卡车改装铲雪车工作装置设计

卡车改装铲雪车工作装置设计摘要：本文把东风牌EQ1162GJAC型载货汽车底盘用作基础，让雪铲和底盘大梁连接,对除雪机铲板设计和确定结构参数,分析雪铲工作阻力,对发动机功率进行校核。通过避障四杆机构液压系统的设计和研究,确定除雪机最终的设计。主要工作有研究除雪机的特点和类别,确定除雪机设计。考虑可制造性除雪操作、需求结构性因素,如参考实验数据选择合适的雪铲结构参数。对雪铲板空间曲面进行了分析、设计。通过对除雪机的计算、分析雪铲与操作车辆牵引特性和功率匹配特征。对除雪设备碰撞避免机制和液压系统复位弹簧进行计算与设计。关键词:铲雪车,铲板曲面,液压系统,四连杆连接,除雪装置ITruckmodificationsnowplowsdevicedesignAbstract：Inthispaper,thewatershaveEQ1162GJACtypetruckchassisasabasis,lettingthesnowshovelandchassisgirdersconnect,thesnowploughshovelboarddesignandstructureparameters,analysingworkresistanceofthesnowshovel,checkingtheenginepower.Throughtheobstacleavoidancehydraulicsystemdesignandresearchoffourbarlinkage,snowblowerofthefinaldesignisdetermined.Mainworkstudiesthecharacteristicsofsnowblowerandcategories,anddeterminingthesnowremovalmachinedesign.Considermanufacturabilitysnowremovaloperations,requirements,structuralfactors,suchasthereferenceexperimentaldatatochoosetheappropriatestructuralparametersofsnowshovel.Snowshovelplatesurfaceareanalyzed,anddesigned.Bycalculatingthesnowblowerandanalysingthetractionfeaturesbetweensnowshovelandoperatingvehicleandpowermatchingfeatures.Wecalculateanddesigntheavoidingcollisionmechanismofthesnowremovalepuipmentandhydraulicsystem.Keywords:Snowplow,Shovelboardsurface,Hydraulicsystem,Fourconnectingrodconnected,Snowremovingdevice目录1前言.11.1铲雪车的技术概况.11.2铲雪车的特点及分类.21.2.1根据工作装置的特点及分类.21.2.2按整车特点分类.42铲雪车的结构总体设计.52.1铲雪车的基本结构.52.2选择专用除雪装置.52.3除雪装置的性能.52.4专用除雪装置布置.62.5专用底盘的选择.73雪铲铲板空间曲面设计.93.1概述.93.1.1相关概念及名词解释.93.2雪铲铲板曲面结构参数选择.103.2.1雪铲的铲板空间形状选择.103.2.2雪铲铲板切削刃参数选择.123.3雪铲材料.123.4除雪铲的力学模型及计算.133.4.1除雪阻力计算.133.4.2行驶阻力计算.153.5切线牵引力计算.163.6除雪功率的计算.173.7发动机功率校核173.8本章小节174除雪车弹性避让装置.184.1概述.184.2避让装置的选择.184.3圆柱螺旋拉伸弹簧的设计.194.4本章小结.225除雪装置的液压系统的设计.235.1液压系统.235.1.1液压系统组成及作用.235.1.2液压传动的工作原理.245.2油泵的种类.245.2.1齿轮泵结构和工作原理.245.2.2齿轮泵基本参数的选择.255.3液压缸的设计计算.265.4本章小结.32参考文献33致谢.3401前言1.1铲雪车的技术概况铲雪车用于路面清雪,保证路面畅通行车和行人安全，作为路面的专用养护设备。