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毕业设计说明书论文题目： 高速公路除冰雪装置设计 学生姓名： 学院名称： 专业名称： 班级名称： 学 号： 指导教师： 教师职称: 学 历： 2016年 月 日摘 要本设计为多功能清雪装置，能够清除浮雪、厚雪、薄冰、轧实的冰雪，可有效清除015cm厚浮雪和010cm厚的轧实冰雪，达到见黑路面效果。可广泛用于市政道路、高速公路、普通公路、机场等地。多功能除雪装置采用现有的驱动装置与载体，以节约成本并且满足多用途的需要，该设计运用振动轮进行路面冰、雪的破碎，再用平地机一次性铲除，设计可有力保障高速公路的安全畅通，满足人民群众对交通安全快捷的出行要求，并且显著降低除冰、除雪成本，减少用盐量，保护环境，保护路侧植物，给驾驶员和行人提供一个畅通安全美好的通行环境。，将除雪机构与其底盘车架连接，并对除雪车的雪铲、滚刷、撒布机机构进行结构参数设计，分析了雪铲的工作阻力，通过对冰雪力学性质、整车性能匹配的研究，提出设计方案。本文的主要工作如下：1.研究除雪装置的结构和整车性能，简要介绍除雪作业参数及作业效果。2.对比分析各种除雪机械的性能，确定本文选用的除冰雪装置的结构形式。对前雪铲和刨冰的结构及参数进行设计。关键词：除雪铲；振动轮；扫雪排；撒布机构；轧刮滚轮AbstractThe design for multifunctional snow remover, can remove the floating snow, snow, ice, rolling of ice and snow, which can effectively remove the 0 15cm thick floating snow and 0 10cm thick rolling compacted snow to see the black pavement effect. Can be widely used in municipal roads, highways, highways, airports and other places.Multi-function clear snow machines driven by the existing devices and the carrier, in order to save cost and meet the needs of utility, the design using the milling planer milling planer drum road of ice, snow, reoccupy grader one-time eradicated, design can guarantee safety and smoothness of the highway, can satisfy the demands of the people to the traffic safety and quick travel, and a significant reduction in addition to the cost of ice and snow removal, reduce to use salt, protect the environment, protect the roadside plants, for drivers and pedestrians to provide a clear security good traffic environment. , connect the snow removal mechanism and its chassis frame, and the snow shovel of snow sweeper, roller, spreader mechanism design for structural parameters, analyzes the working resistance of the snow shovel, through the study of snow and ice mechanical properties, performance matching, the design scheme is put forward.The main work of this paper is as follows:1 see the structure and vehicle performance plough, brief introduction of snow removing parameters and operation effect.2 the structure of the snow removal device is determined