除雪车工作装置设计

除雪车工作装置摘要：将除雪铲与其底盘大梁连接，（本文以东风汽车EQ1081TZ12D5类型的汽车底盘作为基底），对道路冰雪混合物的机械性能和物理性能完成清除和分析。除雪工作装置与货车连接，节约成本，结构简单。在利用闲置资源的方面也达到了最佳的效果。重点在于除雪铲及除雪铲与汽车的连接机构的工作原理设计及其结构设计，强度计算及校核。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、设计以及确定合适的除雪铲与车身连接的结构计算与校核计算；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。关键词：除雪车，铲板曲面，除雪铲与车身连接，功率ISnowplowworkingdeviceAbstract：Snowshovelswillconnectwiththechassisbeam(ThecarchassisDongfengAutomobileEQ1081TZ12D5willasatypesubstrate),completeremovalandanalysistheroadicesnowmixtureofthemechanicalandphysicalproperties.Exceptforthesnowworkingdevice,theconnectionofthetruck,thecostsavingandthestructurearesimple.Whatsmore,theutilizationoftheunusedresourcesisalsothebesteffect.Theemphasisisontheworkprinciple,designoftheconnectingmechanismofthesnowshovel,andtheconnectingmechanismofthesnowshovelandthecar,andthestrengthcalculationandcheck.Themainworkofthispaperisasfollows:1Studyonremovalof1Typesandcharacteristicsofthesleigh,determinethedesignschemeofthesnowremoval;2considerthesnowremovalworkrequirements,technological,structuralandotherfactors,accordingtotherelatedtestdatafortheselectionofthesnowshovelappropriatestructureparameters,toshovelsnowboardspacesurfaceanalysis,designanddeterminetheappropriateadditiontocalculateandcheckthesnowshovelandbodyconnectionstructurecalculation;3throughthesnowremovingvehicleoperationcalculation,analysisbeforethesnowshoveloperationvehicletractioncharacteristicsandpowermatchingcharacteristics.Keywords:inadditiontosnow,thesnowremovingshovelshovelplatesurface,andthebodyconnection,powerII目录1绪论.11.1课题背景、目的及意义.11.2论文研究的内容.11.2.1国内外研究的主要内容.21.2.2国内除雪机的缺陷.31.2.3国内外发展的趋势.42除雪车的总体设计.42.1除雪车的基本工作结构.42.2选择专门化的使用除雪装置.52.3除雪工作装置的性能.52.4专门化使用除雪装置方位.62.5专门化使用底盘的选择.73除雪铲的总体设计.93.1除雪铲的设计.93.1.1相关概念及名词解释.93.1.2雪铲的铲板空间