近些年来，各厂家不遗余力的提高产品性能同时也采用各种工艺、手段开发出多种产品，发展及其迅速，要求也更高，这样才能生产出优质的产品来满足各种除雪的需求。国外的铲雪车发展趋势如下：（1）开发高性能专的用底盘，广泛应用动力换挡装置、液力距器和全自动电液控制系统。具有自动变速功能，能够大幅度减少驾驶员的负担，并且工作速度在完成快速除雪的需求下能够自动的适应工作时对雪车的负载变化。（2）除雪研发配置在普通底盘配件,可以提高机器的使用效率,扩大机器使用范围。开发有效的去除固体冰设备,扩大作业设备,高雪堤处理设备,滑雪设备,试剂施布装置等各种工作装置,并对除雪设备结构、形状的铲板、铲雪切入角、形状优化设计,在提高寿命的同时使用简单、受力适中，并且大大的提高了使用的安全，同时也相对的（3）开发柔性避让装置、除雪工作装置，使得铲雪车能够更好的适应不同的路面情况，从各个方面向智能、快速的方向全面发展。（4）国外主要注重对不同类型积雪的研究。通过不断钻研各种积雪特性，能够掌握积雪的各种特点，从而由理论出发向实践发展，才能摆脱当下各种效率低下的研发方式。相对而言我们国家对除雪器械的研制比较落后，主要集中在80年代末才开始步入正轨。并且研发地区有较强烈的地域特性，由于我国比方地区常年受到积雪的影响并且常常出现由暴雪而产生的灾害，所以大部分位于我国北方地区。最近几年在人民的不断努力之下开发出许多不同种类的除雪器械及设备，在对国外除雪设备的不断研究拓宽了眼界，开发出了犁板式、转子式及拖是撒盐型等具备不同除雪特点的除雪车车型。但其技术照比发达国家还是有这一定的距离，尤其在机械性能和产出数量上具有较大差距，这导致我国的道路除雪要求依然得不到满足。随着我国全方面的不断发展，开发符合我国道路情况的除雪车迫在眉睫。11.2铲雪车的特点及分类铲雪车是由机动车底盘和除雪工作装置两部分构成。分类方有按工作装置特点分类与根据工作装置结合车辆底盘机器的结构和特征分类这两种情况。1.2.1根据工作装置的特点分类铲雪车按工作装置特点可分为犁板式、旋切式和其他类型。（1）犁板式铲雪车犁板式铲雪车主要安装犁板式清雪装置，该设备的最大特点是结构简单,成本低,性能可靠。清雪作业时往往以直线运动为主，及其应用广泛，同时也是保有量最大的车型。根据犁板体的结构又可以分为单向犁式、侧翼板式、V型犁式、刮雪板式、及犁板式综合铲雪车。图1-1所示是一种单向犁式铲雪车，其主要应用在清除新绛积雪，由于新降积雪的各种特性采用此除雪车除雪速度会较快。通过研究其铲板曲面结构和工作时的行进角可以发挥出该除雪设备更好的清雪及排雪性能。图1-2是一种V型犁式铲雪车，其结构及受力都较为对称，因其结构对称导致其工作结构也较为复杂，但也因其结构对称而可以完成其他除雪设备做不到左右方向同时排雪。其原理及结构都与单向犁较接近，但是作业速度低，牵引力大。单向犁式铲雪车V型犁式铲雪车刮板式清雪车图1-3所示是一种刮雪板式清雪车，其工作对象为压实雪也就是在力学性2能上较硬的雪，其上安装有尺寸较小结构较硬的特殊清雪设备，即刮雪板清雪装置。为了合理利用其自身的重力,刮雪板通常基于固定角度是用在车辆附近安装在底盘上的重心的位置,因此也被称为中铲。图1-4所示是一种侧翼板式铲雪车，此除雪车运用其侧铲进行特殊除雪工作，具有加大除雪宽度或阶梯作业时就需要其上的侧翼板来完成任务了。犁板式除雪机提高除雪操作的类型,并组合侧翼板式铲雪车简图单向犁或v型犁、刮滑雪板、翼板、以满足使用的需求，并安装到一辆行走车辆上。这种铲雪车的适应能力较强，但是要求较大的行走车辆功率。（2）转子式除雪车旋切式除雪车与前几种除雪车较为不同，其结构较为复杂，此类除雪车可分为几种不同车型，可以对特殊的厚积雪的特殊类型进行作业，其特点是可以将清除的积雪抛出较远距离的特殊结构。压磙式除雪车安装有压磙装置较适合用于清除坚硬冰雪。图（1-5）是拖挂式压磙除雪车。按照压磙装配磙刀的安装角可以分为斜刃压磙（图1-6）与直刃压磙（图1-7）。经过实验，证明在清除冰雪与保护路面上斜刃压磙的切入角能够相对有效。单螺旋转子式除雪车（图1-8）与转子式除雪车（图1-9），是常见的两种旋切式清雪车其上装配有抛雪转子，由集雪装置、连接装置、抛雪筒及抛雪转子等组成了工作装置。集雪装置先将雪从两边向中间运到叶片呈辐射状的抛雪转子中，在叶片高速旋转的离心力作用下，沿叶片表面运动到转子壳体顶部开口拖挂式压磙除雪车抛雪，通过抛雪筒将其导入合适的区域。（3）其他类型除雪车除雪车类型广泛常见的有铲剁、锤击、吹雪等许多类型，在一些特殊情况下还会将不同除雪车的一些特性组合起来形成新式的铲雪车来使用，其除雪效3果也是非常不错的。