气力式小型除雪机的结构设计本科毕业论文.doc

本科本科毕业论毕业论文（文（设计设计） ） 题题 目目 气力式小型除雪机的结构设计 学学 院院 工学院 专专 业业 机械设计制造及其自动化 班班 级级 机制 05 班 学学 号号 111101010519 学生姓名学生姓名 王广健 指导教师指导教师 王伟锋 完成日期完成日期 西安思源学院教务处制西安思源学院教务处制 二二一五年四月一五年四月 西安思源学院毕业论文（设计） i 中文摘要 我国疆土宽广，地域奇特，南方以细雨绵绵，北方有茫茫雪城，有些地区 为降雪频繁区，长时间的降雪，导致道路不通畅，及其巧合下，南方也会出现 大雪围城的灾害，这些问题给人们日常生活带来了很多困难。就现在而言，我 国处理雪的方式比较原始，主要劳动力还是人力，适用一些工具来清理积雪， 这种方式在浪费极大的人力和物力的同时，清雪效果还不好，不能及时的清扫 积雪，导致压榨后的积雪更难清理。因此，我们要寻找一种高效，而成本不高 的清雪方法成为当务之急。 本文研究的对象为气力式小型除雪机的结构设计，通过对铲雪装置进行结 构设计及气力传动的设计，设计出一种规模小气动式清雪车，用于工作环境， 家庭，社区道路积雪的清除，从而方便人们出行，免去可预知的安全问题。通 过本题目设计，也能够进一步理解机械原理、农用机械设计、气压传动等专业 课程知识，掌握专用机械设计的原理和方法。 关键词： 气力式 除雪机 初雪铲机构 气缸； 西安思源学院毕业论文（设计） ii abstractabstract at present our guoqing snow compared to the original approach, mainly rely on the human, with the shovel and a broom to clean the snow, this way is not only a waste of a large manpower and material resources, but also the efficiency of cleaning snow is low, often can not be timely cleared of snow, and snow was more difficult to remove the vehicle after compaction. therefore, searching for a means to have higher efficiency, snow cleaning method has lower cost has become imperative. most areas of northern china caused by heavy snow, heavy snow blocked the road hazards, is surrounded by snow disaster and even the emergence of the south, great difficult to bring to peoples daily life. at present, our country except in limited several highways and airports are equipped with the snow clearing machinery, other roads and urban residents living areas of snow also rely mainly on human to clear, but because of artificial snow removal efficiency is very low, the time-consuming, so the vast majority of snow can only rely on the natural melt, this makes the most area of our country the north in a heavy snow, road traffic accidents occur frequently, which cause enormous economic losses and casualties, and some local traffic even because of snow and blockage phenomenon, to the residents of these areas of life has brought great inconvenience, also had a negative effect on the economic development of the region. therefore, realize the mechanization of the snow removing