【液压清雪装置设计计算与校核过程案例2900字】

-3-液压清雪装置设计计算与校核过程案例综述1.1力矩计算1.1.1搅龙力矩计算已知宽度=1800mm，除雪厚度=0.2m，积雪密度为=250kg/cm3，清雪装置的作业速度为=8m/s，搅龙的直径=720mm，工作转速=200r/min。则搅龙圆周线速度(1.1)根据经验公式(1.2)式中，为搅龙叶片所受的雪阻力；为比阻。同时比阻与除雪速度还有如下关系(1.3)因此可求得=5将此结果带入式(1.2)，最终可求得=4410N。则搅龙的功率为(1.4)同时因为(1.5)式中，为搅龙叶片的阻力矩。则1.1.2扬雪叶轮力矩计算按照能量方程，离心功率为(1.6)式中，为旋转部件的质量，在计算中取200kg；为单位时间除雪量，取2.88m3/s；为抛雪筒高度，计算中取为2m。则有又因为公式(1.7)式中，为扬雪叶轮的转速，取为750r/min；为扬雪叶轮的力矩。带入相关数值可以求得1.2搅龙叶片的设计搅龙叶片是组成液压清雪装置结构的十分主要的部分，它影响整个清雪装置的清雪效果和清雪效率。两个螺旋搅龙叶片的方向应该相反，这样当螺旋轴旋转时，雪就可以收集到中心，所以在安装螺旋搅龙叶片时会更麻烦。有必要设计螺旋搅龙叶片的功率输入和各种尺寸参数。螺距：每两两相邻的叶片上相同点之间的距离；叶片内经：搅龙轴的外径；叶片外径：根据设计计算得出。搅龙叶片是易损件，当叶片的磨损十分严重后会影响整个液压清雪装置的运转和工作，因此需要将叶片设计成能够互相替换或者能够快速换装的结构，这样就能延长螺旋轴的使用寿命，而不是在搅龙叶片受损十分严重时将整个搅龙叶片带轴一起扔掉。但是叶片的磨损程度都不尽相同，一般都是靠近中间的叶片工作时间最长，并且与积雪的接触面积和时间最多，因此只需要经常更换靠近中端的叶片，偶尔更换其他的叶片就能保证集雪的正常运转。这样可以节约很多成本，较为环保。搅龙叶片的尺寸可以通过计算得出：在本次的设计中可以设计成，，。搅龙叶片的结构如图1.1所示。通过以下公式计算搅龙叶片的尺寸。外螺旋线长(1.13)内螺旋线长(1.14)叶片高(1.15)叶片展开口径(1.16)切口角度(1.17)切口弦长(1.18)图1.1搅龙叶片1.3轴的校核为了保证整个液压清雪装置的正常运转，需要对关键元件进行校核，由于搅龙轴担任了集雪的主要工作，需要对它进行校核。该轴的转速从搅龙马达传到轴，传动效率为0.92，转速为200r/min。1.搅龙轴的功率和转矩由搅龙轴的功率和效率得(1.19)由轴上的功率和转速得(1.20)2.求作用在轴端的力已得轴端的分度圆直径为d1=72mm，=2/d1=240415/72=1122.64N(1.21)(1.22)1.求轴上的载荷(1.23)(1.24)(1.25)(1.26)又因为(1.27)由计算可知，轴端的位置为危险截面，需要进行进一步的校核，计算其，，，其数值如表1.6所示：表1.6，，的计算数值载荷水平面H垂直面V支反力=560N，=562N=30N，=32N弯矩=28000N·mm=18000N·mm总弯矩扭矩4.校核轴的强度查表后可以取：=0.6，则轴上的应力为===0.99MPa(1.28)此轴的材料可以选取为45钢，并在查表后可以得知该轴的[]=60Mpa,因此＜[]，因此此轴是安全的。1.4轴承的校核和润滑方式的选择1.4.1轴承寿命计算搅龙轴的输入功率，有轴的地方就需要轴承，根据传动轴的实际情况，可以选择深沟球轴承，并进行轴承的寿命校核，其中轴承的设计寿命为。由轴的校核可得：转矩，圆周力，径向力1．计算轴承承受的径向载荷和承受轴系部件的空间力系统分为两个平面力系:垂直平面(如图1.2所示)和水平平面(如图1.3所示)。图1.2图1.3由受力分析可知：水平支反力为====2205N(1.29)垂直支反力为====1347.2N(1.30)合成支反力为=(1.31)=(1.32)分析可知在轴承的轴向上并没有受力，故。