破冰除雪机的结构设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985破冰除雪机的设计摘要除雪机械可应用于各种积雪的路面，由于我国北方地区特殊的气候，冬季降雪较多，对北方冬季交通和人民日常生活有重要影响，所以除雪机械得到了广泛应用和较快发展。相比融雪剂、物理微波、人工除雪、除雪机械应用的范围广、耗能低、效率高、无污染等特点在国外发展迅速，然而我国除雪机械自主研发的产品功能单一、避让能力差、不能实现一机多用造成大部分时间闲置，雪后能否快速、干净、高效的清除公路和道路的积雪及其形成的冰雪混合物，已成为迫切需要解决的科学与技术课题。本文在总结分析以往道路冰雪清除技术和原理的基础上，以硬质道路冰雪清除为主,对道路冰雪混合物的物理和机械性能进行了试验与分析，形成了以破冰刀打击硬质混合冰雪破碎清除为主要研究目标，且以经济、实用、除净率高、路面损伤小的新型除雪设备设计为研究思路。在全面调研国内外除雪机械、综合对比分析国外除雪机装置的基础上，确定研究方案，并用SOLIDWORKS软件建立除雪机工作装置的三维模型，并运用软件进行有限元分析。关键词除雪机；积雪的物理特性；传动原理；三维造型；有限元分析；买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985ISNOWPLOWERDESIGNABSTRACTSNOWBLOWERCANBEAPPLIEDTOTHEROADOFVARIOUSSNOW,BECAUSETHECLIMATEOFOURCOUNTRYNORTHERNREGIONISSPECIALANDWINTERSNOWMORE,WHICHHASANIMPORTANTEFFECTONTHETRAFFICANDDAILYLIFEINTHEWINTERSNOWBLOWERHASBEENAPPLIEDINAWIDERANGEANDHASDEVELOPEDFASTSNOWBLOWERHASCHARACTERISTICSOFLARGEAPPLICATIONRANGE,LOWENERGYCONSUMPTION,ANDHIGHEFFICIENCY,NOPOLLUTION,TOCOMPAREWITHUSINGSNOWMELTAGENTCOMPARED,PHYSICALMICROWAVE,ARTIFICIALSNOWBLOWER,ITDEVELOPFASTABROAD,HOWEVER,OURCOUNTRYDEVELOPSNOWBLOWERWHICHHASSINGLEFUNCTION,AVOIDINGCOLLISIONABILITYPOORLY,ASITCANTACHIEVEAVARIETYOFFUNCTIONSTOCAUSEMOSTOFTHETIMEIDLE,WHETHERCLEANINGTHEMIXTUREOFICEANDSNOWINTHEROADANDSTREETQUICKLY,NEATLYANDEFFICIENTLYAFTERTHESNOWINGHASALREADYBEENASCIENCEANDTECHNOLOGYPROJECTWHICHISURGENTTOSOLVEBASEDONTHESUMMARIZATIONANDANALYSISOFTHEPREVIOUSTECHNOLOGYANDPRINCIPLEOFCLEANINGTHESNOWONTHEROAD,TAKINGTHERIGIDROADSNOWCLEANINGASTHEMAINCONTENT,THEPAPERMAKESEXPERIMENTANDANALYSISONTHEPHYSICALANDMECHANICALPROPERTIESOFTHEMIXTUREOFICEANDSNOWINTHEROADANDTAKESBREAKINGTHERIGIDMIXTUREOFICEANDSNOWASMAINRESEARCHTARGET,THENEWSTYLESNOWBLOWERDESIGNWHICHISECONOMIC,PRACTICAL,EFFICIENTLYCLEANINGSNOWANDLOWDAMAGETOTHEROADASTHERESEARCHTHOUGHTBASEDONTHECOMPREHENSIVESURVEYOFTHEDOMESTICANDINTERNATIONALSNOWBLOWER,COMPARISONANDANALYSISONTHEFOREIGNSNOWBLOWER,THEPAPERCONFIRMSTHERESEARCHPROGRAMME，THENUTILIZESOLIDWORKSTOBUILDTHE3DMODELOFSNOWBLOWERANDFINITEELEMENTANALYSISKEYWORDSSNOWBLOWERPHYSICALPROPERTYOFSNOWTRANSMISSIONPRINCIPLE3DMODELINGFINITEELEMENTANALYSIS买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985II目录摘要IABSTRACTII1概述111国内外除雪机现状及发展情况112除雪方式及适用范围213除雪机的分类及特点214课题研究内容及意义515本章小结52积雪和冰雪混合物的物理机械性能的参数分析721积雪和冰雪混合物的物理机械性质7211积雪和冰雪混合物的密度8212积雪和冰雪混合物的湿度922积雪和冰雪混合物的机械力学性能