形状选择.103.1.3雪铲材料.113.1.4雪铲铲板切削刃参数选择.123.2破冰装置的设计.133.2.1破冰装置的概述.133.2.2齿轮的设计.133.2.3其他装置的设计.153.3除雪铲的力学模型及计算.153.4.1除雪阻力计算.153.4.2行驶阻力计算.173.5切线牵引力计算.183.6除雪功率的计算.19III3.7发动机功率校核.193.8本章小结.194除雪车弹性避让装置.214.1概述.214.2避障装置的选用.214.3圆柱拉伸螺旋弹簧的设计.224.4本章小结.255结论.26参考文献.27致谢.2811绪论1.1课题背景、目的及意义近几十年来，随着公路的修建，各种中小型交通工具的数量不断增多。快速的发展会促使交通中隐藏着很多的隐患。其中，道路积雪是其中影响寒冷的北方冬季，道路安全的最大隐患。道路上的积雪会从各个方面去影响交通。不仅会让交通工具刹车失灵。还会对司机及乘客的人身安全有威胁。于交通的危害最为显著的，是高速公路道路积雪，为“罪魁祸首”。特别在雨夹雪和大雪等恶劣天气条件下，路政部门出于保证司机及乘客的安全，道路设施的不损毁。常要不开放一段时间或驾驶时控制速度，对经济的发展十分不好。尤其在雪后气温不稳定的缘故，如果道路积雪不可得到及时铲除，让路面结冰的情况下。人身安全和交通工具的安全都会受到极大威胁。从而，各省路障部门最主要的冬季任务，就是清除路面上的积雪。这正好给除雪机械提供了很好的市场需求。也给除雪机械的开发设计提供了机会。现在，除雪方式大多有三类。一即人员除雪。不仅劳动强度大，工作效率也低，不被普遍应用；二是溶解法除雪。工作效率高，但使用成本高，对环境有十分不好的作用。如毁坏路面表面，植被等。所以也不被普遍应用；第三类即机械除雪。为现在北方冬季除雪的主要使用的方式。但现在的除雪机械不仅成本高昂，并且工作效率也不高。完全符合不了现在的要求。从而，设计实用广泛又廉价物美的除雪车是有一定的实际应用意义的。1.2论文研究的主要内容1.2.1国内外研究概况现在，世界各地各个国家中普遍使用的冬季除雪方式。使用最多的方式，是溶解法除雪以及机械除雪。机械除雪，是现在北方冬季除雪使用的主要方式。但现在的机械除雪设备，不仅成本高昂，除雪的工作效果也不好。溶解法除雪，工作效率1高，但使用成本高。对环境也有十分不好的作用。如毁坏路面表面，植被等，所以也不被广泛应用。符合不了现在的要求，关于这种方法的使用会有一些限制。我国在除雪机械各方面的发展均很晚。很多地方都还只是零。现在，我国通常使用的，是中小型的除雪机械、人工除雪两个方式相配合运用的方式。实际上，只有高速公路、一级公路才使用，即中大型的专门化除雪机械。于冬季将道路表面进行保养护理。但由于在我国除雪机械的各方面的发展起步都很晚。各方面的技术指标都不合格，影响使用。从而，我国的除雪设备大多数都通常选择进口。于各方面都大大落后于日本、美国、新加坡等发达国家。最近的几年来，我国厂家才派人员赴国外取经，学习别人的先进技术。开发研制了专门合适我国国情情况使用的除雪机械。汇集除雪机械（国内外的），类型总的来说，一般有三种类型：1)犁式除雪机它的特点是：大部分选用了双摇杆避让机构，其避障成效十分显著。越障的距离长度也较高，适应环境的能力又强。能够于质量硬度很高的积雪区域里使用。（这种除雪机的工作，主要在没有被碾压过的新降下来积雪类型，它的厚度通常在300mm以下）。2)扫滚式除雪机械这种类型的除雪机械。主要合适于在犁式除雪机械使用工作后的剩下来的积雪，或厚度较薄的积雪类型。对于坑洼不平的路也会有极佳的除雪成效。强力柔软性能的扫除积雪毛刷，把路面上的积雪卷起来跟路面脱离开来。靠高压空气的作用下将这些剩下的积雪吹向路边。3)旋切式除雪机械使用该种机械时，能够靠借助于专门化的底盘，或者是主机的驱动力。驱动做高速旋转运动（风机）。把聚拢在集雪器里的雪由抛雪筒道、风道抛撒出去。抛出的角度，及其距离能够根据规定的要求，由使用者自己调整。主要有集雪器（螺旋类型的）、物料风机（离心式）、抛雪筒、护板、风道等组成部分。该种机械的结构跟其他的一些机械比较复杂。但它有一个缺点，即不能够清除压实的积雪。