除雪機(jī) 小型清雪機(jī) 道路除雪除冰機(jī) 除雪機(jī)械設(shè)計(jì)攻關(guān)總結(jié)

裝訂線 道路除雪除冰機(jī)械研發(fā)技術(shù)課題和攻關(guān)總結(jié)河北五星電力設(shè)備有限公司特推出仿人力 智能除冰機(jī)械。智能機(jī)械除冰稿系統(tǒng)，除 冰效果極佳，屬全國(guó)首創(chuàng)，螺旋導(dǎo)向清理 冰雪，自動(dòng)將冰雪清理至清掃車一側(cè)；螺 旋導(dǎo)向高強(qiáng)掃輪清掃浮雪并自動(dòng)將浮雪清 掃至清掃車一側(cè)；駕駛員可通過觀察、控 制除冰鎬工作情況和除冰雪效果；機(jī)械除 冰鎬易磨損的鎬刃置換十分方便，并且成 本低廉，多功能化設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)除冰、清雪、 掃雪于一體，夏季可將整機(jī)前部拆下并十 分方便的將裝載機(jī)斗安裝上，可做為裝載 機(jī)使用，體現(xiàn)整機(jī)設(shè)計(jì)巧妙，利用價(jià)值高， 解決了一般清雪機(jī)的單一性。本產(chǎn)品全新 理念設(shè)計(jì)，功能卓越，已獲得國(guó)家多項(xiàng)專 利。是根據(jù)國(guó)際和國(guó)內(nèi)的最新形勢(shì)和市場(chǎng)需求而確定的研究課題。對(duì)實(shí)際的生產(chǎn)和生活有很大的實(shí)際意義。是隸屬于國(guó)家攻關(guān)課題-多功能鏟雪車研制的一部分。1.1.2 本次設(shè)計(jì)研究目的中國(guó)北方大部分地區(qū),每年有35個(gè)月的降雪期,道路積雪給交通運(yùn)輸及人民日常生活帶來許多困難,有時(shí)甚至阻斷交通。近幾年來高等級(jí)公路里程不斷增加,及時(shí)有效地清除路面積雪已成為亟待解決、刻不容緩的問題,這對(duì)于提高車輛的運(yùn)輸效率、避免重大交通事故的發(fā)生,具有很大的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。目前,國(guó)內(nèi)除雪作業(yè)多由人工或其它代用機(jī)械完成,其勞動(dòng)強(qiáng)度大,作業(yè)效率低。進(jìn)口外國(guó)先進(jìn)的除雪設(shè)備,造價(jià)高且不適合中國(guó)國(guó)情;而用其它的代用機(jī)械如平地機(jī)進(jìn)行除雪作業(yè),則又浪費(fèi)實(shí)用設(shè)備且對(duì)路面具有破壞性。所以,盡快開發(fā)出適合中國(guó)國(guó)情的低成本、高效率、且宜大面積推廣應(yīng)用的除雪設(shè)備,是一項(xiàng)艱巨而緊迫的任務(wù)。1.1.3 本次設(shè)計(jì)研究的意義我國(guó)北方大部分地區(qū),每年有很長(zhǎng)的降雪期,道路積雪給交通運(yùn)輸及人民日常生活帶來許多不便。尤其凍結(jié)在道路上的積雪與薄冰,采用傳統(tǒng)除雪機(jī)用推刮的辦法無法清除,為此不得不耗費(fèi)大量人力物力進(jìn)行人工鏟除。采用機(jī)械方法清除是一項(xiàng)急需解決的難題。就目前國(guó)內(nèi)除雪機(jī)械來看,大多數(shù)功能單一,或只能清除積雪、或只能破除積冰1。國(guó)外的除雪機(jī)功能較全,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,造價(jià)昂貴,且大多不適合國(guó)內(nèi)的道路狀況。因此開發(fā)研制適合我國(guó)道路情況的集破冰除雪于一機(jī)的設(shè)備,具有十分重大的意義。國(guó)外的除雪機(jī)功能較全,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,造價(jià)昂貴,且大多不適合國(guó)內(nèi)的道路狀況。因此開發(fā)研制適合我國(guó)道路情況的集破冰除雪于一機(jī)的設(shè)備,同樣具有十分重大的意義。1.1.4 有關(guān)清雪機(jī)國(guó)內(nèi)外研究概況(1) 有關(guān)清雪機(jī)國(guó)內(nèi)外研究概況目前，世界各個(gè)國(guó)家除冰雪的方法中，應(yīng)用最普遍的是溶解法和機(jī)械法。溶解法是依靠熱作用或撒部化學(xué)藥劑使冰雪融化。其優(yōu)點(diǎn)是除凈率高，但是它的成本很高。而且容易造成環(huán)境污染。