除雪機 小型清雪機 道路除雪除冰機 除雪機械設計攻關總結

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1、 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 道路除雪除冰機械研發(fā)技術課題和攻關總結 河北五星電力設備有限公司特推出仿人力 智能除冰機械。智能機械除冰稿系統(tǒng)，除 冰效果極佳，屬全國首創(chuàng)，螺旋導向清理 冰雪，自動將冰雪清理至清掃車一側；螺 旋導向高強掃輪清掃浮雪并自動將浮雪清 掃至清掃車一側；駕駛員可通過觀察、控 制除冰鎬工作情況和

2、除冰雪效果；機械除 冰鎬易磨損的鎬刃置換十分方便，并且成 本低廉，多功能化設計可實現除冰、清雪、 掃雪于一體，夏季可將整機前部拆下并十 分方便的將裝載機斗安裝上，可做為裝載 機使用，體現整機設計巧妙，利用價值高， 解決了一般清雪機的單一性。本產品全新 理念設計，功能卓越，已獲得國家多項專 利。是根據國際和國內的最新形勢和市場需求而確定的研究課題。對實際的生產和生活有很大的實際意義。是隸屬于國家攻關課題----多功能鏟雪車研制的一部分。 1.1.2 本次設計研究目的 中國北方大部分地區(qū),每年有3～5個月的降雪期,道路積雪給交通運輸及人民日常生活帶來許多困難,有時甚至阻斷交通。近幾年來高等

3、級公路里程不斷增加,及時有效地清除路面積雪已成為亟待解決、刻不容緩的問題,這對于提高車輛的運輸效率、避免重大交通事故的發(fā)生,具有很大的社會經濟效益。目前,國內除雪作業(yè)多由人工或其它代用機械完成,其勞動強度大,作業(yè)效率低。進口外國先進的除雪設備,造價高且不適合中國國情;而用其它的代用機械如平地機進行除雪作業(yè),則又浪費實用設備且對路面具有破壞性。所以,盡快開發(fā)出適合中國國情的低成本、高效率、且宜大面積推廣應用的除雪設備,是一項艱巨而緊迫的任務。 1.1.3 本次設計研究的意義 我國北方大部分地區(qū),每年有很長的降雪期,道路積雪給交通運輸及人民日常生活帶來許多不便。尤其凍結在道路上的積雪與薄冰

4、,采用傳統(tǒng)除雪機用推刮的辦法無法清除,為此不得不耗費大量人力物力進行人工鏟除。采用機械方法清除是一項急需解決的難題。就目前國內除雪機械來看,大多數功能單一,或只能清除積雪、或只能破除積冰[1]。國外的除雪機功能較全,但結構復雜,造價昂貴,且大多不適合國內的道路狀況。因此開發(fā)研制適合我國道路情況的集破冰除雪于一機的設備,具有十分重大的意義。國外的除雪機功能較全,但結構復雜,造價昂貴,且大多不適合國內的道路狀況。因此開發(fā)研制適合我國道路情況的集破冰除雪于一機的設備,同樣具有十分重大的意義。 1.1.4 有關清雪機國內外研究概況 (1) 有關清雪機國內外研究概況 目前，世界各個國家除冰雪的

5、方法中，應用最普遍的是溶解法和機械法。溶解法是依靠熱作用或撒部化學藥劑使冰雪融化。其優(yōu)點是除凈率高，但是它的成本很高。而且容易造成環(huán)境污染。雖然環(huán)保型融雪藥劑已經問世，對環(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。 機械法是通過機械作用直接作用解除冰雪危害。雖然除凈率較低，但是對環(huán)境和植被無任何影響。能實現冰雪的異地轉移。應用范圍比較廣。因此，筆者認為：清除冰雪必須以機械法為主，以溶解法為輔助，才能達到快速和環(huán)保的除雪效果。 我國對除雪機械的開發(fā)、生產都比較晚，因此還處于起步階段。目前，我國的城市道路和公路冬季除雪大部分仍沿用傳統(tǒng)的養(yǎng)護方式，即人工作業(yè)和小型的除雪機

6、械相結合的方式。高速公路和一級公路開始使用大型專用除雪機械，進行冬季養(yǎng)護。但是，除雪機械在數量和品種規(guī)格上還很少，所以除雪設備大部分依賴進口。機械化程度和總體水平遠遠落后于發(fā)達國家。只是最近幾年國內的廠家才參照國外的先進技術研制了適合我國國情的除雪機械。 綜觀國內外的除雪機械，其類型總的來說有三種類型： 1) 犁式除雪機 犁式除雪機的工作裝置一般安裝在主機的前端，是所有除雪機中應用最為廣泛、起源最早的除雪設備。主要使用于未被壓實的新降集雪，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。其特點是：多數采用了雙搖桿機構，避讓效果明顯，越障高度較大，環(huán)境適應性強，可以在硬

