.3.2按整车特点分122.4本章小结12第三章 雪铲铲板曲面空间计算133.1 雪铲结构分析133.2 雪铲概述133.3 雪铲铲板曲面结构参数选择143.3.1雪铲的铲板空间形状选择153.3.2雪铲铲板切削刃参数选择173.4 雪铲材料选择173.5 雪铲的力学模型及计算183.5.1除雪阻力计算择183.5.2行驶阻力计算203.6 切线牵引力计算223.7 除雪功率计算223.8 本章小结23第四章 除雪车弹性避让装置设计244.1 概述244.2 避让装置的选择244.3 圆柱螺旋拉伸弹簧的设计254.4 本章小结28第5章 除雪装置液压系统设计295.1 液压缸的设计计算29总 结35参考文献36致 谢37第一章 绪 论1.1 除雪机的背景分析中国位于北半球，亚洲东部，太平洋西岸，幅员辽阔，气候复杂。北方地区冬季降雪量一般，因为冬天气候特别强，大约在北纬24度的南雪有限的纬度，比同纬度的大陆是世界上任何其它低。在早期的雪与纬度和地形，一般来说，从北到南部的积雪从早期的雪；一期二年从南到北推迟。北方的冬天雪若不及时清理，就会造成交通的不便，在大多数情况下，松散的雪的位置，或者半融化的雪，将形成由人工清洗一层雪和水的混合物是非常困难的。在最近几年的发展，西部地区公路事业的较快，对中部和西部地区所占的比例较小，但增长速度，一些年翻了一番。这些地区也多雪地区，中国东北地区和其他地区的雪，对公路里程占全国的近一半。随着交通量的快速增长，冬天的雪交通的影响已经成为一个不容忽视的问题。目前，在建设之初我国高速公路一直支持国外的大型专用除雪设备的引进，主要依靠在其他公路与城市道路的人造雪。因此，可以说，中国的冬季除雪技术市场仍然是一个空白。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，但是它的成本很高。而且容易造成环境污染。虽然环保型融雪剂问世以来，对环境和植被的减少的影响，但不能完全根除。和适用范围是有限的。机械法是减轻冰雪灾害机械直接的影响。虽然去除率相对较低，但对环境和植被没有影响。实现对冰层异地转移。应用范围广。因此，大多数人认为：透明冰必须用机械方法，辅助解决的方法，以达到快速、环保型除雪效果。除雪机械有了很大的进步，但总体水平与发达国家相比，产品的品种和性能也有很大差距。我国公路不能满足发展的需要，主要体现在以下几个方面：（1）的技术水平低，除雪机的结构设计，制造工艺，备件供应和管理因素是技术水平低下的问题。除雪机械故障，可靠性差，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，只能用于除雪除冰的专用机械，所以大部分时间处于闲置状态，大大提高了除雪成本。提高公路养护部门的负担。（3）品种类型不全。与国外相比，有大量的冰，在国内除雪机械仍然是一个空白。制冰机不能满足公路，除了现有的机场大型冰的要求。1.2 除雪机现状（一）除雪方法及除雪机类型介绍目前，在冰雪的去除方法，世界上所有的国家，最常用的是溶解法和机械法。解决的方法是依靠热效应和化学剂或冰雪融化。本实用新型具有去除率高的优点，但它的成本是非常高的。这是很容易造成环境污染。虽然环保型融雪剂问世以来，对环境和植被的减少的影响，但不能完全根除。和适用范围是有限的。机械法是减轻冰雪灾害机械直接的影响。虽然去除率相对较低，但对环境和植被没有影响。实现对冰层异地转移。应用范围广。因此，大多数人认为：透明冰必须用机械方法，辅助解决的方法，以达到快速、环保型除雪效果。图1是雪的前后视图。中国的除雪机械的开发和生产都比较晚，尚处于起步阶段。目前，中国的城市道路和高速公路的冬天的雪大部分仍采用传统的维护模式，手动操作和小的除雪机械组合。公路和高速公路开始采用大型专用除雪机械，保养。