雖然環(huán)保型融雪藥劑已經(jīng)問世，對(duì)環(huán)境和植被的影響減少了，但是并未徹底根除。因此使用范圍受到一定限制。機(jī)械法是通過機(jī)械作用直接作用解除冰雪危害。雖然除凈率較低，但是對(duì)環(huán)境和植被無任何影響。能實(shí)現(xiàn)冰雪的異地轉(zhuǎn)移。應(yīng)用范圍比較廣。因此，筆者認(rèn)為：清除冰雪必須以機(jī)械法為主，以溶解法為輔助，才能達(dá)到快速和環(huán)保的除雪效果。我國(guó)對(duì)除雪機(jī)械的開發(fā)、生產(chǎn)都比較晚，因此還處于起步階段。目前，我國(guó)的城市道路和公路冬季除雪大部分仍沿用傳統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)方式，即人工作業(yè)和小型的除雪機(jī)械相結(jié)合的方式。高速公路和一級(jí)公路開始使用大型專用除雪機(jī)械，進(jìn)行冬季養(yǎng)護(hù)。但是，除雪機(jī)械在數(shù)量和品種規(guī)格上還很少，所以除雪設(shè)備大部分依賴進(jìn)口。機(jī)械化程度和總體水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國(guó)家。只是最近幾年國(guó)內(nèi)的廠家才參照國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)研制了適合我國(guó)國(guó)情的除雪機(jī)械。綜觀國(guó)內(nèi)外的除雪機(jī)械，其類型總的來說有三種類型：1) 犁式除雪機(jī)犁式除雪機(jī)的工作裝置一般安裝在主機(jī)的前端，是所有除雪機(jī)中應(yīng)用最為廣泛、起源最早的除雪設(shè)備。主要使用于未被壓實(shí)的新降集雪，其厚度為300mm以下。犁板有整體式和分段式，有V型犁和U型犁之分。其特點(diǎn)是：多數(shù)采用了雙搖桿機(jī)構(gòu)，避讓效果明顯，越障高度較大，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可以在硬質(zhì)雪區(qū)工作。有的還增加了滑靴和滾輪等裝置，用來減少或消除鏟刃對(duì)地面的作用力，保護(hù)了地面，減少了刀刃的磨損。具體類型有： 單向犁-除雪犁以固定角度裝在除雪車前部。 V型犁-主要結(jié)構(gòu)和工作原理與單向犁相同，只是結(jié)構(gòu)呈左右對(duì)稱，形成V形。 變角度犁-指犁的排雪方向和行進(jìn)角度可以改變的除雪機(jī)械。 復(fù)合犁-又叫鉸接雪犁，采用兩翼結(jié)構(gòu)，中間垂直鉸鏈可以自由改變形狀，形成單向犁、V型犁、變角度犁等犁形。比較典型的產(chǎn)品有：徐州裝載機(jī)長(zhǎng)的專利產(chǎn)品-調(diào)壓自動(dòng)越障式除雪裝置。鄭工、柳工和沈陽(yáng)山河等廠家生產(chǎn)的ZL50型除雪機(jī)。由于該類除雪機(jī)械擁有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能可靠、價(jià)格低廉等特性，因此受到廣大用戶的認(rèn)可，得以廣泛的使用。2) 旋切式除雪機(jī)械旋切式除雪機(jī)械工作方式為自行式和懸掛式兩種。主要有離心式物料風(fēng)機(jī)、風(fēng)道、拋雪筒、護(hù)板和螺旋型集雪器等部分組成。結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜。工作時(shí)借助主機(jī)或者專用底盤的動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，將集雪器聚攏的雪由風(fēng)道、拋雪筒拋出去。拋出距離和角度可以根據(jù)需要自己調(diào)整。在清除雪障時(shí)旋切式除雪機(jī)械有明顯的優(yōu)勢(shì)。但是無法清除壓實(shí)的積雪。具體類型有： 螺旋式-螺旋軸鼓上的葉片呈左右旋向，左右旋向的葉片在軸線中部結(jié)合形成U形拋雪槽，U形拋雪槽低部稍微向后傾斜，內(nèi)側(cè)光滑，工作時(shí)軸鼓上的葉片刀刃切削破碎積雪，并將積雪集中送到中部U形槽內(nèi)拋出。 轉(zhuǎn)子式-主要以清除新雪為主要作業(yè)對(duì)象。轉(zhuǎn)子葉片可以完成切雪、扒雪和拋雪。 單螺旋轉(zhuǎn)子式-有轉(zhuǎn)子和一根螺旋組成。