这三种类型的每一个类型下的小类型，见下表1.1除雪机类型简述2表1.1除雪机类型简述1.2.2国内除雪机的缺陷现在，我国除雪机械于各方面与之前相比，虽有很大的发展。但它的总体水平与发达国家比较，在性能和产品种类的数量都有很大的差距。与我国高速公路的快速发展的需求不相适应。它主要在以下几个方面体现出来：(1)功能单一。只能够在冬季使用，不能使用的日子在大多数。这在经济的方面是一种浪费。于闲置资源的使用的效果也是极差的。犁式除雪机旋切式除雪机械扫滚式除雪机械除雪机类型V型犁复合犁单向犁变角度犁立轴螺旋转子式单螺旋转子式转子式双螺旋转子式螺旋式自行式与悬挂式概述与单向犁的机械类似，但结构呈左右对称，构成V形。用的是两翼形式，中间垂直的铰链能够变化形状（自由）除雪犁以一定不变的角度数安装在除雪车前部。行进角度和犁的排雪方向都可以影响变化到除雪机械。左右旋向的叶片于轴线中部两者结合塑造成U形抛雪槽将螺旋于水平方向竖放在转子（两侧）主要是清除新雪除雪装置的两螺旋上、下平行地放在（转子）前面主要有转子和一根螺旋机构在专门化的底盘亦或是主机的驱动力驱使下，推动扫雪盘和扫雪滚做旋转（高速）运动3(2)技术水平普遍很低，各方面技术指标都不达标。除雪机械于结构设计、工艺与制造、零部件使用管理和供应等方面都有技术水平低的问题。导致除雪机械各个隐藏的小问题的出现，例如：故障多、可靠性差、寿命短。(3)品种类型不完备。与国外比较，目前有很多除冰雪机械在国内的发展都还是零。目前的除冰雪机械符合不了目前国内公路快速修建发展的除冰雪的要求。1.2.3国内外发展的趋势向大型、小型和高速方向发展。因我国地大物博。各个省份道路建设布局各异，降雪情况不一样。所以设备的选取也不一样。从而要开发出小型、大型的各类除冰雪机械。来满足不同工况和地区的除冰雪要求。向一机多能及液机电一体化方向走。在目前的条件下，能将汽车、装载机、拖拉机和推土机等日常闲置的设备改装。在有路面积雪时用于除冰雪工作的使用。在冬季之外的时间可以用来拉运货物等工作。以此来提高汽车等设备的使用利用率。增多行业间的学习和技术交流。走合作研发之路。各个厂家需相互学习，学习他人的优点，改善自己的缺点。走共同合作，学习的道路。推动除雪机械的快速发展。42除雪车的总体设计2.1除雪车的基本工作结构专门化使用的工作装置，专门化使用的底盘两部分组成了除雪车的基本结构。(1)专门化使用车底盘行驶系、车架、发动机、液压控制系、转向系以及制动系等等组成了专用车底盘。其作用是将汽车的整体造型塑造形成，支撑、安装汽车发动机和剩下的部件、总成。并将发动机的动力接收，让汽车产生运动，确保正常行驶。(2)专门化使用工作装置由控制装置、工作使用装置和执行装置三部分组成的，即除雪装置。它是除雪车的心脏。它的好坏是除雪车的工作效率和工作效果的决定因素。2.2选择专门化的使用除雪装置因为单向犁板除雪装置有造价低、结构简单、性能可靠等特点。选择适合的行进角，将除雪犁板曲面优化设计。将各方面都发挥到最好，能得到很好的除雪性能。从而本论文也采用这种单向犁板除雪装置。2.3除雪工作装置的性能除雪装置主要有两个功能。即避开障碍物和除雪。总的来说，有以下几个要求。1在进行除雪装置的工作使用时，除雪装置必须具有能够越过避障物的能力（高度是100mm的）。2除雪装置必须具有能够清除新降下来的积雪的功能（厚度为100mm，其密度为80kg/m3的）。3在不使用除雪车时，该除雪装置能够被举升。出于让除雪装置能够越过障碍物，除雪装置被举升的高度距离（必须大于220mm）。54除雪铲板一定要具有能够左右摆动的功能。此外向着除雪行进方向的沿右方的偏转角的规定（最大为30）。2.4专门化使用除雪装置方位除雪车的专门化使用除雪装置方位图如图2.1|图2.1除雪车的除雪铲方位图备注:1、除雪铲2、拉簧3、除雪铲上连杆4、前托架5、后托架6、举臂连杆7、升降液压缸8、大梁托架9、举臂架10、偏转液压缸支架12、除雪铲下连杆13、汽车图2.1中拉簧2的作用在于吸收部分的冲击载荷，于除雪铲完成避让之后。快速复位除雪铲，并让铲刃和地面紧贴在一起。举臂连杆6以及大梁托架8铰接在两个升降液压缸7上。它的最大升高的距离能够有220mm。主要用于操控除雪铲的升降动作。偏转液压缸12铰接于后托架5和前托架4两者之间。