7、質雪區(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地面的作用力，保護了地面，減少了刀刃的磨損。 具體類型有： ① 單向犁-----除雪犁以固定角度裝在除雪車前部。 ② V型犁-----主要結構和工作原理與單向犁相同，只是結構呈左右對稱，形成V形。 ③ 變角度犁------指犁的排雪方向和行進角度可以改變的除雪機械。 ④ 復合犁------又叫鉸接雪犁，采用兩翼結構，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。 比較典型的產品有：徐州裝載機長的專利產品------調壓自動越障式除雪裝置。鄭工、柳工和沈陽山河等廠家生產的ZL50型除雪機。由于該類除雪機

8、械擁有結構簡單、性能可靠、價格低廉等特性，因此受到廣大用戶的認可，得以廣泛的使用。 2) 旋切式除雪機械 旋切式除雪機械工作方式為自行式和懸掛式兩種。主要有離心式物料風機、風道、拋雪筒、護板和螺旋型集雪器等部分組成。結構相對比較復雜。工作時借助主機或者專用底盤的動力，驅動風機做高速旋轉運動，將集雪器聚攏的雪由風道、拋雪筒拋出去。拋出距離和角度可以根據需要自己調整。在清除雪障時旋切式除雪機械有明顯的優(yōu)勢。但是無法清除壓實的積雪。 具體類型有： ① 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合形成U形拋雪槽，U形拋雪槽低部稍微向后傾斜，內側光滑，工作時軸鼓上的葉

9、片刀刃切削破碎積雪，并將積雪集中送到中部U形槽內拋出。 ② 轉子式-----主要以清除新雪為主要作業(yè)對象。轉子葉片可以完成切雪、扒雪和拋雪。 ③ 單螺旋轉子式-------有轉子和一根螺旋組成。螺旋水平布置在轉子前，螺旋葉片作成左右旋向，當螺旋周轉動時，把兩邊的積雪送到中間，再由轉子拋出。 ④ 雙螺旋轉子式-------雙螺旋轉子式的工作裝置的兩螺旋上、下平行地置于轉子前面。 ⑤立軸螺旋轉子式-------該工作裝置將螺旋豎放在轉子兩側，螺旋葉片為左右旋向，工作時雪的移動方向為上下運動。 河北五星電力設備有限公司WX-2012型冰雪清除機(除 冰清雪車)具備操作簡便，維護維修方便快捷

10、，故障少等 特點，各個破碎鏟都是獨立工作的，即使個別破碎鏟出 現故障不影響整機操作，低能耗；是大型清雪機每小時 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)。根據用戶要求2010年又采用了ZL-20 加高型輪式裝載機作為該機的配套主機，使其在清雪季 節(jié)過后還可清楚小區(qū)內的垃圾、建筑工地的施工作業(yè)、 可牽引運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、大大提高了該機利用 率85%以上。 液壓轉向，密封駕駛室，配置有供暖系統(tǒng)，視野開闊， 操作環(huán)境舒適。 可根據用戶需要制造1-3米系列機型。 五星冰雪除冰機的主要參數 發(fā)動機型式立式、四缸、

11、水冷、直噴燃燒室 ? 標定功率KW（護坡）48（65） ? 裝載機44（60）標定轉數r/min24002600前進擋速度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（m）5.3裝載機7000 寬（m）2.933000高（m）2.853000整機重 量（kg）30004000燃油箱容積（L）120液 壓油箱容積（L）80 小型自動除冰掃雪機工作原理 　　　基本結構：目前小型機械式清雪車主要由原動機、傳動裝置、集雪裝置、拋雪裝置、行走系統(tǒng)和操

12、作系統(tǒng)組成。原動機可以采用電機或發(fā)動機，目前大多采用汽油機或柴油機；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或收集裝置中。主要的方式有拋雪葉輪和鼓風機兩種；行走裝置是來實現機器的前進，有手推式和自走式兩種；操作裝置主要控制設備的運轉和行進方向。 我國的地理環(huán)境復雜，各個城市道路建設布局各異，冬季降雪情況不同，在除雪設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械，以滿足不同地區(qū)和工況的除冰雪要求。同時要開發(fā)出效率高的機械，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：對于市區(qū)內主干道，雪停止24H后需運出城市外。 ③ 加強行