然而，在数量和品种规格的除雪机也很小，所以大部分依赖进口的除雪设备。机械化程度和整体水平远远落后于发达国家。先进的技术是近年来国内外制造商开发的除雪机，适合中国国情。 （二）除雪机的类型综观国内外的除雪机械，其类型总的来说有三种类型：1、 犁式除雪机 前端装置犁式除雪机通常安装在主机，是所有除雪机是应用最广泛，最早起源的除雪设备。主要用于压实不减少的雪，厚度为300mm以下。模板是整体和分段，V型和U型犁犁点。其特点是：在双摇杆机构居多，避开障碍物的高度越大，效果明显，环境适应性强，可在硬雪地区工作。有些还增加了拖鞋和辊装置，用于减少或消除对地面部队铲的边缘，地面的保护，减少切削刃的磨损。具体类型有： （1）单向犁-除雪犁以固定角度装在除雪车前部。 （2）V型犁-主要结构和工作原理与单向犁相同，只是结构呈左右对称，形成V形。 （3）变角度犁-指犁的排雪方向和行进角度可以改变的除雪机械。 （4）复合犁-又叫铰接雪犁，采用两翼结构，中间垂直铰链可以自由改变形状，形成单向犁、V型犁、变角度犁等犁形。比较典型的产品有：徐州装载机长的专利产品-调压自动越障式除雪装置。郑工、柳工和沈阳山河等厂家生产的ZL50型除雪机。由于该类除雪机械拥有结构简单、性能可靠、价格低廉等特性，因此受到广大用户的认可，得以广泛的使用。2、旋切式除雪机械旋切式除雪机械厂自行挂两个。主要材料，离心风机，抛雪筒，板和螺旋集雪等。结构相对复杂。使用动态主机或底盘时，驱动风扇在高速旋转的风，雪聚集雪了，抛雪筒。投掷距离和角度可根据自己的需要进行调整。在积雪的清除障碍时，旋切式除雪机械优势明显。但不能消除压实的雪。具体类型有： （1）螺旋式-螺旋轴鼓上的叶片呈左右旋向，左右旋向的叶片在轴线中部结合形成U形抛雪槽，U形抛雪槽低部稍微向后倾斜，内侧光滑，工作时轴鼓上的叶片刀刃切削破碎积雪，并将积雪集中送到中部U形槽内抛出。 （2）转子式-主要以清除新雪为主要作业对象。转子叶片可以完成切雪、扒雪和抛雪。 （3）单螺旋转子式-有转子和一根螺旋组成。螺旋水平布置在转子前，螺旋叶片作成左右旋向，当螺旋周转动时，把两边的积雪送到中间，再由转子抛出。（4）双螺旋转子式-双螺旋转子式的工作装置的两螺旋上、下平行地置于转子前面。（5）立轴螺旋转子式-该工作装置将螺旋竖放在转子两侧，螺旋叶片为左右旋向，工作时雪的移动方向为上下运动。主要机型有：哈尔滨开达公司生产的抛雪式除雪机和吉林大学研制的CX-30型除雪机。3、 扫滚式除雪机械辊式除雪机械厂是自行挂两个。在大型或底盘动力作用，驱动扫雪滚轮速旋转运动和雪，雪和雪滚盘柔性强扫雪刷路上的积雪，将推出的地面，高压力吹到路边的作用下在空气中。除雪机主要适用于薄或犁除雪机械工作后的残留。即使路面不平的除雪效果可以得到没有她。（三）国内除雪机的发展及不足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。1.3 本课题的研究目标 北方地区的冬季降雪后如果清理不及时，将对交通造成不便，多数情况下地位为松散积雪，或呈半融化状态的积雪，会形成一层雪水混合物，单凭人工清扫非常吃力，针对此种情况设计一种适合冬季铺装路面使用的除雪机器，除雪过程中不能对路面造成破坏。设计时要保证相应构件的可靠性，所以要进行相应的力学分析、设计计算 、方针模拟等。并要求用计算机软件对重要部件进行CAD、CAXA等软件的二维绘图。1.4 本课题研究内容和方法本文研究的主要目的是针对研制的CX型除雪车的前雪铲进行建模、仿真、分析和改进。课题内容如下：（1）除雪车分类研究针对目前除雪车种类繁多，除雪作业原理及功能多样化，通过总结归纳完善除雪车的分类。（2）利用SolidWorks建模建立原设计方案的三维模型，作为进一步分析和改进的基础。