它的成效在于操控除雪铲的左右摆动。在进行除雪装置的工作使用时。偏转液压缸会推动除雪铲1和前托6架4共同转过角度数值为30的角。它的进行距离会达到166mm。接着后托架以及后用销子5固定不动，降低升降液压缸。使地面与除雪铲铲刃紧贴在一起。随着除雪车的前进，积雪将被铲刃脱离开地面并向着铲板曲面作螺旋外抛运动，完成积雪的清理这个动作。2.5专门化使用底盘的选择专门化使用底盘的选用会影响到除雪车的清理效果。只有将汽车底盘以及工作使用的装置的各使用性能数据，合适的选择并且能够确保它们之间的协调配合。才能让车部的整体性能更完善，发挥到最好最佳的效果。图2.2东风汽车EQ1081TZ12D5外形图因为东风汽车EQ1081TZ12D5是一种多功能多功用的汽车。东风汽车EQ1081TZ12D5在所有汽车的车身部分加装的区域，附属的装置设备预备。安装了各种各样的也许要用到的的安装点。这其中就有如，除雪铲板的安装点、毛刷的安装点和齿轮的安装点。因为它采用的是驱动（四轮）系统。它可以有效防止车轮在气温极低的恶劣的冰雪条件下打滑（如陷在冰雪里出不来）。于冬季之外的闲置时间都可以用来拉货。将闲置资源的效果提高，也节约了成本。东风汽车EQ1081TZ12D5的底盘数据见表2.1.7表2.1是东风汽车EQ1081TZ12D5底盘参数轴距4400mm驱动形式4*2排量（cm2）3856最大功率kw/rpm150/2800rpm发动机最大扭矩（Nm）/RPM420/1500rpm底盘U型、梯形大梁（管装横梁）外形尺寸7995*2330*2550离地间隙357整车允许重量（kg）8290整车自重（kg)3990轮胎7.5R16最高车速100km/h，在除雪时限制在30km/h83除雪铲的总体设计3.1除雪铲的设计3.1.1名词解释及相关概念(1）切削角c除雪机前进使用方向上地面，铲体之间的角度夹度数。c的大小会影响切削阻力的大小变化。若c角度数过大，切削阻力会明显变大。c角度数太小，切削刃的厚度会变薄。导致切削刃的强度数值不足。如图3.1所示。（随着除雪铲的工作使用中的不断前移。拥有一定c角度数的铲体切削刃在垂直方向力F的促使下，把积雪其存在的面相脱离开。让积雪沿铲板曲面的方向向斜上方运动。接着以一定的速度从除雪铲的后端部排除出去。）由科学实验的结论说明，切削角c的度数每变化增加10。抗切强度系数K会变化增加10%-20%，c会变化于60上下时K会达到最大值至此不再变化。在度数c60后K增加不明显。（2）除雪宽度Lb除雪车于工作使用在排除积雪的过程中。在不断前移的方向上的一次排除掉积雪的宽度数。通常不同的工作使用场合，除雪装置的除雪宽度也通常不一样。而比较宽阔的范围中，通常要有一个能够有较大除雪宽度效果的除雪车（但在道路的使用中除雪车装置的除雪宽度最好不要超过一个车道的宽度数）。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2936（车宽+大小端的轮缘距）。因此除雪铲板宽度必须大于L=LB/sinF=2936/sin60mm=2629mm,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=Fe/qx3.2式中：Fe-推雪车额定牵引力（N），东风汽车EQ1081TZ12D5的额定牵引力为39KN；B-推雪宽度，单位mm；Qx-推雪铲的水平比切力，可选20-100N/cm，此次选取100N/cm.9将数据代入公式3.2可得B=390cm=3900mm，所以雪铲宽度B取3700mm符合条件。图3.1除雪铲的切削角、行进角示意图(3)行进角铲体的工作宽度方向，车辆不断前移的方向夹的锐角角度数是=1/2（F+R）3.1如图3.1所示，的角度数和排除积雪的能力，除雪前进的阻力，除雪铲长度值相互之间都有相互影响的关系。如果的角度数值小，前进的过程中，遇到的除雪阻力会小。从而排除积雪能力会好。但要有长度数值较大的除雪铲体，才能确保工作使用必需的除雪宽度数Lb。如果的角度数值大，除雪铲体长度数值能够在长度上短些。但增大行进工作中的除雪阻力，除雪装置的排除积雪能力也会变差。