高速公路除冰雪装置设计含7张CAD图.zip
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高速公路除冰雪装置设计含7张CAD图.zip,高速公路,冰雪,装置,设计,CAD
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高速公路除冰雪装置设计 Design of snow and snow plant for highway摘 要中国北方的冬季降雪很大，如果不及时清除积雪，将严重影响交通安全，给人们日常生活带来不便。摘要清雪机的开发具有重要的实用价值，对国民经济的发展具有重要意义。清雪吹雪机的容量很大程度上取决于纯雪设备的性能好坏，因此对清除雪装置的结构和性能的研究是非常必要的。用于消除雪和雪的设备主要是一套螺旋状的雪，通常用于高速旋转鼓风机和雪锥。雪是由螺旋收集的雪收集而来的从吹风机到路边或雪车，节省了雪收集的时间，雪的效率更高。摘要在对雪的物理力学性质进行分析的基础上，提出了几种机械雪的方案，并在理论分析的基础上，分析了旋雪机构工作原理的除雪机理。关键词：除雪；铣刨鼓；螺旋；变速 AbstractThe winter snow in northern China is so heavy that if it does not clear the snowin time, it will seriously affect traffic safety and cause inconvenience to PeoplesDailife. The development of snow machine has important practical value, which is ofgreat significance to the development of national economy.The capacity of snow blower is largely dependent on the performance of pure snow equipment, so it is necessary to study the structure and performance of snow removal equipment. The equipment used to eliminate snow and snow is mainly a set of spiraling snow, usually for high-speed rotary blower and snow cones. Snow is a collection of snow collected by the snow from the blower to the side of the road or thesnow car, saving the time of the snow collection, the snow is more efficient . Based on the physical and mechanical properties of the snow, on the basis of analysis, puts forward several mechanical snow, and on the basis of theoretical analysis, analyzed the working principle of the rotating snow structure snow removal mechanism .Keywords: snow removal ; Milling planer drum;spiral；Variable speed目 录第1章 绪论11.1本次设计来源、目的、意义11.2国内外研究现状21.3除雪机械的发展方向21.4设计内容3第2章 总体方案研究42.1 冰雪的物理机械性质42.2 车体的选择72.3 动力系统设计92.4 传动方案设计11第3章 各系统设计113.1 变速箱的选用113.2 皮带轮的设计123.3 铣刨鼓结构与参数的设计173.4 刀具的研究193.5 轴承、轴的选取分析20第4章 校核264.1轴的校核264.2轴承的校核284.3销轴校核30参考文献34致谢35第1章. 绪论1.1 本次设计来源、目的、意义依据西北地区常年冬季大雪天气频繁出现，路面上积雪的现象成为了交通安全的重大隐患问题，交通事故的发生大多数都是由于路面积雪给车辆制动问题无法达到效果。将近十几年来各种公路距离不断增长,有效快速的清除路面堆积的雪已成为现今需要解决的问题、不容忽视,这对于增加车辆的运输效果、防止重大交通事故的发生,对社会具有很大的经济效益。目前,我国除冰雪作业大多是由人工作业或其它代用或农用机械完成,其劳动强度大,作业效率不高。要是引进国外比较高端的除冰雪设施,其制造价格过高而且不适合国内现状，经济落后;即便用其它的农用机械，比如平地机进行除冰雪的工作,那么浪费实用设备且对路面表面实施一点破坏作用。