斜刃压磙、直刃压磙、单螺旋转子及转子式除雪车1.2.2按整车特点分类除雪车的种类很多，其分类方式同样也是非常的多，可以根据很多种不同的特性特点来对其进行基本的划分。根据整车的使用场合，可以分为对基本路面清雪的人行道除雪车，对特殊的铁道进行除雪任务的铁路除雪机，以及对高速公路进行紧急除雪任务的高速路清雪车等许多类型。根据除雪中的作用，可分为清雪开始时进行集雪任务的推雪车，接下来把积雪清除的抛雪车，最后一个是承装积雪的装雪车，还有就是执行特殊类型清雪任务的特种清雪车辆。根据除雪车底盘不同分为有特殊需求的专用底盘除雪车和经济性较好的兼用底盘除雪车，专用底盘除雪车只适用与除雪作业，的除雪工作属具全部均可4拆卸，可以在不需要除雪作业时用于运输及其他作业。根据除雪车的行走装置可分为履带除雪车和轮胎式扫雪机。2铲雪车的结构总体设计2.1铲雪车的基本结构铲雪车基本结构包括铲雪车专用工作装置与专用底盘这两部分。（1）专用车底盘专用汽车底盘由多个系统组成，底盘起到支承、安装汽车发动机等各个零件的作用。其能够在安装发动机后形成完整运动机构，在总成后使汽车运动行驶。为有效提升铲雪车的性能，可以通过选择合适的专用车底盘来实现。（2）专用工作装置铲雪车专用工作装置，即除雪装置，由控制、执行以及工作三部分组成。专用工作装置非常重要，整个铲雪车的工作主要都是由其来完成，同时它也影响着工作的效率和效果。2.2选择专用除雪装置单向犁板除雪车主要采取直线运动的方式进行除雪作业，应用十分广泛，本课题也是选用了这种除雪装置。对此雪板曲面进行最优设计，选取的行进角适合的情况下在清雪及排雪等性能上也能够有较大的提升。专用除雪装置因其结构较为简单且经济实用及其可随意拆卸组装等优点，使得其在铲雪车中是保有量最大的类型。2.3除雪装置的性能除雪装置主要具有除雪和避开障碍物的功能，要求如下：（1）除雪装置对除厚度为,密度为的新雪能够有效清除。m103/80mkg（2）除雪铲板能够左右摆动，并沿着除雪最大偏转角为30行进方向向右。（3）除雪工作中除雪装置必须能越过障碍物的高度为100mm。5（4）除雪车停止作业时，除雪装置可被举升。为通过障碍，其升举高度须大于220mm。2.4专用除雪装置的布置专用除雪车除雪装置布置图如图2-16图2-1除雪车雪铲布置图1、除雪铲2、拉簧3、除雪铲上连杆4、前托架5、后托架6、提升油缸7、举升连杆8、大梁托架9、偏转油缸10、除雪铲下连杆图2-1中拉簧2起着吸收部分冲击载荷的作用，雪铲完成避让后，快速让雪铲复位，同时让铲刃与地面紧贴。大梁托架8和举臂连杆7铰接两个提升油缸6，对除雪铲的升降起控制作用，最大升程可达到220mm。前托架4与后托架5之间铰接偏转液压缸9，用于控制雪铲的摇摆。作业时，偏转液压缸推动除雪铲1与前托架4一起转过30，行程为166mm。而后和后托架5用销子固定，升降液压缸降低,雪铲刀接近地面。随着除雪车的运动，积雪将被雪铲铲离地面并沿铲铲刀板表面的螺旋运动,雪推到路的右边。2.5专用底盘的选择专用底盘的选择是十分重要的，除雪作业的效果不只受到各机械结构的影响，底盘的性能及其和各设备之间的匹配也很重要。所以选择各参数适合的底盘并与其他各装置的参数向匹配，才能全方位的提高除雪车的性能。本课题的专用底盘采用东风牌EQ1162GJAC型载货汽车的底盘如图2-2。7图2-2东风牌EQ1162GJAC型载货汽车底盘东风牌EQ1162GJAC型载货汽车是一种越野性能极强的多功能货车。多种机具组合在车桥之间、前部安装板以及车辆的后部，它可以在短时间内实现机器迅速替代。此外，东风牌EQ1162GJAC型载货汽车预装了各种可能需要的安装点在车身的加装区，其中就有除雪铲板所必要的安装点。所有机具可以安装在车辆轮廓线之内。另外，东风牌EQ1162GJAC型载货汽车还可以配备液压系统和多种取力器，方便各种设计特殊的安装和驱动力。东风牌EQ1162GJAC型底盘参数见表2-1。表2-1东风牌EQ1162GJAC型载货汽车底盘参数轴距3950mm底盘名称载货汽车底盘排放标准GB3847-2005,GB17691-2005国前轮距1910,1940后轮距1800,18608外形尺寸7240*2460*2710离地间隙前420mm/后423mm接近角/离去角34/18钢板弹簧片数9/11+8轮胎数6轮胎9.00R20，10.00R20最高车速85km/h，在除雪作用中把车速限制为25km/hEQ1162GJAC型号广西玉柴YC4E160-33型号发动机排量（L)4.257L最大功率kw118kw发动机最大扭矩（Nm）600N.m燃料种类柴油3雪铲铲板空间曲面设计3.1概述311相关概念及名词解释（1）除雪宽度BL除雪车的除雪宽度就是其雪铲在汽车前进方向上的最小投影宽度。