根据经验及相关经验，浮雪铲的行进角一般取值为50-60，由于浮雪铲的偏转角为30，根据角度关系可知F=90-30=60，然后通过几何计算求得R为46，所以行进角=1/2（F+R）=53。3.1.2雪铲的铲板空间形状选择(1)铲板铲形前铲是通过使用几何上曲面旋移的理论，来将路面上的积雪排除清理掉的。（除雪铲板曲面的效果，即将路面上的积雪推运清除掉和位置旋移）。通常选用犁板式除雪车装置的前部除雪铲。通常选用的都是高速推进的方式。除雪铲板的组成结构数据跟积雪的积雪容量大小，除雪铲的运动规律，除雪铲所受到的推运阻力相互之间都有相互的影响关系。在进行工作使用除雪装置的过程中。若位10置旋移和推运路面上的积雪的阻力数值小。处在一个位置旋移工作使用的运动周期中，抛射积雪的距离长度会远一些。则说明这个除雪装置的使用的能力优良。图3.2浮雪铲铲板形状一般的，除雪铲板的形状通常有圆弧形状、抛物线形状、类渐开线形状、类渐开线形状。其中抛物线形状和圆弧形状的使用工作能力，形状两方面都在很大程度上类似。日本的科学家利用，即三种除雪铲的曲面板对中等程度的沙土做了比较试验。在其它因素都相同的情况下。比较铲板形状的选择关于切削刃的切削阻力的影响。试验数据如表3.1.（因为在进行使用推土铲的过程中，当被推土铲切削刃切下来的土的碎屑会呈的形状（层状）沿曲面的方向滚卷前进向前时。推土铲的切削工作情况性质和除雪铲使用工作情况在很大程度上很相似。）表3.1铲板形状选用对切削阻力的影响铲板类型圆弧形抛物线型类渐开线型类渐开线型切削阻力28.528.52825.4于这些参数的比较分析。将它跟除雪铲的实际使用工作情况相考虑分析。本论文中雪铲形状选第类渐开线性质。除雪铲的铲形图如下图。11图3.3除雪铲铲形图(2)除雪铲铲板特点为了确保除雪装置工作使用过程中。排除积雪宽度足够数值数。一般在安装时选用，不对称的形式安装。除雪铲铲板通常呈一端小一端大的螺旋空间形状。为避免飞起来的积雪影响到司机师傅的视野范围。除雪铲必须要有一定量的固定向前方伸展的部分。此外，其大端高度数选1400mm，且要方便于除雪装置的排雪过程。其除雪铲板的小端高度数值通常选1000mm。(3)铲板宽度据一些相关的经验可知，除雪铲的行进角通常选角度数为50-60的范围内。因为除雪铲的偏转角角度数值是30。据这些角度之间的数值关系得到F=90-30=60。接着利用几何上的计算方法算出R为46。从而=1/2（F+R）=53。行进角与排除积雪的能力，除雪前进的阻力，除雪铲长度值相互之间都有相互影响的关系。除雪铲一般以固定不变的完成除雪装置的工作使用。于除雪铲的宽度理论上，要确保在完成除雪工作装置的工作使用时。于除雪车不断前移的方向上，一次排除积雪的宽度数值需要大于车宽。这个宽出的数值是为了确保在完成除雪装置的工作使用中。给司机辟出一个不断前移的顺畅无障碍的道路。除雪铲后端（大端）要比汽车同侧轮胎外部边缘宽出数值大概400mm左右。其前端（小端）要比汽车同侧轮胎外部边缘宽出数值大概200mm左右。3.1.3除雪铲雪铲材料合适的除雪铲体的重量会有利于增大线压力（除雪铲体作用于路面上的）。从而除雪车并不需要要求刻意降低除雪铲铲体的总质量数值。（而且今年以来除雪铲体的质量数值是趋向于增大的方向）因为切削刃是容易损毁的部件。从而切削刃，铲板之间，应该是由多段切削刃可拆的分段联接的设计。此外，因为切削刃是跟积雪直接接触使用工作的零件。所以切削刃要有足够的强度、耐磨性和刚度。但于对除雪铲铲体重量的考虑上。一定要所连接的汽车，其前后方向轴的载荷承重能力。并且能够承担除雪车行车稳定性。一般情况下，除雪铲工作装置的总质量限定在500-800kg的范围内。（除连接的这些零件外，工作使用的除雪工作装置。其的切削刃一般选择的材料，是65Mn调质钢。而它的大多数零件材料选择Q235钢。）切削刃的12材料，除考虑工作温度对它的物理特性的影响外。还要考虑韧性、耐磨、经济性等要素。见表3.2日常选用钢材的退火硬度和力学性能。表3.2日常选用钢材的退火硬度和力学性能3.1.4除雪铲铲板对于除雪铲切削刃数据的选用要想设计出性能优良的除雪铲。因为除雪铲的主要使用部分，是切削刃以及与其连接在共同的除雪铲板。所以一定要对铲板和切削刃来进行细节的分析。新降下来积雪的密度随着其冬季的气象条件，结构以及降雪气温的不同而变换。