（3）推雪铲除雪过程中雪粒运动轨迹分析通过分析和作图求解新型前雪铲除雪过程中的雪粒运动轨迹。并以此来判别改进后的铲板曲面设计是否合理。（4）避障四杆机构仿真及改进利用运动仿真软件SolidWorks对前雪铲避障机构进行仿真分析及改进。37第二章 冰雪物理特性及清楚方法2.1 冰雪物理机械特性冰雪的物理力学性质及其形成特性在相当大的程度上决定着路面冰雪的清除方法。选择合理有效的除雪方法和装置，首先要了解掌握冰雪的主要性质。同时，对设计计算除雪机械的除雪阻力、附着力、除雪功率等相关问题，也必须了解和掌握冰雪的物理力学性质。冰雪的物理力学性质变化很大。雪在天空形成时就因气象条件不同而具有不同的结晶形式和物理特性；落到地面以后，其性质又随地面环境温度以及存留时间等因素的不同而将不断变化。路面积雪由于车辆行驶、除雪作业及水分介入等因素作用而发生复杂的变化。2.2除雪原理与方法传统的除雪方法一种是人工除雪。每当降雪过后，降雪城市组织各单位人员，拿着锹镐上街铲雪，形成众人“各扫门前雪”的壮观场面。人工除雪的显著缺点是需动用大量的人力资源，除雪区域一般仅限于城市主要街路，对交通影响严重；对压实积雪和冰雪清除不彻底，效率低下。另一种传统的除雪方法是采用氯盐类，亦即无机盐融雪剂融雪。常用的是氯化钠、氯化钙，或氯化镁，并掺入少量尿素。盐类融剂融化冰雪效果与气温、冰雪量、融剂量、地区条件有关，使用前应根据当地气候等相关条件通过实验确定盐类融雪剂种类及其用量，实验方法36如图2-1所示。图2-1 盐类溶液融化冰雪实验图在低温实验室温度测定器内，注入500mL水，高速道路盐类洒布量通常是0.03kg/m2，实验时则用其10倍量（0.3kg/m2）。按室内温度与冰温为-1C、-5C、-10C、-15C间隔，取8次时间间隔（3min、5min、10min、15min、30min、60min、120min、180min）分别测定不同盐类融化冰雪的能力，择融雪最佳者使用。2.3除雪车分类除雪车由除雪工作装置和机动车底盘两个部分组成。分类方法主要有两种：一种是按工作装置的特点分类；另一种是按工作装置与机动车底盘结合的整机结构特点分类。2.3.1按工作装置特点分除雪车按工作装置分为：犁板式、旋切式及其它类型。（1）犁板式除雪车犁式除雪车辆悬挂犁式除雪装置，最大的除雪装置的特点是结构简单，成本低，性能可靠。除雪作业中的直线运动，应用广泛，是除雪车辆类型的人口最多。根据犁体结构分为单向犁型，V型，刮雪犁，犁侧板板板综合除雪机。图2-4的除雪单向犁，除雪装置为单向犁，通常安排在除雪机前，也被称为雪铲和锹，主要用于清洗新落下的雪，雪的去除率较高。通过雪犁体曲面的优化设计，与适当的行程角可以得到，雪，雪的去除效果很好。据统计，超过90%的犁式除雪机装有单向犁。图2-4 单向犁式除雪车图25为V型犁式除雪车，主要结构和单向犁板扫雪机和类似的工作原理。V型犁的结构是对称的，在除雪作业同时向两侧的雪。V型犁受力对称，推力大；但结构相对复杂，雪性能不好，运行速度是一个单向犁低，机车牵引力。图2-5 V型犁式除雪车图26为雪刮板式除雪车辆，配备刮雪除雪装置，操作一定程度的压实层。由于工作对象的雪质硬，所以刮雪装置的设计是比较强的，结构尺寸也较小。用于车辆重力的合理使用，刮痧板安装在靠近重心的中心位置的底盘固定点，也被称为中铲。图2-6 刮雪板式除雪车图27为除了雪翼板，在侧面扫雪机板，翼板和侧铲，主要以增加一些特殊的除雪作业雪或步操作宽度。图2-7 侧翼板式除雪车犁式除雪机是全面提高除雪作业类型，单向犁或V型犁，刮痧板，边板组合根据需要，安装在同一辆车行走车。除雪机的适应性，对步行车辆的功率要求较高。（2）旋切式除雪车旋转切削犁除雪装置的结构是更复杂的比型。抛雪转子旋转扫雪机可雪扔走几十米，适合厚的除雪。