根据除雪情况不同，除雪时需要的除雪宽度也是不同的，例如较宽的广场上就需要更大的宽度，但是宽度也是有要求的，一般不超过一个车道宽，这样就不会造成对交通的影响。（2）切削角c地面间与铲体行进方向上的夹角，如图3-1所示。铲板运动时，在垂直的力的作用下产生c如图。这样会将地面上的积雪铲起并顺着铲板运动，最后排9出。切削阻力的大小受切削角的大小直接影响。切削刃由于切削角c太小变薄、强度低；但c较大，会显著增大切削阻力。经过实验证明，切削角每增加10，抗切强度系数K增加10%20%，抗切强度系数K达到最大值时切削角c在60左右时，后抗切强度系数K增大不明显，切削角c60。（3）行进角车辆前进方向与雪铲宽度方向的夹锐角为，=RF21（3-1）如图3-1所示。行进角会影响性能阻力等多种参数，行进角的重要性体现在较小的情况下阻力也会变得相应较小相应性能也会得到提升。雪铲较短阻力增加性能降低，只有除雪车雪铲较常的时候才能保证除雪车的除雪宽度。3.2雪铲铲板曲面结构参数选择除雪铲具有复杂的空间曲面形状是安装在除雪车上的主要除雪设备，其运用灵活运用曲面原理对各种不同类型的积雪进行快速清除，安装在车体前端可随时拆卸。除雪铲曲面设计是除雪铲设计的主要内容。图3-1切削角、行进角示意图103.2.1雪铲的铲板空间形状选择（1）铲板铲形犁板式除雪车雪铲两端大小不同，应用曲面旋移的原理以及快速前进的工作状态，可以较高速的清除积雪。雪铲的结构和参数也是十分重要的，它影响着容量、阻力等多种因素。并且能够使铲除的积雪形成螺旋外抛的形式将被除积雪抛出较远距离。除雪铲板形状一般有四种类型，如下图3-2，其中抛物线型的形状和圆弧型的形状基本相同，各方面的性能等也较类似。因除雪车除雪时除雪铲各方面因素与推土铲工作时较类似，因此外国专家用不同的板型做了研究。在除雪或推土时积雪及沙土会产生旋移运动，在各因素相同时，比较切削阻力影响。如表3-1。表3-1铲板类型对切削阻力的影响（2）铲板宽度除雪车雪铲一般以固定的行进角工作。各因素，如阻力、性能等都受其较大影响。基于经验和相关实验,除雪铲行进角通常取值为5060，基于角度11关系可知60，同时已知除雪铲的偏转角为30，然后运用几309F何计算求得为46，所以行进角=RF21=53。雪铲前进方向的最小R投影宽度应大于车宽，较小端应宽出大约200mm比轮胎边缘，轮胎边缘应短出约400mm比较大端。测量宽度是确保操作除雪车的过程中可以为自己开辟前进的道路,以确保其工作的质量。公路车道宽约m3750，通常3750较多。雪铲宽度小于等于m3750才能不影响正常交通。除雪宽度BL，应大于等于m2936（车宽+两端轮缘距）。雪铲宽度应大于，确定雪铲宽度60sin29iFB为370。根据公式检验（3-2）：B=xeqF（3-2）式中：Fe推雪车额定牵引力(N)，东风牌EQ1162GJAC型载货汽车的额定牵引力为39kN；B推雪宽度，单位mm；xq推雪铲的水平比切力，20100N/cm为选取范围，此次选取100N/cm。将数据代入公式（3-2）得mcB390，因此雪铲宽度为Bm370符合要求。（3）雪铲铲板特征雪铲铲板通常利用不对称安装保证除雪宽度。铲板前端高度FH为m10，后端高度RH为140。雪铲要有一些量防止驾驶员视线受到影响。3.2.2雪铲铲板切削刃参数选择除雪车一般清除新雪，因各种因素导致其密度变化较大，在之间。因比较除雪与挖掘情况十分相像，因此通过挖掘来说明情mkg/802况。，推土铲的切削角c以55为最佳，但是雪铲应取30切削角c为最佳。12除雪车清除新雪，又运用了汽车底盘的轮式结构能够较大的减少工作阻力导致需要的牵引力也动力也较小。除雪车的工作道路表面相对光滑,适合地形变化后角需要略小。所以综合考虑,除雪铲铲刃切削角c选择为30。切削刃厚度为，除雪深度是。积雪道路路况一般较复杂,为了避免雪铲部损伤和m20m10替换整个雪铲,通常把铲刃由多块刃板组合而成，为了相对延长使用寿命，可以翻调换转使用。3.3雪铲材料前沿和铲板连接在一起形成了除雪铲的主要工作部分。尖端的部分直接切雪,应该有足够的耐磨性、强度和刚度。合适的铲体重量能够增加对路面的压力，所以除雪车并不用特别追求减小雪铲的质量，并且近年来铲体质量有增大的趋势。