而除雪铲主要工作，是使用于清除新降下来的积雪。而积雪的密度数值（通常在20-800kg/m左右）。因为在完成除雪装置的工作使用中，它的使用路面平整度较高。所以适合地形变化的需要的后角小一点就可以。因为切削刃是容易损毁的部件。为防止除雪铲局部受损，而要更换整个除雪铲刃板。此外，又因为路面的积雪情况变化多端。一般除雪切削刃的厚度选20mm上下。通常把铲刃由多块刃板设计成构成，能够翻转调整变换使用。使它的使用工作寿命延长。除雪铲的除雪深度是100mm。C的角度数值选30。3.2破冰装置的设计3.2.1破冰装置的叙述在冬季，鹅毛大雪通常都是连着下。经行人和车辆压过后，雪会附着于地面。阳光再照下来，它不会马上化和蒸发掉。如果之后气温再降下去，雪会变化成冰。力学性能钢号b/Mpa/Mpa退火硬度HB20Mn2785590187Q235375-4602354560035519740Cr52098020765Mn73543022913若是低气温天气多持续几天。冰会逐渐变厚，会有出现冰灾的可能性。从而，破冰目前变成了一项艰苦而关键的任务。目前的除雪车里，利用齿轮切割冰雪的除雪装置应用得还不是很普遍。但不管从理论还是实际应用上，这个设计都是可以成形付诸使用的。跟传统的针式切割比，节约了成本，断齿断针也减少了。于是，我们可以把车轮和切割齿轮平行放置。在除雪车的中间部分加上齿轮去除去路面上结成的冰。在其上端安装上压力弹簧，能够将它调节到合适的使用高度。给路面表面的冰面一个合适的压力。选用这类齿轮能够有效的进行破冰作业的过程。在汽车的后部可以添加毛刷。经使用毛刷将剩下来的冰雪扫出路面表面的工作区去。让除冰扫雪的工作形成一条龙。节约了除雪时间，多多提高了效率。节省了物力、人力、财力。将扫雪破冰两个功能集合于一个除雪车上。不仅提高工作效率，而且对路面的损伤程度也会很小。3.2.2齿轮的设计在齿轮材料的选用于工作使用能力的要求。如下：（1）足够的韧性和齿心强度。较高的弯曲疲劳强度。避免工作使用过程中冲击、疲劳和过载断裂。（2）热处理工艺性能。优秀的切削加工使用性能，工艺焊接性能。（3）高接触疲劳强度。耐磨性和齿面硬度较高。避免齿面损伤。齿轮材料的选用要求：（1）正火碳钢。不管它的毛坯的制作方法怎样。都不能承受大的冲击载荷。而调质碳钢能够，即用于制作于中等冲击载荷下工作使用的齿轮。（2）齿轮材料一定要，符合工作使用条件的要求。即选用齿轮材料最先要考虑的要素。（3）要考虑毛坯成型方法。齿轮尺寸的大小、热处理，制造工艺。（4）合金钢一般用于使用的齿轮（制造重载、高速并在冲击载荷下）。在影响这些齿轮模数的要素里。最关键的是齿轮的质量。以及强度、传动噪声、工艺要求等要素。齿宽会影响传动噪声的大小。增加齿宽的数值会使传动噪声变小，减小模数。反之则齿轮质量减轻。从工艺要求出发。全部直齿轮模数取m=4mm。国家要求齿数选6齿。齿轮标准压力角是20。齿轮宽度一般根据m的大小来选定。Kc为齿宽系数，齿宽b=Kc*m。在确保齿轮以及工作使用寿命的要求下。尽量减少工作使用的转动惯量和齿轮的质量，让换挡操纵轻便和设备总质量变小。（关于直齿轮，Kc=4.5-7.5。齿轮14的失效形式，一般主要有齿面表面磨得损毁。以及齿轮表面断裂、齿轮表面胶合。以及齿轮表面点蚀和塑性的变形。）一般是经过改变齿轮的形式与结构。若将齿轮加工选用孔板式或腹板。来让齿轮的降低数值实现。关于齿轮的工作使用精度等级。据齿轮详细的工作使用工况算出圆周的线速度。再据工作手册选齿轮的工作使用精度等级。接着进行的加工的过程。通常的加工过程：下材料锻造预先的热处理粗加工最终的热处理精细的加工最终的热处理是为了让工作的零件表面得到高耐磨性、硬度。让它的内部中心有足够的塑性及韧性，硬度。（渗碳、淬火加低温回火）预先的加热处理，是为了改变锻造组织。得到合适的硬度数值，方便工作时的切削加工。（正火）（注意：重要齿轮的表面淬火。要用高频或中频的感应淬火。当齿轮的模数较大时，应沿齿沟方向加热和淬火。）3.2.3其他装置的设计关于毛刷的选择使用。要求要有很好的抗弯曲能力和耐磨的能力。扫除积雪成效好，并且不将路面表面损毁。所以本论文设计选螺旋式的结构的毛刷。它的材料通常选用塑料丝、尼龙丝和pp丝等。有双向摆动功能与升降功能。