by the comparison and analysis of the performances of various snow removal machinery. The structure and parameters of the front snow shovel and the roller brush are designed.Keywords: snow shovel; vibration wheel; snow; spreading mechanism; rolling roller scraping目录摘 要IAbstractII第1章绪论11.1 研究的目的及意义11.2 国内路面清雪设备的研究现状11.3 路面清雪技术的发展趋势2第2章 除雪装置部件设计52.1 冰雪的物理机械性质52.2 除雪装置前铲设计92.2.1 推雪铲设计112.2.2 独立避障装置设计132.3 破冰装置设计142.3.1 破冰装置设计142.4 主要参数的确定及计算实例152.5 撒布机设计16 2.6 油路设计172.6.1 液压系统组成与工作原理172.6.2 升降液压装置18图2-10 工作液压示意图第3章 相关计算19第3章 相关计算203.1 清雪铲受力分析203.1.1 除雪铲除雪阻力计算203.1.2 除雪铲行驶阻力计算203.1.3 除雪阻力、附着力和除雪功率的计算203.2 理论计算213.2.1 牵制除雪铲功率计算条件213.2.2 除雪阻力计算223.2.3 行驶阻力计算233.2.4 除雪阻力计算233.2.5 除雪功率计算243.3 车辆侧向稳定性分析243.4 除雪的除净率25结 论26致 谢27参考文献28II第1章 绪论1.1 研究的目的及意义冬季，道路积雪给人们的日常生活和交通运输带来许多困难，及时清除道路积雪，是冬季道路养护作业的一项重要内容。我国目前高速公路里程达到74100km居世界第二位，且3/4处于降雪和冰冻覆盖区。路面积雪，覆冰均对高速公路的通行和交通安全产生严重影响，由于封路，甚至造成的交通事故，都造成巨大的直接经济损失和不利的社会影响。由于目前我国清雪方法比较原始，主要是人工法，基本上是人海战术，不但浪费了较大的人力和物力，而且清雪的效率低，往往雪还没有被清理完，就被来往的车辆压实，又增加了清雪难度。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，寻找一种适合不用积雪路况的清雪装置是有着重要的意义。本设计适合我省实际情况的高速公路快速清除路面冰雪技术及应用工艺。采用现有的驱动装置与载体，以节约成本并且满足多用途的需要。该设计受铣刨机的启发，运用铣刨机中的铣刨鼓进行路面冰、雪的破碎，再用平地机一次性铲除，设计可有力保障高速公路的安全畅通，满足人民群众对交通安全快捷的出行要求，并且显著降低除冰、除雪成本，减少用盐量，保护环境，保护路侧植物，给驾驶员和行人提供一个畅通安全美好的通行环境。1.2 国内路面清雪设备的研究现状我国清雪技术的研发起步较晚，始于20世纪80年代后期，相关研究单位主要集中在东北、西北、华北地区，先后有几十种型号的除雪装置研制成功。几年来一些厂家参照国外先进技术，研发出适合我国清雪作业急需的梨板式和转子式除雪装置以及拖式撒盐车等车型，但与世界先进国家除雪装置发展相比，产品数量及性能差距较大，远不能满足道路清雪需求。经过二十多年来的探索和研究，我国的路面清雪技术和设备取得了和大的进步，但是从总体上看来，我国对路面清雪设备的研发和生产尚处于起步阶段，清雪设备的技术水平还比较落后，主要体现在以下几个方面：( 1 ) 技术水平低。清雪设备在结构设计、制造、设备使用管理和维护等方面都存在问题。( 2 ) 品种类型不全。目前，不少种类的路面清雪设备在我国还是一片空白，尤其是用于路面压实冰雪的大型设备。( 3 ) 避让功能不理想。我国现有的清雪设备大部分避障能力较差，常常因为避障不及时导致作业属具或者牵引主机的损坏。( 4 ) 对路面养护能力差。在作业路面凹凸不平时，除冰设备容易对路面造成破坏。1.3 路面清雪技术的发展趋势1.向小型化、高速化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。2.向多功能、一体化方向发展我国现阶段的除雪机械应该向多功能方向发展，除雪机械应能一机多用，以提高其使用率 如对现有的工程机械农业机械和环卫机械（装载机推土机拖拉机环卫机械清扫车等）进行技术改造，在冬季降雪时安装除雪工作装置进行除雪作业，其余时间可进行其他工程施工作业或道路清扫养护作业等。专用除雪机械应采用新技术，实现自动控制和自动保护功能，避免除雪装置损坏。3.