螺旋水平布置在轉(zhuǎn)子前，螺旋葉片作成左右旋向，當(dāng)螺旋周轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，把兩邊的積雪送到中間，再由轉(zhuǎn)子拋出。 雙螺旋轉(zhuǎn)子式-雙螺旋轉(zhuǎn)子式的工作裝置的兩螺旋上、下平行地置于轉(zhuǎn)子前面。立軸螺旋轉(zhuǎn)子式-該工作裝置將螺旋豎放在轉(zhuǎn)子兩側(cè)，螺旋葉片為左右旋向，工作時(shí)雪的移動(dòng)方向?yàn)樯舷逻\(yùn)動(dòng)。河北五星電力設(shè)備有限公司W(wǎng)X-2012型冰雪清除機(jī)(除 冰清雪車)具備操作簡(jiǎn)便，維護(hù)維修方便快捷，故障少等 特點(diǎn)，各個(gè)破碎鏟都是獨(dú)立工作的，即使個(gè)別破碎鏟出 現(xiàn)故障不影響整機(jī)操作，低能耗；是大型清雪機(jī)每小時(shí) 燃料的十分之一采用橡膠履帶行走裝置保證坡路和光滑 的冰雪層上作業(yè)。根據(jù)用戶要求2010年又采用了ZL-20 加高型輪式裝載機(jī)作為該機(jī)的配套主機(jī)，使其在清雪季 節(jié)過后還可清楚小區(qū)內(nèi)的垃圾、建筑工地的施工作業(yè)、 可牽引運(yùn)送垃圾的液壓翻斗車等環(huán)衛(wèi)車輛。液壓管路采 用快換接頭方式、安裝方便快捷、大大提高了該機(jī)利用 率85%以上。 液壓轉(zhuǎn)向，密封駕駛室，配置有供暖系統(tǒng)，視野開闊， 操作環(huán)境舒適。 可根據(jù)用戶需要制造1-3米系列機(jī)型。五星冰雪除冰機(jī)的主要參數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)型式立式、四缸、水冷、直噴燃燒室 ? 標(biāo)定功率KW（護(hù)坡）48（65） ? 裝載機(jī)44（60）標(biāo)定轉(zhuǎn)數(shù)r/min24002600前進(jìn)擋速度km/h1.02-9.5倒檔km/h0.67-2.55工 作幅寬（米）1-3破碎厚度（mm）40破碎面 積（m2 ）/h2500-6000刮除面積（m2 ） /h23000-整體尺寸長(zhǎng)（m）5.3裝載機(jī)7000 寬（m）2.933000高（m）2.853000整機(jī)重 量（kg）30004000燃油箱容積（L）120液 壓油箱容積（L）80小型自動(dòng)除冰掃雪機(jī)工作原理基本結(jié)構(gòu)：目前小型機(jī)械式清雪車主要由原動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)裝置、集雪裝置、拋雪裝置、行走系統(tǒng)和操作系統(tǒng)組成。原動(dòng)機(jī)可以采用電機(jī)或發(fā)動(dòng)機(jī)，目前大多采用汽油機(jī)或柴油機(jī)；集雪裝置用來收集積雪，主要采用推雪鏟或螺旋狀攪龍；拋雪裝置是將收集的積雪拋到路的一側(cè)或收集裝置中。主要的方式有拋雪葉輪和鼓風(fēng)機(jī)兩種；行走裝置是來實(shí)現(xiàn)機(jī)器的前進(jìn)，有手推式和自走式兩種；操作裝置主要控制設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)和行進(jìn)方向。我國(guó)的地理環(huán)境復(fù)雜，各個(gè)城市道路建設(shè)布局各異，冬季降雪情況不同，在除雪設(shè)備的選取上也不盡相同，因此要開發(fā)出大型、小型的各種除冰雪機(jī)械，以滿足不同地區(qū)和工況的除冰雪要求。同時(shí)要開發(fā)出效率高的機(jī)械，避免除雪作業(yè)造成路面交通擁擠。例如，東北有些城市規(guī)定：對(duì)于市區(qū)內(nèi)主干道，雪停止24H后需運(yùn)出城市外。 加強(qiáng)行業(yè)間的技術(shù)交流與合作。走共同研發(fā)之路。各個(gè)廠家根據(jù)自己的實(shí)際情況開發(fā)出的產(chǎn)品各有優(yōu)缺點(diǎn)，為了加快除冰雪機(jī)械的開發(fā)和應(yīng)用，應(yīng)加強(qiáng)企業(yè)間的合作，集中財(cái)力、物力和人力走共同發(fā)展之路，實(shí)現(xiàn)除冰雪的機(jī)械化。1.2 本設(shè)計(jì)預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)在ZL40型裝載機(jī)的前端安裝除雪裝置-斜刃螺栓連接式壓磙除厚冰雪裝置。