但必须考虑到驾驶的稳定性和承载能力的卡车后桥前使用，一般情况除雪工作装置的总质量限制在500800kg。材质选择要考虑经济性，切削刃材料考虑的因素,应考虑其物理性质如耐磨性、韧性、经济工作温度，表3-2为几种常用的钢铁机械性能和退火硬度。除雪设备零件材质选择钢，连接件除外。235Q切削刃通常选用调质钢。Mn65表3-2常用钢材的力学性能和退火硬度力学性能钢号abMPasP退火硬度HB20Mn2785590187Q235375460235-4560035519740Cr52098020765Mn7354302293.4除雪铲的力学模型及计算13除雪车作业时的清雪阻力，包括雪铲清雪阻力和汽车运动阻力。雪铲阻力如图所示坐标进行分解。Fp43czX前进方向Y图3-3单向推雪铲的受力坐标Fa除雪铲FfFc除雪铲3.4.1除雪阻力计算清雪铲所受到的阻力Fp可由下式求得：Fp=Ff+Fc+Fa(3-4)式中Ff路面与铲刀间的滑动摩擦阻力，N；Fc切雪阻力分离积雪时产生的，N；Fa抛出时积雪沿铲板面对铲板的作用力，N；Fp也可按图3.4行分解：Fp=Fpx+Fpy+Fpz(3-5)式中Fpx前进方向分力，N；Fpz垂直分力，N；Fpy侧向分力，N；按上述坐标对Ff、Fc、Fa进行分解则有：Ff=Ffx(3-6)Fc=Fcx+Fcy+Fcz(3-7)Fa=Fax+Fay(3-8)式中Ffx，Fcx，Fax前进方向分力，N；Fcy，Fay侧向分力，N；Fcz垂直分力，N；分别计算铲体阻力在不同方向的和。14前进方向阻力Fpx：Fpx=Ffx+Fcx+Fax222c2pfpxcos45.0-sin18.osingSSMF(3-9)N)532cos4.0532sin18.0(94.682.032cos5in94.08.1.0=1862N侧向阻力Fpy：Fpy=Fcy+Faycosin2.70cosin2pySSF(3-10)N53cosin294.0.68.230s5i94.0=392N垂直方向阻力Fpz：czpFppz.89MF(3-11)0.=7840.00N式中f铲刃和路面的摩擦因数（钢铁与压实雪的摩擦因数为0.1）；Mp，；雪铲总质量kgkg80雪铲总质量为S清雪断面面积，2m（S=2.9360.1=0.2942m）；雪铲的行进角，（行进角为53）；c雪铲的切削角，（切削角为30）；雪铲的行进速度，m/s（为除雪车的行进速度6.94m/s）；雪的密度，kg/3（松散雪的密度为80kg/3）；15K铲刀口形状系数（前铲K=1）;，抗切应力.抗断应力均Pa,03.4.2行驶阻力计算行驶阻力Fm由下式求得：jiramFF式中Fa空气阻力,N;Fr滚动阻力,N；Fi上坡阻力，N;Fj加速阻力，N;即MagMAFeerasinco112m(3-12)式中a空气阻力系数（东风牌EQ1162GJAC型汽车取值0.6）；A犁板式除雪车正面投影面积，2m；犁板式除雪车与空气的相对速度，km/h；r（，；滚动阻力系数轻碾压雪与轮胎间均0.5v4+.2=rM除雪车总质量，kg；1除雪车有效质量，kg，1M=M-Mp；e道路坡度角；a加速度，m/2s；犁式除雪车旋转部分回转当量，kg。由于除雪车辆行驶阻力和通用汽车行驶阻力的计算方法相同，犁式除雪阻力影响因素很多，计算复杂，但可用经验公式（3-13）进行估算：SNFR.89m=9.853.10.29480=12239N（3-13）16式中：RN除雪阻力比，m（RN=0.09422-2.44+65.5=53.1）；S除雪断面面积，2（S=0.294m）；雪的密度，kg/3（松散雪的密度为80kg/3）；雪铲阻力和行驶阻力合成清雪总阻力，又可以可分解成行进FpFs方向分力、侧向分力和垂直方向分力三个力。行进方向分力Fsx=Fpx+Fm=（1862+12239）N=14101N侧向分力Fsy=Fpy=392N垂直方向分力Fsz=Fpz=7840.00N3.5切线牵引力计算切线牵引力的概念是。由牵引元件作用之下，由地面产生作用在汽车地Fk盘上、跟地面平行沿着前进方向的力叫做切线牵引力。由下式计算最大附着力可得：pz-gFM=0.35（53409.8-7840）=15572N式中附着系数，一般为0.250.35,取0.35。因此，作用于行走机构的最大切线牵引力为pzFgFmaxk=15572.2N当最大切线牵引力大于等于外部阻力之和时除雪车方能正常工作，即Nsxk1401572ax通常来说，最大牵引力macM大于附着力，因为最大牵引力来源于发动机所以应对发动机功率适当储备。