旋切式除雪车分为压磙式、转子式、螺旋转子式等类型。压磙式除雪车配备的压磙除雪装置适用于清除坚硬的冰雪。图28所示为一种拖挂式压磙除雪车。根据压磙装配磙刀的安装角可将其分为斜刃压磙（图29）和直刃压磙（图210）。实验证明，斜刃压磙的切入角能有效地清除冰雪和保护路面。图2-8 压滚式除雪车图2-9 斜刃压滚工作装置 图2-10直刃压滚工作装置单螺杆旋转扫雪机和旋转扫雪机，是两种常见的和抛雪转子旋转扫雪机，工作装置是由一组雪，转子抛雪装置，抛雪筒和连接装置。集雪装置将被运往从两侧向中间雪叶散热抛雪转子高速旋转的叶片，在离心力的作用下，沿叶片表面运动的转子外壳抛出的顶端开口处，抛雪筒导适宜区。图2-11 单螺旋转子式除雪车 图2-12转子式除雪车（3）其它类型的除雪车雪铲切型是主要的，锤子，雪和吹雪，融雪剂类型和经销商，除了其他类型。在机场等一些场合往往雪装置匹配组合除雪效果以各种形式获得满意的除雪车。2.3.2按整车特点分除雪车的除雪作业效果不仅取决于所装配除雪装置的结构，还取决于机动车底盘的性能及其与工作装置间相关参数的匹配是否协调。只有正确选择机动车底盘并合理匹配工作装置的性能参数，才能使设备的技术经济指标得到充分发挥，完善整机性能。这是除雪车整车研制工作的主要任务之一。除雪车整车的分类方法很多，可按整机适用范围、在除雪作业中的功用、所用底盘形式和行走方式等不同分类方法进行分类。按整车适用范围，即除雪车的使用场合，可把除雪车分为泛用型除雪车、人行道除雪车、铁道除雪车和高速公路除雪车等。按除雪作业中整车的作用，可把除雪车分为推雪车、抛雪车、装雪车、特种除雪车辆（包括融雪车、融雪剂洒布车、扫雪车、压雪车、吹雪车、综合式除雪车等）。按除雪车所使用底盘的不同可以把除雪车分为专用底盘除雪车和兼用底盘除雪车两种。专用底盘除雪车只能进行除雪作业，而兼用底盘除雪车上的除雪工作属具均可拆卸，在不需除雪时用于运输等其它作业。按除雪车行走装置可分为轮胎式除雪车和履带式除雪车两种。2.4本章小结本章首先对雪的物理机械性质包括：种类、密度、抗压强度、抗切强度及摩擦系数等作了介绍。其次，对除雪方法及除雪车分类，进行了归纳总结。限于试验条件，关于雪的物理机械性质较多采用了与我国雪质相似的前苏联专家的研究结果。第三章 雪铲铲板曲面空间计算3.1 雪铲结构分析常见的前铲铲板曲面有圆弧型、抛物线型、渐开线型等空间曲面，可对新雪、粉雪、粒雪、压雪、冰雪水混合物等采用高速推进方式，利用曲面旋移原理清理路面积雪。前铲铲板空间曲面设计是前铲设计的核心内容。前雪铲各部分名称如图3-1所示。1推雪铲；2拉簧；3推雪铲上连杆；4前托架；5后托架；6举臂连杆；7大梁托架；8举臂架；9升降油缸；10摆动油缸；11推雪铲下连杆；图 3-1 除雪车前铲结构示意图图3-1中弹簧2用于吸收部分冲击载荷，并使铲刃紧贴地面。两个升降油缸 11铰接于大梁拖架7和举臂连杆6上，用于控制推雪铲的升降。摆动油缸12铰接于前拖架4与后拖架5之间，用于控制推雪铲的左右摆动。工作时，摆动油缸推动前拖架4与推雪铲1一起转过一定角度（约30）后用销子和后拖架5固定，升降油缸降低，推雪铲铲刃紧贴地面。随除雪车的行进，积雪被铲刃剥离地面并沿铲板曲面作螺旋外抛运动，积雪被推积到道路右侧。上连杆3和下连杆11的作用是在避障时抬起推雪铲。3.2 雪铲概述1）除雪宽度在一个除雪除雪工作宽度方向的旅行，这是除了最小的雪铲雪上的投影宽度方向。根据不同的除雪的使用场合，要求对宽度的雪是不一样的。方形空网站需要一个更大的宽度的雪除雪机，交通路线雪宽度不超过一个车道宽度除雪除雪作业，避免交通阻塞。2)切削角行进方向上铲体与地面间的夹角。如图3-2所示。随着除雪铲的前进，具有一定切削角的铲刃在垂直力F的作用下，将积雪剥离其附着面，积雪沿导板曲面向斜上方运动，最后以一定的速度从除雪铲后端部排出。