采用斜刃式除雪裝置，使冰雪在破冰刀刃的作用下破碎。壓磙與ZL40型裝載機(jī)大臂相連。設(shè)計(jì)出包括鏟及其連接機(jī)構(gòu)。畫出全部圖紙：裝配圖、部件圖、零件圖、總明細(xì)表。設(shè)計(jì)時(shí)要保證相應(yīng)構(gòu)件的可靠性，所以要進(jìn)行相應(yīng)的力學(xué)分析、設(shè)計(jì)計(jì)算 、方針模擬等。并要求用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)重要部件進(jìn)行詳細(xì)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。設(shè)計(jì)相關(guān)的軟件。通過這次設(shè)計(jì)，要不僅溫習(xí)好大學(xué)四年所學(xué)的大不分的理論知識(shí)，還要培養(yǎng)工程實(shí)際應(yīng)用的能力，鍛煉實(shí)際的動(dòng)手和全局的駕御能力。對(duì)裝載機(jī)和除雪機(jī)械有更深的認(rèn)識(shí)，加強(qiáng)在此方面的設(shè)計(jì)能力。 第2章 路面冰雪清除機(jī)機(jī)理研究2.1 冰雪的物理機(jī)械性質(zhì)路面冰雪清除機(jī)械的行走機(jī)構(gòu)以及清除冰雪的工作裝置與路面上的冰雪相接觸。冰雪的形成特性及其物理機(jī)械性質(zhì)在相當(dāng)大的程度上決定著清除路面上冰雪的方法，要研究行走機(jī)構(gòu)和工作裝置與冰雪的相互作用關(guān)系，首先要分析冰雪的物理機(jī)械性質(zhì)。冰雪的基本特征之一是它的密度，其變化范圍很大，如表2.1所示。硬度是雪的物理機(jī)械性質(zhì)的主要指標(biāo)之一，表示冰雪阻止其它物體壓入的特性，其數(shù)值是根據(jù)它的密度和狀態(tài)決定的，如表2.2所示。雪的硬度、密度和溫度之間存在著如圖2.1所示的關(guān)系，溫度愈低，硬度愈高；密度愈大，硬度愈高4。后面對(duì)路面冰雪清除機(jī)的工作阻力以及牽引力進(jìn)行計(jì)算時(shí)，需要知道雪的機(jī)械性質(zhì)，表示雪的機(jī)械性質(zhì)的指標(biāo)通常是內(nèi)外滑動(dòng)摩擦系數(shù)、切削阻力系數(shù)、附著系數(shù)和行駛阻力系數(shù)。表2.1 雪的密度雪 的 狀 態(tài)密 度（g/cm3）新下的雪落下30天的雪大于30天的雪密實(shí)的雪冰雪混合冰0.100.150.200.300.340.420.400.600.600.750.90雪的摩擦性質(zhì)決定于它的內(nèi)外摩擦系數(shù)。根據(jù)雪的狀態(tài)，它的內(nèi)外摩擦系數(shù)分別列于表2.3和表2.4。表示雪的切削阻力的指標(biāo)，一般是用切削阻力系數(shù)k0，它是切斷橫斷面等于1的冰雪層所必需的力，k0的大小載入表2.5中。路面上積雪之后，大大地改變了路面的使用特性。對(duì)于冬季養(yǎng)護(hù)道路的機(jī)器進(jìn)行牽引計(jì)算時(shí)，必須知道機(jī)器沿著各種冰雪路面行走時(shí)的滾動(dòng)阻力系數(shù)和附著系數(shù)。輪胎與冰雪路面間的附著系數(shù)載入表2.6。行駛阻力系數(shù)，一般較外摩擦系數(shù)大，因?yàn)樗粌H產(chǎn)生摩擦，而且還擠壓雪。輪式和履帶式車輛的行駛阻力系數(shù)按表2.7選取。表2.2 雪的硬度雪的狀態(tài)雪的密度（g/cm3）當(dāng)溫度由-1-20OC時(shí)雪的硬度（kPa）松 軟 的弱密實(shí)的密 實(shí) 的很密實(shí)的小于0.250.260.350.360.500.510.60小于506010021020003803000圖2.1 雪的硬度與密度和溫度的關(guān)系2.2 路面冰雪清除機(jī)基本方案、原理對(duì)于路面冰雪的清除，人們?cè)鴩L試了各種清除原理和方案，這些原理和方案有的已在實(shí)際中使用，有的則還在探索和完善中。例如，對(duì)于清除未被壓實(shí)的浮雪，犁式清雪機(jī)和轉(zhuǎn)子式清雪機(jī)已在應(yīng)用中，二者分別采用了推移和旋切的原理。