is important. keywords: pneumatic type except design snow machine cylinder 西安思源学院毕业论文（设计） iii 目录 1 绪论.5 1.1 本课题研究的意义与目的5 1.2 国内外除雪机发展现状6 1.3 国内除雪机械的发展方向8 1.4 本文的工作安排 9 2 气力式小型除雪机的设计的总体方案10 2.1 总体设计的基本原则及要求10 2.1.2 机构的总体设计原则.10 2.1.3 机构总体布置设计基本要求.11 2.2 除雪机设计方案.11 2.2.1 总体方案选择.11 2.2.2 机构的设计方案 .12 2.3 本章小结.13 3 除雪铲机构的设计 .14 3.1 除雪铲铲板的设计.14 3.1.1 除雪铲板的示意图.14 3.1.2 铲雪板结构参数确定 .15 3.2 前铲机械避障装置设计 .17 3.2.1 避障机构的方案.17 3.2.2 避障机构的设计.18 4 气压传动系统的设计与校核 .21 4.1 气动传动原理.21 4.2 气动系统元件的选择 .22 4.2.1 气缸的选择.22 4.2.2 空压机的选择.23 西安思源学院毕业论文（设计） iv 4.2.3 控制元件的选择.24 4.2.4 消声器的选择.25 4.2.5 三联件的选择.25 4.3 确定管道直径.26 4.4 验算压力损失26 4.4.1 沿程压力损失.26 4.4.2 局部压力损失.28 4.4.3 总压力损失.29 结 论.30 参考文献.31 致谢.32 西安思源学院毕业论文（设计） 5 气力式小型除雪机的整体设计 第一章 绪论 1.1 本课题研究的意义与目的 我国北方地区冬季比较漫长，基本上每年都会有大降雪出现，有些地区还 会因为长时间大降雪而形成雪灾、 ，给人们生活带来困难，给社会生产带来很 多不便利，特别是现在，经济飞速发展，需求地于生产地的联系密不可分，而 连接的方式就是运输，而公路运输又占有运输的很大比例，因为一些地区由于 地貌限制只能用公路运输来完成生活需求，但是道路积雪给人们出行和公路运 输带来了很多不便，特别是大降雪和雨夹雪天气，让高速公路关闭，让国道行 驶很不安全，严重的影响了人们的出行和经济发展，现在道路积雪问题引起了 各级部门的关注和重视，我认为如何能高效的处理积雪，保障道路通畅，让人 们安全出行，提高交通安全成为冬季公路养护的主要问题。所以，过多的降雪 常常来不及得到及时有效的清除，给城市交通和人民生活带来了许多不便。因 此，我们寻找一种高效初雪的方式，而成本又比较低的清雪方法成为当下重中 之重。 本文研究的主要目的是通过对气力式小型除雪机进行整体设计，主要对铲 雪装置进行结构设计及气力传动的设计，从而设计出一种规模小气动式清雪车， 用于工作环境，家庭，社区道路积雪的清除，从而方便人们出行，免去可预知 的安全问题。 。通过本题目设计，也能够进一步理解机械原理、农用机械设计、 气压传动等专业课程知识，掌握专用机械设计的原理和方法。 当下社会全速发展，而社会发展的源泉和活力又在于创新。创新发明是用 新思想，新方式，新的产品。现在各国都在发展机械水平，进入一个机械时代， 机械的更新为当下重中之重。机械的创新在于适应社会的发展，机械的创新能 降低人们劳动力的同时，带来更多的效益，机械创新的进展极有可能影响某一 西安思源学院毕业论文（设计） 6 行业，或者影响人们的生活习性，对社会有着很重要的意义。 现在清雪的方式主要分为：人力清雪；撒化学物质融化冰雪；靠机 械装置除雪。人力清雪需要很多劳动力，但是除雪效率还达不到人们的理想， 从而浪费人力，物力来达到一个不理想的方式是不可取的。就社会安全问题也 需要改革人力除雪，因为人力除雪需要人们去一些危险的地方，这样不安全因 素就多了，容易发生事故，给人们和行驶的交通工具带来极大不便。撒化学物 质清雪是靠化学热反应，和降低结晶点来达到目的，但是融化后的积雪带来了 极大的不便，同时费用高也容易造成环境污染。因此这种方式收的局限性不叫 高，不能用于日程生活。 除雪机械是通过机械装置，直接作用积雪，对其进行扫除。除雪机主要分 为梨式除雪机和螺旋转子机械两种，这两种占发达国家除雪机器总是的百分之 八十以上。现如今，传统的人力清雪和污染较大的化学清雪已经不能满足人们 的需求，现在我们迫切需要性能良好，自动化程度高以及方便灵活的机械来取 代。 即雪后需要效率高、省时、省力的浮雪清除设备来满足社会的需要。 1.2 国内外除雪机发展现状 （一）国外除雪机发展现状 国外发展除雪机械已经有几十年了，北欧国家特别是瑞典和芬兰已经发展 的相当成熟。建立道路天气监测系统，除雪机向小规模，高效率发展，向功能 多，机电气液化方向发展，同时也得注重人们操作时的工作环境和安全性，打 破传统法师，加强合作。相对于其他类型的除雪装置，抛雪式除雪一般都具有 以下几个功能，就是对积雪的处理，集中，推动积雪，和抛投功能，这种方式 用的比较广，是一种机械化，高效率的除雪机器。