9221积雪和冰雪混合物的抗压强度9222积雪和冰雪混合物的抗剪强度11223积雪和冰雪混合物的硬度12224积雪和冰雪混合物的摩擦系数13225积雪和冰雪混合物的导热系数15226积雪和冰雪混合物的反射率1523本章小结153除雪装置的设计及其计算1631整机结构设计16311除雪机械的选型及组合16312主要技术参数的确定1632动力源的选择1733刀辊轴装配设计18331破冰刀的设计18332刀辊轴设计1934推雪板的设计2035路面清扫装置设计2236挡雪板设计2337传动装置设计及各级传动比计算23371刀辊轴传动原理23372清扫机构传动原理2438本章小结254主要部件有限元分析26买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985III41概述2642破冰刀的有限元分析2643除雪机主梁的有限元分析2944本章小结325结论与展望33参考文献34致谢36买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985IV买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985V买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709851概述11国内外除雪机现状及发展情况近年来我国经济迅猛发展，工程建设量不断增加，因此对交通环境提出了更高的要求。高速公路、铁路里程快速增长，民用机场枢纽航站大量增加，城市道路建设日新月异，交通对国民经济的发展起到至关重要的作用。我国的高等级公路里程，每年以30左右的速度递增，通车里程已经跃居世界第二位。中国地域跨度大，因此气候差异大，冬天绝大部分地区都有降雪尤其是东北地区。雪害是交通的重大隐患，机场降雪，航班无法进出港，延误航班；高速公路降雪则必须关闭，公路上的车辆被迫抛锚，交通处于瘫痪状态。降雪伴随而来的交通事故不仅仅给市民带来人身和经济上的损失，还对社会造成很大影响。如何快速清除冰雪，保障交通畅通已成为亟待解决的问题。除雪机械化是时代发展进步的产物和城市管理的必要条件，也是经济水平的标志和文明程度的表现。近些年来，很多寒带地区的国家都致力于研发效率高性能好的除雪机械。在国外清除路面积冰积雪的技术相对成熟。在我国冬季的降雪通常会以新降浮雪、压实雪和冰层三种形式积于路面。由于人口密度、城市规模等条件的制约，城市道路积雪常常不能及时清理1。开发符合中国国情的除雪机是适应国民经济发展需要的当务之急。在国外，除雪机械的发展比较先进，技术也趋于完善，特别是芬兰、瑞典、挪威、德国等北欧国家和加拿大已相当成熟2。对比之下发达国家除雪机械的性能更好种类更全。推雪板式除雪机最大除雪速度可达2060KM/H，最大除雪宽度为1424M，左右偏转角度为2030，螺旋式除雪机最大除雪宽度2426M，最大清雪高度为1218M，最大装车高度为35M左右，最大抛雪高度为50M左右，可以满足清除各种积雪路面的要求。除雪机分为工作装置和行走装置，除了专门为除雪作业设计生产的驱动底盘专用主机之外，驱动主机一般选择通用机动车辆是各国普遍采用的方法3，如可以在拖拉机、装载机、平地机、汽车等铰接工作装置或者将工作装置直接放置在行走装置上，实现一机多用避免闲置车辆。近年来由于各个国家都对冬季路面路基养护提出了更高的要求，发达国家对于各类除雪机械的持有量大幅度增加，不断向着一机多用发展，在使用性能方面朝着多功能化发展，但是国外的除雪机械价格比较贵。中国除雪机械的研发制造起步较晚，真正的研制与开发是在80年代以后4，目前主要除雪方式多数还是使用小型除雪机械与传统的人工除雪的组合上，与国外相比有不少种类除雪机械在我国还有很大空缺，除了机场专用除雪机外，现有的除雪机械，作业速度低、整机利用率低、避让功能不够理想、成本高等，很难满足道路等场所的作业要求56。针对我国国情，国内应建立和完善公路气象系统，同时对雪冰的物理机械性能的参数加强研究，除雪机械应向小型化、高速度的方向发展，向机、电、液一体化和多功能的方向发展，同时注意提升除雪作业的安全性和操作舒适性。国产除雪除冰机械的总体技术水平落后于发达国家主要体现在3个方面（1）避让功能不够理想。国内现有的除雪除冰机械，在除雪除冰作业过程中，大部分路障回避能力较差，常常因遭遇路障避让不及而容易使主机或工作装置受损坏。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985（2）对路面保护能力差。当路面凹凸不平时，除雪除冰机械容易对路面造成破坏7，虽然目前相关部门并没有制定一个统一的衡量标准去说明机械对路面的损坏程度，但国内现有的除雪机械对路面的保护和对路面的仿形功能等方面，相比国外存在一段差距。（3）品种类型不全。与国外相比，大型多功能除雪除冰机械、高效清除压实积雪机械等在我国还是空白。在一些雪灾中，在相当多的地区几乎没有有效的除雪破冰机械。在普遍缺乏大型、高效除雪破冰机械的情况下，只能使用铁锹、铁镐等简易工具抗击雪灾，工作效率极低8。本设计主要针对上述除雪机械功能单一等问题而设计研发集耗能少、适应范围广、除净率强、效率高、经济性好等优点于一体的道路除雪机械。12除雪方式及适用范围除雪作业主要分为新雪除雪、压实雪除雪和薄冰处理三种9。当前冬季除雪防滑采取的主要方式有人工除雪，机械除雪，融雪剂除雪撒砂、物理除雪、综合式除雪1011。