向提高安全性、舒适性方面发展由于除雪机械的驾驶操作具有一定的危险性，因此要最大限度地减轻驾驶员的操作强度，提高除雪机械的可操作性能，研制自动控制系统，实现自动避让功能，避免机器和除雪装置损坏 同时还要注意改善驾驶员的工作条件，采取防噪声防尘等项措施，减轻驾驶室的振动，保持通风，使驾驶员在一个舒适的环境中工作。第2章 除雪装置部件设计2.1 冰雪的物理机械性质路面冰雪清除机械的行走机构以及清除冰雪的工作装置与路面上的冰雪相接触。冰雪的形成特性及其物理机械性质在相当大的程度上决定着清除路面上冰雪的方法，要研究行走机构和工作装置与冰雪的相互作用关系，首先要分析冰雪的物理机械性质。冰雪的基本特征之一是它的密度，其变化范围很大，如表2.1所示。硬度是雪的物理机械性质的主要指标之一，表示冰雪阻止其它物体压入的特性，其数值是根据它的密度和状态决定的，如表2.2所示。雪的硬度、密度和温度之间存在着如图2.1所示的关系，温度愈低，硬度愈高；密度愈大，硬度愈高4。后面对路面冰雪清除机的工作阻力以及牵引力进行计算时，需要知道雪的机械性质，表示雪的机械性质的指标通常是内外滑动摩擦系数、切削阻力系数、附着系数和行驶阻力系数。表2.1 雪的密度雪 的 状 态密 度（g/cm3）新下的雪落下30天的雪大于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 雪的硬度雪的状态雪的密度（g/cm3）当温度由-1-20OC时雪的硬度（kPa）松 软 的弱密实的密 实 的很密实的小于0.250.260.350.360.500.510.60小于506010021020003803000雪的摩擦性质决定于它的内外摩擦系数。根据雪的状态，它的内外摩擦系数分别列于表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 -100.1 0.2 0.30.4 0.450.500.100.0850.070.0550.0480.025 0.140.0970.080.0650.0480.0330.180.110.090.0750.0560.040对于路面冰雪的清除，人们曾尝试了各种清除原理和方案，这些原理和方案有的已在实际中使用，有的则还在探索和完善中。例如，对于清除未被压实的浮雪，犁式清雪机和转子式清雪机已在应用中，二者分别采用了推移和旋切的原理。对于被压实的雪、冰或冰雪混合物，采用的清除原理有铲剁、锤击、等，但这些方法经实验证明要么原理不完善，要么清除压实冰雪的效果不，有待于进一步完善。针对上述情况，本文尝试提出了一种对路面上压实的冰雪进行挤压、切削、破碎的技术原理。这一思想的来源可联想到金属切削加工，如铣床的铣刀切削加工金属件。根据这一思想，确定基本方案。首先选择一种汽车或自行式工程机械作为动力机。在我国，由于冬季降雪时间只占全年的三分之一，根据我国的经济发展状况，单独设计清除冰雪动力机一机一用，机械闲置时间太长，造成浪费。为此，本文以装载机为动力机来研究清除冰雪工作装置。根据对路面上压实的冰雪进行挤压、切削、破碎的基本思想，清除冰雪工作装置可以由托架、带有刀刃的碾压滚组成，能够与铲斗互换，冬季除冰雪时取下铲斗换上该装置，清除被压实了的冰雪，其他季节装上铲斗，实现装载机的多功能使用。作为动力机的装载机，我们可以选择现有的国产机型如ZL30、ZL40、ZL50装载机。 本文确定ZL40E装载机作为动力机进行分析研究和计算。根据对路面上压实的冰雪进行挤压、切削、破碎的基本思想，清除冰雪工作装置可以由托架、带有刀刃的碾压滚组成，能够与铲斗互换，冬季除冰雪时取下铲斗换上该装置，清除被压实了的冰雪，其他季节装上铲斗，实现装载机的多功能使用。表2.5 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的大粒冰雪形成密实的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表2.6 轮胎与冰雪路的附着系数雪 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作为动力机的装载机，我们可以选择现有的国产机型如ZL30、ZL40、ZL50装载机。 本文确定ZL40E装载机作为动力机进行分析研究和计算。其主要性能参数如下：额定斗容量（m3） 2.1 额定装载质量（） 4000整机操作质量（） 12500轴距（） 3020轮距（） 1980最大崛起力（kN） 136.0最大牵引力（kN） 110.5水平通过半径（mm） 6322转向半径（mm） 5686发动机型号 X6110ZG3-22 标定1h功率(kW) 113.9 额定转速（r/min） 2200行驶速度（km/h） :14.46 :46.35最大爬坡能力（） 30车体最大转向角（） 左、右各38本次设计基本方案如图2.2所示，由托架、带有刀刃的碾压滚组成的冰雪清除工作装置替换铲斗，碾压滚上的滚刀破冰，司机控制滑靴调节滚刀切入深度，以免损伤路面。