用于来变化扫除积雪的方向。（还应有浮动功能），让这个毛刷与地面表面的压力确保在一个合适的范围之内。除雪车总体简图见下图3.5图3.4除雪车总体简图备注:1、除雪铲2、破冰齿轮3、扫冰毛刷153.3除雪铲的计算及力学模型犁板式除雪车的除雪阻力，是其在除雪装置在工作使用时所受到的阻力相加之和。由车辆的于不断前移行进的过程中。所受到的阻力和除雪铲于不断前移过程中。包括雪铲受到的雪阻力和车辆的行走阻力这两部分所组成。下图分解除雪铲的阻力Fp。图3.5除雪铲（单方向）的受力情况3.4.1除雪过程中阻力计算下式求得单方向除雪铲阻力Fp：Fp=Ff+Fc+Fa3.3式中Fc-分离积雪的切雪阻力，N;Fa-将积雪沿铲板面方向抛出时雪对铲板的作用力，N；Ff-铲刀与路面表面间的滑动摩擦阻力，N。Fp也可按图3-3行分解：Fp=Fpx+Fpy+Fpz3.4式中Fpy-侧向分力，N；Fpx-前进方向分力，N；16Fpz-垂直分力，N。按上述坐标进行分解Fc、Ff、Fa，有：Ff=Ffx3.5Fa=Fax+Fay3.6Fc=Fcx+Fcy+Fcz3.7式中Ffx，Fcx，Fax-前进方向分力，N；Fcy，Fay-侧向分力，N；Fcz-垂直分力，N。从而可分别算出铲体于三个坐标轴方向所受阻力相加之和。前进方向上的阻力Fpx：Fpx=Ffx+Fcx+Fax3.8Fpx=f*Mp*g+*S*sinc*sin2/cos（c/2）2+Spv2（1+0.18sin2-0.45cos2）3.9=0.1*810*9.8+0*0.295sin30sin532/cos（30/2）2+0.294*80*（8.32）*（1+0.18sin532-0.45cos2）N=2430N侧向阻力Fpy：Fpy=Fcy+FayFpy=*S*sincsincos/cos（c/2）2+0.72Spv2sincos3.10=0*0.294sin30sin53cos53/cos（30/2）2+0.72*80*8.32*0.294sin53cos53N=561N垂直方向阻力Fpz：Fpz=FczFpz=9.8Mp173.11=9.8*810=7938.00N式中Mp-除雪铲的总质量，kg（810kg）；f-铲刃和路面表面间的摩擦因数f为0.1（积雪与钢铁）；除雪铲的行进角，（53）；V-除雪铲的行进速度，m/s（8.3m/s）；S-排除积雪的断面积，m2（S=2.946*0.1=0.295m2）；-积雪的密度，kg/m3（80kg/m3）；c除雪铲的切削角，（为30）；K-铲刃切削口的形状系数（除雪前铲K=1）；-积雪的平均抗断应力，（新降积雪的=0，Pa）.3.4.2行驶阻力计算行驶阻力Fm能让下式求得：Fm=Fa+Fr+Fi+Fj式中Fa-空气阻力，N；Fi-上坡阻力，N；Fr-滚动阻力，N；Fj-加速阻力，N；即Fm=（a*A*v2+r*M1*cose+M1sine）*g+a（M+M）3.12式中a-空气中的阻力系数（取0.6）；A-除雪装置的正面投影面积，（12m2）；M-除雪车总质量，（4490kg）；M1-除雪车有效质量，4395kg，M1=M-Mp；V-空气与犁板式除雪装置间的相对速度，8.3m/s；e-道路坡度角；18r-滚动阻力系数（轻碾压雪与轮胎间，r=0.025+0.0005v4）；a-加速度，m/s2；M-犁式除雪装置的部分旋转回转当量，kg。Fm能用经验公式Fm=g*Nr*S*3.13进行估算：Fm=9.8*Nr*S=9.8*52.21*0.295*80=12075N3.14式中：Nr-除雪阻力比，m（Nr=0.0942v2-2.44v2+65.5=52.21）；S-除雪断面面积，m2（S=0.295m2）；-雪的密度，kg/m3（松散雪的密度为80kg/m3）；车辆的不断前移的行进过程中。受到的阻力Fm，除雪铲所受的阻力Fp两者。它们合成了除雪工作使用时受到的总阻力Fs。Fs可分解为侧向方向、行进方向、垂直方向三个方向的分力。行进方向分力Fsx=Fpx+Fm=（2430+12075）N=14505N3.15垂直方向分Fsz=Fpz=7938.00N3.16侧向分力Fsy=Fpy=561N3.173.5切线牵引力计算这儿插入切线牵引力Fk的概念。