其中以机械除雪方式为主。各种方式主要特点如下（1）人工除雪方式适用于小雪，收费站口和难重点路口，这种路段机械除雪困难，通过采用人工的方式可以进行彻底清除，采用人工清除对冬季第一场雪效果较好。人工清除费用高，效率低，影响交通通行及行车安全等是它的缺点。（2）融雪剂除雪是通过喷洒各种化学材料或热作用，从而达到降低结冻温度或融化雪。适用于刚入冬开春时期气温偏高，雪量比较大，对易融化冰雪路面的除雪作业效果较为明显，缺点是对环境和道路具有相当危害程度的污染12。就未来发展趋势看，融雪剂的使用将会受到越来严格的限制，使用量及使用范围将非常有限13。（3）机械除雪适用于对中大雪进行大面积机械化清除作业，可全天作业。用机械方法清除路面积雪具有实时高效、经济环保、基本不影响交通，对路面积雪清除也较为彻底等显著优点1415。（4）微波除雪目前国内外研究的微波除雪能够加热的路面深度较浅，微波加热道路材料只能达到路表面1CM左右的范围内，仅吸收微波发出总热量的5左右，造成能量浪费，同时道路表面升温慢，冰雪层分离开道路表面耗时长，因此微波加热除冰的效率很低16。（5）综合式除雪机械除雪和化学融雪两种工作方式联合使用，综合式除雪机前端装有碾压磙式、螺旋叶片式或推雪板式等除雪装置，后端装有撒融雪剂装置。作业时根据路面冰雪情况进行机械除雪和化学融雪两种作业选择，可以同时使用也可以分开使用17。13除雪机的分类及特点目前除雪机的种类很多，可以按多种形式分类如底盘的不同、使用区域、工作原理的差异等。按照除雪机械的使用范围可把除雪机分为泛用除雪机、人行道除雪机、铁道除雪机和高速公路除雪机等4种18。根据除雪机械的底盘是否为专用的把除雪机分为两种专用底盘和兼用底盘。大部分买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985机械采用兼用底盘。根据除雪机械的底盘行走方式又将其分为两种橡胶履带式和轮胎式。目前，从除雪的作业过程来看，除雪的原理和技术方法已基本完善，但在除雪工作过程中，经常由于冰雪压实还是松散、道路状况、温度高低等条件的影响，使用单一机械很难清除各种不同积雪路面。面对雪情除雪作业时要因地制宜，针对不同路况、不同雪情可以搭配多种不同的除雪方式，这样方能提高除雪效率，保障除雪质量19。随着国家经济建设的快速发展，冬季交通畅通的需要，机械式除雪已成为必然趋势。机械式除雪可归纳为推移式除雪、旋切及冲击旋切式除雪、铲刮式除雪、剁式除雪、刷扫式除雪等。根据除雪机械工作原理的不同可以把除雪装置分为推移式、螺旋转子式抛投式、犁式、旋切式、冲击旋切式、推移式、铲剁冲击式和刷扫式等类型等2021。国内外常见的机械式除雪机类型主要有推移式，其又可分为前置中置侧铲式、铲刮刮刀式、除雪汽车、不同形状的除雪犁等；螺旋转子式又可分为铣刀转子式和叶轮转子式两种。图11可调刮板式除雪装置图12多层刮板式除雪装置图13可调刮板式除雪装置的工作模式买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985图14单轴螺旋式除雪装置图15双轴叶片式除雪装置图16单刮斗刮板式除雪装置图17单垂直叶片偏刮板式除雪置各类机械式除雪方式的适用范围为（1）推移式除雪根据推刀的不同可分为有单向推刀、侧翼推刀、V形推刀和U形推刀等。国外的推刀式除雪机具有较好的避让功能，作业过程中根据路况调节油缸实现推刀的升降和其左右摆角的变化。用来清除较厚的路面积雪或压实积雪，能够破碎具有一定厚度的压实冰雪，相比之下除雪能力较好，除净率也较高。推刀除雪既能清除施工工地和公路的积雪同时也可用于街道、人行道。因其价格低廉，效率高，工作可靠而被广泛使用，但适用的范围主要为未被压实的积雪和密度小的新降浮雪22。（2）旋切及冲击旋切式除雪大部分具有切削、收集、推移和抛雪功能，虽然功能多，但是结构相对复杂，一般情况下工作装置是由主机牵引着前进工作，由液压或者电机驱动滚筒旋转，滚筒上的斜齿或直齿对路面的积雪或者压实冰雪进行碾压铣刨，不断的使冰雪破碎来清除路面的冰雪。旋切式除雪机可分为两种多级式和单级式，其中多级式分为两种单轴螺旋风扇型和多轴螺旋风扇型。单级式又分为铣刀型和风扇型。适用的范围买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985主要有压实积雪、冰雪混合积雪、薄冰压实积雪等形式。但这种除雪机械铲刃磨损较快，对路面也有一定的破坏作用23。（3）刷扫式除雪和路面清扫车类似，随着牵引车前进过程中，由动力传动机构驱动清扫刷旋转。通过排雪装置将破碎后的路面冰雪可清除到运输车上或路两侧。这种机构的刷毛相对较软，清扫路面积雪的硬度和厚度都收到局限。所以此机构只适用于清除一定厚度的新降雪、自然积雪和厚度较薄的压实积雪的路面，清雪作业速度相对较低。国外滚扫式清雪车最大作业速度一般为40KM/H，扫式清雪车最大作业速度一般为50KM/H2425。而我国刷扫式清雪车还远远赶不上国外。（4）冲剁式除雪此机构是模仿人工清除冰雪而设计的，随着主机不断前进，液压等方式驱动偏心轮带动铲头转动，铲杆铰接在偏心轮上，带动铲头往复的上下运动进行铲剁冰雪，完成破碎清除冰雪的作业，适用于较厚冰雪混合物和一定厚度的压实积雪的破碎。但是破碎效率较低，还需要增加保护路面的装置以避免清雪作业时破坏路面。14课题研究内容及意义我国北方冬季积雪从自然积雪到压实积雪的密度变化范围为0107KG/M3，硬度变化范围为060KG/M3，而冰的密度接近于10KG/M3，硬度范围则为150300KG/M3，远大于一般积雪。