1、机械创新设计课程作业题 目： 小型便道除雪机的设计机械创新设计-小型便道除雪机设计目 录一 .摘 要 .3二 、 设 计 目 的 意 义 ： .42.1课题研究目的： .42.2课题研究的意义： .52.3本课题国内外研究概况： .52.3.1 本课题国内外研究概况： .52.3.2 国内外在这个方面的发展方向： .62.2 路面冰雪清除机基本方案、原理 .10三 、 原 理 方 案 设 计 ： .113.1功能分析： .113.2求功能元解： .113.3方案组合： .123.4总体方案的几种组合及比较： .12四 、 机 构 设 计 （ 包 括 方 案 的 原 理 以 及 基 本 机 构
2、简 图 ） ： .131基本结构 .132工作原理 .143 具体方案的确定 .15设计车体 .16故 本 小 型 便 道 除 雪 机 的 最 优 设 计 方 案 为 ： A1-B4-C2-D2-E2。即 为 电 动 机 控 制 的 螺 旋 推 板 式 的 利 用 曲 柄 摇 杆 机 构 倒 雪 的 便 道除 雪 机 。 .21铲雪车的主要结构设计 .22五 、 结 构 设 计 ： .24小型清雪车的设计计算及校核 .26带传动计算 .26轴承寿命计算和润滑方式的选择 .27寿命计算 .27润滑方式的选择 .29轴的校核 .29三维造型、人机工程学应用和有限元分析 .31三维造型 .31小型便
3、道除雪机整体造型 .31工作部分造型 .31机械创新设计-小型便道除雪机设计行走部分造型 .32谢 辞 .- 1 -参 考 文 献 .- 2 -附 录 .- 3 -机械创新设计-小型便道除雪机设计一 .摘 要我 国 北 方 冬 季 降 雪 量 大 , 给 各 城 市 、 园 林 、 宾 馆 、 别 墅 、 庭 院 的 道 路 , 机 场 跑 道 与 场 区 路 面 , 林 区 运 材 道 路 , 以 及 高 速 公 路 等 的 交 通 运 愉 工作 造 成 了 极 大 困 难 和 不 便 , 交 通 事 故 屡 屡 发 生 。 为 了 及 时 清 除 路 面 上的 自 然 降 雪 , 给 交
4、通 运 愉 创 造 良 好 的 安 全 条 件 , 减 少 交 通 事 故 的 发 生 , 在 我 国 ， 传 统 的 除 雪 理 念 是 雪 停 后 才 开 始 除 雪 ， 由 于 路 面 积 雪 大 多 不 能及 时 清 理 而 被 车 辆 碾 压 成 实 雪 或 冰 ， 因 此 除 雪 对 象 实 际 上 是 压 实 雪 。 在这 种 理 念 影 响 下 ， 过 去 除 雪 机 械 的 设 计 也 主 要 是 针 对 清 除 压 实 雪 而 开 展的 ， 并 研 制 出 各 种 清 除 压 实 雪 的 机 械 设 备 。 压 实 雪 除 雪 机 械 设 计 技 术 难度 较 大 ， 设
5、备 制 造 成 本 较 高 ， 除 净 率 低 ， 工 作 效 率 低 ， 绝 大 多 数 压 实 雪除 雪 机 需 要 大 功 率 车 辆 作 为 配 套 动 力 ， 燃 油 消 耗 大 ， 整 套 设 备 资 金 投 入大 ， 动 辄 数 十 万 元 ， 难 以 大 量 推 广 应 用 。总 结 多 年 的 除 雪 经 验 和 体 会 及 对 各 种 除 雪 方 式 的 比 较 ， 笔 者 认 为 机械 化 “实 时 除 雪 ”才 是 科 学 合 理 的 除 雪 方 式 。 从 工 程 学 的 角 度 看 ， 积 雪被 压 实 的 过 程 需 要 消 耗 大 量 能 量 ， 雪 被 压 实
6、 后 再 把 它 从 地 面 上 清 除 掉 就要 加 倍 消 耗 更 大 的 能 量 和 更 多 的 时 间 ， 从 而 造 成 很 大 的 浪 费 。 相 比 较 而言 ， “实 时 除 雪 ”所 消 耗 的 能 量 只 有 前 者 的 几 十 分 之 一 ， 是 效 率 最 高 最省 时 省 力 的 除 雪 方 法 。 目 前 欧 、 美 等 工 业 发 达 国 家 基 本 上 都 采 用 机 械 化“实 时 除 雪 ”技 术 。 机 械 化 “实 时 除 雪 ”技 术 实 际 上 就 是 使 用 散 雪 除雪 机 械 在 降 雪 过 程 中 进 行 除 雪 ， 边 下 雪 ， 边 清