表示雪的切削阻力的指标，一般是用切削阻力系数k0，它是切断横断面等于1的冰雪层所必需的力，k0的大小载入表2.5中。路面上积雪之后，大大地改变了路面的使用特性。对于冬季养护道路的机器进行牵引计算时，必须知道机器沿着各种冰雪路面行走时的滚动阻力系数和附着系数。2.2 除雪装置前铲设计前雪铲（又称前铲）是除雪车广泛配备的一种犁板式除雪工作装置，通过可拆卸固定联接方式安装于除雪车底盘前端。经分析，除雪车的最佳作业时机和最经济的除雪作业方式就是利用前雪铲清除刚下的新雪。常见的前铲铲板曲面有圆弧型、抛物线型、渐开线性等空间曲面，可对新雪、粉雪、粒雪、压雪、冰雪混合物等采用高速推进方式，利用曲面旋移原理清理路面积雪。前铲铲板空间曲面设计是前铲设计的核心内容。铲式清雪装置如图21所示： 1后托架；2前托架；3提升液压缸；4支杆；5摆动液压缸；6连杆；7铲体回位弹簧；8推雪铲；9避障装置回位弹簧；10铲刃图21 除雪车前铲结构示意图图21中10用于吸收部分冲击载荷，起到避障作用，7用于吸收较大载荷，并保证铲体紧贴地面；升降油缸3铰接于后托架与支架之间，负责提升及降落铲体；摆动油缸5铰接于或托架与铲体之间，用于控制推雪铲的左右摆动。摆动幅度控制在30左右。随除雪车的行进，积雪铲刃剥离地面并沿铲板曲面左螺旋外抛运动，积雪被推积到路面一侧。本设计整体装配图如下所示： 清雪铲相关参数：除雪宽度LB 除雪车工作时在行进方向上一次清除积雪的宽度，也就是除雪铲在除雪装置前进方向上的最小投影宽度。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。广场等空旷场所需要较大除雪宽度的除雪车，而交通路线上除雪车的除雪宽度一般不宜超过一个车道的宽度，避免除雪作业时阻碍交通。前铲除雪宽度的要求一般是前端（小端）应比同侧轮胎外缘宽出200mm，后端（大端）应比同侧轮胎外缘宽出400mm。铲体太宽将导致铲体质量过大，使前轮负荷增加，行驶稳定性降低；铲体过窄将使两侧积雪回落而被轮胎碾压，影响除雪效果。切削角 是行进方向上铲体与地面间的夹角。随着推雪铲的前进，具有一定切削角的铲刃在垂直力F的作用下，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端部排出。切削角的大小直接影响切削阻力的大小。具有一定粘性的雪在切削角较小时呈流动型，在切削角大时呈断裂型。切削角是铲刃的一个重要参数，直接影响切削阻力及切削刃强度。切削角太小使切削刃变薄、强度不足：但过大，切削阻力会显著增大。试验表明，切削角每增加10，抗切强度系数KQ增加10%20%，切削角在60左右时抗切强度系数KQ达到最大，切削角大于60后抗切强度系数KQ增加不明显。经验证明，前雪铲在清除新雪、粉雪、粒雪和冰水混合物时，切削角取值在2030范围内效果最理想。切削刃是易损件。由于积雪路面情况复杂多变，为避免铲刃局部受损而更换整个铲刃板，通常把铲刃设计成几块拼装的形式，采用螺栓旋转轴的方式连接到铲板上。行进角 指铲体长度方向与车辆行进方向所夹锐角。行进角与除雪阻力、排雪性能、推雪铲长度都有很大关系，行进角小，则除雪阻力小，且排雪性能好，但须有较长的铲体才能保证必需的除雪宽度LB；行进角大，铲体长度则可短些，但除雪阻力增大，排雪性能也将变差。其它参数 L为除雪铲宽度；HF为雪铲小端高度；HR为雪铲大端高度。2.2.1 推雪铲设计推雪铲的主要工作部分是切削刃和与其联接在一起的铲板。切削刃是直接切雪的零件，应有足够的耐磨性、强度、和刚度。切削刃是易损件，因此它与铲板之间设计为可拆分段联接。适宜的铲体自重利于大增大铲体作用于路面的线压力，因此除雪车并不刻意追求降低前铲的总质量，但必须考虑行车稳定性和所用载重车前后轴的承荷能力。通常情况下除雪车前铲推雪铲的质量限制在500800kg。材质选择时兼顾经济性除连接零件外大部分零件材质选择Q235钢。选取切削刃材料时除考虑耐磨性、韧性、经济性等因素外，须考虑工作温度对其物理特性的影响，一般选取65Mn调制钢。（1）推雪铲切削刃材质选取切削刃和与其连接在一起的铲板是推雪铲的主要工作部分。为了设计性能良好的推雪铲，必须对切削刃和铲板加以分析和认识。除雪车前雪铲主要应用于清除新降积雪，新降雪的密度随其结构、气象条件以及降雪气温的不同而变化，其密度值一般在20800kgm3之间。通过比较认为松土和积雪的物理机械性质较为接近，参考较为成熟的推土产切削刃设计理论可知，对于松土和积雪，一般认为切削角通常以55左右为宜。除雪车的前铲切削对象是新降积雪，同时除雪车为保护路面大多采用轮式行走机构，所能提供的最大牵引力较履带式行走机构小，而且工作速度要求较高，所以应尽量减小工作时的切削阻力。除雪车的工作路面较为平整，适应地形变化需要的后角可略小。因此综合考虑，推雪铲前铲刃切削角选择为30，并对其结构做相应调整，切削刃厚度取8mm左右即可。