所以相对而言，清除密度大、压实积雪的难度要比清除硬度低、密度小的新降雪、浮雪、自然松散积雪的难度大，而清除冰雪混合物和冰层的难度更要大很多倍。物理电热熔化、微波清除积雪效率低、费用高；化学融雪剂除雪存在难以避免的污染问题；所以机械除雪得到应用和发展。除雪机工作装置作为除雪机的重要结构，其性能的好坏对除雪作业的效果起着至关重要的作用。目前清除路面压实积雪和冰雪混合物是比较困难的。尽管国内外多年来研究了很多不同的结构和类型，但因为其易出故障、效率不高、除净率低等不同缺点，直到目前还没有较为理想的除雪机械。除雪机械在结构研发、工艺流程、零部件供给和操作管理等方面都存在技术水平低的问题，致使除雪机械故障多、寿命短、可靠性低。这些问题都亟待解决。要实现具有高效率、多功能的除雪机械而设计专用或改装除雪机使其具有以下优点（A）改装除雪机械可以一机多用，除雪机以拖拉机为动力，可以实现与拖拉机的自由挂接，不需要为除雪机单独配置动力源。（B）城市路面与人们的生活息息相关，道路交通流量大，在短时间内就将路面冰雪压实，影响出行安全与行驶速度，除雪机应能保证在短时间内做到高速除雪。在除雪机工作装置的设计中主要从三方面入手，第一是破冰除雪，如何保证在不损坏路面的前提下，使冰雪与路面脱离；第二是集雪能力，采用推雪铲将雪收集推至一侧；第三是清扫，利用清扫盘旋转将路面最终打扫干净。15本章小结我国大部分地区冬季都有降雪，降雪后，车辆运输或者行人等载荷作用于路面上和温度变化使之经常形成压实积雪或者冰雪混合物，从而导致路面的防滑性能大大降低。车辆买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985动力性能变差行驶过程中易打滑引起交通堵塞甚至是交通事故，给人民和社会带了巨大损害。怎样有效地解决冰雪道路的文通安全问题，避免或降低交通事故，提高道路通行能力和运营效益，形成规范良好的管理模式已迫在眉睫，需要尽快解决的问题。目前，国内外清除冰雪所采用的方法主要有人工除冰雪、高压气流吹积雪、化学容剂融雪、物理除雪和机械除冰雪等几种方法。其中机械除冰雪由于简单实用、效率高、经济无污染而得到广泛使用。为了提高除雪机械设计水平，需要对冰雪的力学性质进行深入研究，此外应建立道路气象系统，以便实时准确地掌握路面状况，灵活、高效地使用除雪机械。为了提高其使用率，除雪机械应该向一机多用的方向发展。同时除雪机械应尽量采用机械电气液压结合的新技术，实现自动控制，提高除雪机械的科技含量。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709852积雪和冰雪混合物的物理机械性能的参数分析21积雪和冰雪混合物的物理机械性质研究适合的除雪方法和工作装置，首先要了解一下积雪的基本性质。对设计计算除雪机械的除雪阻力和除雪功率等相关问题，也应该了解和掌握积雪的物理机械性质。积雪的物理机械性质变化很大，随着天气温度的不同、积雪落下的时间长短、以及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26。雪的主要物理机械性质包括密度、硬度、摩擦系数、导热率、反射率、抗压强度等2728。表21路面冰雪的分类名称状态特征雪粒状态密度KG/M3抗压强度MPA新雪结晶状新降的雪100无粒雪粒状不能飘扬起来，温度交替变化后，机械搅拌或化学处理的积雪雪粒的直径在03MM以上，互不连接的圆粒280500无压雪板状被车辆等碾压过的积雪雪颗粒的直径为005MM03MM，相互连接的圆粒450750196167冰雪板状压实雪融化后又冻结在一起，厚度在1MM以下雪颗粒的直径为005MM2MM的多结晶冰，含有粒径00101MM的气泡750以上883294冰水混合物液状由板结雪、颗粒雪、新降雪和粉雪等溶解物组成的，含水多的液体，过车时将飞溅直径在1MM以上呈类似圆形的小粒，含水量在3050800900无（只有在非常精密的天平上才能够称出雪花的质量。）因此在无风天气里的新降雪，雪花均匀稀疏地平铺在道路上，各个雪花彼此的枝角接触着密度较小；而在有风天气的新降雪，雪花在风的作用下相互堆积着较为密实，相对来说其密度值较大。所以雪的密度变化范围很大，一般情况下的密度P10900KG/M329，各类积雪密度情况如表21。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985211积雪和冰雪混合物的密度积雪的密度G指的是单位体积内积雪的质量。雪的密度值等于积雪在融化后所得水的质量与其融化前积雪体积的比值，是因为雪是水的一种固态的表现形式。所以积雪包括松散雪的密度变化幅度很大。积雪的密度是除雪机械的设计与使用的一个很重要的依据。由于落雪条件、沉积条件、测量方式等影响因素的不同使得积雪的密度有较大差异，有的日本学者认为在G7700KG/M3之间变化，但是有的前苏联学者则认为是在G10800KG/M3之间变化，而我国降雪条件与前苏联远东地区较为接近，所以关于雪质较多的北方地区地选用了前苏联的研究资料30。前苏联学者经过对不同条件下的积雪密度进行综合测量和分析，得出了以下结论1随着雪沉积厚度的增加，雪的密度增大。对沉积两个月的山坡积雪测量，20CM深度的积雪密度为300320KG/M3,100200CM深度的积雪密度为600640KG/M3。2随着雪的沉积时间的增大，雪的密度增大，每个月平均会增多1020。