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)
《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)》由會(huì)員分享,可在線閱讀,更多相關(guān)《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)(19頁(yè)珍藏版)》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 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(guò)觀察、控 制除冰鎬工作情況和
2、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3~5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(lái)許多困難,有時(shí)甚至阻斷交通。近幾年來(lái)高等
3、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(wèn)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(lái)許多不便。尤其凍結(jié)在道路上的積雪與薄冰
4、,采用傳統(tǒng)除雪機(jī)用推刮的辦法無(wú)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(lái)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
5、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(wèn)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(guò)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(wú)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)
6、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(lái)說(shuō)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
7、質(zhì)雪區(qū)工作。有的還增加了滑靴和滾輪等裝置,用來(lái)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: 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(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。 ③ 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。 ④ 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)
8、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(wú)法清除壓實(shí)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(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
9、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。 ② 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。 ③ 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。 ④ 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。 ⑤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
10、,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(guò)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、
11、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
12、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(lái)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(lái)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。 ③ 加強(qiáng)行
13、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
14、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(guò)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,
15、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 0.10~0.15 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(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
17、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0.25 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(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
18、,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(lái)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)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(shù)(對(duì)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(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(lái)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
21、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(shí)的 小粒冰雪形成密實(shí)的 大粒冰雪形成密實(shí)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(shí)的 密實(shí)的 很密實(shí)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(shù) 雪 的 狀 態(tài) 輪 胎 類 型 附著系數(shù)φC 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 0.20~0.35 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(shù) 雪 的 狀 態(tài) 雪的密度 g/㎝3
24、) 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 0.15~0.25 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(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
25、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(guò)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) 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(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(guò)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
27、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
28、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(jiàn)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(guò)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
29、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(jiàn)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
30、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: 16~47 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
31、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(lái)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)
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(nèi)部。其具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)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(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
34、。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(guò)密、間距過(guò)小甚至沒(méi)有間距,雖然刀齒受力減小,但從壓實(shí)冰雪的特點(diǎn)來(lái)看,造成整機(jī)成本增加,是沒(méi)有必要的。另外,周向布置排數(shù)過(guò)多、過(guò)密造成前排刀齒還沒(méi)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(guò)少,齒刀過(guò)稀,間距過(guò)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
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(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(guò)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
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(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(jiàn)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(guò)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(ρ≥0.55~0.65g/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
37、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 kpa>[p] (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)
38、 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(guò)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
39、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(guò)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
40、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(guò)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(guò)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(wèn)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)
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