對(duì)于被壓實(shí)的雪、冰或冰雪混合物，采用的清除原理有鏟剁、錘擊、等，但這些方法經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明要么原理不完善，要么清除壓實(shí)冰雪的效果不，有待于進(jìn)一步完善。針對(duì)上述情況，本文嘗試提出了一種對(duì)路面上壓實(shí)的冰雪進(jìn)行擠壓、切削、破碎的技術(shù)原理。這一思想的來源可聯(lián)想到金屬切削加工，如銑床的銑刀切削表2.3 內(nèi)摩擦系數(shù)2雪的密度（g/3）雪 的 溫 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 外摩擦系數(shù)（對(duì)鋼）1雪的密度（g/3） 雪 的 溫 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加工金屬件。根據(jù)這一思想，確定基本方案首先選擇一種汽車或自行式工程機(jī)械作為動(dòng)力機(jī)。在我國(guó)，由于冬季降雪時(shí)間只占全年的三分之一，根據(jù)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，單獨(dú)設(shè)計(jì)清除冰雪動(dòng)力機(jī)一機(jī)一用，機(jī)械閑置時(shí)間太長(zhǎng)，造成浪費(fèi)。為此，本文以裝載機(jī)為動(dòng)力機(jī)來研究清除冰雪工作裝置。根據(jù)對(duì)路面上壓實(shí)的冰雪進(jìn)行擠壓、切削、破碎的基本思想，清除冰雪工作裝置可以由托架、帶有刀刃的碾壓滾組成，能夠與鏟斗互換，冬季除冰雪時(shí)取下鏟斗換上該裝置，清除被壓實(shí)了的冰雪，其他季節(jié)裝上鏟斗，實(shí)現(xiàn)裝載機(jī)的多功能使用。作為動(dòng)力機(jī)的裝載機(jī)，我們可以選擇現(xiàn)有的國(guó)產(chǎn)機(jī)型如ZL30、ZL40、ZL50裝載機(jī)。 本文確定ZL40E裝載機(jī)作為動(dòng)力機(jī)進(jìn)行分析研究和計(jì)算。根據(jù)對(duì)路面上壓實(shí)的冰雪進(jìn)行擠壓、切削、破碎的基本思想，清除冰雪工作裝置可以由托架、帶有刀刃的碾壓滾組成，能夠與鏟斗互換，冬季除冰雪時(shí)取下鏟斗換上該裝置，清除被壓實(shí)了的冰雪，其他季節(jié)裝上鏟斗，實(shí)現(xiàn)裝載機(jī)表2.5 雪的切削阻力系數(shù)k0雪的狀態(tài)雪的密度C（g/3）雪 的 溫 度（OC）-1-3-4-22低于-22天 然 狀 態(tài)松軟的弱密實(shí)的小粒冰雪形成密實(shí)的大粒冰雪形成密實(shí)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 狀 態(tài)弱密實(shí)的密實(shí)的很密實(shí)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 輪胎與冰雪路的附著系數(shù)雪 的 狀 態(tài)輪 胎 類 型附著系數(shù)C密實(shí)凍結(jié)的雪密實(shí)凍結(jié)的雪密實(shí)解凍的雪壓實(shí)的凍結(jié)雪壓實(shí)的解凍雪解凍的雪低壓胎高壓胎低壓和高壓胎高壓胎高壓胎低壓胎0.200.350.200.250.100.200.2090.1760.060.08表2.7 行駛阻力系數(shù)雪 的 狀 態(tài)雪的密度g/3）阻 力 系 數(shù) f輪 胎履 帶松軟的松軟潮濕的輕碾壓的碾壓的冰雪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的多功能使用。作為動(dòng)力機(jī)的裝載機(jī)，我們可以選擇現(xiàn)有的國(guó)產(chǎn)機(jī)型如ZL30、ZL40、ZL50裝載機(jī)。 本文確定ZL40E裝載機(jī)作為動(dòng)力機(jī)進(jìn)行分析研究和計(jì)算。其主要性能參數(shù)如下：額定斗容量（m3） 2.1 額定裝載質(zhì)量（） 4000整機(jī)操作質(zhì)量（） 12500軸距（） 3020輪距（） 1980最大崛起力（kN） 136.0最大牽引力（kN） 110.5水平通過半徑（mm） 6322轉(zhuǎn)向半徑（mm） 5686發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào) X6110ZG3-22 標(biāo)定1h功率(kW) 113.9 額定轉(zhuǎn)速（r/min） 2200行駛速度（km/h） :14.46 :46.35最大爬坡能力（°） 30車體最大轉(zhuǎn)向角（°） 左、右各38本次設(shè)計(jì)基本方案如圖2.2所示，由托架、帶有刀刃的碾壓滾組成的冰雪清除工作裝置替換鏟斗，碾壓滾上的滾刀破冰，司機(jī)控制滑靴調(diào)節(jié)滾刀切入深度，以免損傷路面。 