3随着结构及气象条件的不同，刚降的雪的密度变化，测量结果见表22。4刚降的雪密度与当时气温的关系见表23。另外，由长时间实践得出，还可利用经验法大致判定积雪密度，见表24。表22刚降雪的密度与结构及气象条件的关系雪的形式密度KG/M3雪的形式密度KG/M3非常松散的雪松散雪弱风及中等风时的降雪暴风雪中得降雪2050601004030120180强风中的降雪压实湿雪雨夹雪150200130160270表23刚降雪密度与当时气温的关系刚降密度KG/M降雪气温/C最小值最大值平均值10以下10515121210102020以上12113543691582332952584555295887587104128183196表24根据雪中通过物判定雪的密度买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985雪中通过物体雪的类型密度KG/M3戴手套的拳头手指伸直的手掌一个手指削尖的铅笔刀刃非常松散的雪松散雪中等硬度的雪硬雪非常硬雪10100110250260350360500500以上212积雪和冰雪混合物的湿度积雪的湿度对雪的工程性质有非常大的影响。雪层中的水包括两方面雪晶表面的重力水和薄膜水等。雪层的最大持水能力指的是雪层持有薄膜水的限度，它和雪晶的形状、雪层的排列情况及其雪的密度有关，通常不超过雪重量的50。重力水在雪层中差异很大，最大时雪层的全部空隙都充满了重力水，例如春天融雪阶段就是这种状况。各类积雪的最大持水能力见表25，通常把雪的含水状况分为四个等级水湿雪，稍微用力就能够挤压出水；湿雪，雪层中能够明显看出有液态水的存在；潮雪，雪层中分离不出水，但却可以凝结成块；干雪，一点都不含水不能凝结成块。水湿雪是各种湿度的雪中最不稳定的，而其他三种雪在原理上通过滚扫就能够清除掉。表25各类积雪的最大持水能力雪的状态最大持水能力KG/M3刚下地雪（无风）刚下的雪（有风）未密实的雪密实的雪冰雪混合冰5505005503203002102001201005022积雪和冰雪混合物的机械力学性能积雪和冰雪混合物的机械力学性能参数包括抗压强度、硬度、摩擦系数等，这些参数都是除雪机机理分析和除雪机设计的非常重要的参数。221积雪和冰雪混合物的抗压强度积雪抵抗其他物体进入的能力是雪的抗压强度，刚体进入到积雪单位面积上受到的阻力表示其大小。研发设计除雪机械，雪的抗压强度是又一重要参数。由参考文献可知，积雪的抗压强度随密度不同而有变化。当雪的密度P400KG/M3时，雪的抗压强度将随积雪密度的上升而急剧上升。如前所述，积雪的抗压强度值也是与其他的环境因素有关。为了确定积雪的抗压强度值，可采用下面简单而准确的测定方法，图21所示即为其测试装置示意图。该装置中的重锤1可以在有刻度的标尺杆2上做自由落体运动，标尺杆2承重块3和圆盘4是三者合一的结构。测定抗压买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985强度时将该装置的圆盘4平放在积雪上，然后把重锤1沿承重块3上的标尺自某一定高度值开始作自由落体运动撞击承重块。这时整个装置由于受重锤碰撞而从原来位置往积雪中下降一定深度，依此即可算得积雪的抗压强度。需要测量和记录的数值包括标尺杆、承重块和圆盘三者的总重量MKG；圆盘与积雪的作用面积SM2；重锤的质量MKG；重锤提起的高度HM；装置在积雪中下陷的深度DM。清雪车设计的另外一个重要参数是压实冰雪的抗压强度指的是压实冰雪抵抗其它物体进入的能力，用刚体进入冰雪时单位面积上所受到的阻力表示31。图21积雪抗压强度测定装置示意图设定装置下陷时的离开原点的位移变量XM；装置下陷时所受到的以X为参变量的阻力变量为FXN；装置下陷时所受阻力的平均值为FN；积雪抗压强度PPA。则有积雪受到的冲击力功211MHDMGW积雪阻力所做的功22DFX0221所以有买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098523GMDHMF1因此24SP雪的抗压强度将随积雪密度的增大而增大，统计数据参见表26。表26雪的密度雪的类型密度KG/M3温度为120C时的抗压强度/KPA松散雪轻板结雪密集雪强密集雪25026025036050051060049599821019603702940（2）随着温度的下降，雪的抗压强度增大。积雪的抗压强度与温度、密度的关系如图22所示。图22积雪抗压强度随积雪密度和环境温度的变化关系222积雪和冰雪混合物的抗剪强度抗剪强度系数KQ表示切割每单位横截面积积雪所需的力，包括积雪各种形式的变形强度。目前确定切削比阻力（抗剪强度系数）大多采用的经验公式为3225106MPABHFKQQ买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985式中作业在刀刃上的切削阻力，N；QFB切削刃宽度，M；H切削层厚度，M。利用抗剪强度系数KQ可以很方便地进行清雪车的牵引和动力计算。前苏联学者对自然状态下的积雪进行切削试验，试验统计结果见表27。表27自然积雪的抗剪强度系数雪的温度/C雪的类型雪的密度KG/M31342222以下松散雪1201800718020839118轻板结雪200280203915292049轻板结雪构成的密集雪3003603704402959591083969981474998118177黏合力弱的大颗粒冰雪构成的密集雪280350380480396949982959396949886998有上层雪压力的密集雪42052078167137216177294223积雪和冰雪混合物的硬度积雪的硬度是一种重要的指标即为雪的抗压强度33。