从八十年代开始，这种除雪 装置在北美，北欧地区得到广泛运用。在我国大型的除雪机器在有些地区还是 有的可以看见，但是大多是推移式的，先进抛投式的很少，并且大多是都是进 口的，价格很贵，维修起来也不方便。 就近几十年来，我国的除雪机器发展很快，各种类型也越来越多，生产厂 家也在采用与国际接轨的技术，材料，工艺的同学，也不断提高人们操作的舒 适性，和作业性能，对除雪提出更高的要求，提高了自己生品的竞争力。最开 始的出血及其都是采用推土机或者装载除雪机，利用推板和装载斗将积雪集中 西安思源学院毕业论文（设计） 7 在一块，这种方式后来发展成梨式除雪机。早在一九四三年的日本，就运用 v 型梨式除雪器，把装置装在卡车上用于清理积雪，经过这么多年发展，国外梨 式除雪机已经发展的很成熟，有较高的技术水平，如俄罗斯的 ko-812-2 就是 优秀的产品。利用机械清雪已经把人们从繁重的清雪工作中解放了出来，并且 提高了效率和速度。因此，就清雪来讲，研制可靠，高效，实用的机械装置成 为科学工作者的探索方向。 （二）国内除雪机发展现状 八十年代以后，我国才开始研发清雪车，随着改革开放的同时，道路也在 不断的升级，新建了很多道路，各种车辆也猛增起来，道路清雪也成了很重要 的问题。清雪机器研究主要集中在东北地区，先后生产出十几种机械，在除雪 作业中有一定的作用。但是国内的除雪机械也有一些问题，如作业效率不高， 速度慢，工作环境不理想等问题，而且也对道路有一定的损坏。就现在而言除 雪机械对路面随坏的程度还没一个标准来衡量，但是国内一些机械在对路面的 仿形和保护方便与国外还有一些差距。为此，我国在投入人力，物力，财力研 制，开发高性能的除雪机械，为加速进入了机械化时代提供了动力。研发的重 要之中就是降低除雪成本，减低公路养护部门的负担。 除此之外，我国除雪机的躲避功能不是很理想。在处理机械的过程中，常 常会因为碰撞使除雪装置随坏，国内现有的梨式除雪机，大部分对于回避路障 方面的功能很差。我国在九十年代初，引用过德国生产的乌尼莫克道路综合养 护车在沈大高速公路上。国内梨式除雪机的研究也取得了一定的成绩，研制出 了一些产品，西安的 l9280 型，吉林交通研制的 cl-3.6.cl-3.5 型，以及哈尔 滨机械所研制的 cbx-216 综合破冰机等。梨式除雪机出现后，人们又发明了旋 转式除雪机，这种机械一般具有切削，抛投等功能，其机构多比较复杂，功能 比较多的特点。德国和日本是生产这类除雪机的国家，其产品性能在世界领先 水平。 西安思源学院毕业论文（设计） 8 （1）梨式除雪机 （2）螺旋式除雪机 图 1.1 除雪机实例 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。而相应的适用于中国国情的企事业单位清雪、 城市次干道以下各级道路清雪和环卫人员用的小型产品更是几乎见不到。国内 有关这方面的研究很少，据了解目前国内没有厂家在生产小型抛投式清雪机。 所以对这种小型的除雪机的研究、设计和开发必然有很大的现实意义。根据哈 尔滨花园邨宾馆新引进的扬雪车的用后调查，德国凯驰（karcher）手推机依 然很重，这就使推车人很费力。 1.3 国内除雪机械的发展方向 1）加强雪的力学性质研究, 建立道路气象系统 为了提高除雪机械的性能，我们要从雪的力学现象入手深入研究，以达到 较高的设计水平。我们要建立道路气象信息系统，这是由传感器与先进的软件 违纪构成，利用传感器我们可以得到路面的物力信息，这样能及时的掌握路面 情况，让除雪机器高效的工作。 2）向小型化、高速度的方向发展 在除雪过程中，由于道路状况很多，小型型除雪机械相对于大型除雪机械 有着不可否认的优势，因为小型初雪机械占道比例小，不影响交通，而且能在 狭窄路面的除雪要求。为了除雪的过程不妨碍交通，我们应该向小型，高效的 方向发展。 3）向多功能、机-电-液一体化的方向发展 西安思源学院毕业论文（设计） 9 现在机械要求使用率高，能一机多用。除雪机也是，应向一机多用方向发 展。国内的除雪机械应该向兼用型方向发展，可以达到除雪效果的同时能满足 别的地方对机械的使用要求，可以进行洒水，清扫能其他作业。除雪机械应尽 量采用新技术，实现自动化，提高机械本身的科技含量。 5）要注意提高安全性、舒适性 在如今社会，我们更加注重我们的工作环境，最重要的就是安全性，其次 是舒适性，因为不舒适的工作环境会损伤我们的身体，所以我们要提高舒适性。 可以从降低噪音，降低尘土，减轻震动，和加强通风来提高工作环境的舒适程 度。10 1.4 本文的工作安排 本文研究对象是气力式除雪机的结构设计。通过查阅相关资料文献，了解 除雪机的工作原理，国内外发展现状，对除雪机有了较深入了解。因此，本设 计中针对国内除雪机需求现状，设计一款新型的除雪机。全文的工作安排如下： （1）第一章通过查阅相关除雪机文献，了解除雪机工作原理以及国内外 发展应用现状； （2）第二章对除雪机总体方案进行确定，首先是确定动力的选择方式， 从环保、节能、方便操作的原则上选择为气动式，然后确定除雪机的机构方案。 （3）第三章重点介绍除雪铲结构设计，通过对铲雪动作过程分解，确定 铲雪铲的结构方案，并并行参数计算与校核；然后对前铲雪机械避障装置进行 设计与校核。 （4）第四章重点设计气动传动系统，它是除雪机的动力源，这里首先确 定气动传动方案，然后对各气动元件进行设计，主要包含气缸、空压机、控制 元件、消声器及管道的选用与计算，对气动传动系统的压力损失等进行计算。 （5）第五章，对本文设计心得体会进行总结。5 西安思源学院毕业论文（设计） 10 2 气力式小型除雪机的设计的总体方案 2.1 总体设计的基本原则及要求 结构的总体设计是将通过科学的原理想象出来的方案实体化结构化。就是 把二维方案转换为三维可设计制造出来的过程，也可以说是从设计初期到最佳 结构设计的完善直到审核通过为止。 结构的总体设计工作包括两个方便，就是形状和材料。我们要系统的确定 各个零件的形状，这个工作队产品的质量起着决定性的意义。材料就是能达到 我们预期的使用要求，能达到尺寸要求等。 2.1.2 机构的总体设计原则 机构的总体设计对于一个产品来讲，起着很重要的作用。结构所含的技术 性能，价格合理和外观再行都有决定性的意义。简单，直接，安全可靠的设计 结构的总体，必须遵守三个基本原则。 (1)明确原则 这里主要包括以下三个方面： 功能明确 所选的结构应直接，可靠地实现预期功能。对于可实现的功能来说，要做 到既不疏漏又不冗余。 工作情况明确 被设计出来的产品，我们要求他所达到的工作状况必须明确。因为设计结 构是有针对性的，如耐磨损，耐腐蚀等。 结构的工作原理明确 结构设计时所依据的工作原理必须科学明确，从而能实现预期的实用效果。 (2)简单原则 简单原则就是能达到预期功能的前提下，尽量使机器的结构简单。这里说 的“简单”同时有着很多含义，比如简便，简易，减少等。 (3)安全可靠原则 一个系统(产品)的安全可靠性主要指： 西安思源学院毕业论文（设计） 11 构件的可靠性 在规定的外载荷下，在规定的时间内，构件不发生断 裂、过度变形、过度磨损且不丧失稳定性。 功能的可靠性主要依靠系统的可靠性。 工作安全性主要指对操作者的防护，保证人的安全。 环境安全性，整个机构不能对环境造成污染，要适应环境。11 2.1.3 机构总体布置设计基本要求 (1)功能合理 即我们所设计的机构要在功能完美表达的前提下去设计，无论是整体还是 单个机构上都不能采用有损我们所需要的功能的布局方案。 (2)结构紧凑、层次清晰、比例协调 这方便我们要运用科学的分布，尽可能的使系统简单并且充分高效地运用 内部空间。 (3)充分考虑产品的系列化及发展 再设计总理分布时，应对这一类系列和变形改进做考虑，还应该考虑符合 科学性，实现生产线和实现自动化。15 2.2 除雪机设计方案 2.2.1 总体方案选择 方案一：利用自然界中风能源，从鼓风机里吹出高速度气流，将路面上的 积雪吹到两侧，这种方式效率很高，也有很高的生产率，能实现商业化。但是 他有一定的局限，就这个局限就限制了这个方案，就好比现实很多东西，各个 方面都很好，就一个方便就限制了整个方案的实行，这种方式不利于清理压实 的积雪或冰层也很无力，只能在机场桥梁，和高速公路上应用。 方案二：利用机械装置，先用机械装置搅碎积雪，再输送到高速旋转的叶 轮，把积雪抛送至路边。但是这种方式受地形限制，如果在一个狭窄多弯的地 形就很不实用，而且效率不高，也会对地面产生破坏，不符合保护环境。 方案三：设计一个推雪铲，在设计一个壁障机构，来对应不用的路面情况， 设计一个上下摆动极限，来更好的处理积雪问题。后面从计算上来确定动力， 西安思源学院毕业论文（设计） 12 这种方案，结构简单，可以实现商业化，成本地。 综上所述，本文选择方案三，具体结构设计如下图所示。 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 升降气缸；10摆动气缸；11推雪铲下连杆 图 2-1 除雪铲结构示意图 上图所示的机构工作方式原理：弹簧 2 用于吸收部分作业时的冲击载荷， 并使铲刃更好的贴近地面。两个升降气缸 9 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。摆动气缸 10 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，摆动气缸推动前拖架 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，升降气缸降低，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。12 2.2.2 机构的设计方案 在这次除雪机的结构设计中，我选择呢气缸驱动，从人文角度出发，环保， 高效，易于操作。气压系统的原理就是利用空气压缩机或者其他装置把输出的 机械能转变为空气的压力能，然后在各个控制元件和辅助原件的配合下，执行 机械能的转变，从而完成做功 除雪机构整个机构的做功运动都是气压控制其运动，通过大梁拖架 7，使 西安思源学院毕业论文（设计） 13 除雪铲与拖拉机相联接，从而推动铲雪铲的运动。