（2）前铲的铲板空间形状设计前铲的作业对象是密度较小、颗粒间结合松散的积雪，它采用高速推进曲面旋移的理论进行除雪（除雪车前铲作业速度为30kmh左右）。在高速犁板上，被除雪粒不会堆积成堆，而是紧贴犁板，做空间旋移运动。推雪铲铲板曲面空间形状直接影响被除颗粒的空间旋移轨迹，是除雪阻力、除雪效率等的重要影响因素。1.铲板铲形 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。在除雪过程中，如果推运和旋移积雪的阻力小，在一个旋移运动周期内抛射积雪的距离远，则标志其性能良好。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。随着现代制造工业的发展，制造工艺的改进，利用数控机床加工复杂空间曲面的技术日益成熟，为推雪铲曲面板的设计提供了技术保障。常用的铲板形状有圆弧形、抛物线形、类渐开线形、类渐开线形（如图22）其中抛物线和圆弧的形状很近似，两者的性能也很近似。 （1）圆弧型；（2）抛物线型；（3）类渐开线型；（4）类渐开线型图22 曲面板类型我们发现由于被除积雪的颗粒间结合力小，在高速铲的作用下被剥离后会紧贴铲板作旋移运动；而在推土铲作业时，当被切下的土屑呈层状沿曲面滚卷前进时，其切削性质和推雪铲工况相似。Grabotz和Grees利用三种曲面板对中等沙土（被切下的土屑呈层状沿曲面滚卷前进）做了对比试验。在其他因素相同的情况下，对比铲板类型对切削阻力的影响，实验数据如表2.1。表2.1 铲板类型对切削阻力的影响 铲板类型 抛物线型 类渐开线型 类渐开线型 切削阻力（KN） 28.5 25 25.4通过数据分析，并考虑到清除积雪的实际工况。推雪铲的铲板选用类渐开线型铲板最为合适。2.铲板宽度 除雪车前铲常以固定的行进角进行除雪作业。行进角是铲板长度方向与车辆行进方向所夹的锐角，进行角与除雪阻力、排雪性能、推雪铲长度都有很大关系。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。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： B = Fe / qx （2-1）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20100Ncm即可满足工作要求。3.铲板（装铲刃后）高度 可根据设计时的除雪车整体结构、除雪能力、除雪生产率、除雪车额定功率等条件，估算推雪铲大概高度，再进行调整。本设计使用的底盘车辆型号为CAG110/125，采用类渐开线型铲板，小端设计高度初定为920mm，大端高度初定为1100mm。2.2.2 独立避障装置设计我国公路及城市道路的路况级城市道路的路况普遍已有很大的改善，但仍有相当里程的路段路况较差，突出表现在路面平整度低和局部损坏（如裂缝、变形、崩解、错台、沉陷、脱皮、麻面等）另外除雪作业还可能遇到一些路面障碍物（如凸台、井盖、道钉、分界线反光块、坑槽等）。如不采取障碍避让措施，则将造成除雪设备或路面设施的损坏，甚至会威胁到驾驶人员的人身安全。因此除雪装置要设有功能良好的弹性避让装置。本文采用机械式避障机构，实现被动避障。机械避障装置是一种被动的避障装置，前铲除雪作业在避障是虽然不必中断除雪作业，但应该减速慢行。本文设计采用平行四边形机构避障装置。其显著的特点：一是：两连杆以相同速度同向转动；二是：连杆作平面运动。根据作业需要，跨越障碍物高度不少于150mm，并且水平回转角度在35，因此根据几何性质，可以初步计算出两连杆的长度为262mm。平行四边形机构是通过铲体的运动实现缓冲和避让。其优势是避让效果明显、越障高度较大，环境适应性强，因此应用也较广泛。为尽量减少避障时的积雪遗漏，铲刃在越过障碍物后应迅速回位进行正常的除雪作业。平行四边形机构考虑到铲体在工作时会对铲刃造成损伤及破坏，需要更换的原因，所以铲刃本设计为铲体与铲刃分离设计如图23所示。1-弹簧支架；2-连接销；3-主铲体；4-连接销；5-独立铲刃图23 避障铲刃2.3 破冰装置设计路面破冰装置设计，本实用新型为了解决现有的破冰装置采用皮带传动，在除冰过程中因振动易发生皮带滑落的问题，影响除冰效率的问题。本实用新型的支架与双缸农用拖拉机固定连接，防护围墙围设在支架的外沿，两根支撑杆并列设置，支撑梁的一端与双缸农用拖拉机连接，支撑梁的另一端向上倾斜设置并与连杆的上端连接，连杆的下端与设置在支架上的减速器连接，万向轴的一端与减速器连接，万向轴的另一端与双缸农用拖拉机连接，连接板设置在减速器的正下方，连接板与减速器的输出轴固定连接，两个减震器分别设置在减速器输出轴两侧的连接板上，转动轴设置在连接板上，转动轴的两端分别固定设有一个破冰齿。本实用新型用于路面破冰。