除冰雪装置是通过机械性能要求对冰雪直接接触进行打扫或铲破，初雪机械主要分为犁式除雪机械类型和螺旋转子机械类型等，几种机械占发达国家清除冰雪机械数量的75%以上。由于现实社会的需求，所以要做足准备去迎接新的科技的研究，为未来的世界作出重大贡献，对于现在的我们来说，设计是必须要走的道路。比如刚刚降雪后所下的虚雪需要比较方便的、省力的机械来工作。根据清除虚雪的装置我主要设计的是螺旋式的，与风机配合、还有向左右抛雪的装置联合在一起。收集雪的装置有螺旋式将冰雪收集并且通过风机使积雪在抛雪筒抛到路边两侧，节约而且方便，清除冰雪有了更高的效率。1由于现今除冰雪机械的除雪效果落后于发达国家，需要国内人员深入研究并突破。国内北方大部分地区,年年下雪的时间较长,马路上的积雪比较多，同时给交通运输部门及人民日常生活出行带来很大的不便。由于光照积雪在马路上结冰,用传统除雪机用推扫刮的方法不明显,不得不消耗大量人力物力资源进行人工铲除而且费时费力。机械方法是最核心的除雪办法而且实用。按照我国除雪机械的发展状况来看,大部分除冰雪机械功能还是比较落后的,只能单一的清除堆积雪、破除堆积的冰。国外的除冰雪机功能较全,但结构很复杂,造价比较昂贵,且大部分不适用我国的道路环境。因此研制出适合国内道路环境情况的集破冰雪于一体机的设备,具有非常重要的意义。国外的除冰雪机功能较全面,但结构非常复杂,造价比较昂贵,且大部分不适合国内的道路环境状况。因此设计研制适用于我国道路环境的集破冰雪于一体机的装置,同样具有重大的意义。1.2 本课题国内外研究概况目前，世界上很多国家除冰雪的方法中，应用最普遍的是溶解除冰雪和机械除冰雪。溶解是根据热化学作用或局部化学剂使冰雪融化。其优点是除雪率高，但是它的价格敖贵。更容易造成环境得污染。虽然环保型融雪剂开始应用，对环境和植物的影响减少了，但是并不能彻底根治。因此使用范围受限。对于国内来说，国外除雪机的设施非常贵不经济，同时说明提高除雪设备太贵。所以要自主研发出属于我国地域环境的除雪机械。依据国内初雪机械的发展在制造方面，技术、智能化等方面与发达国家依然有距离。在国内发达的城市中有国外进口的除雪设备，但是它的价格非常昂贵，而且在使用方面和维修时比较贵，超出了预期的成本。自主研发出适合我国经济条件、地域特性的比较陷阱的除雪设备成为必经之路2。机械法是通过机械作用直接将冰雪铲除。虽然铲除不太干净，对于现实的社会条件和环境无任何的影响。而且范围较大。清理冰雪最可靠的还是机械作业，溶解法不太实用，我们的目的是达到环保除雪成果。美国的公路其公司生产的除雪车异常先进，这种除雪装置有推雪板、滚刷、风机等装置，可以向多方向工作，一个机械能够同时完成各种类型的除雪作业，除雪设备的技术比较全面，技术操作流程日益成熟，除冰除雪效果优良。1.3除冰雪机械的发展方向（1）提高雪的力学性能研究, 多建设气象系统为了提高除冰雪装置的研究水平, 我们还要从根本抓起，那就是对雪的力学及化学性质进一步探究, 为此我们还要根据环境所需建立道路交通气象分析系统。这种设施在不同的环境变化中感应相应的气象分析并且与电脑相互作用, 检验道路的环境以及降雪的行踪，根据该系统接收信号，在微机处理后，可以了解该段路面的温度、湿度的变化, 通过这种方法可以同步了解环境状况, 通过不同环境对应相应的除雪机械。（2） 向小型、高速、高效方向发展在设计过程中要考虑较多, 除冰雪装置在设计时应注意它的尺寸大小还有除雪是对不同条件的雪的状态的除雪速度相匹配，除雪效率等因素, 要是机械太大，对路面过于占道;速度的变化影响交通堵塞,同时窄的路面的除雪也要求机身宽度不宜过大。要是在比较窄的路面上行驶，太宽阻碍交通, 所以我国的除雪机械发展方向更加明确。（3）一机多用、机械-电子-液压一体化的方向发展为了再生产使用中的到更好的利用价值，所以研发的目的是多方向的。中国的除雪机械应该向兼容并用的方向发展, 可对各种机械如东风汽车、推土机、建筑机等改造, 只在冬天下雪的时候工作, 其他季节可以做比如给路面喷水、打扫路面垃圾等各种工作。除雪装置应该向多元化新技术看齐, 实现自动控制, 自动除雪的方便操作。（4） 提高安全性和舒适性在驾驶装载机时具有一定的危险性, 因此为了驾驶员的安全就要减轻操作流程, 完善机械灵活操作,在先进科技应用中，像我们所学机器人的自动避让功能一样, 同时也避免机械的损坏。为了让驾驶员工作环境舒服, 装载电吹风、除尘设备等, 在工作时减轻驾驶室的震动, 给工作人员方便。（5）加强技术合作在现实中的原始的除雪条件是非常落后的，大部分度是用手工去铲雪，没有过多的机械化的设施，所以造成人力的浪费，不可取。这种方便给人类带来更高效的工作成果, 从最初落后的人力劳动到机械自动化, 建设性的提高机械性能水平。1.4设计内容 1.4.1 方案构想选择装载机在装载机的前端安装除雪装置，铣刨鼓式除冰雪装置。采用铣刨鼓式除雪装置，使冰雪在冰刀的作用下实现破碎。铣刨鼓与装载机驱动臂相连，设计出机构。确定初雪装置的总功率以及铣刨鼓转动速度进行计算，中心轴、发动机功率的相应参数。根据冰雪物理、化学性质设计刀具及材料选择，根据除雪原理及常识选择刀具位置。 