（Fk即指在牵引元件。如所连接的汽车的作用下。对地面发生作用于行走机构上、平行于地面表面的。并向着不断前移的行进方向的推力总和。）路面表面的冰雪作为作用的最大附着力能让下式求得：F=*(Mg-Fpz）=0.35*（5340*9.8-7938）=15538N3.18式中-附着系数，通常为0.25-0.35，取0.35。于是，行走机构所受的最大切线牵引力是Fkmax=F=*（Mg-Fpz）=15538.2N3.1919只有最大切线牵引力Fkmax一定要大于或等于外部阻力之和。犁板式除雪车装置才可以正常工作使用。即Fkmax=15538NFsx=14505N在通常情况下，由发动机转矩决定的最大牵引力Fmcmax。需要大于附着力F的数值。发动机功率需要进行适当的储备。3.6除雪功率的计算除雪功率P由下式求得：P=（Fsx*v）/3.20=14505*8.3/0.90W=133768W=134KW式中P-除雪功率，KW;V-行走速度，30m/s；Fsx-行进方向的除雪阻力，14505N；-传动效率，机械传动取=0.90。3.7发动机功率校核由于除雪车初选择发动机功率160kw大于除雪功率134kw。并且据上面的计算能知FkmaxFsx。从而除雪车可以正常工作使用。3.8本章小节本论文中的除雪铲选用类渐开线形状的铲板。它的切削刃厚度为20mm。它的铲刃切削角为30。除雪铲前端高度数值为1000mm。其行进角选用为53。后端高度为1400mm。有效除雪宽度需大于车宽宽度数值为600mm。铲板宽度数值为203700mm，与除雪装置使用工作时的情况相符合。当除雪铲在工作使用（正常）时，其选用的汽车专门化的底盘类型与其牵引力相协调配合。它符合了设计要求。规定的工作使用情况为：排除厚度为0.1m、积雪（密度为80kg/m3）。规定工作使用时的除雪速度是30km/h。4除雪车弹性避让装置4.1概述现在，随着现代化进程的发展。我国各省份各城市的道路状况都发生了巨大的变化。它们发展的速度很快。但是在某些偏远的小县城，小乡村。它们的道路状况仍未得到什么改善。尤其表现在部分路面缺损破坏，路面坑洼不平等方面。其外，除雪车在工作使用时。还可能会碰到需要越过路面障碍物的情况。若不采取避让措施。会引起路面设施或除雪设施的损坏。甚至会引起人身伤害的威胁。除雪装置的避让措施。一种是可以自动控制除雪铲的升降，主动避让。它的原理是用磁波或声波探测雪层和障碍物厚度。第二种是采用机械机构。实现被动避让，本方法大量运用于除雪机械中。本论文选用第二种。机械避让机构有两种。一即通过铲体运动来实现避让和缓冲。这个方法选用双摇杆机构可以来实现这个动作。二即用铲刃的运动来避让和缓冲。经摆动导杆机构可实现这个动作。这两种避让动作都能分解为两个单独的动作。即绕某一个固定不动轴的旋转和上下伸缩。4.2避障装置的选用现在世界各国机械除雪使用最多的弹性避让装置。是第一种避障装置。即双摇21杆机构。其优点是越障高度较高、适应环境的性能强、避障效果显著。在积雪质量硬度高的区域使用。摆动导杆适合中铲采用。它的避让机构铲刀切削角通常取6575。本论文用的是双摇杆避让机构。图4.1双摇杆机构运用弹性避障作用时的除雪铲图。在该图中，3是前拖架，4是障碍物和除雪铲铲刃的接触点。1、2分别是上、下连杆，5是除雪铲。若遇障碍物，A点会绕B点转固定角度。其曲线就是除雪铲的运行轨迹。即自动避让高度。高度越高。说明除雪铲自动跨越障碍物的性能越好。图4.1双摇杆机构避障装置为实现发挥出优良的弹性避障性能。设计四杆机构时要考虑：(1)要适当加大铲板和前拖架的距离长度。对增大自动越障高度有利。(2)要顺利避让。该机构最先要保证铲刃的上抬运动。铲刃的避障运动轨迹，是上凸曲线时效果最好。(3)不要太高也不要太低的弹簧拉伸的整体刚度。若过小会除净率降低，过大对越障不利。(4)规定除雪铲翻摆的极限位置在一个合适的范围。避免产生“死点”，让除雪铲不要及时回落。(5)若要铲刃将地面上的积雪与地面分离开。应保证铲刃对地面有足够的线压力。若弹簧拉力过大，对越障的效果不利。弹簧拉力过小，除雪效果不好。(6)依照适合我国的道路状况的情况。自动越障高度通常控制在100mm上下。(7)应让汽车动力有效合理的传递到