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手推式 雪车 结构设计

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手推式铲雪车的结构设计摘 要我国北方地区年降雪量比较大，并且周期长，导致高速公路及乡镇道路积雪量过大，导致交通事故屡见不鲜，同时，在很大程度上给人们带来了不便。除此之外，在生活领域中也造成了很大的困扰。在我国对大型铲雪车的研究日趋成熟，但是大型铲雪车也有许多不便，诸如大型铲雪车对于边角的积雪的处理不是很好，同时也不能很好的铲除已结冰的积雪，因此研究设计手推式铲雪车具有很好的实用价值。本文先通过研究积雪的物理性质，分析其机械性能和分析对比国内外对于铲雪车的研究现状，设计出以汽油机带动，蛟龙机构破冰除雪的机构，很好的实现了破冰和初雪这两大问题。本文的主要内容是对手推式铲雪车进行结构设计和运动分析，其结构设计和运动分析是通过AUTOCAD二维绘图软件结合设计的。同时，本次设计的材料将为国内生产此类铲雪车提供必要的技术支持。关键词：铲雪；手推式；结构设计；Abstract In northern China ,the annual snowfall is relatively large, and the period is very long, resulting in excessive snow on the expressway and township roads, leading to traffic acdients, at the same time, it brings great inconvenience to people. In our country, the large snow blowers technology has achieved higher result. But it also have many drawback. For example, it cant cleaning completely in the corner. In addition, it also prove the function about break the ice and so on. So, the research on the design of hand push type plow has practical value. In this paper. Through the research on mechanical properties of snow, comparative analysis of domestic and foreign research status for the snowplow. This design is provided by the gasoline engine and this project use the curved hit the ice. Therefore, clear goals and the best results is cleaning snow is achieved.This paper analyzes the structure design and motion of the plow, the structure design and the movement through the drawing software AUTOCAD combined with two-dimensional design, and this design will provide the necessary reference for the domestic production of such a plow.Key words：Hit the ice; Hand-push; Structure design; III目录 AbstractII目录I1 绪论11.1 选题意义11.2 国内外铲雪车的发展现状11.3 除雪工具的分类51.4 设计的任务52 路面积雪特性的研究63 小型手推式铲雪车设计方案83.1 总体方案及其比较83.2 小型手推式铲雪车的工作原理83.3 小型手推式铲雪车基本结构的确定104 小型铲雪车的设计计算和校核124.1 链传动的计算124.2 传动轴的结构设计和校核164.3 蜗轮蜗杆减速装置设计204.4 搅龙轴的设计254.5 搅龙叶片的设计264.6 抛雪叶轮简述274.7 二维CAD装配图275 小型手推式铲雪车的三维造型295.1 主要部件的装配图295.2 小型手推式铲雪车的总体造型316 环保评估32结论33参考文献34附录A 外文翻译35附录B 英文原文48致谢621 绪论1.1 选题意义我国北方的许多地方，一般有35月的降雪期，在此期间，积雪和冰经常会造成很严重的事故，尤其在一些比较特殊的路段，路面上的积雪和积冰的影响甚为严重，经常会引发许多的交通事故。因此，设计制造一种新型的铲雪机械很是必要。国内一些研究所和道路养护部门在这方面也做过一些工作 ,如吉林交通科学研究所曾成功研制SY -20型撒盐机，使用效果良好。