切削角的大小直接影响切削阻力的大小。切削角太小使切削刃变薄、强度不足；但过大，切削阻力会显著增大。实验表明，切削角每增加10，抗切强度系数K增加10%20%，切削角在60左右时抗切强度系数K达到最大值，切削角60后抗切强度系数K增加不明显。图3-2 相关参数示意图3）行进角铲体宽度方向与车辆行进方向所夹锐角为，= （3.1）如图3-1所示。行进角与除雪阻力、排雪性能、除雪铲长度都有很大关系。行进角小，则除雪阻力小，且排雪性能好，但须有较长的铲体才能保证必需的除雪宽度；行进角大，铲体长度则可短些，但除雪阻力增大，排雪性能也将变差。3.3 雪铲铲板曲面结构参数选择除雪铲是除雪车广泛配备的一种犁板式清雪工作装置，通过可拆卸固定连接方式安装于除雪车底盘前端。雪铲导板的形状一般呈复杂的空间曲面，可对新雪、粉雪、粒雪、压雪、冰水混合物等采用高速推进方式，利用曲面旋移原理清离路面。除雪铲导板曲面设计是除雪铲设计的核心内容。3.3.1雪铲的铲板空间形状选择（1）铲板铲形除了高速犁式铲雪，雪从路面清洗旋转位移原理。除雪铲板表面旋转驱动的雪。雪铲板芯片运动的影响，结构参数，推雪的抵抗能力。在雪中推转移的过程，如果电阻的雪，在旋转运动循环抛雪的距离，是性能良好的标志。为了便于雪行外的道路，除雪铲的设计通常是小的，在一个固定的角度。雪是期望轨迹外抛的芯片空间螺旋运动。 常用的除雪铲板形状有圆弧型、抛物线型、I类渐开线型、II类渐开线型（图3-3）其中抛物线和圆弧的形状很近似，两者的性能也很接近。图3-3 除雪铲铲板形状由于被除积雪的颗粒间结合力小，在高速铲的作用下被剥离后会紧贴铲板作旋移运动；而在推土铲作业时，当被切下的土屑呈层状沿曲面滚卷前进时，其切削性质和推雪铲工况相似。国外专家利用三种曲面板对中等沙土做了对比实验。在其它因素相同的情况下，对比铲板类型对切削阻力的影响，实验数据如表3-1。表3-1铲板类型对切削阻力的影响铲板类型圆弧型抛物线型I类渐开线型II类渐开线型切削阻力28.528.52825.4通过对数据的对比分析，结合实际工作情况。本课题除雪车雪铲形状采用II类渐开线型。（2） 铲板宽度除雪车雪铲常以固定的行进角进行除雪作业。行进角与除雪阻力、排雪性能、除雪铲长度都有很大关系。根据经验及相关实验，除雪铲的行进角一般取值为5060，由于除雪铲的偏转角为30，根据角度关系可知60，然后通过几何计算求得为46，所以行进角=53。推雪铲的宽度应保证工作时在除雪车前进方向上的最小投影宽度大于车宽，前端（小端）应比同侧轮胎外缘宽出约200mm，后端（大端）应比同侧轮胎外缘宽出约400mm。这种宽度出量是为了保证在作业过程中除雪车能给自己开辟前进的道路，从而保证其作业质量。通过查阅国内道路标准，可知各种公路车道宽度约3000-3750mm，但普遍采用3750mm的较多。除雪车作业时，铲板的宽度必须小于或等于3750mm，才不会影响其他车辆的通行。而且除雪宽度，即除雪铲在除雪车前进方向上的最小投影宽度，必须大于或等于2936mm（车宽+大小端的轮缘距）。因此除雪铲板宽度必须大于，可初步确定除雪铲板宽度B为3700mm。根据公式（3-2）进行检验：B= （3-2）式中：Fe推雪车额定牵引力(N)，乌尼莫克U4000的额定牵引力为39kN； B推雪宽度，单位mm； 推雪铲的水平比切力，可选20100N/cm，此次选取100N/cm。将数据代入公式（3-2）可得 B=390cm=3900mm，所以雪铲宽度B取3700mm满足要求。（3）雪铲铲板特征雪铲铲板一般呈一端大一端小的空间螺旋锥形，为了保证清雪宽度常采用不对称安装。铲板前端高度一般取1000mm，后端高度取1400mm且要利于排雪。为防止飞雪影响驾驶员视线，雪铲一定要有一定量的固定前伸部分。