7、除 ， 多 台 除 雪 车 保 持 一 定距 离 成 梯 形 队 伍 排 列 循 环 清 理 路 面 ， 过 往 车 辆 可 在 除 雪 车 之 间 穿 梭 绕 行而 不 影 响 交 通 ， 避 免 了 积 雪 在 路 面 停 留 时 间 过 长 而 被 碾 压 成 实 雪 或 冰 。开 发 适 合 我 国 国 情 的 除 雪 机 械 , 探 索 与 高 速 公 路 管 理 相 适 应 的 作 业 方式 , 将 有 着 深 远 的 意 义 。机械创新设计-小型便道除雪机设计二、设计目的意义：2.1课题研究目的：中国北方大部分地区,每年有35个月的降雪期,道路积雪给交通运输及人民日常生活带来许多
8、困难,有时甚至阻断交通。近几年来高等级公路里程不断增加,及时有效地清除路面积雪已成为亟待解决、刻不容缓的问题,这对于提高车辆的运输效率、避免重大交通事故的发生,具有很大的社会经济效益。目前,国内除雪作业多由人工或其它代用机械完成,其劳动强度大,作业效率低。进口外国先进的除雪设备,造价高且不适合中国国情;而用其它的代用机械如平地机进行除雪作业,则又浪费实用设备且对路面具有破坏性。所以,尽快开发出适合中国国情的低成本、高效率、且宜大面积推广应用的除雪设备,是一项艰巨而紧迫的任务。2.2课题研究的意义：我国北方大部分地区,每年有很长的降雪期,道路积雪给交通运输及人民日常生活带来许多不便。尤其冻结在道
9、路上的积雪与薄冰,采用传统除雪机用推刮的办法无法清除,为此不得不耗费大量人力物力进行人工铲除。采用机械方法清除是一项急需解决的难题。就目前国内除雪机械来看,大多数功能单一,或只能清除积雪、或只能破除积冰1。国外的除雪机功能较全,但结构复杂,造价昂贵,且大多不适合国内的道路状况。因此开发研制适合我国道路情况的集破冰除雪于一机的设备,具有十分重大的意义。国外的除雪机功能较全,但结构复杂,造价昂贵,且大多不适合国内的道路状况。因此开发研制适合我国道路情况的集破冰除雪于一机的设备,同样具有十分重大的意义。2.3本课题国内外研究概况：2.3.1 本课题国内外研究概况：目前，世界各个国家除冰雪的方法中，应
10、用最普遍的是溶解法和机械法。机械创新设计-小型便道除雪机设计溶解法是依靠热作用或撒部化学药剂使冰雪融化。其优点是除净率高，但是它的成本很高。而且容易造成环境污染。虽然环保型融雪药剂已经问世，对环境和植被的影响减少了，但是并未彻底根除。因此使用范围受到一定限制。机械法是通过机械作用直接作用解除冰雪危害。虽然除净率较低，但是对环境和植被无任何影响。能实现冰雪的异地转移。应用范围比较广。因此，笔者认为：清除冰雪必须以机械法为主，以溶解法为辅助，才能达到快速和环保的除雪效果。我国对除雪机械的开发、生产都比较晚，因此还处于起步阶段。目前，我国的城市道路和公路冬季除雪大部分仍沿用传统的养护方式，即人工作业
11、和小型的除雪机械相结合的方式。高速公路和一级公路开始使用大型专用除雪机械，进行冬季养护。但是，除雪机械在数量和品种规格上还很少，所以除雪设备大部分依赖进口。机械化程度和总体水平远远落后于发达国家。只是最近几年国内的厂家才参照国外的先进技术研制了适合我国国情的除雪机械。国内的除雪机械虽然有了很大的发展，但其总体水平与发达国家相比，产品品种及性能都还有很大差距。适应不了我国高速公路的发展的需求，主要体现在以下几个方面：1)技术水平低，除雪机械在结构设计、制造工艺、零部件供应和使用管理等方面都存在技术水平低的问题。致使除雪机械可靠性差、故障多、寿命短。2)功能单一。除雪机械具有明显的季节性，如果功能