但使用融解法除雪，除所需费用较高外,还容易对环境造成污染，故这种方法的使用范围受到了一定限制1。机械法的主要原理是通过机械对冰雪的直接作用导致其分解来解决冰雪的危害,这种方法是人类最原始的一种除雪方法 ,同时也是迄今为止使用最广的除雪方法之一。当下，对于改造和研制性能比原始机械优越的铲雪设备已成为各降雪周期长的国家的一个重要议题。目前，在我国，较窄的路面和日常生活中所用的除雪方式主要是人力通过传统工具，如铁锹、扫帚来进行的，此种方法效率低下，很浪费时间。所以，这次的毕业设计主要是设计针对较窄的路面和日常生活所需要的铲雪设备，以便提高较窄路面的清扫效率，以便有效降低交通事故的发生概率，同时，也为人们的生活提供诸多便利，除此之外，也能为铲雪的环卫部门减轻一定的压力。1.2 国内外铲雪车的发展现状1.2.1 国外铲雪车的发展现状目前，俄罗斯、日本是生产旋切式除雪机的主要国家，且技术较成熟，生产的产品性能也是出于世界领先水平行列。日本生产的高速行走旋切式除雪机，作业速度为70KM/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3000t/h，其性能均优于同型机械。而俄罗斯现在的3403 型清雪车（如图3）居于世界领先地位，其功能多样化，具有除雪、清除垃圾、沙石等多种功能，能够广应用2。3403 型清雪车具有以下特点：1)机动性强, 适应范围大。该清雪车可对机场、高速公路、城市公路及人行道进行清雪及抛撒物料。行驶速度一般为5060 km/ h,作业速度为2530 km/h,抛撒宽度为4.010.6 m。2)工作效率高, 特别适用于平坦的高速公路、宽广的机场新雪的清除,更显出其高效的优越性。3)结构简单, 制造方便, 成本低此外，还有德国施密特（SCHMIDT）、瑞士波雄（BOSCHUNG）、美国豪士卡（OSHKOSH）和雪挪拉（Snoway）以及丹麦依波克（Epoke）等厂商制作的多功能铲雪车均处于世界领先地位3。上述厂商都拥有完整的产品体系，因发展过程、市场及研发重点的不同，各厂商的除雪机械产品又各有优势和特色。1. 犁装置 2. 底盘 3. 电气装置4. 液压系统 5. 刷子装置 6. 撒砂装置图1.1 3403 型清雪车构造当今，国外发展趋势主要有以下几方面4：(1) 综合的除排雪系统要将除雪与排雪结合起来,除下的积雪堆在路侧会占道并影响视野。所以一方面要在道路结构上充分确保堆雪带的空间;另一方面要有效地利用(排)雪沟。此外建立道路立体交叉特殊部的除排雪系统也是很必要的。(2) 安全性在对于人行道除雪这样的作业时,行人的安全至关重要,因此除雪机械的安全性非常重要。(3) 信息化只有根据气象及路面状况,才能灵活高效地使用除雪机械,确保24小时除雪体制。因此,有必要建立一个能将气象信息、道路管理者、铲雪车有机结合的信息网络化的冬季道路管理保障体系。为了便于行车,该网络还能为一般道路使用者提供除雪状况和气象信息。1.2.2 国内除雪机的发展现状我国铲雪机械发展较晚,在80年代以后，改革开放的不断发展下，道路的改造和新建，一些研究单位也开始研制相关的铲雪车。随着这几年我国的一系列经济政策，我国在除雪机的发展上已经卓有成效。现在主要制造的企业主要有中联重科，吉林公路机械，恒润高科，沈阳山河，常林股份等。其代表的机器主要有中联重科（ZLJ5250TCXZE3/ZLJ5251 TCXZE4）多功能铲雪车（如图1）、沈阳山河PX2000旋转抛雪式除雪机、常林股份956除雪机（如图2）、恒润高科HHR5160TCX3EQ除雪撒布车4。 图1.2.1 中联重科 图1.2.2 常林股份956中联重科ZLJ5250TCXZE3/ZLJ5251 TCXZE4多功能铲雪车是一款集推雪、高速扫雪、固体撒布、预湿撒布、刮冰等多种功能于一体的综合铲雪车。 该车功率大、效率高， 在2011年初湖南和贵州等地山区公路抗击冰雪灾害的工作中发挥了巨大作用4。沈阳山河PX2000旋转抛雪式除雪机是为拥有各种装载机的用户研制的，主要用于清除自然积雪、路边堆积雪以及积雪的装车作业，该机采用独立动力系统，采用电气控制，安装简单、操纵方便，可以安装在装载机、拖拉机、拖车等车辆的底盘上4。 常林股份956除雪机的铲刃板采用高炭耐磨合金钢，经过中频淬火处理， 具有超强的耐磨特性；推雪板工作装置可左右偏转35 ，可越过最小50mm高的障碍物（自动越障），轻松实现堆雪作业，具有操作简单、机构可靠的特点4。恒润高科HHR5160TCX3EQ除雪撒布车是专门针对交通、高速公路、市政、环卫等部门相关作业的需求而研发设计的，主要用于清除路面冰雪，保障车辆、 飞机和行人安全，能够迅速有效地清除道路上的积雪和冰，可以布置在各类载货底盘和自卸车底盘上，规格齐全、融雪撒布方便、可靠精确，操作简单、 灵活、高效；装拆便捷，无需清雪作业时可以便捷地拆掉专用装置而从事运输作业；清除作业范围广、效率高、效果好4。但是与国外发达国家相比，除雪机械仍存在着一些不足5：作业速度低目前国外犁式除雪机最大除雪速度可 50 km /h,旋切式除雪机最大速度达 70 km /h。吉林省交通科学研究所研制的 CBX-1600型除雪机，是国内技术水平较高的除雪机械，但其最大除雪速度仅为2.15km/h,与国外同级别的除雪机械相比，作业速度较低。