圖2.2 路面冰雪清除機(jī)方案動(dòng)力機(jī)在行走的過程中帶動(dòng)碾壓滾滾動(dòng)。碾壓滾滾動(dòng)時(shí)，由于碾壓滾上帶有刀齒，碾壓滾靠自身的重量，附著在冰雪面上，刀齒切入經(jīng)碾壓后形成的很厚的冰或冰雪混合物后，對(duì)其產(chǎn)生擠壓切削破碎作用。 裝載機(jī)是一種用途十分廣泛的工程機(jī)械，它的優(yōu)點(diǎn)之一是可按實(shí)際需要更換工作裝置。將清除冰雪裝置換上后，即變成了路面冰雪清除冰機(jī)械。本次設(shè)計(jì)選用ZL40E裝載機(jī)作為動(dòng)力機(jī)，將路面清除冰雪裝置替換鏟斗后即為路面冰雪清除機(jī)。路面冰雪清除機(jī)的關(guān)鍵部件是它的工作裝置。該裝置由兩部分組成，即：托架和帶有刀刃的碾壓滾。碾壓滾與托架連接，托架與裝載機(jī)動(dòng)臂和轉(zhuǎn)斗拉桿相連。利用裝載機(jī)的牽引力推動(dòng)碾壓滾滾動(dòng)。碾壓滾形狀呈圓柱形，碾壓滾上用螺栓有一定數(shù)量的刀齒，刀齒與圓柱面形成一定的角度。裝載機(jī)啟動(dòng)前，碾壓滾靠自身的重量附著在冰雪面上，同時(shí)對(duì)冰雪面產(chǎn)生壓力，啟動(dòng)后由于裝載機(jī)的牽引力，推動(dòng)碾壓滾向前滾動(dòng)。由于壓力的作用，刀齒產(chǎn)生切削力切人冰雪層內(nèi)。由于滾動(dòng)是連續(xù)的，所以刀齒對(duì)冰雪層產(chǎn)生了連續(xù)的切削擠壓，使冰雪層破碎并與地面分離。具體結(jié)構(gòu)和參數(shù)見第三章和第四章結(jié)構(gòu)分析部分。當(dāng)?shù)孛姹雍苡埠芎駮r(shí)，單靠碾壓滾自身的重量對(duì)冰雪產(chǎn)生的壓力使刀齒產(chǎn)生的切入力不夠，清除冰雪效果可能不十分理想。這時(shí)可以考慮：(1) 在冰雪清除工作裝置滾筒內(nèi)部加配重，裝置對(duì)冰雪的壓力加大，刀齒的切入力也加大。(2) 通過司機(jī)操縱轉(zhuǎn)斗油缸動(dòng)作減小或加大對(duì)冰雪的切削壓力。當(dāng)操縱轉(zhuǎn)斗油缸使裝載機(jī)前輪離地時(shí)，裝置產(chǎn)生最大的對(duì)冰雪壓力，此時(shí)除裝置本身重量外，動(dòng)力機(jī)機(jī)重的一半亦加在了冰雪清除裝置上，使刀齒產(chǎn)生更大的對(duì)冰雪的切削力。2.3 整機(jī)分析及裝置重量的確定2.3.1整機(jī)的組成路面冰雪清除機(jī)的總體分析和設(shè)計(jì)就是根據(jù)其用途合理地選擇和確定各總成的結(jié)構(gòu)型式、性能參數(shù)及整機(jī)尺寸等，并進(jìn)行合理的布置。 本次設(shè)計(jì)由于是把ZL40E裝載機(jī)作為動(dòng)力機(jī)，所以需要考慮的是把清除冰雪裝置與動(dòng)力機(jī)有機(jī)的結(jié)合在一起。路面冰雪清除機(jī)主要由兩大部分組成（見圖2-2）：1、動(dòng)力機(jī)（裝載機(jī)）2、清除冰雪裝置（托架、帶有刀刃的碾壓滾）。 機(jī)器的性能不僅取決于動(dòng)力機(jī)、清除冰雪裝置各自性能的好壞，而更重要的是取決于這兩大部分性能的相互協(xié)調(diào)。性能的協(xié)調(diào)如何，則取決于總體參數(shù)及整機(jī)匹配情況及其布置的合理性。針對(duì)前述的基本方案并考慮動(dòng)力機(jī)的基本參數(shù)，確定本設(shè)計(jì)中路面冰雪清除機(jī)的主要性能指標(biāo)如下：1） 最大清除冰雪厚度： 不小于100 mm ；2） 單程清除冰雪寬度： 2268 mm ；3） 作業(yè)速度： 1647 km/h ；4） 清除冰雪效率（按面積計(jì)算） 不小于95% ；5） 冰雪清除裝置質(zhì)量（最大配重） 3600 kg ；6） 整機(jī)質(zhì)量(最大) 12500 kg 。2.3.2清除冰雪裝置重量冰雪清除裝置替換掉ZL40E裝載機(jī)鏟斗。裝置與鏟斗的工作狀況不同，其計(jì)算工作阻力的方法也不相同。