密度非常低的新降雪硬度很小，重量较轻的甲虫爬过也能留下一些痕迹。但是，经过压实的雪，例如经过狂风搬运的雪堆硬度很高，人走过后也不会留下踪迹。由参考文献，一般来说新雪为片状，密度在01G/CM3左右，几乎没有硬度；而压缩雪的密度为045075G/CM3，硬度较大为20170KGF/CM2。积雪单位面积上所能承受的压力是指积雪的硬度。积雪硬度测试器一种弹簧测力器是专门测量积雪硬度的，测头是顶角为30或者60的圆锥。实际测量时，将圆锥在积雪上竖直地立直，慢慢地加载重量并测得下陷深度，由圆锥进入到雪的深度或表面直径算出圆锥印迹的投影面积，再按下式计算出积雪硬度。26SPH2721式中买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985所施加的载荷重量，KGF；1P硬度计的重量，KGF；2圆锥印迹的投影面积，MM2，；S2TANHS圆锥陷深，MM；H圆锥半顶角。此式可简化为当时；当时602051TAN2302260TAN于是有当时KGF/MM221HPH当时KGF/MM23026此外一种采用专门的仪器测量雪的密度方法，冲力硬度计是常使用的。此种硬度计的上端有调节的金属砝码，根据下降高度、砝码的重量和硬度计被打进积雪的深度，雪的硬度就能够计算出来。一般情况下把雪的硬度分为四个等级。第一等级叫做松雪，指除了大拇外的四个手指伸直不费力就能够插入到这种雪层。第二等级叫做稍硬雪，这种雪层只能插入一个指头。第三等级叫做坚雪，需要铅笔插入。第四等级叫做坚实雪，小刀才能插入。测量步骤是先准备一个雪坑，然后在剖面上从顶到底依次分层测量。这种方法的优点是简单易行。224积雪和冰雪混合物的摩擦系数在设计、选择和使用除雪机械过程中涉及到牵引力、工作阻力，进行理论计算时首先要考虑雪有关的摩擦系数。积雪的摩擦有内摩擦和外摩擦两种，积雪内部雪与雪相互摩擦是指内摩擦积雪与其它物体之间的摩擦指外摩擦。雪的状态直接影响积雪的内外摩擦系数。路面积雪后，路面的使用性能被大大降低了。冬季道路除雪机械工作时，要进行牵引计算，首先了解除雪机械在不同的冰雪路面行走时的行驶阻力系数、附着系数等。冰雪路面与轮胎间的附着系数小因为除雪机械不但与积雪产生摩擦，而且还对积雪产生挤压，所以外摩擦系数一般比行驶阻力系数小。钢铁和积雪之间的摩擦系数与温度和雪的密度有关见表28。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985表28积雪和钢铁之间的摩擦系系数与温度和雪的密度关系表雪的温度雪的密度KG/M3014163080100150200250300350400450480520550018011009007500560050040030100080070050040030020015014010008005005004003002积雪的内摩擦系系数见表29。表29积雪和钢铁之间的摩擦系系数与温度和雪的密度关系雪的温度/C雪的密度KG/M30附近1610以下120200300400470560024030035040042045029033039044047050034036046050053057路面积雪后，使用特性有较大的差别。在计算除雪机械的轮胎行驶在冰雪路面的牵引力时，首先要了解行驶阻力系数和附着系数。冰雪路面与轮胎间的附着系数见表210。表210轮胎与冰雪路面间的附着系数行驶阻力系数一般较外摩擦因数大，因为在这个过程中不仅产生摩擦，而且和积雪之间的挤压。轮式、履带式车辆的行驶阻力系数如表211所示。前置式除雪装置的除雪机械雪的状态雪的密度KG/M3附着系数雪的状态轮胎类型附着系数密实冻结的雪密实冻结的雪密实解冻的雪低压胎高压胎低压和高压胎020035020025010020压实的冻结雪压实的解冻雪解冻的雪高压胎高压胎低压胎02090176006008买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985可根据除雪效果对行驶阻力系数进行修正。表211行驶阻力系数阻力系数雪的状态雪的密度KG/M3轮胎履带松软的雪松软潮湿的雪轻碾压的雪碾压的雪冰雪1502501502502503504006007000202503015020080100600802020100500701225积雪和冰雪混合物的导热系数很轻的雪花在空气中降落时是飘浮不定的，有很多的分枝，这样一来雪花间隙距离就变大了，但是存在于其中的空气导热率很低，所以地面的热就不会马上散去。如表212有雪与其它介质的导热系数。表212雪与其介质的导热系数物体名称空气雪水沙冰花岗岩导热系数00000500003000080001400026000510005300097226积雪和冰雪混合物的反射率在阳光明媚的天气里，人们在积雪路上上行走时，经常会睁不开眼睛。在医学理把这种现象叫做雪盲。积雪对太阳光的反射很高就是产生雪盲的原因。由于积雪的反射率高，便于它能自我保护，以免积雪被马上融化掉，有利于积雪积冰的形成。由参考文献，如表213有雪与其它介质的反射率。