整机利用率低，成本高尽管中国的北方地区冬季降雪期可达 3 5个月 ,但据统计冬季降雪次数并不太多 ,最多也只是十几次而已 ,如果除雪机功能单一 ,只能用来除雪 ,那么机器一年里大部分时间处于闲置状态 ,这就大大提高了除雪作业的成本 ,增加了公路养护部门的负担。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 ,国内已有的犁式除雪机械 ,大部分回避路障的能力较差。吉林省交通科学研究所与磐石县公路管理段联合开发的 CL-2.4型公路除雪器 ,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 ,还可同时防止过度避让锁链 ,因过度避让使避让回位弹簧损坏。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破坏，虽然除雪机对路面的损坏程度目前还没有一个衡量标准，但国内的除雪机械在路面仿形能力、对路面保护等方面，与国外相比还存在一定差距。现在我国除雪机械总的发展方向是16：加强雪的力学性质研究，建立道路气象系统为设计出更好的除雪机，需要对雪的力学性质做一个全面的分析，同时也应该建立道路气象信息系统，对道路气象系统做出更好的预测和判断，以便灵活的、高效的使用除雪机械。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。向多功能、机 - 电 -液一体化的方向发展为了提高机器的使用率 ,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。要注意提高安全性、舒适性部分除雪设备的驾驶室内没有增温系统，驾驶员在工作状态时处于寒冷的状态，而且有些除雪设备在使用过程中需要不断的调试，可靠性不高。因此，提高除雪机械的自动化功能，加强除雪设备的安全性是今后发展的趋势。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。1.3 除雪工具的分类目前，各国采用的除雪的基本方法主要有两种，分别是机械法和化学法。其中机械法是直接利用机械设备来除雪，它有两种形式，一种是除雪机，一种是除冰机就铲雪车的工作原理来说，可将铲雪车分为推移式铲雪车、抛雪式铲雪车和吹雪式铲雪车；就工作方法的不同，也可将铲雪车分为抛雪式铲雪车和传送式铲雪车；1.4 设计的任务本次设计主要是设计一台手推式铲雪车，其工作原理是铲雪车在工人的推动下，由发动机提供动力，将路面上的雪收集到储雪桶中，再有螺旋抛雪叶轮将其抛向道路两侧，完成铲雪任务。这次设计的要求主要有以下四点：(1) 查阅相关资料，完成对积雪的机械性能的认知；(2) 查阅相关的国内外发展现状，设计并确定可行的方案；(3) 详细设计各个工作机构，并确定其相关尺寸及图纸；（4）绘制铲雪车的零件图和装配图，编写设计说明书；722 路面积雪特性的研究 只有充分的掌握积雪的物理性质和机械性质才能更好的设计该设备，这些性质主要有：机械设备在除雪过程所受阻力、所用功率等。其物理性质主要包含、。2.1.1 积雪的密度在铲雪车的设计过程中和使用工程中，雪的密度有至关重要的影响，其变化幅度为：0.0190.89g/cm3。在众多学者的研究下得出结论：(1) 降雪时间变长，雪的密度将变得越大，其两者关系如下表2.1所示；表2.1 学的密度与时间的关系表 (2)随降落过程的时间延长而增大的，同上表2.1所示；(3)随降落时环境温度的不同而不同，其关系如下表2.2所示；降雪时的气温 o C新降下的雪的密度gcm-3最小值最大值平均值表2.2 雪的密度与环境温度的关系2.1.2 积雪的硬度积雪的硬度也是抗压强度，其表示方法是在单位面积上的阻力大小。其抗压强度有如下特征：(1) 与雪的密度呈正比。(2) 与温度呈反比。2.1.3 积雪的摩擦系数 本设备在铲雪工作中所受的摩擦系数主要有内摩擦系数、外摩擦系数、轮胎的附着系数。在本次设计中主要考虑轮胎与冰雪路面的附着系数。 3 小型手推式铲雪车设计方案3.1 总体方案及其比较方案一:利用类似于吹雪式铲雪车的原理，即使用高速旋转的螺旋叶片将积雪吹像路的两边，但只适用于刚下的雪，对踩实的雪不能有效的清理，且生产成本较高。 方案二:利用推土机的前部的铲子将雪推向一边，但这种方法对于窄路不适用，且对路面有一定的损伤，违背设计初衷。方案三:采用新型机械设备除雪。其除雪设备铲雪步骤如下：第一步，利用特定设备将踩实的积雪变得松弛；第二步，松弛的雪被螺旋机构输送到储雪桶中；第三步，将雪抛向路的侧边。此种方案，可以对松弛的雪或踩实的雪做到很好的铲雪效果。而且也能适用于较窄路面，符合设计初衷。综上，选用第三种方案。3.2 小型手推式铲雪车的工作原理3.2.1 基本结构小型手推式铲雪车主要包括六大主体结构，中心主体结构是传动结构和集雪结构。其他结构有原动机、抛雪装置、操作装置、行走装置；其中原动机采用的是汽油机；螺旋状的搅龙叶片是集雪装置的主要结构；抛雪装置主要是经过旋转的叶轮将雪抛出；行走装置为人工手推式；操作装置主要指扶手。