13、業(yè)間的技術交流與合作。走共同研發(fā)之路。 各個廠家根據自己的實際情況開發(fā)出的產品各有優(yōu)缺點，為了加快除冰雪機械的開發(fā)和應用，應加強企業(yè)間的合作，集中財力、物力和人力走共同發(fā)展之路，實現除冰雪的機械化。 1.2 本設計預期達到的目標 在ZL40型裝載機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型裝載機大臂相連。設計出包括鏟及其連接機構。畫出全部圖紙：裝配圖、部件圖、零件圖、總明細表。 設計時要保證相應構件的可靠性，所以要進行相應的力學分析、設計計算 、方針模擬等。并要求用計算機軟件對重要部件進行詳細的

14、運動學和動力學分析。設計相關的軟件。 通過這次設計，要不僅溫習好大學四年所學的大不分的理論知識，還要培養(yǎng)工程實際應用的能力，鍛煉實際的動手和全局的駕御能力。對裝載機和除雪機械有更深的認識，加強在此方面的設計能力。 第2章 路面冰雪清除機機理研究 2.1 冰雪的物理機械性質 路面冰雪清除機械的行走機構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械性質在相當大的程度上決定著清除路面上冰雪的方法，要研究行走機構和工作裝置與冰雪的相互作用關系，首先要分析冰雪的物理機械性質。 冰雪的基本特征之一是它的密度，其變化范圍很大，

15、如表2.1所示。硬度是雪的物理機械性質的主要指標之一，表示冰雪阻止其它物體壓入的特性，其數值是根據它的密度和狀態(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所示的關系，溫度愈低，硬度愈高；密度愈大，硬度愈高[4]。 后面對路面冰雪清除機的工作阻力以及牽引力進行計算時，需要知道雪的機械性質，表示雪的機械性質的指標通常是內外滑動摩擦系數、切削阻力系數、附著系數和行駛阻力系數。 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 密實的雪 冰雪混合 冰 0.10～0.15 0.20～0.30 0.34～

16、0.42 0.40～0.60 0.60～0.75 0.90 雪的摩擦性質決定于它的內外摩擦系數。根據雪的狀態(tài)，它的內外摩擦系 數分別列于表2.3和表2.4。 表示雪的切削阻力的指標，一般是用切削阻力系數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。對于冬季養(yǎng)護道路的機器進行牽引計算時，必須知道機器沿著各種冰雪路面行走時的滾動阻力系數和 附著系數。輪胎與冰雪路面間的附著系數載入表2.6。 行駛阻力系數，一般較外摩擦系數大，因為它不僅產生摩擦，而且還擠壓 雪。輪式和履帶式車輛的行駛阻力系數按表2.7選

17、取。 表2.2 雪的硬度 雪的狀態(tài) 雪的密度（g/cm3） 當溫度由-1～-20OC時雪的硬度（kPa） 松 軟 的 弱密實的 密 實 的 很密實的 小于0.25 0.26～0.35 0.36～0.50 0.51～0.60 小于50 60～100 210～2000 380～3000 圖2.1 雪的硬度與密度和溫度的關系 2.2 路面冰雪清除機基本方案、原理 對于路面冰雪的清除，人們曾嘗試了各種清除原理和方案，這些原理和方案有的已在實際中使用，有的則還在探索和完善中。例如，對于清除未被壓實的浮雪

18、，犁式清雪機和轉子式清雪機已在應用中，二者分別采用了推移和旋切的原理。對于被壓實的雪、冰或冰雪混合物，采用的清除原理有鏟剁、錘擊、等，但這些方法經實驗證明要么原理不完善，要么清除壓實冰雪的效果不，有待于進一步完善。 針對上述情況，本文嘗試提出了一種對路面上壓實的冰雪進行擠壓、切削、破碎的技術原理。這一思想的來源可聯想到金屬切削加工，如銑床的銑刀切削 表2.3 內摩擦系數μ2 雪的密度 （g/㎝3） 雪 的 溫 度（OC） 0附近 -1 ～-6 -10以下 0.12 0.20 0.30 0.40 0.47 0.56 0.24 0.30

19、 0.35 0.40 0.42 0.45 0.29 0.33 0.39 0.44 0.47 0.50 0.34 0.36 0.46 0.50 0.53 0.57 表2.4 外摩擦系數（對鋼）μ1 雪的密度 （g/㎝3） 雪 的 溫 度（OC） -2～-4 -16 ～-30 -1～0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.45 0.50 0.10 0.085 0.07 0.055 0.048 0