3.6除雪功率的计算由下式求得除雪功率P：sxF(3-14)W90.46117KW1098734式中P除雪功率，kW；sxF行进方向的除雪阻力，14101N;行走速度，6.94m/s；传动效率，机械传动取=0.903.7发动机功率校核根据上面的计算可知sxkFmax，而且除雪车初选功率118kW的发动机大于除雪功率109kW，因此除雪车能够正常作业。3.8本章小节本除雪车选用II类渐开线型铲板，切削刃厚度为10mm，铲刃切削角为30；推雪铲行进角为53，除雪铲前后端高度分别为1000mm、1400mm，铲板宽度为3700mm，有效除雪宽度为符合要求将大于车宽600mm。雪铲在正常工作时，选择底盘类型和除雪作业时的牵引力匹配，必须满足设计要求。额定工作情况为：密度为80kg/3m的浮雪、清除0.1m厚，额定清雪速度为25km/h。4除雪车弹性避让装置4.1概述当前,已经大大提高了城市道路和高速公路交通,但仍有相当范围的道路交通较差,突出表现在低表面粗糙度和当地的损害，除雪操作也会遇到分界线反光一类的路面物。如果没有避障措施,将导致损坏除雪设备或设施,以及驾驶员的生命安全。除雪车有两种避障措施形式:一种是使用机械机制,实现被动避障。另一种是使用电磁或声波波障碍层的厚度探测探测出来的形式,自动控制推雪铲18升降运动,主动避障。这个主题主要采用的机械结构是被动避障结构。犁板除雪车的基本机械被动避障结构分为两种类型:一是一个缓冲铲达到身体运动和避碰,采用双摇杆机构；另一种是依赖于铲动作实现缓冲区和避碰,摆动杆机制。避碰行动的避碰机理可以分解规模上下运动和绕固定轴旋转。4.2避让装置的选择国内外的除雪机上的避让装置一般的是选用弹性及双摇杆装置来进行避让操作，其优点十分明显并且较适合在积雪情况较硬的工况下工作。而摆动杆导杆安装在挖掘机上的避障机制,限制铲最佳切削角值。摆杆铲刀切削角范围6575,适用于使用中铲。所以本课程设计中使用双摇杆避障机制。为了达到良好的性能的弹性碰撞避免,应考虑四连杆机构的设计:（1）为顺利避障，双摇杆机构应保证铲板的运动。（2）应适当增加铲板和前托架之间的距离，能更好的提高自动越障的高度。（3）拉伸弹簧整体刚度十分重要，选择必须合适过大过小均会影响避障效果。（4）推雪铲在运动后应能够及时回位，所以需要对其极限位置进行限制，以此来预防“死点”的产生。（5）基于我国交通以及道路情况，自动越障高度H可以控制在100mm左右。（6）铲刃对地面应该有足够线压力，能够顺利将积雪剥离；弹簧拉力过大过小均会影响除雪效果。（7）要使机车动力能够合理有效的传递到推雪铲的铲刃。图4-1是双摇杆机制发挥弹性避碰的雪铲模拟图。在这个模拟图中，1和2分别为上、下连杆，3为前托架，4是连接点C连接着圆柱螺旋拉伸弹簧与前托架，D为铲地接触点（即铲刃与障碍物的接触点），5为除雪铲。A点围绕B点转动一定角度，就可避开障碍物，曲线即为铲运动轨迹，即为自动越障高度值。除雪铲能够发挥自动翻越物体的功能。19图4-1双摇杆避让机构4.3圆柱螺旋拉伸弹簧的设计圆柱螺旋拉伸弹簧的原始几何参数：除雪作业时，雪铲将会受到来自雪和地面的两个作用力。受力分析如图4-2，G是除雪装置前雪铲重量，是除雪装置的总重量的60%，即4704N。Fp1是来自地面和雪作用在雪铲上的总用力之和。Fpx为Fp1的水平分力，根据前面的相关计算Fpx=2326N。Fp1y是Fp1的垂直分力。F是由弹簧给雪铲带来的拉力，Fx和Fy是水平和垂直两个方向的分力。Fp1y=Fpxtan30（4-1）=1862tan30N=1075N通过比较除雪阻力垂直方向的力Fp1y和除雪铲板的自重可知Fp1y42000000.5d48300080000D480000-4013060Si2Mn60Si2MnA4806408008001000-4020050CrVA45060075075094020000080000-402104550不锈钢丝1Cr18Ni91Cr18Ni9Ti33044055055069019700073000-200300（2)根据强度条件计算弹簧钢丝直径现选取旋绕比C=15,则由式（4-2）得(4-2)09.156.4165.041CK根据式（4-3）可得（4-m84.608.3.6.1d23）改取d=5mm，查得不变，故不变，取D=50mm，,计算得B105CK=1.145，于是m049.608145.3.1d22上值与原估值相近，取弹簧钢丝标准直径d=5mm。