1.4.2 结构原理及计算要点（1）铣刨鼓式除冰雪机构是利用前部安装的铣刨鼓上装有的刀座上的切刀对雪进行切削，根据自身的重力作用和装载机的外在因素，在工作上电机和变速箱的震动也有破冰效果。 (2) 除雪机的功率的计算：除雪机在工作中所消耗的功率包括：装载机前进的功率和除雪装置除雪功率。装载机功率可以参照一般驱动车辆的计算办法。除雪装置的功率分析： 其中： Ne-推雪后板切削所需功率，KW Nf-克服冰雪与板面的摩察力所需的功率，KW Nr-推雪板前雪堆向前移动所需的功率，KW Nd-板刃与堆雪地面摩察力所需的功率，KW（3）拟定的技术路线研究冰雪的物理和力学性质-查阅国内外有关装载机械和除雪机构的设计资料和发展状况-吸收各方面的技术资料，并加以创新-技术设计和整体设计。第2章 总体方案2.1 冰雪的物理机械性质装载机在于除雪装置相配合后与路面积雪相互作用。积雪在不同环境下，在不同物理力学性能的要求，除雪过程也要相对应，变化其切削速度或行走速度。其中最关键环节是行走机械与除雪机械的配合程度，所以我们最先分析冰雪的物理性质。首先我们要了解冰雪的特征，还有它的密度，其中它在不同温度下的状态有所不同，如表2.1所示。雪的硬度是对机械性能要求的考验，在所处环境变化的情况下冰雪的密度也发生这变化，如表2.2所示。硬度、密度、温度关系如表2.1所示，温度越高，硬度越底；密度越小。之后对路面除冰雪装置的工作阻力以及牵引力进行计算，需要知道雪的物理机械性质，通过对雪的物理力学分析，通常除雪装置所受的外力的标准指标是滑动摩擦、切削阻力、行驶阻力等。 表2.1 雪的密度雪 的 状 态密 度（g/cm3）初下的雪落下15天的雪落下30天的雪密实的雪冰雪混合冰0.100.150.200.300.340.420.400.600.600.750.90 表2.2 雪的硬度雪的物理状态雪的密度（g/cm3）当温度变化时雪的硬度（kPa）松 软 的较密实的密 实 的很密实的小于0.250.260.350.360.500.510.60小于506010021020003803000积雪在受到摩擦力的状态下，按照雪的状态而改变，它的内外摩擦系数表2.3和表2.4。 表2.3 内摩擦系数2雪的密度（g/3）雪 的 温 度（OC）0附近-1 -6-10以下0.120.200.300.400.470.560.240.300.350.400.420.450.290.330.390.440.470.500.340.360.460.500.530.57 表2.4 外摩擦系数（对钢）1雪的密度（g/3） 雪 的 温 度（OC）-2-4 -16 -30 -10 0.10.20.30.40.450.500.100.0850.070.0550.0480.0250.140.0970.080.0650.0480.0330.180.110.090.0750.0560.040根据积雪有切削阻力的影响，我们将切削阻力系数k0 ，k0的大小在表2.5中。 表2.5 积雪的切削阻力系数k0雪的状态雪的密度C（g/3）雪 的 温 度（OC）-1-3-4-22低于-22天 然 状 态 松软的 弱密实的小粒冰雪形成密实大粒冰雪形成密实0.120.180.200.280.300.360.280.350.71.82.04.03.06.0 4.07.00.20.81.53.04.07.03.06.00.41.22.05.05.10.0 5.09.0人 工 状 态弱密实的密实的很密实的0.300.400.450.520.550.655.012.010.025.020.035.08.025.015.040.0 30.080.05.035.030.080.0 70.0130.0在马路上有积雪的情况下，影响了路面的使用情况。在养路机械工作计算时，我们要知道除雪装置在工作时环境所影响的系数。装载机轮胎与路面间的附着系数表2.6。 表2.6 装载机轮胎与路的附着系数雪 的 状 态轮 胎 类 型附着系数C密实冻结的雪密实冻结的雪密实解冻的雪压实的冻结雪压实的解冻雪解冻的雪低压胎高压胎低压和高压胎高压胎高压胎低压胎0.200.350.200.250.100.200.2090.1760.060.08在装载机行驶中阻力的系数，与外摩擦因数有关系，不仅产生了摩擦力的作用，而且起到了挤压虚雪的效果。通常我们所涉及到的设备有轮子式的和带式的如表2.7选取。表2.7 行驶阻力系数雪 的 状 态雪的密度g/3）阻 力 系 数 f轮 胎履 带松软的松软潮湿的轻碾压的碾压的冰雪0.150.250.150.250.250.350.40.60.70.20.250.30.150.20.080.10.060.080.20.20.10.050.070.1在路面上积雪清除的过程中，以前得到的或计算的过程方法，这些方案一部分投入了实际应用当中，而大多数还在不断地探究当中。在清除没有压过的虚雪，清雪机械中的好多除雪机构已在实际中得到实现应用，最常见的机械工作原理是推移和旋切。在外力作用下积雪压的很实的冰雪，我们便采用铲和铎的方法，不过这些实验并不是特别的完善，而且对实雪的破除不明显，还需要更深的研究。