20、.025 0.14 0.097 0.08 0.065 0.048 0.033 0.18 0.11 0.09 0.075 0.056 0.040 加工金屬件。根據這一思想，確定基本方案 首先選擇一種汽車或自行式工程機械作為動力機。 在我國，由于冬季降雪時間只占全年的三分之一，根據我國的經濟發(fā)展狀況，單獨設計清除冰雪動力機一機一用，機械閑置時間太長，造成浪費。為此，本文以裝載機為動力機來研究清除冰雪工作裝置。 根據對路面上壓實的冰雪進行擠壓、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，冬季除冰雪時取下鏟斗換上該

21、裝置，清除被壓實了的冰雪，其他季節(jié)裝上鏟斗，實現裝載機的多功能使用。作為動力機的裝載機，我們可以選擇現有的國產機型如ZL30、ZL40、ZL50裝載機。 本文確定ZL40E裝載機作為動力機進行分析研究和計算。 根據對路面上壓實的冰雪進行擠壓、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，冬季除冰雪時取下鏟斗換上該裝置，清除被壓實了的冰雪，其他季節(jié)裝上鏟斗，實現裝載機 表2.5 雪的切削阻力系數k0 雪的狀態(tài) 雪的密度ρC （g/㎝3） 雪 的 溫 度（OC） -1～-3 -4～-22 低于-22

22、 天 然 狀 態(tài) 松軟的 弱密實的 小粒冰雪形成密實的 大粒冰雪形成密實的 0.12～0.18 0.20～0.28 0.30～0.36 0.28～0.35 0.7～1.8 2.0～4.0 3.0～6.0 4.0～7.0 0.2～0.8 1.5～3.0 4.0～7.0 3.0～6.0 0.4～1.2 2.0～5.0 5.～10.0 5.0～9.0 人 工 狀 態(tài) 弱密實的 密實的 很密實的 0.30～0.40 0.45～0.52 0.55～0.65 5.0～12.0 10.0～25.0

23、 20.0～35.0 8.0～25.0 15.0～40.0 30.0～80.0 5.0～35.0 30.0～80.0 70.0～130.0 表2.6 輪胎與冰雪路的附著系數 雪 的 狀 態(tài) 輪 胎 類 型 附著系數φC 密實凍結的雪 密實凍結的雪 密實解凍的雪 壓實的凍結雪 壓實的解凍雪 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 0.20～0.35 0.20～0.25 0.10～0.20 0.209 0.176 0.06～0.08 表2.7 行駛阻力系數 雪 的 狀 態(tài) 雪的密度 g/㎝3

24、） 阻 力 系 數 f 輪 胎 履 帶 松軟的 松軟潮濕的 輕碾壓的 碾壓的 冰雪 0.15～0.25 0.15～0.25 0.25～0.35 0.4～0.6 0.7 0.2～0.25 0.3 0.15～0.2 0.08～0.1 0.06～0.08 0.2 0.2 0.1 0.05 0.07～0.1 的多功能使用。作為動力機的裝載機，我們可以選擇現有的國產機型如ZL30、ZL40、ZL50裝載機。 本文確定ZL40E裝載機作為動力機進行分析研究和計算。其主要性能參數如下： 額定斗容量（m3） 2.1 額

25、定裝載質量（㎏） 4000 整機操作質量（㎏） 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 轉向半徑（mm） 5686 發(fā)動機型號 X6110ZG3-22 標定1h功率(kW) 113.9 額定轉速（r/min） 2

26、200 行駛速度（km/h） Ⅰ:14.46 Ⅱ:46.35 最大爬坡能力（°） 30 車體最大轉向角（°） 左、右各38 本次設計基本方案如圖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，司機控制滑靴調節(jié)滾刀切入深度，以免損傷路面。 圖2.2 路面冰雪清除機方案 動力機在行走的過程中帶動碾壓滾滾動。碾壓滾滾動時，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，刀齒切入經碾壓后形成的很厚的冰或冰

27、雪混合物后，對其產生擠壓切削破碎作用。 裝載機是一種用途十分廣泛的工程機械，它的優(yōu)點之一是可按實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械。本次設計選用ZL40E裝載機作為動力機，將路面清除冰雪裝置替換鏟斗后即為路面冰雪清除機。 路面冰雪清除機的關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，托架與裝載機動臂和轉斗拉桿相連。利用裝載機的牽引力推動碾壓滾滾動。 碾壓滾形狀呈圓柱形，碾壓滾上用螺栓有一定數量的刀齒，刀齒與圓柱面形成一定的角度。裝載機啟動前，碾壓滾靠自身的重量附著在冰雪面上，同時對冰雪面產生壓力，啟動后由于裝