3.3.2雪铲铲板切削刃参数选择切削刃和与其连接在一起的铲板是推雪铲的主要工作部分。为了设计性能良好的除雪铲，必须对切削刃和铲板加以分析。除雪车雪铲主要应用于清除新降积雪，新降雪的密度随其结构、气象条件以及降雪气温的不同而变化，其密度值一般在20800kg/m之间。通过比较认为松土和积雪的物理机械性质较为接近，参考较为成熟的推土铲切削刃设计理论可知，对于松土和积雪，一般认为切削角取30时切削刃强度和切削阻力组合最佳。但推土铲的切削角通常以55为宜。除雪车雪铲切削对象是新降雪，同时除雪车为保护路面大多采用轮式行走机构，所能提供的最大牵引力较履带式行走机构小，而且工作速度要求较高，所以应尽量减小工作时的切削阻力。除雪车的工作路面较为平整，适合地形变化需要的后角略小。因此综合考虑，除雪铲铲刃切削角选择为30。切削刃厚度取20mm左右，除雪深度为100mm，切削刃是易损件，由于积雪路面情况复杂多变，为避免铲刃局部受损而更换整个铲刃板，通常把铲刃设计成多块刃板组合而成，可以翻转调换使用，延长使用寿命。3.4 雪铲材料选择除雪铲的主要工作部分是切削刃和与其联接在一起的铲板。切削刃是直接切雪的零件，应有足够的耐磨性、强度、和刚度。切削刃是易损件，因此它与铲板之间设计为可拆分段联接。适宜的铲体自重利于增大铲体作用于路面的线压力，因此除雪车并不刻意追求降低雪铲的总质量，且今年来铲体质量有增大的趋势。但必须考虑行车稳定性和所用载重车前后轴的承荷能力，通常情况下除雪车雪铲工作装置的总质量限制在500800kg。材质选择时兼顾经济性，切削刃材料时除考虑耐磨性、韧性、经济性等因素外，须考虑工作温度对其物理特性的影响，表3-2为几种常用钢材的力学性能和退火硬度。除连接零件外，除雪工作装置大部分零件材质选择Q235钢。而切削刃一般选取65Mn调质钢。表3-2常用钢材的力学性能和退火硬度钢号力学性能退火硬度HB20Mn2785590187Q235375460235-4560035519740Cr52098020765Mn7354302293.5 雪铲的力学模型及计算犁板式除雪车的清雪阻力是其在清雪作业时所受到的总阻力，包括雪铲受到的雪阻力和车辆的行走阻力两部分。除雪铲所受的阻力Fp可图3-4所示的坐标进行分解。zX前进方向Y 图3-4 单向推雪铲的受力坐标Fa除雪铲FfFc除雪铲3.5.1除雪阻力计算择清雪铲所受到的阻力可由下式求得： (3-4)式中：铲刀与路面间的滑动摩擦阻力，N； 分离积雪的切雪阻力，N; 将积雪沿铲板面抛出时雪对铲板的作用力，N。也可按图3.4行分解： (3-5)式中前进方向分力，N; 侧向分力，N； 垂直分力，N。按上述坐标对、进行分解则有： (3-6) (3-7) (3-8)式中：，前进方向分力，N； ，侧向分力，N;垂直分力，N。于是可分别计算铲体在三个坐标轴方向上所受阻力的代数和。前进方向上的阻力： (3-9) =2326N侧向阻力： (3-10)=561N垂直方向阻力Fpz： (3-11)=7840.00N 式中 铲刃和路面的摩擦因数（钢铁与压实雪的摩擦因数为0.1）； Mp推雪铲总质量，kg（雪铲总质量为800kg）； S清雪断面积，（S=2.9360.1=0.294）； 雪铲的行进角，（行进角为53）； 雪铲的切削角，（切削角为30）； 雪铲的行进速度，m/s（为除雪车的行进速度8.3m/s）；雪的密度，kg/（松散雪的密度为80kg/）；K铲刀口形状系数（前铲K=1）; 雪的平均抗断应力，新雪的平均抗切应力=0，Pa.3.5.2行驶阻力计算行驶阻力由下式求得：式中 空气阻力，N;滚动阻力， N；上坡阻力，N;加速阻力，N;即 (3-12)式中 空气阻力系数（乌尼莫克U4000取值0.6）；A犁板式除雪车正面投影面积，；犁板式除雪车与空气的相对速度，km/h；滚动阻力系数（轻碾压雪与轮胎间，=0.025+0.0005v4）；M除雪车总质量，kg；除雪车有效质量，kg，=M-Mp；道路坡度角；a加速度，m/；犁式除雪车旋转部分回转当量，kg。 