2.2 车体的选择在国内，北方由于冬季降雪时间只占全年的三分之一，对于我国道路发展的状况分析，过于单一的设计一个除雪机构，非冬季的季节会闲置下来，过于浪费。为此，此次以装载机为驱动装置外加一个冰雪清除装置。 根据破碎的原理，对积雪进行推移挤压的措施，破冰装置只要是有与装载机配合的托架梁和铣刨鼓组成，在实现除雪装置与铲斗进行互换，冬天下雪时用除冰雪装置进行清理积雪，在其他的季节里可以实现建设用途，从而体现装载机的多用途作用，充分利用资源。动力源为装载机，根据国内装载机的发展，应用最广的是徐工集团的重型装载机，比如ZL40、ZL50型等。本次设计我选择了一款LW500F装载机。对徐工LW500F 轮式装载机的主要性能要求性能说明换向为液压装置、实际换挡实现变速功能、液压全驱动工作、操作方便。经过改造打造徐工最先进特色，向上推举力量强，反应时间迅速，强大。具有很强的稳定性，载重能力加强，结构相互作用。驾驶员工作室内有较强的隔音效果，工作室下部安装减震器达到稳定。其装载机的轮子材质比较牢固，而且直径比较大，动作灵活。驾驶室内具有换气扇，四向视野开阔，运行操作方便简单。配置上柴D6114ZG发动机，性能卓越可靠，油耗低，噪音小。41在设计除冰雪装置时有单独的发动机作为唯一动力源，而装载机只是起到支撑作用，在行驶过程中克服阻力及外在因素。铣刨鼓确定的除雪宽度为2m左右，而且在破冰过程中前进的速度不应该小于25km/h，装载机调速非常简单。初步确立除冰装置的高度大概在1.2m左右，那么装载机的驾驶室要有一定的高度，保持视野开阔不能让出血装置挡住视线。还有各方面因素，最终选用徐工LW500F装载机。LW500F装载机是整个集团经过多年的实践经验而设计的比较全面、现进。其特点是性能良好、装载效果明显、具有很强的结构性、并且使用时间长、维护方便、给驾驶员不错的工作环境的优势。徐工LW500F参数表3.1。 表3.1 徐工LW500F装载机参数公告型号徐工LW500F类型轮胎式装载机标准斗容量3m铲斗额定载荷5000kg最大卸载高度3100mm发动机功率162kw发动机品牌潍柴发动机型号WD615G发动机额定转速2200r/min发动机排量9.726L整机工作质量16500kg最大的卸载距离1274mm最大掘起力158kN最大牵引力156kN转向角35轴距2900mm轮胎规格23.5-25铲斗外侧最小转弯半径6920mm前进档车速11.5km/h前进档车速38km/h后退档车速16.5km/h提升时间5.6s卸载时间1s下降时间3.3s三项和时间9.9s液力变矩器形式YJSW315变速箱ZL40/50驱动桥ZL50L转向泵型号CBGJ2080整车长8010mm整车宽3016mm整车高3350mm2.3 动力系统设计（发动机）2.3.1 除雪机的主要性能参数（1）最大除冰雪厚度： 不小于100 mm ；（2）单程除冰雪宽度： 不小于2m ；（3）工作速度： 应不小于 25 km/h ；2.3.2 除雪机功率计算 （1）破冰机构功率计算破冰机构的阻力计算 （2-1）式中: h 为除雪的厚度0.03m； s 为除雪横断面积m2； 是在确定温度下积雪的密度599kg /m3；v 为除雪装置前进的速度27m / s； 为行进角35；为道路上的坡度0；除雪装置的最大质量3600kg；f为铣刀与路面产生摩擦的摩擦系数0.1； 为传递效率0.92； 为抗拉伸、抗切断应力pa； H 为积雪的抗压强度pa。抗断应力公式 （2-2）破冰功率计算公式 （2-3）（1） 集雪后板功率计算式中: （2-4）NJ为推雪板前进与积雪作用所需功率; Nr为雪堆移动时所需功率; Nf为积雪与板面摩擦阻力所需功率; Nd切刃与地面的摩擦力所需功率。 由于冰雪与钢的摩擦系数很小，所以在计算时和可以忽略不计，则集雪装置所需功率可简化为 （2-5）集雪板前雪堆移动功率公式 （2-6）式中: V 为集雪板前积雪的体积042; r 是压实雪的密度110kg /; x与积雪的内摩擦角 （3）除雪总功率所以在破除的时候产生的功率与堆积雪的后板件的运行功率的总和3 （2-7）可见除雪时只需要提供 22.1KW 的功率即可2.3.3 柴油发动机的选择发动机的使用情况大概分为两种，一种汽油发动机另一种是柴油发动机，根据柴油发动机与汽油发动机的综合对比得柴油机的优势：柴油机的热效率好工作性能高，其中的原理便是柴油发动机可以压缩空气湿空气达到一定的温度，一直压缩到空气的温度达到柴油机的燃烧点，当喷入些许柴油后，柴油剂与达到高温的空气混合而发生燃烧，由此可以看出柴油机不需要像汽油机一样有点火系统。而且，柴油机的油箱供油系统比较简单，对柴油燃烧效率高，所以柴油机好使。另外，柴油机没有爆炸燃烧的局限，柴油机的压缩比很高。由此，柴油发动机热应用率和实用性较好，在相同的环境下功率相等，柴油机的扭矩大于汽油机的扭矩，当功率达到最大时，柴油机的转速会较低，在我国大型的工程机械和装卸中柴油机是应用最广泛的。通过计算实验和查阅资料，在网上找到了柴油发动机型号，通过本次所涉及的好多方面，根据功率匹配相应的发动机，减速器与发动机相互配合达到变速效果，考虑到经济问题，比较划算的选用了一汽解放汽车有限公司无锡柴油机厂生产的型号为4DX23-120柴油发动机。