鏟斗在工作時(shí)，受到來自前方土壤的阻力，作用在斗刃、斗底、側(cè)板等部位，由經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。本次設(shè)計(jì)的冰雪清除裝置隨裝載機(jī)主機(jī)一邊向前滾動(dòng)，一邊切削地面上的冰雪，其受到的阻力大小和重量的確定與鏟斗不同。冰雪清除裝置重量的確定有三個(gè)基本要求：(1) 裝置的重量不得大于動(dòng)力機(jī)（原裝載機(jī)）的額定起重量Q（kN），否則機(jī)器將失去縱向穩(wěn)定性；冰雪清除裝置的結(jié)構(gòu)尺寸不得與動(dòng)力機(jī)前車架、前橋、車輪干涉；(2) 由裝置所產(chǎn)生的刀刃上的切削力應(yīng)足夠大，且大于冰雪的切削比阻力。根據(jù)上述三個(gè)條件進(jìn)行冰雪清除裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。裝置由刀刃滾圈輪榖軸端蓋托架配重組成。配重裝置在滾圈內(nèi)部。其具體結(jié)構(gòu)見第三章3.1.1部分圖3.1。按圖可分別得到各零部件重量：滾圈： 10004N輪轂： 3646N 軸： 1052N軸套： 720N托架梁: 8472N配重: 6385N其它零部件： 5721N裝置不加配重重量：G0=29615N裝置加配重重量： G1=36000N由裝置結(jié)構(gòu)和在整機(jī)上的安裝可知結(jié)構(gòu)上不存在干涉現(xiàn)象。裝置加配重重量G=36000(N)，小于我們所選動(dòng)力機(jī)ZL30裝載機(jī)的額定起重量Q=40000(N)。由裝置重量所產(chǎn)生的切削力將在第四章中加以討論。第4章 齒刀的研究4.1 齒刀在碾壓滾上的排列數(shù)量間距齒刀是清除冰雪裝置上的重要零件，齒刀設(shè)計(jì)的好與壞將直接影響到整機(jī)清除冰雪的效果。 在冬季，高速公路、普通公路、市區(qū)道路上積雪由于清掃不及時(shí)，而被碾壓成冰或冰雪混合物狀態(tài)。這層冰雪由于受到溫度的變化和外力擠壓密度很大。由于地面上有灰塵等其他雜質(zhì)的存在，這層冰雪與地面的粘連不是十分緊密的，因此只要冰雪層被破碎，形成面積較小的碎塊，就能自動(dòng)與地面剝離。我們?cè)诜治鳊X刀的數(shù)量及間距時(shí)主要是依據(jù)冰雪的這種特點(diǎn)。刀齒的排列方式及數(shù)量將直接影響到工作裝置的清除冰雪效果。齒刀過密、間距過小甚至沒有間距，雖然刀齒受力減小，但從壓實(shí)冰雪的特點(diǎn)來看，造成整機(jī)成本增加，是沒有必要的。另外，周向布置排數(shù)過多、過密造成前排刀齒還沒有切入冰層，后排刀齒已與冰雪面接觸，連續(xù)工作情況下，不是有效的除去冰雪，而是象一個(gè)機(jī)動(dòng)車的防滑裝置。布置排數(shù)過少，齒刀過稀，間距過大，使刀齒切入冰雪層后，不能產(chǎn)生有效的擠壓，造成部分區(qū)域冰雪層不能被破碎，形不成小碎塊，冰雪層難與地面分離。清除冰雪效果不好，工作效率低。齒刀碾壓滾組組件如圖4.1所示。刀齒在滾子軸向共布置12排，滾子分兩節(jié)，每節(jié)6排。輪緣上每圈均勻布置13個(gè)刀片，相鄰圈上的刀片錯(cuò)開1/2間距排列。刀片總數(shù)量156片。整機(jī)啟動(dòng)后，當(dāng)?shù)谝慌琵X切入冰雪面后，造成冰雪層松動(dòng)，如果各排齒間距過大，在工作面上看到的只能是一排排印痕，起不到對(duì)冰雪的破碎作用。由于滾動(dòng)是連續(xù)的，當(dāng)后排齒連續(xù)切入冰雪面時(shí)，因?yàn)楦髋诺洱X錯(cuò)開1/2齒距排列，單位面積上的冰雪層同時(shí)有若干個(gè)刀齒切入，單位面積切入力加大，造成有效工作面積內(nèi)冰雪層完全破碎而與地面分離。4.2 齒刀幾何參數(shù)齒刀與滾筒的連接可以采用兩種方式，即焊接和螺栓連接。焊接方式強(qiáng)度高，螺栓連接易于更換刀齒。本次設(shè)計(jì)采用螺栓聯(lián)結(jié)方式。其結(jié)構(gòu)與尺寸見圖4.2所示。 齒刀材料選取1 6Mn,因刀具角度是切削性能的重要參數(shù)，通過分析比較，確定了齒。刀的幾個(gè)關(guān)鍵角度。齒刀前角為20°，后角 72°，齒刀在滾筒上的安裝采用前傾式，安裝角160°。圖4.1 壓滾組件4.3 切削力計(jì)算由表2-5知，密實(shí)冰雪（0.550.65g/m3）在-20以下的切削阻力系數(shù)p=（70-130）kPa 。