表213雪与其介质的反射率垫面名称雪面冰面沙土青草干草黑粉反射率50953060292619523本章小结本章对积雪和冰雪混合物的进行了分类，又对其物理机械性能参数和力学机械性能的参数密度、硬度、湿度、抗压强度、抗剪强度、摩擦系数、导热系数、反射率等做了相关叙述，通过论述列出了积雪及冰雪混合物其性能变化的通用规律，为深入研究测试积雪性能和设计除雪机械打下了一定基础。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或119709853除雪装置的设计及其计算31整机结构设计311除雪机械的选型及组合除雪机械是用来清除道路积冰雪路面的专门的设备，是冬季北方降雪地区各等级公路、城市道路和机场等养护部门必需的养护机械。怎么针对冬季不同的降雪量、积雪形态，经济、适当的选择现有除雪机械类型，达到有效高效地清除冰雪的目的，对除雪机械进行优化选型和组合是必要的。我们要根据人力、物力、区域、路况、雪况及拥有除雪机械的条件等不同状况而实施不同的除雪方法和措施。用于除雪的机械设备主要为推雪铲、推雪机、扫雪机、滚刷机、破冰机和融雪剂撒布机等，这些除雪机械设备均适用于不同的除雪路况，作业时根据雪量的大小、压实程度、积雪的形态、环境湿度等相关的因素适当的选择机械并进行的组合提高效率。1雪量为小雪小雪路面积雪厚度一般在3CM以下。如果路面积雪疏松，利用扫雪机直接清扫便可以，并将扫完的雪抛到马路两侧的绿化区，如果路面积雪与路面粘结在一起，经车辆行人压实雪达12CM左右，应该先考虑采用撒布融雪剂或扫雪机清扫，此时无法采用推雪铲，因为推雪铲在除雪作业时雪铲与路面的安全间隔最低就是1CM多。2雪量为中雪路面积雪厚度可以到达520CM，可先用推雪车将雪铲松，并将积雪运走或堆放绿化区域，路面剩余的雪可用撒布除雪剂或扫雪机清除。3雪量为大雪地面积雪厚度可以到20CM以上，此时应采用螺旋抛雪机与输送雪的大卡车一起作业，把雪装到卡车运走，地面余下的雪，可撒融雪剂使其融化蒸发或者扫雪机清扫。4冰层由于除雪作业时可以采用撒融雪剂进行融化3CM以下薄冰层，大量的积雪一定时间内没有得到及时清理，温度冷热变化而形成3CM以上的冰层，那么只有使用专门的破冰机，依靠碾压磙刀具对冰层产生破碎的压力来清除冰层。除雪机械需要的数量3410TBVSN其中S除雪作业的面积，M2；V除雪机的速度，KM/H；T完成除雪时间，H；B除雪机的宽度，M。312主要技术参数的确定（1）取车速V4KM/H。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985（2）刀具所在圆周直径取D400MM时,结构上允许其圆上分布Z3个刀片。（3）据人工除雪经验,两次敲击的间距H50MM时才能保证除雪质量。（4）据上述条件可计算出刀辊所应具备的转速N444R/MIN。（5）刀具对地面的敲击力度可用动量来表示P刀MV。式中P刀除雪刀辊上单片刀头对路面的撞击力度；M单个刀头质量，取M15KG；V刀片旋转至与路面接触位置时相对路面的速度，M/S。经计算V15M/S，代入式，则P刀1515225KGM/S。（6）人力除雪时，设铁锹对地面的作用力F100N，M2KG的铁锹经S250MM距离撞击地面,其加速度和作用时间分别为A50M/S2，T01S，则撞击速度VAT5M/S。那么人工除雪铁锹对路面的作用力度为P人MV10KGM/S。经上述计算说明辊刀对地面作用力远大于人力作用。实际工作时我们可通过控制刀片质量、弹簧扭力、刀辊转速、行车速度等因素来保证刀片对路面的作用力度大于或等于人工除雪，或者使其在某一合适的范围。生产效率KM2/H以单位时间内清除的道路面积计VB式中B机器的工作幅宽，M；V机器的工作速度，KM/H。该破冰除雪机工作幅宽23M，根据公式每小时作业面积可达到92KM2/H。适用于冬天北方城市主要交通路面。实际工作时应当均衡这两个因素，使除雪机械能最大程度地满足生产要求。该破冰除雪机是集破冰、除雪于一机的组合式设备，可实现很高的清雪速度，对路面和雪况的适应性强，结构简单，对动力、材料及制造工艺无特殊要求，适用范围广，且易损部件都可更换，从而降低了维修费用，是一种适合我国道路的除雪设备。32动力源的选择本设计是由破冰除雪装置、铲雪装置、清扫装置组成，因此其动力源选择拖拉机比较适宜。一般拖拉机自身都具备原较强大的液压系统、机械动力系统能提供有足够的动力驱动抛雪装置等除雪设备。拖拉机具有多档变速箱和悬挂装置等结构，可以根据雪况变化调节变速箱，适用于除雪作业。比如俄罗斯莫斯科市的几千余台除雪机械可分为十多种机型。其中大多数机型以拖拉机为驱动底盘。我国生产的拖拉机机型种类都很多已相当发达，并且许多在冬季处于冬闲状态，应该成为主要选项之一。根据作业效率拖拉机动力选择100马力。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或1197098533刀辊轴装配设计331破冰刀的设计设计破冰刀时，必须使其满足一定的切削性能和力学性能的要求，减少切削阻力和刀刃磨损，降低能量消耗，延长刀刃的使用寿命，并有利于提高清除率。为了提高除雪机对雪层厚度的适应能力，刀辊轴上的刀片设计为能进行机械调节，以便改变与地面的接触高度，在破冰的同时不损伤地面。刀辊轴的作用是将雪层从路面上剥离，其结构形式为一系列的刀片沿径向均布于主轴圆周上，并与主轴上的辐板铰接；在轴向上，并排地分布着多排这样的与辐板铰接的刀片，以形成一定的除雪幅宽。工作时刀片除与主轴一起转动外，还可绕铰链在一定角度内摆动，刀片靠扭力弹簧保持其径向固定位置。