其数据如下表3-2所示：表3-2柴油发动机数据表型号4DX23-120额定功率/转速88KW/2800rpm气缸数4气缸排列形式直列最大输出扭矩343N.m排量3.86L发动机净重380Kg排放标准国III进气形式增压中冷发动机尺寸795680825mm2.4 传动方案路线设计图2.1传动路线图第3章. 对各系统的设计3.1 变速箱型号的选用对铲除压实积雪厚度的变化，根据铣刨鼓的转速的不同对应实雪的厚度的变化，变速箱其具体参数如下表3-3所示：表3.3变速器数据表型号档档档档档倒档TL5-35A045.0572.6091.82310.7614.575根据最初预想的装置在工作中行驶的速度是不断变化的，因此所对应实雪的铲除厚度有所变化，所以对应的转速也就对应变化。一开始我确定的冰雪厚度在05cm之间，在这种厚度之下所用的档位是一档，如果嗜血的厚度在5cm10cm之间，这个时候用第二个档位。如果铲除的实雪厚度在10cm以上，我选择分层切削，这样可以保护道具的磨损。3.2 皮带轮设计从发动机到变速器，其输出的转速特别的块，在减速器的作用下输出轴的转速要求，那么就应该发声变速才能满足。本次设计中，运用皮带轮的传动比再进一步精确减速。在机械传动中，V带的传动是首选的。V带的形状是梯形的，在梯形的侧面是主要受力点，所以受力是两侧面，在同样张紧力下，V带比平带传动能力强，故本设计选用V带传动。所以V带的优点很明显：本身具有弹性，可以缓冲和吸振，传输过程平缓；当发声过载现象，同时可以减少其他零件的磨损；中心距大；简单易懂，生产、使用、维修便利，而且成本较低。3.2.1 小带轮转速根据所选择的柴油发动机与变速箱型号，确定出各输出的转速，即皮带轮小带轮的实际输出转速：表3.4小带轮转速表档位档档档档档转速（rpm）5541073153528003679 由于、三档转速太高，在实际运用中不适用，舍去，皮带轮的设计以最高转速1073rpm为上限额定转速设计。3.2.2 皮带轮的设计要求 查机械设计手册，皮带轮的效率取,3.2.3 皮带轮设计及校核1.确定所设计带轮的功率 查机械设计表8-8， 2.选择V带型号根据和，由机械设计取用B型V带5。3.选择带轮、由机械设计表8-11，根据查表得到D型V带，并且，涉及到小带轮的转速是很高的，在形状与尺寸大小上没有严格要求的，所以选择。对带速的检验：当时， 当时， 带速在5-25m/s之间，D1选择合适。 所以根据机械设计表8-11中所给出带轮的基准直径系列范围，得。 转速的误差 4.确定中心距、带长在设计中，给出的条件中没有详细说明中心距的范围，所以初步确定，查机械设计得到公式得 378mma01080mm初选 根据带长 由机械设计查表8-2，取中心距的调整范围 5.验算小带轮包角由机械设计查得，合适。6.确定V带根数按机械设计式（8-26），由机械设计手册查表得到以下参数值为、 代入求根数公式，得取符合机械设计中表5-7推荐的轮槽数。7.确定初拉力由机械设计式（8-27），查机械设计图8-12，8.计算作用在轴上的压力 具体计算如下：表3.5 带轮设计校核表设计计算的项目依据结论带轮工况系数查机械设计表8-81.1计算功率82.5kw初选V带型号查机械设计表8-11B型小轮直径/mm查机械设计表8-9及推荐值220验算带速V/（m/s），一般应取标准值6.38从动轮转速误差应不超过0初定中心距推荐：378初算带长/mm2400选定基准长度查机械设计表8-22400定中心距a/mm793验算包角， 120单根带基本额定功率15.9kw15.9kw传动比i1.3功率增量见机械设计手册表8-53.6长度系数见机械设计手册表8-20.94包角系数见机械设计手册表8-60.98单根带许用功率1.42V带根数z，不宜超过推荐轮槽数5V带单位长度质量q/（kg/m）见机械设计手册表8-120.06单根V带的初拉力1811轴上的压力18076设计方案评价根据传动过程机构合理性V带根数正好好3.3 铣刨鼓结构与参数的设计3.3.1 铣刨鼓的结构形式铣刨鼓是除冰雪工作装置的关键部件，对于除雪机构的操作合理性与设计的合理性对整个设计有关键性的作用。然而铣刨鼓的构成形状类似圆柱体，其中圆柱特点明显。在马路上，除雪机构的特点很明显，主要是清理马路上的积雪，尤其是结冰的路面更明显。在理论来说，在我们选择的过程中就是个面，地面的杂物是冰雪与路面分开的最有效的，刀具只是在起到切割的作用。在机床数控中我们学到加工最好的刀具是铣刀，对于平面来说。所以，在滚筒上怎么安装刀具最合理，是重视起来的，而且刀具排列在每个刀座上构成所设计的结构。输出轴在轴承的作用下可以固定下来，在支架上有固定装置的交点。在槽钢的上部可以加上配重的东西，可以达到所要求的目的。装载机的这种型号是符合要求，并且作为动力机所使用，装载机与除冰雪装置就可以完美配合了。而我设计的除冰雪装置的构件有两大部分：1、装载机2、除冰雪装置（架子、铣刨鼓等）。机器的机械性能不仅取决于动力机、除冰雪装置所要求的不同，其中机构的性能要相互协调比较稳定。对于除冰雪装置来说，工作的效果明显不明显可以根据装置的配合程度有关，相互协调，相互关联才能达到更高的效率。