其中，拖拉机动力输出轴转 速 540r/min，功率 25kw，与铲雪铲的连接采用悬挂结构，并且通过液压系统 输出输出气压从而控制除雪铲的运动。 气压传动相对于其他的传动方式的有点，以空气为工作介质，干净来源也 方便，采用后排气处理简单，干净的来源对环境也没污染；其次是空气流动损 失小，压缩空气可以远距离传送；与液压传动相比，启动迅速，维修简单，管 路不易堵塞，不存在介质变质，补充和更换等问题相对简单；工作环境适应性 好，可以适应多个工作环境；气动装置结构简单轻便，安装维护简单。实用压 力等级低，所以实用相对安全。 2.3 本章小结 本章对除雪机总体方案进行确定。 选择方案三：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。选择铲雪进行除雪，从环保、节能、方便操作的原则上 选择为气动式综合考虑，然后确定除雪机的机构方案。 西安思源学院毕业论文（设计） 14 3 除雪铲机构的设计 3.1 除雪铲铲板的设计 3.1.1 除雪铲板的示意图 图 3-1 除雪铲板的示意图 1.除雪铲板宽度 lb 是一次性清除雪的宽度，也就是除雪铲在清雪车前进 方向的投影宽度，如图 3-1 所示。根据除雪车使用场合的不同，对除雪宽度的 要求也不尽相同，所以根据场合而在一定限制下确定宽度。广场等空旷场所需 要较大除雪铲板宽度的除雪车，而交通路线上除雪车的除雪铲板宽度不宜超过 一个车道的宽度，避免除雪作业时阻碍交通。 2.切削角 是除雪车行进方向上除雪铲板与地面间的夹角，如图 3-1 所 示。随着推雪铲的前进，与地面具有一定切削角 的铲刃，而根据角 的大 小铲板所受的垂直力 f 也不同，铲雪板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推雪铲后面排出。具有一定黏性的雪在切 削角 较小时所呈流动型，在切削角 大时所呈断裂型。图 3-2 所示为铲 刃切削时雪的三种变形形式：流动型、断裂型和剪裂型。 (a) (b) (c) a）流动型 b）断裂型 c）剪切型 图 3-2 雪被切削时的变形情况 西安思源学院毕业论文（设计） 15 3.其它参数 l 表示除雪铲宽度；hf 表示雪铲小端高度；hr 表示雪铲 大端高度。11 3.1.2 铲雪板结构参数确定 1. 推雪铲材料 推雪铲的工作环境，就局限它选的材料，由于是与积雪地面等介质接触的 第一结构，所以我们所取的材料应该够足够的耐磨性，强度和刚度。因为是易 损件，所以采用多分段连接，可拆分。一般条件下下除雪车前铲推雪铲的质量 限制在 400700kg。材质选择时兼顾经济条件性，除连接零件外，大部分零件 材质选择 q235 钢，这种钢材便宜也好加工。选取切削刃材料时除考虑耐磨性、 经济性等因素外，须考虑工作温度对其物理特性的影响，所以一般条件下选取 65mn 调质钢。 2.推雪铲切削刃参数选取 主要工作部分是铲板，为了使推雪铲有个良好的性能，必须对切削刃和铲 板加以分析和认识。由于降雪时间的不同我们所需要对应的降雪也不同，前雪 铲所清理的主要是新绛积雪，新降雪的密度随着时间也有变化，其密度值一般 在 20800kg/m 之间。较为相近的介质，我们可以考虑松土的物力机械性质， 所以相对于积雪做参考，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 推土铲的切削刃（如图 33）为了保证强度，尖角 1 不能小于 20；同时由 于切削原理和推土机实际作业时地形变化的需要，必须有后角 2，其值通常在 30左右；因此综合考虑，推雪铲前铲铲刃切削角 选择为 30，并对其结 构作相应调整，如图 3-4，切削刃厚度取 8mm 左右即可。 图 3-3 推土铲切削刃参数 图 3-4 推雪铲切削刃参数 西安思源学院毕业论文（设计） 16 3.前铲的铲板空间形状设计 由于前铲所作业对象的密度较小，颗粒比较松散，所以采用推进曲面旋移 的理论进行除雪。铲雪曲面空间形状直接影响除雪过程中的阻力和除雪效率等 的重要因素。 铲板铲型 犁板式除雪车前铲采用高速推进，利用曲面旋移原理将积雪 清离路面。铲板曲面的作用在于旋移和推运积雪。铲板的结构参数对雪屑运动 规律、积雪容量、推运阻力都有影响。为了便于向道路外侧排雪，推雪铲常设 计成一端小一端大，以固定的行进角（铲板长度方向与车辆行进方向所夹的锐 角 ）工作。被除雪屑的理想运动轨迹是空间螺旋外抛运动。常用的铲板形 状有圆弧型、抛物线型、i 类渐开线型、ii 类渐开线型（如图 3-5） 。其中抛物 线和圆弧的形状很近似，两者的性能也很近似。 图 3-5 曲面板类型 铲板宽度 除雪车前铲常以固定的行进角进行除雪作业。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，初定铲板宽度为 12350mm。 