由于除雪车的行驶阻力与一般汽车的行驶阻力计算方法相同，犁式除雪阻力的影响因素很多，计算复杂，但可用经验公式（3-13）进行估算： =9.851.740.29480=11926N （3-13） 式中：除雪阻力比，m（=0.0942-2.44+65.5=51.74）； S除雪断面面积，（S=0.294）； 雪的密度，kg/（松散雪的密度为80kg/）；除雪作业总阻力由推雪铲所受的阻力和车辆的行驶阻力合成，可分解为行进方向、侧向和垂直方向三个分力。行进方向分力 =（2326+11926）N=14252N (3-14) 侧向分力 =561N (3-15)垂直方向分力 =7840.00N (3-16)3.6 切线牵引力计算 这里引入切线牵引力的概念。切线牵引力是指在牵引元件作用下，地面产生的作用于行走机构上、平行于地面并沿着行驶方向的总推力。冰雪路面所能提供的最大附着力可由下式求得：=0.35（53409.8-7840）=15572N (3-17)式中附着系数，一般为0.250.35，取0.35。因此，作用于行走机构的最大切线牵引力为= 15572.2N (3-18) 为使犁板式除雪车能正常作业，其最大切线牵引力必须大于或等于外部阻力之和，即在一般情况下，有发动机转矩所决定的最大牵引力大于附着力，发动机功率应适当的储备。3.7 除雪功率计算 除雪功率P由下式求得： (3-19) =131435W132kW式中 P除雪功率，kW； 行进方向的除雪阻力，14252N; 行走速度，30m/s； 传动效率，机械传动取 =0.90。3.8 本章小结本除雪车的除雪铲采用II类渐开线型铲板，铲刃切削角为30，切削刃厚度为10mm；推雪铲行进角为53，除雪铲前端高度为1000mm，后端高度为1400mm，铲板宽度为3700 mm，有效除雪宽度大于车宽600mm，符合设计及道路通行要求。除雪车雪铲正常工作时，除雪作业时的牵引力与选用底盘类型匹配，能满足设计要求。额定工况为：清除0.1m厚、密度为80kg/的浮雪，额定除雪速度为30km/h。第四章 除雪车弹性避让装置设计4.1 概述目前，我国公路及城市道路的路况普遍已有很大改善了，但仍有相当里程的路段路况较差，突出表现在路面平整度低和局部损毁（如裂缝、变形、崩解、错台、沉陷、脱皮、麻面等），另外除雪作业时还可能遇到一些路面物（如凸台、窨井盖、道钉、分界线反光块、坑槽等）。如不采取避障措施，则将造成除雪设备或路面设施损坏，甚至会威胁到驾驶人员的人生安全。除雪车的避障措施有两种形式：一种形式是利用声波或磁波探测障碍物与雪层厚度，自动控制推雪铲的升降运动，主动避障；另一种形式是采用机械机构，实现被动避障。本课题主要采用机械被动避障结构。犁板式除雪车机械被动避障结构基本分为两种类型:一种是通过铲体的动作实现缓冲和避让，采用双摇杆机构实现；另一种是依靠铲刀的动作实现缓冲和避让，通过摆动导杆机构实现。上述避让机构的避让动作均可分解为上下伸缩动作和绕某一固定轴的旋转动作。4.2 避让装置的选择目前国内外除雪机械广泛应用的弹性避让装置为双摇杆机构，其优势是避让效果明显、越障高度较大、环境适应性强，可以在硬质雪区作业。而摆动导杆避障机构的导杆机构安装在铲刀后侧，限制铲刀的最佳切削角取值。摆动导杆避障机构铲刀切削角一般取值在6575范围内，适合于中铲采用。所以本课程设计采用的是双摇杆避障机构。图4-1为双摇杆机构发挥弹性避让功能时除雪铲的模拟图。在该模拟图中，1和2分别为上、下连杆，3为前托架， 4为圆柱螺旋拉伸弹簧与前托架的连接点C，D为铲着地点（即铲刃与障碍物的接触点）， 5为除雪铲。