2.3.1 破冰装置设计铲刀前面作用在冰雪层上的力有法向力Fan和摩擦阻力Faf,该二力的合力Fa在x、y方向分解为Fax和Fay,Fax与铲刀前进方向一致,起挤压路面冰雪层的作用,Fay起使其与路面剪切分离的作用,与铲刀前进方向垂直,使与路面分离的冰雪产生张力,并在内部产生弯曲应力而脆断。如图所示为破冰装置的设计：设计铲刀时,必须使其满足一定的切削性能和力学性能的要求,减少切削阻力和铲刃磨损,降低能量消耗,延长铲刃的使用寿命,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,破冰辊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。 破冰辊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。2.4 主要参数的确定及计算实例(1)取车速v0=10km/h。(2)刀具所在圆周直径取D=500mm时,结构上允许其圆上分布Z=14个刀片。(3)据人工除雪经验,两次敲击的间距h40mm 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n=29716r/min。(5)刀具对地面的敲击力度可用动量来表示:P刀=mv。 (2)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m=2kg;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v=5m/s,代入式(2),则P刀=25=10kgm/s。(6)人力除雪时,设铁锹对地面的作用力F=100N,m=2kg的铁锹经s=250mm距离撞击地面,其加 速度和作用时间分别为a=50m/s2 ,t=011s,则撞击速度v=at=5m/s。那么人工除雪铁锹对路面的作用力度为:P人=mv=10kgm/s。经上述计算说明辊刀对地面作用力与人力相仿。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小于或等于人工除雪,或者使其在某一合适的范围。2.5 撒布机设计撒布机主要主要技术参数设计： 1.料仓容积： 10立方米； 2.撒布宽度： 2-12米； 3.撒布剂量(盐、融雪剂不含沙土)：0-40克平方米，宽度2-12米。主要技术特点： 1.设备的结构件具备优良的强度及耐腐蚀性，符合在恶劣的环境下工作的要求； 2.采用高轻度刚，耐腐蚀等特点，并且重量轻； 3.比例阀、电动送料马达及电动撒布盘马达等关键部件采用高标准原装件； 4.非对称撒布等技术使除雪作业智能化，精细化。主要特点介绍： 1.拆装方便 灵活拆卸，需起吊装置；拆卸部件亦是撒布机支架；卸下撒布机后，底盘车也可以做他用，提高底盘使用效率。 2.对称撒布 车辆在任意车道作业时保证融雪剂不撒入绿色隔离带内，并使融雪剂在路面撒布均匀。 3.个性化设计 如发生编织袋缠绕、出料堵塞可方便的打开杂物取出，而无需将料仓卸空。 4.机后端配有梯子：方便操作人员上下启闭防雨罩及设备维护。2.6 油路设计2.6.1 液压系统组成与工作原理本文多功能型除雪装置液压系统（如图2-8所示）由升降液压装置和工作液压装置组成。1-扫雪排液压马达；2-四联泵；3-液压表及开关；4-溢流阀；5-雪铲摆动油缸；6-撒布机升降油缸；7-雪铲升降油缸；8-扫雪排升降油缸；9-多多路换向阀图 2-8 液压管路布置图2.6.2 升降液压装置升降液压装置由液压油箱、升降液压油泵、多路换向阀、油缸、吸油过滤器、管路等元件组成，工作原理如图2-9所示。1-吸油过滤器；2-溢流阀；3-管路；4-升降液压油泵；5-多路换向阀；6-油缸图2-9升降液压示意图工作液压装置由液压油箱、四联液压油泵、溢流阀、摆线液压马达、吸油过滤器、管路等元件组成，工作原理如图2-10所示。1-吸油过滤器；2-溢流阀；3-四联液压油泵；4-摆线液压马达；5-回油过滤器图2-10 工作液压示意图第3章 相关计算3.1 清雪铲受力分析犁式除雪铲在进行除雪作业时所受到的总阻力称为除雪阻力。除雪阻力包括作业时除雪犁所受到的雪阻力与车辆行走阻力两部分。3.1.1 除雪铲除雪阻力计算 Fp = Ff + Fc + Fa （3-1） 式中：Ff 铲刃与路面间的滑动摩擦阻力； Fc 分离积雪的切削阻力； Fa 将积雪沿铲面抛出时雪对铲的作用力。3.1.2 除雪铲行驶阻力计算 Fm = Fa + Fr + Fi + Fb （3-2） 式中：Fa 空气阻力； Fr 滚动阻力； Fi 上坡阻力； Fb 加速阻力。式（3-2）只计算了进行方向的阻力，实际还有侧向空气阻力，曲线行驶时的转弯阻力等，这些影响甚小，一般忽略不计。3.1.3 除雪阻力、附着力和除雪功率的计算除雪作业总阻力Fs是由阻力和车辆的行驶阻力合成的。Fs可分解为行进方向分力：Fsx=Fpx+Fm ，侧向分力：Fsy=Fpy ，垂直分力：Fsz=Fpz 。