选择推雪铲的宽度应首先根据除雪车总体结构布置，初步确定推雪铲宽度， 再按比切力加以检验： e x f b q 式中，fe推雪车额定牵引力，n；b推雪铲宽度，cm； 对于新降积雪，查阅国内外除雪车的相关资料，推雪铲铲刃的水平比切力 选 20100n/cm 即可满足工作要求。 西安思源学院毕业论文（设计） 17 铲板高度 应该根据整体结构，清雪效率，工厂生产率等问题，估算推 雪铲大概高度，再进行调整。本设计根据分析采用 ii 类渐开线型铲板，小端 初定设计高度初定为 320mm，大端高度初定为 350mm。 3.2 前铲机械避障装置设计 我国公路及其城市道路的路况已经有了很大的改善，但是还是有一部分路 况较差，突出表现为路面平整度低局部毁坏（如变形，断裂等情况）另外除雪 过程中也也能遇到一些路面阻碍物，如道钉，凸台等。这样我们就得设计一个 避障措施，否则在清雪过程中有可能损坏除雪机构，而且在同时也节能对路面 措施产生破坏，所以我们要设计的除雪装置要有良好的弹性避让装置。 3.2.1 避障机构的方案 本设计采用双摇杆机构，如下图 3-6 所示。 设计机械避障装置时应该考虑： （1）为了顺利避障，双摇杆机构可以保证铲刃上抬运动。 （2）推雪铲翻摆时的极限应该有一定限制，因为幅度过大可能使设计机 构性能达不到使用要求，产生死点，推雪铲不能及时回落 （3）根据我国道路状况所知，自动越障高度 h 应控制在 100mm 左右。 （4）要保证对地面有足够的压力，用于剥离地面上的积雪；但是弹簧垃 圾不能过大或者过小，过大了就会影响越障，也可能损坏地面，过小则会导致 除雪效果不理想。1 图 3-6 双摇杆避障机构 3.2.2 避障机构的设计 西安思源学院毕业论文（设计） 18 根据文献中设计。如下图 3-7 所示。 图 3-7 避障机构简化模型 在避障过程中，为保证铲刃紧贴地面，必须采用弹性元件，弹簧一端挂在 推雪铲上，另一端挂在前托架上。为防止产生死点，在最高避障位置时弹簧应 与下连杆成一角度，避免弹簧拉力与通过铰点 4，使避障机构产生死点，影响 前铲越过障碍后的迅速回落，应该在避障机构达到最大避障高度时，如图 3-8 所示铲刃运动的上极限位置处，设置限位块，限制四杆机构进一步转动到达死 点位置。避障机构处于初始位置时，弹簧长度为 270mm，铲刃紧贴地面；避障 机构处于上极限位置时，对应的铲刃最大避障高度为 94mm，弹簧总长为 340mm。 图 3-8 避障机构上极限位置 前雪铲避障机构的设计结构图如图 3-9。 西安思源学院毕业论文（设计） 19 图 3-9 前雪铲避障机构 3.33.3 大梁托架及举臂架、连杆的设计大梁托架及举臂架、连杆的设计 大梁托架和举臂架、连杆主要是用来铰接两个升降气缸，进而通过气缸工 作来控制铲雪铲的升降运动，其主要设计是根据气缸的尺寸和铲雪升降来确定 设计。大梁托架通过铰接与后面动力相连，因此举臂架和举臂连杆起着主要的 支撑作用。 雪铲设计时，应该注意到雪铲和农用犁之间在制造上有着巨大差异；农用 犁体积很小，一般是批量制造，一般采用铸造。而雪铲为单件生产，由于体积 比较大，所以不能采用铸造加工，所以我们采用钣金焊接的方法加工。 西安思源学院毕业论文（设计） 20 4 气压传动系统的设计与校核 4.1 气动传动原理 由于气压传动的特点，本文推雪铲其升降和摆动均采用由气动装置驱动。 其气动原理如图 4-1 所示。 升降驱动气缸 摆动驱动气缸 图 4-1 气动系统原理图 铲雪机的运动时靠驱动气缸来完成的，而运动方向均由三位五通控制，运 动速度是由调节气缸的速度来控制的，我们采用两组节流阀 a 和 b 来调节。电 磁换向阀回路，由行程阀、电磁阀和液控顺序阀等联合控制的速度换接回路以 及电磁换向阀的卸荷回路等。启动系统的性能就由这些基本回路所决定。 4.2 气动系统元件的选择 西安思源学院毕业论文（设计） 21 4.2.1 气缸的选择 该课题中，执行元件组的总任务是控制推雪铲其的升降和摆动运动。气缸 的最大工作量是根据推雪铲的升降距离和摆动角度的大小来确定的。根据前面 的设计要求，本文中取推雪铲的升降距离为 094mm,摆动角度为 035，其气 缸的行程为 0250mm。 气缸的效率一般在 0.70.95 之间，这里去取0.85 气缸的工作压力一般为 ，这里取0.5pmpa 2 2 0.0980665,110.19716,19.8 0.55.1,10010.2 mpa mpakgf cmkgfn pmpakgf cmfgnkgf 2 由1kgf cm 得 气缸理论推力 （4-2-1） 10.2 12 85%0.85 f fkgf 经查表得，气缸缸径为 18mm，为了安全取缸径为 25mm 升降运动选型号气缸，因此缸径为 25mm，行程为 1 25 150lczmms 150mm，脚架式安装。 摆动选型号气缸，因此缸径为 25mm，行程为 1 25 250lczmms 300mm，脚架式安装。 