如遇障碍物，则A点围绕B点转动一定角度，曲线即为铲运动轨迹，即为自动越障高度值。除雪铲发挥了较好的自动翻越物体的功能。图4-1 双摇杆避让机构为实现优良的弹性避让性能，进行四杆机构设计时应考虑：（1）为顺利避障，双摇杆机构应首先保证铲刃的上抬运动，铲刃的避让轨迹为上凸曲线时为最佳。（2）应适当加大铲板与前托架的间距，有利于提高自动越障高度。（3）拉伸弹簧的整体刚度应适中，过大对越障不利，过小则会导致除净率降低。（4）推雪铲翻摆时的极限位置应予限制，防止产生“死点”，使推雪铲不能及时回落。（5）根据我国道路状况，自动越障高度H 一般控制在 100mm 左右。（6）要保证铲刃对地面有足够的线压力，用于剥离地面上积雪；过大的弹簧拉力对越障不利，过小的弹簧拉力则会导致除雪效果降低。（7）要使机车动力合理有效的传递到推雪铲铲刃。4.3 圆柱螺旋拉伸弹簧的设计（1） 4.3.1 圆柱螺旋拉伸弹簧原始几何参数 当除雪车工作时，雪铲受到来自地面和雪的作用力。其受力分析如图4-2，G为除雪装置前雪铲的重量，大约为除雪装置总重量的60%，即4704N。Fp1为作用在雪铲上来自地面和雪的总用力之和。Fpx为Fp1的水平分力，根据前面的相关计算 Fpx=2326N。Fp1y为Fp1的垂直分力。F为弹簧对雪铲的拉力，Fx和Fy为其水平和垂直方向的分力。Fp1y=Fpxtan30 （4-1） =2326tan30N =1343N通过除雪阻力垂直方向的力Fp1y与除雪铲板自重的比较可知 Fp1y4200 0000.5d483 00080 000D480 000-4013065Mn60Si2Mn 60Si2MnA4806408008001000200 00080 000-40200455050CrVA450600750750940-40210不锈钢丝1Cr18Ni91Cr18Ni9Ti330440550550690197 00073 000-200300（3） 根据强度条件计算弹簧钢丝直径现选取旋绕比C=15，则由式（4-2）得 (4-2) 根据式（4-3）可得 （4-3） 改取d=5mm，查得不变，故 不变，取D=50mm， ，计算得K=1.145，于是 上值与原估值相近，取弹簧钢丝标准直径d=5mm。此时D=50，为标准值，则所得尺寸与限制相符，故满足要求。（4） 根据刚度条件，计算弹簧圈数n由式4-4得弹簧刚度为 (4-4)由表4-1取G=80000MPa，则弹簧圈数n由式4-5可得 （4-5）取8圈。此时弹簧的刚度为（5） 验算（1） 极限工作应力取，则 （2） 极限工作载荷4.4 本章小结 本章介绍了双摇杆避障机构及其工作原理，并对避障机构的回位拉簧进行设计计算。拉簧采用的是圆柱螺旋拉伸弹簧，通过相关计算，最终确定弹簧的外径为60，中径为50，弹簧钢丝标准直径为5，弹簧圈数为8圈。弹簧的材料选用65Mn。第5章 除雪装置液压系统设计5.1 液压缸的设计计算 液压缸是液压系统中常见的执行元件，它是一种把液体的压力能转换成机械能以实现直线往复运动的能量转换装置。液压缸结构简单，工作可靠，在液压系统中广泛使用。 液压缸按结构分为：活塞式液压缸、柱塞式液压缸、伸缩式液压缸和组合式液压缸。液压缸除了单个使用外，还可以组合起来或和其他结构相结合，以实现特殊的功能。（1） 液压缸设计原始参数 升降液压缸的任务是提升除雪装置，使铲板脱离地面，悬于空中。所以升降液压缸的负载G（G为除雪装置的重量，8009.8=7840N），负载 取为9000N，则每根单杆活塞式液压缸的负载为4500N。油泵供给每根单杆活塞式液压缸的油压为总压力的一半，即7MPa。由于一般的障碍物高度为100mm，为了保证除雪装置在不工作时，安全通过障碍，可将除雪装置的