2．计算轴承的当量动载荷和因为＜并且＜查表可得式中、均大于0。对于轴承1：，=0对于轴承2：，=03．校核轴承的寿命分析轴承的工作环境，属于轻微冲击，查表后可以取=1.1。则(1.33)(1.34)因为=，所以两个轴承的寿命是一样的。只有一次计算就足够了，查表可知深沟球轴承的=，深沟球轴承的基本额定动载荷额定值为C=19.5kN,则轴承的寿命为：＞(1.25)故深沟球轴承的使用寿命能够满足设计要求。1.4.2润滑方式的选择在本设计所涉及的轴承中，对于其他轴承，由于转速不高，故采用润滑脂润滑。其中搅龙轴上的两个深沟球轴承6048的转速最高，因此只计算此对深沟球轴承的dn值。滚动轴承常用的润滑方式有油润滑及脂润滑。轴承的润滑方式的具体选用需要根据滚动轴承的dn值来选择。查表可以知道深沟球轴承6048的内径d=40mm，搅龙轴的转速n=200r/min，查表可知适用于深沟球轴承脂润滑的dn值界限是16×104。对于此对深沟球轴承来说dn=40mm×200r/min=8×103＜16×104。故该深沟球轴承可以采用脂润滑。1.5抛雪叶轮简述抛雪叶轮的叶片形状目前大致可以分为三种不同的形式，比如平板型和机翼型。其中，平板型形状的叶片，其制作形式简单，成本较低，适合大部分情况的使用，但由于其具有较差的流动特性，导致平板形状的叶片与其他两类相比，除去其效率分布图中的最高效率点明显低于其他两类外，在其效率分布图中其他位置的效率都与其他两类的效率十分接近。机翼型形状的叶片具有十分好的空气动力学的特性。但是它的制造工艺麻烦，并且当输送砂石比较多的气体会很容易损坏。因此，在现有的除雪装置中，使用平板型叶片的抛雪叶轮较多。抛雪叶轮的常用材料有铸铁，青铜，不锈钢及陶瓷之类的非金属材料。本设计的液压清雪装置选择的抛雪叶轮材料为铸铁。液压清雪装置工作时，抛雪叶轮需要与空气、雪、水等长期接触，因此需要在抛雪叶轮的表面涂上防腐、防锈材料。非晶镀镍-磷(Ni-P)合金是近年来用于金属表面的一种更好且更常用的防腐防锈方法。该方法可以大大提高抛雪叶轮的耐腐蚀性。1.6扬雪机构参数分析1.6.1扬雪距离的计算扬雪筒的大致结构如图1.4所示。图1.4扬雪筒(1)雪被抛出扬雪筒时的速度根据情况假定抛雪叶轮末端的雪以速度离开抛雪叶轮然后进入扬雪筒内，最后以速度离开扬雪筒，则以计算扬雪的距离。速度和分别为:{(1.26)式中，为抛雪叶轮的转速，的取值范围为1600~2000r/min；为抛雪叶轮叶片的半径，取=0.2m；为扬雪筒的高度，=2m;；为雪的能量损失系数，取=0.2。(2)雪被抛出的距离作为扬雪装置的主要性能指标之一，抛雪的距离受到很多其他因素的影响，，是最主要的一个影响因素，当不变时，抛雪的距离的大小还受到风力的大小、雪的密度和形状等因素的影响，图1.5是模拟的被抛积雪的运动轨迹。在实际分析中，雪受螺旋搅龙叶片的旋转和抛雪叶轮的压缩影响，并且大部分呈颗粒、粉末或团簇的形状，在空中的运动速度不是特别快。雪的运动阻力可以认为是空气流体造成的。阻力的大小表示为：(1.27)式中，为积雪在运动时受到的阻力，N；为阻力系数。图1.5被抛出积雪的运动轨迹把扬雪筒的出口设置为坐标系原点，这样我们就能得到一个如图1.5所示的空间坐标系，由牛顿的第二定律可知:{(1.28)在扬雪筒出口处，当=0时，0=0=0，'=cos,"=sin，其中是积雪在扬雪筒出口处的抛雪角度，可以得到:{(1.29)阻力系数一般都是由实验得到，在没有实验的情况下，液压清雪装置中的积雪可以近似为一个球体，根据斯托克斯阻力定律可知，在流体中运动的球体，其粘滞系数为，阻力为(1.30)式中,为被近似认为是球体的积雪的半径，取=0.02m；为空气的粘滞系数，=0.0016P。设，则，又因为，为雪球的密度，可得到:(1.31)将式(1.29)展开成级数得到:{(1.32)令公式中的y=0，因为的值非常小，所