此时D=50，为标准值，则m6052m0d2D所得尺寸与限制相符，故满足要求。(3)根据刚度条件，计算弹簧圈数n由式4-4得弹簧刚度为(4-4)/08.7/0483k12NF由表4-1取G=80000MPa，则弹簧圈数n由式4-5可得（4-62.708.5k8dn3434FDG5）取8圈。此时弹簧的刚度为m/2.6/80.762.kNF(4)验算极限工作应力lim取，则B56.0lima2.851a12056.0MP极限工作载荷NDKF47.9145.08.3dlimli4.4本章小结本章给出了工作原理和双摇杆避障机制,和避障的回归机构张力弹簧设计计算。拉簧选用圆柱螺旋拉伸弹簧，经过计算，最终确定弹簧外径是60，中径是50，弹簧圈数是8圈，弹簧钢丝标准直径是5，弹簧材料选用65Mn。235除雪装置液压系统设计5.1液压系统5.1.1液压系统组成及作用由许多液压元件和管理组成用来完成一定动作的整体叫做液压系统。假如液压系统中具有伺服控制元件（如伺服阀和伺服变量泵），则叫做液压伺服（控制）系统。如果不使用或者明确的说明了使用伺服控制元件，则叫做液压传动系统。本毕业设计主要选用液压传动系统。液压系统有不同的功能,不同的形式,但都包含以下部分（见图5-1）：（1）动力元件也就是液压泵，其主要功能是通过容积，来使内燃机等动力源产生的机械能转换为液压能，也就是液压系统的动力装置。（2）执行元件其作用是将液压能转化为机械能，也是液压马达与液压缸的总称。前者是液压致动器可以变成往复直线运动,其输出力和速度；后者是将液压能转换为连续旋转运动执行机构,其输出转矩和转速。（3）控制元件液压系统中控制液体压力、流量和流动方向的元件总称为控制元件，通常称为液压控制阀，简称液压阀、控制阀或阀。图5-1液压系统（3）辅助元件辅助元件包含了加热器、油箱、滤油器、管道、管接头、冷却器、蓄能器等。虽然他们作为辅助组件,但液压系统是必不可少的。他们的功能属于许多方面,各不相同。（4）工作介质液压装置的工作介质是液压油，它是最主要的部分也是能量传递的载体。系统中如果少了液压油就根本不能工作，所以工作介质的重要性是不可或缺的。除雪专用装置液压系统工作装置包括一个油泵、两个五联手动换向阀、一24个粗滤器和一个细滤器、一个偏转液压缸、限压阀、一个升降液压缸等液压元件构成。5.1.2液压传动的工作原理如图5-2所示液压千斤顶的工作原理可用来说明液压传动工作原理。缸体3和柱塞4构成提升液压缸；缸体6、柱塞7和单向阀8、9构成手摇动力缸；2是控制阀；10、11是管道；1是油箱。动力缸柱塞7手摇后向上行动时，由于增大了油腔A密封容积，形成局部真空，油箱1中的油液在大气压力作用下，吸油的单向阀8将会被顶开，由吸油管11进入A腔。柱塞7向下运动，A腔油液将会受到挤压，压力增加，使吸油单向阀8紧闭，排油单向阀9被打开同时向B腔输入压力油液，推动柱塞4向上移动，使负载G位置升高。柱塞7的动作加快，重物G升高加快。如果杠杆5停止运动，B腔油液压力使得单向阀9关上，重物G在新位置停止。这时将控制阀2打开，则B腔中液压油控制阀2流回油箱1，重物G将会下降在重力的作用下。控制阀2打开程度越大，重物G下降也将越快。5.2油泵的种类将机械能转换为液压能的设备叫做液压泵，液压泵需要有提供机械能的动力源，一般采用电动机或者柴油机。液压泵也是液压系统的核心部分。25液压泵种类很多,所以分类也较为复杂。基于结构可分为齿轮泵、叶片泵等。基于几何位移可以变化可以划分为变量泵和定量泵等。此次除雪汽车除雪装置以齿轮泵为液压系统动力源。5.2.1齿轮泵结构和工作原理通过密闭在壳体里的两个或两个以上齿轮啮合工作的液压泵叫做齿轮泵；啮合齿轮都是外齿轮泵；由一个内部齿轮和一个或多个外部齿轮泵叫做内啮合齿轮泵。如果不加以特殊说明的齿轮泵是外齿轮泵，就是一般所说的齿轮泵。齿轮泵是一种经常使用的液压泵，其经济实用性能良好但噪声较大且不易调节主要应用在低压系统中。经过结构的改善,也在中压和高压系统中拥有了一席之地。图5-3是外啮合渐开线的齿轮泵构造图。其主要是由一对几何参数基本一样的从动齿轮和主动齿轮、壳体、吸油箱以及其他配套主要零件构成。1、主动齿轮2、吸油箱3、油箱4、从动齿轮5、壳体图5-3外啮合渐开线的齿轮泵构造图由图5-3可知，吸油箱因其轮齿脱离啮合时其齿间容积增大，形成了真空油箱导致吸油。齿谷旋转将吸入的油液带入排油腔，油液在排油腔因容积变小被压入系统。壳体内孔表面、齿轮的齿顶及齿轮断面、盖板间间隙较小，起到密封的作用,并啮合齿面接触密切联系，并分隔开吸油区、压油区。