28、載機的牽引力，推動碾壓滾向前滾動。由于壓力的作用，刀齒產生切削力切人冰雪層內。由于滾動是連續(xù)的，所以刀齒對冰雪層產生了連續(xù)的切削擠壓，使冰雪層破碎并與地面分離。具體結構和參數見第三章和第四章結構分析部分。 當地面冰雪層很硬很厚時，單靠碾壓滾自身的重量對冰雪產生的壓力使刀齒產生的切入力不夠，清除冰雪效果可能不十分理想。這時可以考慮： (1) 在冰雪清除工作裝置滾筒內部加配重，裝置對冰雪的壓力加大，刀齒的切入力也加大。 (2) 通過司機操縱轉斗油缸動作減小或加大對冰雪的切削壓力。當操縱轉斗油缸使裝載機前輪離地時，裝置產生最大的對冰雪壓力，此時除裝置本身重量外，動力機機重的一半亦加在了冰雪清除

29、裝置上，使刀齒產生更大的對冰雪的切削力。 2.3 整機分析及裝置重量的確定 2.3.1整機的組成 路面冰雪清除機的總體分析和設計就是根據其用途合理地選擇和確定各總成的結構型式、性能參數及整機尺寸等，并進行合理的布置。 本次設計由于是把ZL40E裝載機作為動力機，所以需要考慮的是把清除冰雪裝置與動力機有機的結合在一起。路面冰雪清除機主要由兩大部分組成（見圖2-2）：1、動力機（裝載機）2、清除冰雪裝置（托架、帶有刀刃的碾壓滾）。 　機器的性能不僅取決于動力機、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調。性能的協調如何，則取決于總體參數及整

30、機匹配情況及其布置的合理性。 　　針對前述的基本方案并考慮動力機的基本參數，確定本設計中路面冰雪清除機的主要性能指標如下：　　 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： 16～47 km/h ； 4） 清除冰雪效率（按面積計算） 不小于95% ； 5） 冰雪清除裝置質量（最大配重） 3600 kg ； 6） 整機質量(最大) 12500 kg 。 2.3.2清除冰雪裝置重量 冰雪清除裝置

31、替換掉ZL40E裝載機鏟斗。裝置與鏟斗的工作狀況不同，其計算工作阻力的方法也不相同。鏟斗在工作時，受到來自前方土壤的阻力，作用在斗刃、斗底、側板等部位，由經驗公式計算。本次設計的冰雪清除裝置隨裝載機主機一邊向前滾動，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基本要求： (1) 裝置的重量不得大于動力機（原裝載機）的額定起重量Q（kN），否則機器將失去縱向穩(wěn)定性； 冰雪清除裝置的結構尺寸不得與動力機前車架、前橋、車輪干涉； (2) 由裝置所產生的刀刃上的切削力應足夠大，且大于冰雪的切削比阻力。 根據上述三個條件進行冰雪清除裝置的結構設計

32、。裝置由刀刃﹑滾圈﹑輪榖﹑軸﹑端蓋﹑托架﹑配重組成。配重裝置在滾圈內部。其具體結構見第三章3.1.1部分圖3.1。按圖可分別得到各零部件重量： ①滾圈： 10004N ②輪轂： 3646N ③軸： 1052N ④軸套： 720N ⑤托架梁: 8472N ⑥配重: 6385N ⑦其它零部件： 572

33、1N 裝置不加配重重量：G0=29615N 裝置加配重重量： G1=36000N 由裝置結構和在整機上的安裝可知結構上不存在干涉現象。裝置加配重重量G=36000(N)，小于我們所選動力機ZL30裝載機的額定起重量Q=40000(N)。由裝置重量所產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﹑數量﹑間距 齒刀是清除冰雪裝置上的重要零件，齒刀設計的好與壞將直接影響到整機清除冰雪的效果。 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，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

34、。由于地面上有灰塵等其他雜質的存在，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，就能自動與地面剝離。我們在分析齒刀的數量及間距時主要是依據冰雪的這種特點。 刀齒的排列方式及數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，但從壓實冰雪的特點來看，造成整機成本增加，是沒有必要的。另外，周向布置排數過多、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，而是象一個機動車的防滑裝置。 布置排數過少，齒刀過稀，間距過大，使刀齒切入冰雪層后，不能產生有效的擠壓，造成部分區(qū)域冰雪層不