根据老师所要求的内容，还有实际的经验来确定本次的最明确的参数，可以初步确定本次设计的性能要求达到满足：1） 清除冰雪最基本的厚度： 不小于100 mm ；2） 单程清除冰雪的宽度： 2000 mm以上 ；3） 工作速度： 不低于25 km/h ；4） 清除冰雪的效率 不小于90% ；5） 除冰雪装置质量（最大配重） 3600 kg ；6） 整机最大质量 12500 kg ；3.3.2清除冰雪装置重量除冰雪装置替换掉4DX23-120装载机的铲斗，在装载机上除雪的装置工作方式不同，那么如何计算阻力也需要不同的方法。在装载机上当铲斗工作时，他所受到的阻力也是不同的，在侧板上和铲斗的下方，计算时也要根据具体情况而论。在此次装载机作为动力机的情况下，除冰雪装置一边前进一边工作，一边切削马路上的冰雪，所以除冰雪装置的阻力计算根据外在因素相对应的确定。除冰雪装置重量的确定三个基本要求：(1) 对于装载机来说，除雪装置的质量是有一定的范围的，装置总质量应小于装载机的额定起重量，如果超出，便会不稳定；(2) 装载机的前部臂梁工作时不得受到除冰雪装置的干扰；(3) 装置的铣刨鼓的转速够快切削力量够大，而且要超过阻力的摩擦。按照上述的说明可以对装置的质量分配作出判断并确立。所以装置组成：架子、输出输入轴、发动机、变速器、联轴器、铣刨鼓等。各部分的质量：滚圈： 10004N轮毂： 3646N 轴： 1050N变速器： 980N托架梁: 8472N发动机: 3800N其它零部件： 5721N装置不加配重重量：G0=29615N装置加配重重量： G1=36000N在整个装置的构造来说，基本不存在与动力机相互干涉现象，除冰雪装置是独立存在。装置的基本总重量为G=36000(N)，跟装载机的额定载荷重量是比较小的，满足要求（Q=50000(N)）4。3.3.3 铣刨鼓的参数本次设计的最关键的部分就是铣刨鼓的设计过程。根据结构的变化和零件的装配确定所需要的质量。对于设计的质量来说，如果不加配重重量为G0=29015N ；在总体装配的质量是 G1=36000N 。在此次设计的过程当中选择的切刀是直接焊上去的，所以滚筒的厚度为16mm，切刀行程直径为640mm ，宽度2068mm ,滚筒的所选的材料是Q235-A。整个设计的装置的最宽面是2506mm 。3.3.4 工作时阻力的计算 在装载机为动力机，除冰雪装置在工作的过程中，受到的阻力：刀台上的切刀切入冰雪是冰雪发生破碎并产生阻力；当滚筒转动时与冰面的摩擦力。冰雪与切刀的相互作用受力比较复杂，由于外在环境因素是不断变化的所以影响工作装置的受力情况，所以精确的计算工作阻力是多余的。我也想到了一些装载机推土机搬运机等自行式运输机械组里的计算过程，想出一个计算路面除冰雪机工作阻力Px的经验公式。 式中 水平方向工作阻力； P1 冰雪破碎产生不规则的力； P2 滚筒的滚动阻力。 （3.2）则式中 Ka刀齿不均匀影响系数， Ka =1.01.5； Ko冰雪切削阻力系数, Ko =70130kpa； B 铣刨鼓宽度； H 冰雪的厚度； f 切削是所属阻力，从表2-7中选取。 Wl 总的装置质量，W1=36000N。 在计算的过程中，应用上述的基本公式可以计算除冰雪时所用到的力的大小。 P1 = 1.51300002.2680.1=44226N P2 =0.136000=3600 N Px =47826N =47.826 kN。从装载机的性能参数上来说，当选择一档或者二挡的时候就会比较明显。装载机驱动除冰雪装置前进的时候会克服摩擦阻力。3.4 对刀具的选择3.4.1 齿刀在碾压滚上的排列数量间距切刀对于铣刨鼓来说是最核心的部件，所以切刀的设计的合理与否是除冰雪装置最关键的。 寒冷的季节里，高速公路和普通公路、市区道路上积雪由于长时间堆积而且影响出行，使得马路上又脏又乱。这种冰雪在生活方式上带来的不便是损失性的。并且地面上有灰尘等其他杂质的存在，这层冰雪与地面的粘接不是非常紧凑的，因此只要冰雪层面被扯后腿，形成面积较小的碎冰块，就能自愿与地面隔开。通过对冰雪几种性质的研究，头脑里出现了明确的思路并发现它的一些特征点。在铣刨鼓上刀齿是一排一排的排列的，哪些地方有偏差就会发生不明显工作成果的事情。齿刀太密、间距态小甚至没有间距，刀具多的时候刀的受力情况会减弱，如果以压实雪的形状来看，造成整机经费增长，是不可取的。另外，轴的方向向安放排数过多，刀齿切割的时候分布不均匀，在同一平面上有误差，连续的工作，不是有效的除去冰层，就像推土机一样。布置排数太少，齿刀过于稀松，间距过有的切削深，有的浅，不能产生挤压，造成部分冰雪层不能被完全破碎，不能成为小碎块，冰雪层难与地面分开。清除冰雪的成绩不佳，职业效率比较低。在滚筒的大径上刀台总共安放11排，刀台上每圈均匀布置13个刀片，相邻圈上的刀片错开相应间距陈列二分之一。刀片总数量130片。7装备启动后，当第一排齿刀切入冰雪面后，造成冰雪层面松动，如果每排齿间距太大，在职业相应面上看到的只可是一排印痕起不了对冰雪的破碎成绩。由于滚动是陆续的，当后排齿连绵切入冰层雪面时，因为各排刀齿错开二分之一齿距陈列，单位面积上的冰层同时有若干个刀齿切入，单位面积切入力度加大，造成有效工作面积内冰层完全分裂并且与地面相隔。