3.2.2 工作原理 工作原理如图3.1所示，为：在人工的推动下车体向前进，铲雪机构主要由原动机提供动力，经过链传动或带传动将其动力输送给传动轴，通过传动轴带动各个工作机构的工作，最后将其输送到搅龙轴上，带动蛟龙叶片的运转，完成铲雪的任务。其动力传递过程为：发动机传动轴涡轮蜗杆减速器驱动轴搅龙。图3.1 小型机械铲雪车的结构示意图 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. 抛雪轮图3.2 铲雪车结构图3.3 小型手推式铲雪车基本结构的确定3.3.1 原动机的选择因为铲雪车主要在较窄路面工作，所以宜选用体积较为小的汽油机作为动力输入。本次设计的参数为：单位时间扫雪量，积雪密度和厚度分别是 、，因此单位时间的扫雪量为： kg (3.1)本装置的设计要求为扬程，排雪的初始速度为，则计算得在排雪工作过程： (3.2) 集雪装置为搅龙叶片，在运行过程中将受到雪的阻力，用表示，则为，故集雪过程中搅龙所消耗的功率为： (3.3)铲雪车工作时的自重，路面摩擦系数，移动速度，故移动时消耗功率为： (3.4)由上算得铲雪车消耗的总功率为： (3.5)通过上述设计，且按照设计要求需清理踩实的积雪，故所需的汽油机：3.3.2 传动方式的选择铲雪车的动力由汽油机提供，经由链或带传动将动力输出给传动轴，但由于铲雪车在工作时处于潮湿环境，如果选用带传动将会出现弹性打滑和整体打滑，所以选用链传动较为合理。再把传动轴与涡轮蜗杆减速器相连接，将动力传达到涡轮蜗杆减速器上，紧接着传达到搅龙轴上。3.3.3 集雪装置的设计因积雪是从集雪桶的中心经由弯管排向道路的侧边，故需先设计搅龙叶片将雪汇集到储雪桶中部，所以将转子设计成由联轴器链接的两个旋向相反的螺旋轴。其中搅龙机构将设计为带状螺旋叶片，这样设计的好处在于有效的缓解储雪桶的压力，减轻发生堵塞的情况。搅龙轴和叶片的示意图如下所示：3.3 搅龙轴和搅龙叶片的基本结构 上述集雪装置有很好的破、集、抛这三大功用。其中，搅龙机构的旋向设计为左边，这样将有效的将两边的积雪运送到中心，然后将雪抛出。4 小型铲雪车的设计计算和校核4.1 链传动的计算4.1.1 传动链的设计步骤链传动叫带传动来说有很明显的优势，即它受到的压轴力较小，过载能力较强，无弹性打滑及整体打滑，具有良好的传动效率，对于封闭链传动一般在，适应极端的环境等。参照本次设计机构所处的环境选择链传动较为合适。现对链传动进行设计，如下：1、选择链轮的齿数 和确定传动比i根据机械设计所学，当小链轮齿数少，可减小外廓的尺寸，但齿数过少，会增加运动的不均匀性和动载荷；链条在进入和退出啮合时，链节间的相对转角会增大；链传动的圆周力增大，从整体上加速铰链和链轮的磨损5。故链轮的齿数不应该过少，一般选取大于。同时，若其承受较大的冲击载荷且处于高速传动中，则应将齿数选择大于，初次之外，还应对链轮轮齿进行淬硬处理。但也不能选择过大的齿数，一般要选择小于114一下的系列。对于传动比的选择，应保证，若，链条与链轮之间的啮合数将减少，使得啮合轮齿加速磨损，同时也会发生跳齿、脱链。 综上所述，现选择,则大链轮齿数为： (4.1)符合设计要求2、计算当量的单排链的计算功率因为链传动属于平稳运转且属于中等冲击，由机械设计知，由表9-13知，则计算功率为： (4.2)式中：工况系数； 主动链轮齿数系数； 多排链系数； P传递的功率，。3、确定链条的型号和节距p结合上述计算综上查得4、 计算链的节数和中心距 ：初选中心距：=35p (一般选取应在（3050)p之间) (4.3)则链节数Lp0为： (4.4)为防止使用过渡链节，先将其圆整为LP0=100故最大中心距为： (4.5)得：其中，由机械设计表9-7查得f1=0.24974。但考虑到实际尺寸，选取链节数为L p =94节。则中心距为： =233.38mm (4.6) 得 234 考虑，。5、计算链速v,并确定其润滑方式 链的平均速度为： (4.7)由机械设计手册知v1215m/s，所以符合设计要求由上述所选参数及查得机械设计图9-14和结合实际设计情况现采用定期人工润滑的润滑方式。6、计算压轴力Fp 有效圆周力为 N (4.8) 链轮选择，其查表知 则压轴力为： N （4.9）其中：有效圆周力； ：压轴力系数；4.1.2 链轮基本数据计算由上述设计并结合机械设计手册查得滚子链的重要参数如下表：1、小链轮的主要尺寸 分度圆的直径为： （4.10） 齿顶圆直径分别为： （4.11） （4.12） 齿根圆的直径为df1为： （4.13） 材料选取：15，对其进行渗碳、淬火、回火，使。2、大链轮的主要尺寸 分度圆的直径为： （4.14） 齿顶圆直径分别为： （4.15） （4.16） 齿根圆的直径为df2为： （4.17）材料选取：。4.1.3 链轮基本运动的分析本次设计中采用SolidWorks motion做运动分析，主要分析大链轮和小链轮之间的运动，具体数据展现在角位移图中，有角位移图知从动链轮是随着主动链轮的线性运动。大链轮与小链轮之间的角位移曲线如下：图6.1 大链轮与小链轮之间的数据分析图6.2 大链轮与小链轮之间的角位移图4.2 传动轴的结构设计和校核地位，它的存在为其他作回转运动零件提供了支撑位置。除此之外，它还可以传动运动和动力。本次设计中轴是主要的传动部件，汽油机的动力是通过链传动传动到传动轴上的，以此带动传动轴上其他零件的运转，并将动力传动到搅龙轴上。