切线牵引力Fk指的是在牵引力原件作用下地面产生的作用于行走机构的最大切线牵引力FkmaxFsx。除雪功率P = Fsx式中：Fsx行进方向的除雪阻力； 行驶速度； 传动效率。3.2 理论计算3.2.1 牵制除雪铲功率计算条件除雪宽3.8m 除雪深0.15m 除雪断面积S=3.80.15=0.57m 积雪密度=300kgm 进行速度=30kmh 车辆总质量Mc=12705kg 进行角=6 铲刃切削角=30 空气阻力系数a=0.00275 刃口与路面摩擦系数f=0.45 滚动阻力系数r=0.046 轮胎与路面附着系数=0.35 车辆正面投影面积A=21m 动力传动效率=0.85 铲体质量Mp=500kg 除雪车功率221KW 道路坡度e=0 抗段应力=0除雪车作业速度为1020Km/h时， Fpx = gfMp + spv2(1 + 0.73sin2- 0.33cos2) Fpy = 1.06spv2sincos （33） Fpz = gMp除雪车作业速度为2040Km/h时， Fpx = gfMp + spv2(1 + 0.18sin2- 0.45cos2) Fpy = 0.72spv2sincos （34） Fpz = gMp式中 f 铲刃与积雪路面的摩擦系数 Mp 前雪铲质量，kg； S 浮雪层与前雪铲接触面积在除雪车前进方向上的投影面积，m2 除雪车作业速度，m/s， 除雪密度，kg/m3 K 前雪铲刃口形状系数，K = 1 g 重力加速度，9.8m/s2。前雪铲铲刃在除雪作业时，在地面与铲刃之间有残余积雪。参考机械特性，钢质材料与压实雪的摩擦系数为0.090.14，钢质材料与沥青混凝土的摩擦系数为0.250.5。因为除雪作业路面情况比较复杂，在除雪作业过程中，各种摩擦情况都会随机出现，没有规律性。考虑到积雪的润滑作用，f取值范围一般为0.100.45。这里保证除雪作业总能正常进行，在计算中摩擦系数f取值为最大值0.45。3.2.2 除雪阻力计算多功能型路面除雪装置的前铲结构为单项犁板式，其除雪阻力Fsx为除雪作业时所受到的雪阻力 Fp与车辆行驶阻力Fm之和。多功能除雪装置工作时，升降油缸处于浮动状态，前雪铲依靠自重贴于地面，利用除雪车前进的动力将浮雪剥离路面，利用车辆速度和铲板空间形状使被除积雪作螺旋外抛运动，抛向右侧。因此雪铲本身质量、铲体与路面的摩擦系数、铲刃与路面的夹角、铲刃形状、铲体水平摆角、除雪作业宽度、除雪作业速度、浮雪密度、浮雪厚度等因素与雪阻力计算关系密切。同时，浮雪的平均抗剪应力亦对雪阻力计算产生一定影响。通常情况下，由于浮雪的抗剪应力相对较小，在计算雪阻力时一般对其忽略不计。除雪作业速度直接影响除雪作业效率。正常除雪作业速度范围为1040kmh。研究结果表明，在1040kmh速度内，除雪作业速度对雪阻力的影响呈分散的两区域性在1020kmh速度和2040kmh速度，不同速度对雪阻力的影响系数不同。根据速度影响系数，建立如下雪阻力各项分力计算分析数学模型：除雪车作业速度为1020kmh时，前雪铲的行进角取值为6，雪密度变化分为很大，参照第二章介绍选取积雪密度为20800kgm,通常在理论计算时取其最大数值。前雪铲在前进方向上投影宽度为3.8m，最大除雪深度0.8m，因此，前雪铲雪阻力计算公式中S =3.04m。根据前雪铲总体结构及材料特性，计算得到前雪铲质量为750kg。根据公式（3-3）、（3-4）及上述计算参数分析，得到如下计算结果：除雪车作业速度为1020kmh时，雪阻力的各项分力为 Fpx = 23908.789019.8N Fyk = 6799.927199.6N Fpz = 4900N除雪车作业速度为2040kmh时，雪阻力的各项分力为 Fpx = 61964.3239037.0N Fpy = 18475.273900.8N Fpz = 4900N设计提出的额定工况（以30kmh的除雪速度，清除厚0.4m、密度为300kgm的浮雪）下，雪阻力的各项分力为：Fpx = 27.27；Fpy = 7.79；Fpz = 4.90。Fpx方向与除雪车前进方向相反并与路面平行，对除雪车作业产生阻力，完全依赖于轮胎与路面产生的驱动力克服，消耗发动机功率。因为前雪铲向右侧排雪，Fpy方向与X方向垂直并指向前进方向的左侧，Fpy将对除雪车的侧向稳定产生影响。前雪铲安装在底盘的前部，过大的Fpy将造成除雪车尾部偏转而无法正常除雪作业，甚至发生严重的事故。Fpz对除雪车正常工作影响不大。3.2.3 行驶阻力计算车辆行驶阻力经验计算公式为： Fm = g( aAv2 + rM ) （35）式中：a 空气阻力系数，平头型车辆a=0.00275 除雪车作业速度，km/h ； A 除雪车正面投影面积，m； r 滚动阻力系数；积雪路面与防滑轮胎间r=0.0189+0.000601v； Mc 装配前雪铲后的铲雪车质量（无配重），kg； g 重力加速度，9.8kg/m2。