因此，齿轮转动时泵就会连续性、周期性的排油，这是齿轮泵工作原理。5.2.2齿轮泵基本参数的选择26（1）工作压力不同规格和类型的齿轮泵,也有不同的额定工作压力。齿轮泵输出压力应该是执行器所需要的压力、控制阀的压力损失、管路的压力损失之和，并且不能超出样本上的额定压力。强调安全、可靠性,还应该有更大的余地:通常要求可靠性较高的系统和行走设备（如车辆与工程机械），液压系统工作压力可以选择泵压力额定值的50%60%。（2）输出流量泵流量与工况有关。齿轮泵输出流量应该包括致动器流、溢流阀的最小流量,泄漏的组件数量的总和。（3）转速泵的寿命、气穴、耐久性、噪声等都与转速相关联。尽管产品技术规范表读取容许速度范围，最好是与相适应的用途的最佳转速下使用，不能越过最高转速。（4）效率泵的效率值越高说明泵质量越好。压力越高、转速越低泵的容积效率就会越低。转速不变时泵的总效率在某一个压力下最大，高效率的泵能够很大的影响液压系统的总体效率。同时尽量让泵在高效率工况区工作。因此，初步选取外啮合齿轮单级齿轮泵，CCB型号排量为14mL。参数如表5-1.表5-1外啮合单级齿轮泵的参数压力P/MPa转速n/r1-min类别型号排量Q/mL1-r额定p最高max额定最高容积效率/%外啮合单级齿轮泵CBB141417.520003000905.3液压缸的设计计算27液压缸是常用的执行元件，能够将压力能转换为机械能，形成直线往复运动。液压缸拥有简单的结构,可靠的运行,广泛应用于液压系统。液压缸从结构可分为：活塞式液压缸、伸缩式液压缸、柱塞式液压缸与组合式液压缸。液压缸除了单一使用,也可以结合或结合其他结构以实现特殊的功能。（1）液压缸设计的原始参数升降液压缸作用是来提升除雪装置，使铲板能够脱离地面，悬在空中。因此升降液压缸的负载G（G为除雪装置的重量，），每根LFN7840.90单杆活塞式液压缸负载是4500N，负载取9000N，。油泵为每根单杆活塞式LF液压缸提供总压力的一半的油压-即7MPa。由于通常障碍物高度是100，为保证除雪装置不工作时，能够通过障碍，可以将除雪装置提升高度确定为220，即活塞行程。偏转液压缸的使命是使铲板摆动,使铲板和除雪车辆在一个特定的方向角。在除雪过程中偏转液压缸调整,则除雪阻力14252为偏转F液压缸所受到的最大负载，但为了留下备用压力,可以负载更大的值，可取17619N。油泵能够供给14MPa压力给单杆活塞式液压缸。因为除雪铲板最大偏转角是30，依据相关几何计算能够求出偏转液压缸行程是166。液压缸原始参数如表5-2；表5-2液压缸的原始参数名称类型数量（个）负载/NLF运动速度u/cm1-s行程L/mm供液压力p/MPa升降液压缸单杆活塞式液压缸2450207偏转液压缸单杆活塞式液压缸1769164（2）液压缸基本参数计算1）液压缸内径D根据负载和供液压力p计算液压缸内径D的公式如下：LF（1）对于无杆腔，液压缸内径为1（5-p41L3）28（2）对于有杆腔，液压缸内径为2D（5-2dp4LFD4）2）活塞杆直径d对于单杆双作用液压缸可根据下式确定，即（5-1-D5）式中速比，可选取表5-3中推荐值。表5-3速比推荐值压力p/MPaP0.0027m，所以满足要求。（3）偏转液压缸的活塞杆直径强度校验已知偏转液压缸所受的负载为=17619N，活塞杆的材料选用40Cr合金钢，抗LF拉强度是900MPa。则=ba107a1.4980n/86bP对活塞杆直径强度进行校验m5.074.1364d8LF升降液压缸活塞杆直径为，所以满足要求。7.2.（五）缸体螺纹连接校核（1）缸体与端部采用螺纹连接，螺纹拉应力为（5-2maxF4D15）切应力为（5-31omax-d.20FD16）则，合成应力为n（5-2317）式中Fmax液压缸最大推力，A为液压缸面积，maxaxpF24DAD液压缸内径，单位为m；缸体螺纹外径，单位为m；od螺纹内径，单位为m，=-1.25t，t为螺距；11do螺纹预紧系数，=1.251.50；螺纹内摩擦因数，=0.12；1132材料许用应力，=，材料屈服极限为，安全系数为n/ssn，一般n=1.21.5。1升降液压缸螺纹连接校核升降液压缸的最大推力NF703415.832.04.13pD46max2max1（液压缸内径为0.032m，查国标GB/T7307-2000，可得缸体螺纹外径=34.939mm，螺纹内径为37.897mm。螺纹预紧系数取1.30。od液压缸的端盖材料用20Cr，屈服极限是540MPa，材料的许用应力是=a415386