本次设计主要包括外形结构设计和工作能力计算。现设计过程如下：由上设计知，汽油机轴的转速为2500r/min其输入功率P1=P=2.2kW （4.18）转矩： （4.19） 材料选择：由机械设计表15-1查得选用45，对其进行正火、回火热处理。4.2.1 轴的结构设计1、求输出轴上的功率，转速和转矩由前述原动机的设计知，选用，则： （4.20）又知： （4.21） 所以 （4.22）2、求作用在链轮上的力：由于链轮分度圆直径，则圆周力为： （4.23）3、初步确定出轴的最小直径由机械设计表15-3知，现取=112，则 （4.24）圆整后取轴直径=12mm。4、根据轴向的定位要求以确定各段直径及长度各轴段的直径和长度见下图4.1图4.1轴的各段直径和长度5、轴承的选择根据机械设计手册，选择，对于和轴承选择。4.2.2 轴的校核传动轴的，故对其校核。由之前设计知，从动链的效率，转速为。1、求轴上的功率p和转矩T 由前述计算得， 2、求作用在轴端的力 已得轴端分度圆直径为d=30mm 故： 圆周力 =1.082kN （4.25） 径向力Fr=f=1082.2= 3.9449kN （4.26） 轴向力F=ftan=1082.2tan3.18=0.0601kN （4.27） 且L =50mm，L=75mm； 3、求轴上的载荷 由机械设计知： （4.28） （4.29） （4.30） （4.31） 又知： （4.32）由上述计算可知，危险截面在轴端，故需对其进行校核计算，如下：载荷水平面（H）垂直面（V）F F表4.1 M，M，M的值4、使用弯矩应力校核轴的强度 取=0.6，轴上的应力计算 =14.8034Mpa （4.33） 查机械设计手册，选取45号钢作为轴的材料，正火、回火处理，同时查的，由上知 ，故合格。4.3 蜗轮蜗杆减速装置设计 在前述设计中选用的动力输出是汽油机，所以通过减速器降低转速，以便配合搅龙轴的运转，且搅龙轴和传动轴的安放方式为相互垂直，故综合选取涡轮蜗杆减速器。4.3.1 选择材料 本次设计中，蜗杆传动的功率较小且速度一般，由机械设计手册查得蜗杆应采用45钢制造；并对齿面进行淬火处理。选取作为涡轮的材料。4.3.2 按齿面接触疲劳强度计算由机械设计知，蜗杆副一般会发生齿面胶合或点蚀，并对蜗轮副齿根进行弯曲疲劳强度校核5。 1、确定作用在涡轮上转矩 （4.34） 2、确定载荷系数K已知载荷分数（因为工作载荷较稳定），由机械设计查得， 。所以3、确定弹性系数：对于轮和钢蜗杆相配对时，取4、 确定接触系数由机械设计图11-18知5、确定许用接触应力由机械设计手册知许用应力。设蜗轮蜗杆的寿命=120000 h，则：应力循环次数 （4.35）寿命系数 （4.44）则 （4.36）其接触强度安全系数6、初步确定中心距、模数及倒程角 由前述数据知： （4.37） 计算得=89.6 现根据机械设计表11-2及图11-8选取如下参数：由上述数据知：，因此以上参数合理。4.3.3 按齿面接触强度验算 公式为： （4.38） （4.39） =30.2635mm 故以上设计合理4.3.4 计算传动的主要尺寸中心距 （4.40） 1、 蜗杆主要参数 蜗杆的分度圆直径 本次设计中蜗杆三维图如下： 图4.2 蜗杆三维图蜗杆各项尺寸如下表：蜗轮的分度圆直径 项目公式数值，圆整取20mm2、涡轮主要尺寸图4.3蜗轮三维图蜗轮各项尺寸如下表：项目公式数值4.3.5 校核齿根弯曲疲劳强度 为判断蜗杆副的弯曲断裂的可能性及运动的平稳性精度，现近似将其当作校核，由下式知： （4.41）当量齿数 根据，从机械设计图11-19知齿形系数螺旋角系数齿形系数，螺旋角系数极限弯曲应力为许用弯曲应力 (4.42)从机械设计表知寿命系数 弯曲应力为：弯曲强度满足设计要求4.3.6 验算效率由机械设计知： （4.43）由前述设计知：；则： （4.44）由机械设计表11-18知、；将其代入公式得，故合适。4.4 搅龙轴的设计铲雪机构的中心运转部件是搅龙轴，它的中部与涡轮相连接，两边都是使用轴承端盖固定的，这样有利于整个机构的运转。现将搅龙轴的设计过程陈述于下：根据上述要求轴的材料选择45钢制造。热处理方式、即可完成所需要求。轴的转速： （4.45) 轴的输入功率为： （4.46)轴的转矩为： （4.47） 轴端分布图如下所示：图4.4搅龙轴各段分布4.5 搅龙叶片的设计 搅龙叶片是本次设计中的核心装置，它的设计将影响整体产品的成效。本次设计中，为更好的实现将雪输送到中间部分的功能，将其设计为搅龙叶片在右边的右旋，在，且才采用耐腐性材料。 是搅龙叶片的主要设计参数，现初步设计搅龙叶片的参数如下：叶片外径 （4.48）叶片内径 （4.49）节距 （4.50）外螺旋线实长 （4.51）内螺旋线实长 （4.52）叶片高 （4.53）叶片展开里口径 （4.54）切口角度 （4.55）切口弦长 （4.56） 4.6 抛雪叶轮简述 本次设计中离心叶轮将作为抛雪叶轮，在工业设计中常采用平板型叶片，因为它制造容易，工况点的效率与机翼型叶片相接近，所本次设计中采取平板型叶片就能保证所需的功能。同时，选择叶轮此料为铸铁，并对其表面做防腐蚀涂镀。