冰雪清除裝置上的齒刀對(duì)冰雪的切削力等于裝置的重量除以刀刃的接地面積。冰雪清除裝置加配重對(duì)冰雪產(chǎn)生的壓力 p1=G1/A=36000/(2.268×0.01)=1587.3 kpap （4.1）由此可知，冰雪清除裝置對(duì)冰雪產(chǎn)生的切削力在兩種情況下均大于冰雪的切削比阻力。圖4.2 刀齒結(jié)構(gòu)與參數(shù)第5章 主要零件校核計(jì)算 5.1 軸承的校核計(jì)算5.1.1 當(dāng)量動(dòng)載荷的校核在本次設(shè)計(jì)中，軸與支架之間的聯(lián)結(jié)選用深溝球軸承6220，其主要參數(shù)為軸承參數(shù)： 軸承內(nèi)徑： 100（mm） 軸承外徑： 180（mm） 軸承寬度： 34（mm） 額定動(dòng)載荷：94000(N) 額定靜載荷：79000(N) 潤(rùn)滑方式： 脂潤(rùn)滑 極限轉(zhuǎn)速： 4300(r/min) 第8章 結(jié) 論本次設(shè)計(jì)對(duì)如何有效清除路面壓實(shí)冰雪的技術(shù)進(jìn)行了研究。根據(jù)對(duì)路面上壓實(shí)的冰雪進(jìn)行擠壓、切削、破碎的基本思想，分析和研究了路面冰雪清除的機(jī)理和方案，對(duì)樣機(jī)進(jìn)行了理論分析，整機(jī)匹配分析，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算等工作。通過大量理論分析研究和試驗(yàn)研究主要得出以下結(jié)論：(1) 根據(jù)路面冰雪的物理機(jī)械性質(zhì)，提出了對(duì)路面上壓實(shí)冰雪進(jìn)行擠壓、切削、破碎的技術(shù)思想，研究結(jié)果表明，這一技術(shù)原理和思路是正確的。(2) 本文以wx28裝載機(jī)為動(dòng)力機(jī)，配以碾壓滾為清除冰雪工作裝置，利用擠壓、切削實(shí)現(xiàn)對(duì)壓實(shí)冰雪的破碎和清除，可以達(dá)到了較理想的清除冰雪效果。(3) 試驗(yàn)研究結(jié)果表明，本文對(duì)路面冰雪清除機(jī)機(jī)理分析正確，方案確定合理，理論分析和計(jì)算正確，整機(jī)各個(gè)部分相互匹配，所提出的清除冰雪工作裝置工作阻力的經(jīng)驗(yàn)公式是可用的。路面冰雪清除裝置的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)如碾壓滾的結(jié)構(gòu)和參數(shù)以及刀齒的結(jié)構(gòu)和參數(shù)的確定是合適的。(4) 路面冰雪清除裝置與動(dòng)力機(jī)連接方便。只需通過裝拆鉸支座銷軸即可完成冰雪清除裝置與動(dòng)力機(jī)的結(jié)合及脫離，極其簡(jiǎn)單、快速和方便，工作時(shí)只需更換工作裝置，實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用，大大降低成本，適合我國(guó)國(guó)情。(5) 研究結(jié)果證明，滾刀式路面冰雪清除機(jī)械是清除路面壓實(shí)冰雪較理想的設(shè)備，有廣泛的應(yīng)用前景。通過理論分析和研究，本次設(shè)計(jì)的滾刀式螺栓聯(lián)結(jié)型路面冰雪清除機(jī)仍需在以下幾個(gè)方面做進(jìn)一步深入的研究：(1) 確定最佳刀片安裝角度和刀刃切入冰層的角度，使切入力和破冰效果達(dá)到最理想狀態(tài)；(2) 根據(jù)實(shí)際冰層的厚度，能否自動(dòng)調(diào)節(jié)刀片的角度，使破冰整體效果達(dá)到最佳；(3) 確定最佳的刀刃材料及熱處理方法，使之耐磨性強(qiáng)，韌性較好；(4) 探索除冰雪裝置在碾壓切斷冰層過程中如果加入振動(dòng)，整體效果是否會(huì)更好；(5) 進(jìn)一步考慮同時(shí)破冰同時(shí)清掃的問題；(6) 根據(jù)需要除冰雪寬度及深度仍可進(jìn)行有限度的增加；(7) 根據(jù)實(shí)際情況，動(dòng)力機(jī)驅(qū)動(dòng)輪可考慮防滑措施；(8) 研究冰層厚度傳感技術(shù)和刀齒切入路面深度自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)以及路面隨動(dòng)技術(shù)，從而開發(fā)出智能化路面冰雪清除機(jī)械。 共 19 頁(yè) 第 19 頁(yè)