表4-1 lczm气缸 缸 径d 253240506380100125160200 推力 （n） 1963225027851247201031414908804212566 工作压 力为 0.4mpa 时 拉力 （n） 1642764226601121181429454626752012064 推力 （n） 490804125 6 1963311750267853122712010631416 工作压 力为 1.0mpa 时 拉力 （n） 412691105 5 1649280345357363115641885030160 行程范围 （mm） 60 400 70 700 70 700 80 1000 80 1400 100 1400 100 3000 120 3000 140 3000 140 3000 脚架式ms1 西安思源学院毕业论文（设计） 22 4.2.2 空压机的选择 气源装置是向气动系统提供所需压缩空气的动力源，空压机是气压发生装 置，是将机械能转换为气体压力能的转换装置。 1）耗气量的计算： 缸径,行程,设其气压缸运动全程需要的时间25mmd00mms34ts 伸出耗气量： （4-2- 2323 3.140.3 0.0250.036795 10 44 / 4 s qdms t 伸 1） 缩回耗气量： （4-2- 222323 3.140.3 ()(0.0250.01 )0.030915 10 44 / 4 d s qdms t 缩 2） 2）自由空气量的计算（一个标准大气压状态下的流量）： （4-2- 0.1013 0.1013 p qq 3） 333 0.10130.50.1013 0.036795 100.2184 10/ 0.10130.1013 p qqms 伸伸 333 0.10130.50.1013 0.030915 100.18345 10/ 0.10130.1013 p qqms 缩缩 3）气缸的理论用气量的计算： （4-2- 1( ) / n izz i qaq tt 西安思源学院毕业论文（设计） 23 4） 其中： n：气缸的个数，本设计中有 2 气缸，所以 n=2； a：在一个周期内单程作用次数，所以 a=2 ：一气缸在一个周期内的平均用气量 z q t:气缸一个单行程的时间,t=4s t:设备的一次工作循环的时间, s416tt 所以： (2424)/16 z qqq 缩 伸 33 33 2 0.2184 1042 0.18345 104 =0.201 10 16 ms （） 取设备利用系数；漏损系数；备用系数0.95 1 1.2k 2 1.4k 则该设备气缸的理论用气量： 333 0.95 1.2 1.40.321 10/0.01923/min jz qqmsm 图 4-2 空压机 查有关手册，选用的空压机的型号及技术规范为: 驱动机 功率 名称序 列 产品 类型 容积 流量 m3/m pa 排气压 力 mpa 外型尺 寸（长 x 宽 x 高） mm 重量 kg 储气 罐 m3 噪声声压 db（a） 型 号 转 速 r/ mi n kwhp 全无 油润 滑空 气压 缩机 23 zw- 0.05 /7 0.7820x34 0x680 60o.o2378yc90s-4 yc 90 - s4 14 50 0. 55 1/ 2 西安思源学院毕业论文（设计） 24 4.2.3 控制元件的选择 电磁阀在选型时应遵循的原则：适用性，管路中的流体必须和选用的电磁 阀系列型号中标定的介质一致，包括温度、粘度和工作压差等因素；可靠性， 电磁阀分为常闭和常开两种，一般选用常闭型，但在开启时间很长而关闭时很 短时要选用常开型，动作时间很短频率较高时一般选取直动式，大口径选用快 速系列；安全性，一般电磁阀不防水，在条件不允许时请选用防水型，电磁阀 的最高标定公称压力一定要超过管路内的最高压力，否则使用寿命会缩短或产 生其它意外情况，有腐蚀性液体的应选用全不锈钢型，强腐蚀性流体宜选用塑 料王（slf）电磁阀，爆炸性环境必须选用相应的防爆产品；经济性，有很多 电磁阀可以通用，但在能满足以上三点的基础上应选用最经济的产品。本文中 气缸的调节均选用三位五通电磁换向阀.对气囊机构中换向阀选择 2 353qdl t 本设计中选用二位二通电磁换向阀因气缸要求压力、流量 ，选换向阀的通径 为 3mm, 二位二通电磁换向阀选 slp1df02n3a03.对于快速排气阀，选用 kp-l3. 4.2.4 消声器的选择 由于气缸、气阀等元件在通入高压气流使其工作时排气速度快，气体体积 急剧膨胀，会产生刺耳的噪声，这种噪声损害人体的健康，恶化环境，为减小 噪音通常在排气口安装消声器。消声器配于主控阀排气口，气缸排气口处，起 消声滤尘作用。所以本设计采用 kxy-3 消声器。 消声器的安装方向必须正确，与风管或管件的法兰连接应保证严密、牢固。 当空调系统为恒温，要求较高时，消声器外壳应与风管同样作保温处理。消声 器安装后，可用拉线或吊线的方法进行检查，不符合要求的应进行修整。消声 器安装就位后，应加强管理，采取防护措施。严禁其它支、吊架固定在消声器 法兰及支吊架上。