12、单一，只能用做除雪和除冰专用，那么，机械一年中大部分时间处于闲置状态，大大增加了除雪的成本。加重了公路养护部门的负担。3)品种类型不全。与国外相比，现在有不少除冰雪机械在国内还是一片空白。现有的除冰雪机械无法满足公路和大型机场的除冰雪的要求。2.3.2 国内外在这个方面的发展方向：(1) 加强对雪质、雪性的基础研究。为了提高除冰雪机械的设计水平，需要对冰雪的力学性质和物理特性进行深入研究。特别是对压实冰雪的理论研究。据有关资料研究：东北地区压实冰雪占总的除雪任务的80%以上。机械创新设计-小型便道除雪机设计(2) 向一机多能和机电液一体化方向发展。在现有的条件下，可以对汽车、拖拉机、装载机和推
13、土机等设备进行改装，冬季降雪时用来除冰雪作业，其余时间可用来进行公路养护和其他作业。可以提高设备的利用率。采用机械、电子、液压等技术提高除雪机械的科技含量，减轻工人的劳动强度。(3) 向大型、小型和高速方向发展。我国的地理环境复杂，各个城市道路建设布局各异，冬季降雪情况不同，在除雪设备的选取上也不尽相同，因此要开发出大型、小型的各种除冰雪机械，以满足不同地区和工况的除冰雪要求。同时要开发出效率高的机械，避免除雪作业造成路面交通拥挤。例如，东北有些城市规定：对于市区内主干道，雪停止24H后需运出城市外。(4) 加强行业间的技术交流与合作。走共同研发之路。各个厂家根据自己的实际情况开发出的产品各有
14、优缺点，为了加快除冰雪机械的开发和应用，应加强企业间的合作，集中财力、物力和人力走共同发展之路，实现除冰雪的机械化。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
15、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。机械创新设计-小型便道除雪机设计2.2雪的密度雪 的 状 态 密 度（g/cm 3）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
16、冰雪层所必需的力，k 0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。轮胎与冰雪路面间的附着系数 载入表 2.6。c行驶阻力系数，一般较外摩擦系数大，因为它不仅产生摩擦，而且还挤压雪。轮式和履带式车辆的行驶阻力系数按表 2.7选取。2.2 雪的硬度雪的状态 雪的密度（g/cm 3）当温度由-1-20 OC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机械创新
17、设计-小型便道除雪机设计图 2.1 雪的硬度与密度和温度的关系2.2 路面冰雪清除机基本方案、原理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，如铣床的铣刀切削表 2.3 内摩
18、擦系数 2雪 的 温 度（ OC）雪的密度（g/3）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 温 度（ OC）雪的密度（g/ 3） -2-4 -16 -30 -100.10.20.100.0850.140.0970.180.11机械创新设计-小型便道除雪机设计0.30.40.450.500.070.0550.0480.0250.080.0650.0480.0330.090.0750.0560.040加工金属件。根据这一思想，确定基本方案三、原理方案设计：3.1功能分析：道路除雪3.2求功能元解：探索功能元解并列出形态学矩阵综合表，如下表所示：小型便道除雪机的形态学矩阵综合表功能元解功能元1 2 3 4 5A 动力源 电动机 汽油机 柴油机 液动机 气动马达B 尖端汇集雪 直立推板 曲形推板 弧线推板 螺旋推板前端铲雪驱动（尖端铲雪、平板推雪）堆积（旋转清扫）取放（融雪剂融化）后端存雪和清除驱动传动移位复位