4.7 二维CAD装配图 二维装配图如下图所示： 图4.6 二维总装图6 环保评估目前，世界公众对环境保护的要求越来越高，各国也在制定严格的保护法和标准。环境保护直接约束企业的经营行为，有无良好的环境保护性已成为国际市场上产品竞争的一项重要指标。本次设计的手推式铲雪车中没有采用任何具有对环境有污染的零部件，齿轮主要采用人工润滑方式，不会造成很大的环境污染，同时设计采用的是EM100的汽油机作为动力源，其外壳加护橡胶材料，减少了汽油机的震动污染和噪音污染。此次设计中所选用的材料均为标准件和可回收资源，当铲雪车不能使用时可将其零件回收重复利用，加大了材料的再利用率。结论本次设计在一个学期的努力下终于完成设计、绘图、校核。在这一过程中，学到了很多，如何去设计校核产品的零部件，如何对比分析方案的优劣，进而确定出合适的方案。实践出真理，只有通过长期的做设计才能真正意义上的掌握理论知识。以前对涡轮蜗杆的认知过少，过于感性，通过这次的设计，让我从理性的思维上认识了它。本次所设计的手推式铲雪车主要包含以下几方面：（1） 对比分析国内外发展现状，提出有效合理的方案及工作原理；（2） 完成对各工作机构的尺寸、结构；（3） 绘制出各个结构的二维。（4） 做出相应的运动分析。参考文献1 王黎勤，陈铁铭.机械设计M.西安：哈尔冰工业大学出版社，1995.2 刘鸿文.材料力学IM.北京：高等教育出版社，2004.3 王晓方. 铲雪车功能及主要参数设计J. 农业装备与车辆工程,2006,12:2429.4 哈尔冰工业大学理论力学教研室.理论力学M.北京：高等教育出版社，2013.5 濮良贵.机械设计M.北京：高等教育出版社，2009.6 邓洪超，马文星. DQX路面铲雪车浮雪铲除雪作业模型J.吉林:吉林大学机械学院,2005，35（4）:381385.7 徐东明，刘莉莉. 铲雪车的设计计算J. 哈尔滨拖拉机厂研究所,2004，4:910.8 张建国. 多功能清雪车前雪铲仿真分析与改进研究D.吉林:吉林大学机械学院,2006. 9 杨有为. 军用机场铲雪车工作装置设计方案研究D.哈尔滨:哈尔滨大学,2010.10 杨阳. 除雪机组合除雪装置的设计D.哈尔滨:东北石油大学,2012.11 刘继德. 多功能清雪车清雪装置研究D.吉林:吉林大学,2008,（4）.12 薛洪丽, 冉玉梅等.手推式清雪车的设计J.德州学院,2016，29（145）:142147.13 王智明，张连富等.中国除雪机械现状及发展趋势J. 长春：吉林省交通科学研究所,2016，16（83）:45.14 张佳，张宇涛等. 除雪机械现状及发展趋势J. 机械工程师,2014，4:3132.15 姚继蔚,孙 宽. 路面除雪机械现状及发展趋势J. 天津机械工程研究院,2013，6:6873.16 张佳，马博等. 除雪机械现状及发展趋势J. 新疆机械工程研究院,2014，（7）:3132.17 卜小明，田静除雪机械现状及发展趋势J.黑龙江交通科技，2006，（8）：78-79.18 胡雅灵.道路除雪设备技术与创新研究J.中国新技术新产品,2010（18）：6419 王涛,张永梅.国内外路面养护机械的技术水平及发展趋势J.建设机械技术与管理,1997,(3)20 Bob Tracinski,Snow removal safety,Cleaning Maintenance ManagementJ,2001,(9):36-3821 Dosn，Take special precaution to keep snow removal equipment efficient and safe,Cleaning & Maintenance ManagementJ,2001,(9):37-40.22 ANON，Small-sized Rotary Snow-removing EquipmentJ.Stroitelnye i Dorozhnye Mashiny,2005(1):1923 Tan H-S,Bougler B,Steinfeld A.Snowplow Steering Guidance with Gain StabilizationJ .Vehicle System Dynamics:2001,(36):279305附录A 外文翻译在寒冷下雪地区的道路除雪成本管理方法的发展 摘 要 在日本，政府减少除雪的支出是一个紧迫的需要。而减少除雪支出需要国家政府从不同角度分析：1)成本结构的分析，2)地区之间开发方法的成本比较，3)开成本降低标准的发展。我们研究的方法客观地确定除雪的成本效益是通过跨区域比较，这样做相对比较困难。为此，我们开发了一个模型：使用一个线性回归的“除雪的单位成本”(UCSR)，这是基于除雪成本和累积降雪之间的关系。本研究建立模型并讨论了如何使用实际适用性除雪记录。我们还检查其适用性。关 键 词: 除雪；减少支出;预算；UCSR；降低成本的标准B.1 介绍 在日本的许多下雪大城市的地区里,除雪扮演重要的角色，确保在冬季道路交通图B1在日本和海外主要城市的降雪量的顺利(图B1)。道路除雪的研究已经深入各个方面。作为关于日本道路除雪的经济效益的第一个研究，Igarashi等人评估了它的效益。他们进一步建议部署的方法是除雪总成本最小化。酒井法子等人通过划分由除雪所减少的经济损失来评估其效益。 