多功能路面除雪装置动力车位解放平头自卸车，装配上前雪铲后，除雪车质量为12705kg正面投影面积为21m。因此，根据公式（35）计算得到除雪车作业速度为102040km/h时，行驶阻力为：Fm = 1748.72233.63340.2N设计提出的额定工况（ 以30km/h的除雪速度，除雪厚0.4m、密度为300 kg/m3的浮雪）下：Fm = 2764.1N3.2.4 除雪阻力计算除雪阻力Fsx为雪阻力在X方向上的分力Fpx与行驶阻力Fm的代数和。根据上述计算结果，可以得到不同作业速度条件下的除雪阻力。除雪作业速度为1020km/h时，最大除雪阻力（除雪宽度3.0m深度0.8m时）为：Fsx = 25.6690.85KN除雪车作业速度为2040km/h时，最大除雪阻力（除雪宽度3.0m深度0.8m时）为：Fsx = 63.79241.13KN设计提出的额定工况（30km/h的除雪速度，除雪宽度3.0m、清除厚度0.4m、密度为300 kg/m3的浮雪）下：Fsx = 29.55KN滚刷电机选择：由于速不宜过高或过低，一般推荐v=525m/s，最高带速vmax30m/s。本设计定转速为20m/s。由以上相关不同工况的除雪阻力及滚刷工作转速，选择电机为Y90S-4，额定功率1.1kw，转速1400r/min。3.2.5 除雪功率计算除雪作业消耗的功率P为： P = FSXv / （36）式中：P 除雪功率，KW； FSX行进方向的除雪阻力，KN； v 除雪车作业速度，m/s； 传动效率，机械传动取=0.85.按照设计要求，额定工况是以30km/h速度进行除雪作业，清除厚度0.4m、密度300 kg/m3的浮雪，此时，除雪阻力FSX = 28.32KN，除雪功率P =277.6KW。多功能除雪装置发动机额定发动机功率为221KW。通过计算发现发动机功率不能满足假设的额定工况除雪作业要求。应考虑改用发动机功率较大的同类车型，或降低额定除雪作业速度要求。通过计算可知除雪作业速度为20km/h，除雪厚0.4m、密度为300kg/m3的浮雪时，除雪功率为138.9KW，除雪车可以正常除雪作业。3.3 车辆侧向稳定性分析除雪车在除雪作业时受到前进方向的分力外，同时受到侧向力作用。路面与轮胎摩擦产生的附着力F在提供车辆前进推力的同时抵抗车辆的侧向滑移。根据这两的形式特性，多功能路面除雪装置在除雪作业过程中最有可能出现的侧向滑移是以前轮为支点的车尾摆动。若对其侧向摆动进行简化处理，即假定轮胎所产生的侧向抵抗力按照前轮承受1/3、后轮承受2/3核算，假定侧摆支撑点为前轮，则有如下判别模型：除雪作业速度为1020km/h时，5.088hpv2sincos2.4g( M + M )- Mp （37）除雪车作业速度为2040km/h时3.456hpv2sincos2.4g( M + M )- Mp （38）（37）、（38）式中：h 除雪厚度，m。多功能路面除雪装置在没有配重的条件下，积雪路面所能生产的最大附着力为16.130.0KN；使用配重时，积雪路面所能产生的最大附着力为45.381.5KN。除雪作业速度为1020km/h时，受到的侧向分力为6.827.2KN，除雪车满足侧向平衡要求；当除雪作业速度为2040km/h时，受到的侧向分力为18.573.9KN，在不使用配重的情况下，部分作业速度范围满足侧向稳定要求，为保证除雪车能正常作业不发生侧滑，当除雪车作业以告诉清除厚积雪时应合理使用配重。设计提出的额定作业工况（以30km/h的除雪速度，清除厚0.4m、密度为300kg/m3的浮雪）下，受到的侧向分力为15.58KN，在不使用配重的情况下能满足侧向稳定性要求。3.4 除雪的除净率除雪机的除净率以残雪量表示,有的以除净面积与应清除面积之比表示。影响除净率的因素,除了机器本身的结构之外,主要是道路的路面质量。虽然城市内主要干线都是一级路面标准,实际上黑色路面经过夏季高温,难免会出现凹凸不平的状况,路面不平,自然会影响机器的除净效率。我们在进行机器设计时,必须考虑如何适应外部条件,提高机器的自身质量。结 论本设计受铣刨机的启发，运用铣刨机中的铣刨鼓进行路面冰、雪的破碎，再用平地机一次性铲除，设计可有力保障高速公路的安全畅通，满足人民群众对交通安全快捷的出行要求，根据对路面上压实的冰雪进行挤压、切削、破碎的基本思想，分析和研究了路面冰雪清除的机理和方案，对样机进行了理论分析，整机匹配分析，结构设计计算等工作。通过大量理论分析研究和试验研究主要得出以下结论：(1) 根据路面冰雪的物理机械性质，提出了对路面上压实冰雪进行挤压、切削、破碎的技术思想，研究结果表明，这一技术原理和思路是正确的。(2) 本文以ZL40E装载机为动力机，配以碾压滚为清除冰雪工作装置，利用挤压、切削实现对压实冰雪的破碎和清除，可以达到了较理想的清除冰雪效果。(
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