3.4.2 齿刀几何参数 对于齿刀来说在滚筒上需要连接，而根据我所设计的利用了焊接的方式来工作。运用焊接的方法来说其强度要特别高，对于螺栓来说。我所策划的刀具采用焊接联结方式。 圆柱刀具的材料选择选16Mn,因为刀具角度是体现切削性能的重要参数，通过分析，确定了刀齿。对于刀来说的话。齿刀前角为35，刀具的安放位置应该用前倾式的方法来安装，所以安装是的角度为 160。83.4.3 切削力计算由表2-5知，压实的实雪（0.550.65g/m3）在温度-20以下的切削阻力系数p=（70-130）kPa 。对于这种除冰雪装置的除雪进度是不可限量的。除冰雪装置加配重对冰雪产生的分量压力的确定 p1=G1/A=36000/(2.2780.01)=1587.3 kpap 据实际可得，在装载机的除冰雪装置切削冰块时，其切削力度要大于阻力，这要才能达到预期目的。3.5轴承、轴的选取分析3.5.1输入轴的计算（1）初选择轴的材料我所选用的材料是 45钢，经过调制处理以后所得，参数如下:硬度为HBS220抗拉强度极限B650MPa屈服强度极限s360MPa弯曲疲劳极限1270MPa剪切疲劳极限1155MPa许用弯应力1=60MPa 初步估算轴的最小直径由前面的传动装置的输出参数可知= 554r/min; =88KW；查表可取=120； 机械设计第九版366页表15-3=59.96mm根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1.输入轴确定后只有一种尺寸直径为，取=60 mm。查机械设计课程设计手册，皮带轮的效率取， ,3.5.2 输出轴的计算（1）选择轴的材料我依然选45钢，经过调制处理，参数如下:硬度为HBS220抗拉强度极限B650MPa屈服强度极限s360MPa弯曲疲劳极限1270MPa剪切疲劳极限1155MPa许用弯应力1=60MPa 初步估算轴的最小直径由前面的传动装置的参数可知= 554r/min; =75(KW)；查表可取=124； 机械设计第八版370页表15-3=63.62mm(2).轴的机构设计拟定轴上零件的装配方案从左到右依次为带轮,轴承端盖，轴承，法兰盘。（3）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1.依据常理输出轴的最小直径是安装带轮的部分，取=80 mm，为了以后方便拆卸维修，所以轴的长度比带轮宽一些，故段的长度在带轮左面部分伸出来，取带轮的宽度为136mm，取=130mm。带轮的右端采用轴肩定位,轴肩的高度，取=8mm，则=92.8 mm。轴承端盖的总宽度为360 mm，依据在实用方面的要求，在拆卸是用到脂润滑，所以，取盖端的外端面与带轮的左端面间的距离差距=80 mm，故取=160 mm.3.5.3 选择滚动轴承 发轫挑选滚动轴承，因为轴主要受径向力和轴向力的作用，故选用圆锥滚子轴承6，由于轴=92.8mm，故轴承的型号为30219，其尺寸为95mm，170mm, mm.所以=95mm，= =32mm。3.5.4 法兰盘的选择按目前海内存在的4种标准划分，罕见的法兰有：整体法兰，对焊法兰，平焊法兰，螺纹法兰，承插焊法兰等。9 表3.1 钢管制法兰尺寸表表3.2钢管制法兰尺寸表3.5.5 工字钢的选择图3.1 热轧普通工字钢尺寸规格图注：（摘自GB/T706-1988）表3.5 工字钢尺寸表型号尺寸/cm截面面积/cm2理论重量/kg.m-1参考数值hbdtrX1I/cm4W/cm2I：S14140805.59.17.53.821.51616.8907121028.593.5.6 槽钢的选择图3.2 热轧普通槽钢规格图表3.6 热轧普通槽钢尺寸规格表型号尺寸/cm截面面积/cm2理论重量/kg.m-1参考数值hbdtrr1WxWyZ0/cm14a140586.09.59.54.718.5280.580.5513.01.7120a200737.011.011.05.528.8417817824.22.01注：（摘自GB/T707-1988）第4章. 校核 4.1 轴的校核计算对于不同的载荷轴所接受的力是不一样的，根据轴的分类，可以分为转轴、心轴。运行中既接受弯曲的力量又接受扭曲的力量的轴为转轴，就像减速器中的轴，这类轴件在生活中是常有的；而只接受弯曲的力矩的轴称为心轴，心轴一般分为活动的心轴和固定的心轴，如铁路伤车辆的轴，自行车的轴。只承受扭矩而弯矩很小的轴称为传动轴，比如汽车的传动轴。在本次实践中的除冰雪装置中的轴应该属于心轴类中的固定的心轴。10在我们所涉及的装置中，轴的设计也是重中之重，对其面的粗糙程度也有比较高的要求，对此，我的想法和计算过程也有了明确的步骤，首次要考虑其切割时轴是否是稳定地，而且对活动面的粗糙要求是怎么要的，才能跟合理。通过找些有关轴类设计的课本，还有以前学过的精度的要求的书，通过总结资料，发现问题然后逐步解决设计的过程，对此也有了对轴的设计更深的理解，以便在以后工作中用到，那么对于轴所受的力的集中点在轴的中间，也是最合理的，其依据性质分析得到的。 