最近通过关注受益者对除雪的服务水平的意识的研究，来寻求降低成本的解决方案。从这个角度看，问题包括：对除雪的需求,居民的支付意愿和居民对除雪的满意度水平的讨论。大多数的这些研究解决经济利益的方法是使用问卷调查、公共参与或客户满意度调查。很少有人深入研究解决日本政府除雪方法的成本结构。对于降低成本的基础设施管理，包括美国和其他国家提出的衡量绩效服务，水平使用预算和资源分配。Lindsey和R.K.等人专注于工作条件的研究，包括地理和气候，实现高效资源分配来除雪。除了除雪本身以外，也需要努力创建合理的管理系统来降低除雪成本。在国家层面上需要以下几个方面：1)分析除雪架构的成本，2)开发一种在地区间比较除雪成本的方法，3)降低成本的标准。随着发展的程度和对雪的控制要求的增加，包括道路使用者的除雪习惯，地区间的比较除雪成本被认为是非常复杂的，因为成本随降雪、气温、雪纹理和其他自然现象的发展而变化。本文通过找到除雪成本和累计降雪之间的关系来客观评价除雪方法和估计除雪成本，这两个相对容易获得，跨区域除雪成本的比较是有可能的。 2005 -2006年的冬天日本下了一次43年间罕见的大雪。日本气象厅称它为“2006年强降雪”。县、市除雪预算都远远透支，土地、基础设施和运输对地方政府请求提高除雪补贴。当时，除雪成本使用的数据如降雪和道路长度被指定为除雪客观估计。然而，这种估算方法还没有建立。自2005年财政年度预算以来，MLIT采用了该方法，除雪的(UCSR)线模型的单位成本在这个研究中进行了介绍 (以下简称:UCSR-line模型)，用以研究对公共除雪分配。B.2 日本除雪的预算系统 日本的道路总长度1200万公里(744英里)，市政道路占约84%。国家道路的长度在国家政府的直接控制之下仅占总数的1.9%。道路在寒冷、下雪的地区约占日本60%的土地面积。国家政府对国家高速公路除雪进行完全财政支出。包括高速公路，部分补贴的国家高速公路除雪控制县和县级公路地区等，指定特别法律措施确保大雪和寒冷图B2 日本的道路和道路预算地区道路交通(SCA)(图B2)。全国国民政府包括：管理国家高速公路的除雪成本，管理国家政府补贴的除雪成本，指定SCA为控制国家高速公路和全州公路地区大雪和寒冷的法律。法律规定，国家政府为三分之二的县进行除雪成本补贴，盖率排第三。目前，国家政府在寒冷有雪的道路区域的补贴相当于约700亿日圆。国家对于这个补贴是从包括国家天然气税，汽车吨位税和汽车收购的税收收入中支出，仅限于道路关联系统项目，金额约5.6万亿日圆。每个县的除雪成本从全州一般账户和全州特别帐户中支出。全州专门账户的收入来源包括轻油批发税收的支出等。B.3 累积降雪和除雪成本之间的关系导出的UCSR-LINE模型这里介绍UCSR-line模型是怎么被开发出来的。一般来说，道路除雪成本(以下简称:除雪成本)包括：1)道路除雪成本，2)人行道除雪，3)防冻剂应用程序，4)雪的运输和其他方面。不同的变量可以被认为是对这些成本的解释。这些变量包括道路长度、道路宽度、降雪路面条件、除雪频率。然而，获得所有这些数据很困难，因此，明确所有变量和除雪成本之间的关系是不切实际的。 因此，我们试图利用一些相对容易获得的数据，比如累积降雪和指定长度的道路除雪数据来计算除雪成本。两种类型的数据表示降雪的数量：每一天降雪和年度降雪，除雪部署启动应对每一天的降雪。当我们检查除雪成本，适当使用累积的降雪。除雪成本的结构是复杂的，如上所示。成本变化与降雪累积，如下列方程所示：p = f(x)(1)其中：p是除雪成本，x是累积的降雪。这个函数的图形为向上倾斜的线，因为除雪成本随着累积降雪的增加而增加。然而，除雪总成本包括独立的降雪成本，防冻的成本，代理应用程序和固定运营成本。方程表示变化关系不会随着累计降雪的变化而变化。如果我们假设一个线性回归模型来描述除雪成本和累计降雪之间的关系：除雪成本可以表达的方程2。 p = f(x)= ax + b(2)图B3累积降雪的除雪成本和运输成本其中，p为除雪成本，x是累积的降雪，a是一个表达了每厘米积雪量的除雪成本的系数和b是一个成本并不取决于区域的累积降雪的系数。上面的方程表达的除雪成本随着累积降雪的增加，运输量和成本也增加增加(图B3(2)。虽然直线表示除雪成本和累积降雪之间的关系并不是一个简单的线条，但除雪成本在逐步变化。然而，当运输成本并不占主导地位，除雪总成本被认为是一个线性的近似描述。除雪成本和累计降雪之间的关系(图B3(3)。接下来，我们检查UCSR和累积降雪量之间的关系。累积降雪UCSR除以年度除雪成本，方程表示如下：y = p / L / x(3)指定路线的除雪成本由国家和地方政府在SCA的法律上确定。路的长度可视为一个常数,因为它并没有改变累积降雪(x)的变化。从方程(2)和(3),我们得到：y = f(x)/ L / x= (ax + b)/ L / x =(a + b / x)/ L (4) = b/L*x+a/L (4i)此处，b/L =，a/L=方程(4)可以改写为：/x+ (4ii)一般来说,一个幂函数表示为y =x+ (5)当等于-1时，方程(4)可以重写为方程(5)，UCSR可以表示为幂函数的累积降雪。在方程(5)中，并不依赖累积降雪(x)，而当为负时，UCSR (y)随着x的增加逐渐接近。