除雪作业时，刀辊主轴以一定的转速旋转，同时以速度V0前进，这就使分布在主轴圆周上的刀片依次敲击雪层然后刮擦，使雪层与路面剥离。当遇有路面凸起或阻力过大时，刀片就克服弹簧阻力绕铰链摆动一定的角度，实现避让障碍的动作，从而自动适应路面，起到保护路面的作用。破冰刀是破冰除雪的主要工作部件，由于破冰刀工作时会大量与地面接触，此时路面可看做砂轮，破冰刀每次打击都会出现磨损，因此对其材料的耐磨性和强度都有一定的要求。根据需求可选择铸钢MN13，其化学成分应符合下列规定C090130、MN110140、SI05、P010。其具体结构如下图31。为了防止破冰刀每次打击地面造成的磨损而是刀刃变钝的现象发生，是破冰刀刀刃部分与地面成一个角度，这么在每次打击地面时，会使破冰刀越来越锋利，其结构如图32。图31破冰刀图32破冰刀与地面接触角332刀辊轴设计破冰除雪机工作幅宽要求23M，因此刀辊轴设计长度为27M。破冰刀片的排列方式对破冰质量影响很大，破冰刀的排列方式与旋耕机的旋耕刀片的排列方式相似。有单螺旋线、买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985双螺旋线、星形、对称排列等几种。不管哪种排列均应满足（1）刀轴受力均匀，径向受力平衡；（2）相邻两刀片径向夹角要大。这里选用单螺旋线排列，刀辊轴在工作时侧向偏移力矩较小，侧向力可以得到较好的平衡。图33刀辊轴除雪机向前运动，破冰刀打击冰雪并将打击下来的冰雪向后抛送。下图为破冰刀工作时与地面接触瞬间。图34破冰刀工作图由于刀辊轴实际工作时高速转动，若只使用一个刀辊轴工作，会在刀辊轴上产生较大的力和力矩，造成工作时的不稳定和动作部件的损坏，为了减小这种情况的发生，该除雪机采用两个刀辊轴交错分布，在保证工作幅宽的情况下，尽可能将路面冰雪全部清除。具体安装如下图。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985图35刀辊轴三维图模型34推雪板的设计除雪机具在清除道路积雪时，是在动力驱动下通过将积雪打击震碎，来达到清雪目的。但是，如果不及时将振碎的积雪清除出路面，就除雪而言是毫无意义的。因此，推雪板就成为清雪作业必不可少的组成部分。推雪板分为简易型和液压型。简易型即机械型,包括连接架、推铲、斜度调节器、锁定装置、弹性避让器；液压型包括连接架、推铲、斜度调节油缸、弹性避让器。（1）连接架，推雪板依靠驱动车辆推动,连接架是驱动车辆和推雪板之间的连接装置,是一种可保持连接平面水平位移的平行四杆机构空间机架,其连接平面的位移用机械装置或液压油缸控制。（2）推铲，是弧型金属板焊接件。铲刃采用厚度1012MM的65MN或60SI2MN钢板制造，也可以采用其它耐磨材料。选用锰钢板主要是因为这种材料热处理后具有较高的硬度和较好的耐磨性，价格适中，可以有效降低使用成本。铲刃是易损配件，磨损到一定程度后需更换新铲刃。为提高材料利用率，本机型铲刃采用多孔位调节、可对称翻转的使用方式即铲刃上对称设置多排连接孔，当磨损到一定程度后移动到下一排连接孔位连接，最后翻转180继续使用，全部用至极限位置后更换，这样可以最大限度地提高材料利用率，降低使用成本。（3）斜度调节器，为了将路面积雪推到一侧，推雪板在作业时必须有一斜角，调整斜角的主要依据是雪层厚度,其次是推雪板行走速度。在液压型推雪板中依靠油缸实现斜度的控制和锁定；在简易型推雪板中依靠丝杆丝母实现斜度的控制，同时应增加机械锁定装置如挂钩或档板。（4）仿形机构，当推雪板前进过程中遇到障碍物时，为保护推雪板自身结构和不破坏路面，推雪板应该可以上下自如的运动，这里采用仿形四杆机构。当遇到障碍物时推雪板向上抬起，越过障碍物，当通过障碍物时，又可以自动放下。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985图36推雪板装配图图37推雪板三维模型图35路面清扫装置设计经过破冰刀的除雪和推雪板推雪后，会在路面上残留一些雪末，这些雪末若是不经过清扫，会随着车辆的通过而压实，在路面形成一层薄冰，虽然较未经过清理的冰雪路面状况有一定的提高，但是也会降低路面与车轮之间的摩擦，造成安全隐患。因此在除雪机的尾部设有清扫盘，其动力来源于拖拉机动力输出轴，经过万向节变速箱传递到清扫盘。在破冰越障铲雪作业后，清扫盘可以将作业面残余的雪和碎冰清理到道路一侧，同时钢刷可清理地面，使行车更加平稳。买文档就送您CAD图纸全套，Q号交流197216396或11970985清扫盘圆周直径为85MM，固定在推雪板后部，共有4个组成，与地面的高度可以由压缩弹簧调节，同时压缩弹簧还可以保护清扫盘遇到障碍物不被损坏。因为清扫盘的清扫苗大量与地面接触，是易损坏部件，材料要求为耐磨，因此选用碳素弹簧钢丝，其含碳量小于1350112，除铁、碳和限量以内的硅、锰、磷、硫等杂质外，不含其他合金元素的钢。为了保证将路面清扫干净，要选取适当的转速。根据经验，清扫盘转速在100R/MIN适宜，这样既可以保证道路清扫干净，又不至于消耗过多的功率。图38清扫盘组装图39清扫机构装配36挡雪板设计除雪机在前进过程中，同时刀辊轴又以很高的转速运行，这样打击下来的冰雪会由于惯性向后飞出，若是没有挡雪板的存在，飞出的冰雪散落不集中，造成后面的清扫困难，或者将已打扫干净的路面再次覆盖冰雪。同时刀辊轴的高速旋转也带来一定的安全隐患，当破冰刀连接断开时，破冰刀随惯性飞出，容易造成人员伤亡的危险，为了防止这些问题