4.1.1 按扭转强度条件计算在实际应用当中传动轴的设计在根据所承受的抗扭，拉强度的计算来获得，本次设计也是依据扭转强度的计算来进行的。对于受扭矩T的圆截面轴，其扭转强度条件为 （4.1） 式中 扭转切应力，MPa；T 轴所受的扭矩，N.mmWT 轴的抗扭截面系数，mm3；n 轴的转速，r/min；P 轴传递的功率，kW；d 计算截面处的直径，mm； T 许用扭转切应力，MPa，由机械设计查得4.1.2 按弯扭形成强度条件计算对于我所涉及的轴的强度计算过程中，根据整段轴的受力分析图可以明确的了解。针对轴的某些危险截面（即当量弯矩大而直径可能不足的截面），对于实心圆轴的强度校核公式为 （4.2）式中： Mca 轴的弯矩的大小，可通过分析计算得出。W 轴的抗弯截面系数，mm3； -1b 轴的许用弯曲应力，由于只承受弯矩力的作用，所以心轴取T=0。如果装载机驱动除冰雪装置在牵引时与正常工作时轴的受力状况是不一样的，所以工作的状态决定力的大小。当装载机在牵引的状态下工作时，那么它所受的力的大小也就是工作室阻力的大小N = 47826N；在装载机在前进的时候，所涉及的装置给轴的力主要是滚子的和负载的重量，由于整个冰雪清除装置的重量为36000N,在我所涉及的装置中，当除冰雪装置的受力情况依次而论，因此，再为我所设计的轴给予精确的校核，本次只要校核除冰雪装置在牵引力的作用下轴的受力情况。所以牵引力的作用下轴的受力状况图像所示： 图4.1 轴的受力简图以及弯矩图图中，N是装载机在推动冰雪是给的推力，大小为47826N，根据上图分析得轴受到的最大弯矩Mmax 轴的直径d为172mm，所以根据轴的抗弯截面系数计算经验公式计算w得：由实心圆轴的强度校核公式得在除雪装置中轴的材料选的是比较优质的45钢，通过机械设计手册查得其许用弯曲应力为-1b = 530 N/mm2，通过计算可得，轴的强度足够满足要求。 4.2 轴承的校核计算4.2.1 当量动载荷的校核 在本次设计中，轴与支架之间的联结选用圆锥滚子轴承30219，其主要参数为轴承参数： 轴承内径： 95（mm） 轴承外径： 170（mm） 轴承宽度： 34.5（mm） 额定动载荷：94000(N) 额定静载荷：79000(N) 润滑方式： 脂润滑 极限转速： 4300(r/min) 轴承的选择的选择是根据载荷的大小确定的，是有选择性的对相应的轴相匹配。根据滚动轴承的实际受载情况，在许多场合，常常同时承受径向和轴向载荷的复合作用，为了计算轴承寿命时能与基本额定动载荷在相同的条件下比较，需将实际工作载荷转化为一个假想载荷。在此载荷作用下，轴承的寿命与实际载荷作用下的寿命相等，称该假想载荷为当量动载荷，以P表示。当量动载荷的一般计算公式为： （4.3）式中 X径向载荷系数；Y轴向载荷系数；R轴承所承受的径向载荷；A轴承所承受的轴向载荷。载荷系数，考虑机器的运转情况对轴承载荷的影响，查表4.1。在本设计过程中，所选轴承仅受径向力，而轴向受力为0，由机械设计册查得轴承的径向载荷系数X=1.0,轴向载荷系数Y=0。由于该冰雪破除机是由装载机推动的，所以其载荷性质应该属于中等冲击或中等惯性力，其载荷系数fp取1.8。根据上述经验公式以及所分析得到的数据，可以计算该轴承在工作时所遇到的当量动载荷。 表4.1 载荷系数f载荷性质f举例无冲击或轻微冲击1.01.2电机、汽轮机、通风机、水泵等中等冲击或中等惯性力1.21.8车辆、动力机械、起重机、造纸机、冶金机械、选矿机、卷扬机、机床等强大冲击1.83.0破碎机、轧钢机、钻探机、振动筛等由上面计算结果可知道，该轴承在工作时的当量动载荷比其额定动载荷要小得多, 所以是合格的。4.2.2 滚动轴承寿命的计算大小和滚动轴承的基本额定寿命轴承负荷的大小，相同，负载越大，产生的接触应力较大，所以在经历过革命的点蚀总力的变化发生故障少，轴承的额定寿命低，之间的关系可用疲劳曲线的表示。轴承的载荷-寿命曲线方程为： （4.4） 则基本额定寿命以106转为单位时，寿命计算公式为：L1 （4.5）实际使用中，实际使用中，用工作小时数表示轴承寿命较为方便，所以 （4.6）式中 P当量动载荷（N）;寿命指数，球轴承 =3，滚子轴承=10/3；n轴承转速（r/min）;C基本额定动载荷（N）,可由轴承样本或有关机械设计手册查到。在标准中，滚动轴承的基本动载荷C是指当轴承的额定额定寿命可达106转时承受的假想载荷。对向心轴承是指一个大小和方向恒定的纯径向载荷，以Cr表示；对推力轴承是指一个恒定的中心轴向载荷，以Ca表示。基本额定动载荷越大，轴承承载能力越强，它是衡量轴承承载能力的只要指标。由以上经验公式以及分析数据可以计算本冰雪清除机中轴承的寿命为：4.3 销轴的校核计算当路面冰雪清除机的工作装置接触冰雪路面的时候，清除机工作在牵引工况；而当工作装置抬起的时候，则工作在行驶工况。在冰雪清除机分别处于这两种不同的工况的时候，其受力都是不一样的。当路面冰雪清除机处于牵引工况的时候，装置受力情况如图4.2示 图中，A点为支撑臂与冰雪清除装置联结处，B点为大臂
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