工作时间和成本要求去除5厘米的降雪和去除6厘米的降雪的差别不是很大。去除10厘米的降雪所需要时间不超过去除5厘米的降雪时间的两倍。从这个例子中，可以认为UCSR随着累计降雪的增加而减少。换句话说，除雪成本包括不依赖于累积降雪的成本，这意味着UCSR不能低于某个值，UCSR与累积降雪负相关。根据这一点，UCSR所绘的向下滑动的回归线表示变量之间的负相关，x轴表示累计降雪量，y轴表示UCSR。为了近似的描述UCSR，适当的使用幂函数来表示累积降雪。幂函数形式的方程(5)。B.4 UCSR和累积降雪之间的关系通过使用先前的除雪数据决定UCSR与累积降雪之间的关系是检查管理国家高速公路和全州公路在SCA法律上得出的。通过使用一个完成的UCSR模型为每个县之前的除雪成本和累计降雪近似出一种关系，以确定相关系数回归分析的细节数据收集和使用。其中包括：1) 1995-2004年十年财政年度的年度累计降雪，2) 1995-2004年年度除雪成本，3)除雪道路的长度。年度累计降雪是日常在一个县几个测量网站一次测量所得的累积平均降雪。道路除雪指定的长度随着当年度预算的制定而确定。B.4.1 县与县之间确定系数的比较 在这里我们介绍如何使区域除雪成本的比较，以Hokuriku地区和东北地区为例。在图4中,，CSR与累积降雪相关联。富山,石川县的道路管辖区域发展土地、基础设施和运输(MLIT)的确定系数是0.88(图B4)。图B4 Hokuriku地区(新泻,富山,石川)的UCSR线 一个近似线的关系得到了五六东北地区的县，不包括青森县，这五个县确定系数很低，为0.096(图B5(1)。我们假设UCSR根据不同气候和其他地区的特点，我们获得一个日本海一侧的东北地区，另一个在太平洋地区。在这样的一个区域，相关性较高，日本海一侧的东北地区系数为0.39，太平洋地区确定系数为0.57。这次实验确认当地条件有相似的趋势UCSR和累积降雪之间的关系，可以为这个实验多设定一些组(B5(2)。图B5 东北地区UCSR线B.4.2 区域系数的确定 UCSR与累积降雪的散点图由管理全国国家高速公路七个区域的发展机构列在图6中的三个组图。第一个是由相对于其他组更高级别的关东地区发展局(集团一)的道路周围的数据点集图。第二个是Chugoku区域发展局的道路数据点，第三是北海道地区发展局和其他地区的机构的道路，不包括关东和Chugoku区域发展机构。图7B(1)和(2)显示一行关联UCSR和累积降雪。前者的确定系数为0.25，而后者较高，为0.77。根据这一点,我们假设有三个UCSR线。C组可以通过使用一个UCSR线来解释。A组的UCSR线很高。表1表示了由国家政府和县政府所管理的国家高速公路的确定系数 图B6 每个地区UCSR线 图B7（1）所有国家高速公路管理的UCSR线图 7（2）C组USCR线 人们发现在中部地区的县的国家高速公的确定系数是比较低的，岩手县、群马县，冈山的特别低。这里相关系数往往高于的日本海一侧的东北地区，这里的累计降雪量比较大。像在Hokuriku一样的地区，累积降雪很小。Chugoku等区域相对于关东和东北地区太平洋海岸的虽然很冷，但是累计降雪非常小，确定系数相对较低(表1)。这些结果验证了UCSR线模型的应用，它假设了累计降雪量和除雪成本的关系,前者较大后者较小。表1： UCSR与累积降雪：由国家政府和那些县的详细分析所确定的国家高速公路系数，对于理解这些低相关的原因是十分必要的。一个可能的原因是，在岩手县、群马县等地区有较低的温度和较小的降雪的地区占总体的比例较低，从而导致高成本的防冻剂的应用。在日本冈山县，降雪很小，相关系数较低的一个可能原因是，固定成本占了很大一部分。B.5 使用UCSR模型的成本比较B.5.1 每个县除雪效率成本 UCSR线是一个从除雪记录获得的经验公式。通过使用这个线，可以估计UCSR对应于一个特定的累积降雪量。一个县通过比较估计的除雪成本和实际的除雪成本，使用UCSR线评估每一年的除雪成本效率。B.5.2 从多年来除雪数据中获得的UCSR模型的适用性 2005 - 2006年冬季，一场极大的雪席卷了包括Hokuriku地区在内的几乎所有日本地图B8 UCSR线的比较,其中一个从1994 - 2007年数据获得区。气象机构指定的在43年来首次的“沉重的2006年降雪”。与此同时， Hokuriku地区2006 - 2007年冬季年降雪很轻。我们将接受Hokuriku区域验证UCSR模型的适用性，检查UCSR线在多年不寻常天气的除雪数据是否是有用的。图8显示了Hokuriku地区的两个UCSR线：通过使用从1995年至2004年和从1994年至2007年的除雪数据，包括极大雪的2005年和较少雪的2006年来绘制。 如图B8所示，从1994 - 2007年包括一个极大雪和一个少雪年的除雪数据获得的UCSR线的确定系数相对较高，为0.78，而另一条线在1995-2004年的除雪数据基础上绘制，这些除雪数据中不包括那些有的极端天气的冬天。图9中的散点图表明所有的县的除雪成本在2005年较高。造成2005年的较高的除雪成本可能原因是高成本的运输， 以及由于低雪融化造成的长时间较低的温度。 接下来，我们通过比较除雪UCSR线和实际成本和估计成本消耗，检查新泻县不同年份的除