消声器、消声弯头等在安装时应单独设支、吊架，使风管不 承受其重量支吊架应根据消声器的型号、规格和建筑物的结构情况，按照国标 或设计图纸的规定选用。消声器在安装前应检查支、吊架等固定件的位置是否 正确，预埋件或膨胀螺栓是否安装牢固、可靠。支、吊架必须保证所承担的载 荷。17 4.2.5 三联件的选择 西安思源学院毕业论文（设计） 25 三联件主要是分水滤气器，减压阀，油雾器的组合件。分水滤气器又名空 气过滤器，其作用是滤除压缩空气中的水分，油滴及杂质。油雾器的作用是当 压缩空气流过时，将润滑油喷射成雾状，随压缩空气流进需要的润滑的部件， 达到润滑的目的。由供气压力为，额定流量为，0 0.7mpa 33 0.1944 10ms 选择型号为 ac/bc3000. 图 4-3 三联件 4.3 确定管道直径 本设计按各管径和气动元件通径相一致的原则，初定各段管径。考虑到机 构气缸不同时工作的特点，由，可导出，取标 2 4 qd v 22 1 33ddmm 准管径为 3mm。18 4.4 验算压力损失 本文中主要验算摆动机构中气缸进气口处的损失是否在允许范围内。压力 损失一般包括沿程压力损失和局部压力损失。计算分别如下计算。 西安思源学院毕业论文（设计） 26 4.4.1 沿程压力损失 （1）1-1 段的沿程压力损失 由式： （4-2-5） 2 2 l l v p dg 式中：沿程压力损失； l p d:管内径，d=0.003m； l:管长，l=0.4m； v:管中流速，v= q a 3 2 0.02453 10 3.47 0.003 4 m s :沿程阻力系数，由雷诺数和管壁相对粗糙度确定 e r d 根据温度，查表得运动粘度 0 20 c 52 1.57 10ms 2 5 3.47 0.003 6.63 10 1.57 10 e vd r 0.04 0.013 3d 由雷诺数和管壁相对粗糙度，查有关手册得=0.0165 e r d 温度，压力 0.5mp 时值为： 0 20 c 3 2730.50.1013 9.81 1.29370.15 273200.1013 gn m 2 26 0.43.47 0.016570.1594.794.7 10 0.0032 9.81 l pn mmpa （2）o-e 段的沿程压力损失 = 1 v 1 1 q a 3 2 0.02453 10 3.47 0.003 4 m s 2 1 1 5 1 3.47 0.003 6.63 10 1.57 10 e vd r 1 0.04 0.013 3d 西安思源学院毕业论文（设计） 27 由雷诺数和管壁相对粗糙度，查有关手册得=0.0165 e r d 2 26 1 13.47 0.016570.15236.7236.7 10 0.0032 9.81 l pn mmpa （3）e-x 段的沿程压力损失 = 2 v 2 2 q a 3 2 0.02453 10 3.47 0.003 4 m s 2 2 2 5 2 3.47 0.003 6.63 10 1.57 10 e vd r 2 0.04 0.013 3d 由雷诺数和管壁相对粗糙度，查有关手册得=0.0165 e r d 2 26 2 1.93.47 0.016570.15500500 10 0.0032 9.81 l pn mmpa （4）由 y-x 的所有沿程损失 6 12 813.4 10 llll ppppmpa 4.4.2 局部压力损失 （1）流经管路中的局部压力损失 （4-2-6） 2 1 2 r v p g yefgijx 各局部阻力系数： ：入口局部阻力系数，=0.5 y y ：三通管局部阻力系数，=2 g g ：流经截止阀处局部阻力系数，=3.1 f f ：弯头局部阻力系数，=0.29 , eij eij ：出口局部阻力系数，=1 x x 222 1 3.473.473.47 0.5(23.1)(0.290.290.29 1) 70.15 2 9.812 9.812 9.81 p 西安思源学院毕业论文（设计） 28 23 321.60.3216 10n mmpa （2）流经元，辅件的压力损失 流经减压阀的压力损失较小可忽略不计，其余损失： 2bdg pppp 式中： ：流经分水滤气器的压力损失 b p ：流经油雾器的压力损失 d p ：流经换向阀的压力损失 g p 查表得=0.01mpa，=0.015 mpa，=0.025 mpa b p d p g p =0.05 mpa 2bdg pppp （3）总局部压力损失 12 ppp = +0.05=0.0503 mpa 3 0.3216 10 4.4.3 总压力损失 3 0.813 100.05030.0511 l pppmpa 考虑到排气口消声器等未计入的压力损失： jp pkp =，取=1.1 p k1.051.3 p k 则1.1 0.05110.0562 jp pkpmpa 从的计算可知，压力损失主要在气动元，辅件上，所以在不要求p 精确计算的场合，可不细算，只要在安全系数中取较大值就可以了。 p k 执行元件需工作压力 p=0.5mpa，压力损失。供气压0.05