35、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個刀片，相鄰圈上的刀片錯開1/2間距排列。刀片總數量156片。 整機啟動后，當第一排齒切入冰雪面后，造成冰雪層松動，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，起不到對冰雪的破碎作用。由于滾動是連續(xù)的，當后排齒連續(xù)切入冰雪面時，因為各排刀齒錯開1/2齒距排列，單位面積上的冰雪層同時有若干個刀齒切入，單位面積切入力加大，造成有效工作面積內冰雪層完全破碎而與地面分離。 4.2 齒刀幾何參數 齒刀

36、與滾筒的連接可以采用兩種方式，即焊接和螺栓連接。焊接方式強度高，螺栓連接易于更換刀齒。本次設計采用螺栓聯結方式。其結構與尺寸見圖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，通過分析比較，確定了齒。刀的幾個關鍵角度。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 切削力計算 由表2-5知，密實冰雪（ρ≥0.55～0.65g/m3）在-20℃以下的切削阻力系數[p]=（70-130）kPa 。冰雪清除裝置上的齒刀對冰雪的切削力等于裝置的重量除以刀刃的接地面積。 冰

37、雪清除裝置加配重對冰雪產生的壓力 p1=G1/A=36000/(2.268×0.01)=1587.3 kpa＞[p] （4.1） 由此可知，冰雪清除裝置對冰雪產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 刀齒結構與參數 第5章 主要零件校核計算 5.1 軸承的校核計算 5.1.1 當量動載荷的校核 在本次設計中，軸與支架之間的聯結選用深溝球軸承6220，其主要參數為軸承參數： 軸承內徑： 100（mm） 軸承外徑： 180（mm）

38、 軸承寬度： 34（mm） 額定動載荷：94000(N) 額定靜載荷：79000(N) 潤滑方式： 脂潤滑 極限轉速： 4300(r/min) 第8章 結 論 本次設計對如何有效清除路面壓實冰雪的技術進行了研究。根據對路面上壓實的冰雪進行擠壓、切削、破碎的基本思想，分析和研究了路面冰雪清除的機理和方案，對樣機進行了理論分析，整機匹配分析，結構設計計算等工作。通過大量理論分析研究和試驗研究主要得出以下結論： (1) 根據路面冰雪的物理機械性質，提出了對路面上壓實冰雪進行擠壓、切削、破碎的技術思想，研究結果表明，這一技術原

39、理和思路是正確的。 (2) 本文以wx28裝載機為動力機，配以碾壓滾為清除冰雪工作裝置，利用擠壓、切削實現對壓實冰雪的破碎和清除，可以達到了較理想的清除冰雪效果。 (3) 試驗研究結果表明，本文對路面冰雪清除機機理分析正確，方案確定合理，理論分析和計算正確，整機各個部分相互匹配，所提出的清除冰雪工作裝置工作阻力的經驗公式是可用的。路面冰雪清除裝置的主要結構參數如碾壓滾的結構和參數以及刀齒的結構和參數的確定是合適的。 (4) 路面冰雪清除裝置與動力機連接方便。只需通過裝拆鉸支座銷軸即可完成冰雪清除裝置與動力機的結合及脫離，極其簡單、快速和方便，工作時只需更換工作裝置，實現了一機多用，大大降

40、低成本，適合我國國情。 (5) 研究結果證明，滾刀式路面冰雪清除機械是清除路面壓實冰雪較理想的設備，有廣泛的應用前景。 通過理論分析和研究，本次設計的滾刀式螺栓聯結型路面冰雪清除機仍需在以下幾個方面做進一步深入的研究： (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到最理想狀態(tài)； (2) 根據實際冰層的厚度，能否自動調節(jié)刀片的角度，使破冰整體效果達到最佳； (3) 確定最佳的刀刃材料及熱處理方法，使之耐磨性強，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，整體效果是否會更好； (5) 進一步考慮同時破冰同時清掃的問題； (6) 根據需要除冰雪寬度及深度仍可進行有限度的增加； (7) 根據實際情況，動力機驅動輪可考慮防滑措施； (8) 研究冰層厚度傳感技術和刀齒切入路面深度自動調節(jié)系統(tǒng)以及路面隨動技術，從而開發(fā)出智能化路面冰雪清除機械。 共 19 頁 第 19 頁