冰雪道路清理联合作业机设计说明

1、编号鄂创新10-2 2010年湖北省高校大学生机械创新设计大赛暨第四届全国大学生机械创新设计大赛湖北分区预赛 冰雪道路清理联合作业机设计说明书2010年湖北省高校大学生机械创新设计大赛暨第四届全国大学生机械创新设计大赛湖北分区预赛作品报名表参赛作品名称冰雪道路清理联合作业机（专利号：201020121558.2）作品类别救援、破障类r、逃生、避难类是否属慧鱼组：是/否r所在学校华中农业大学邮政编码430070参赛学校领队老师通讯地址武汉市洪山区华中农业大学工学院领队电话手 机email参赛学生序号姓 名性 别专业班级联系方式（联系电话、通讯地址及邮编、邮箱，留一个同学的即可）1男机制07052

2、男机制07053男机制07054男机制07055男机制0705指导教师序号姓 名性 别职称联系方式（联系电话、通讯地址及邮编、邮箱，留一位老师的即可）1女教 授2男研究员作品内容简介（限200字以内）冰雪道路清理联合作业机能完成破冰、碾冰、除冰、融冰的复式作业，由拖拉机悬挂联结和动力输出，不需配备动力。该机由破冰碾冰组合装置、刮雪铲组合、融雪剂抛洒装置等组成，通过行走回转的圆盘破冰耙组合切割分离冰层，驱动回转的碾压滚轮碾压破碎冰块，刮雪铲组合清理路面的碎冰和积雪，抛洒融雪剂来清除路面残余冰雪，破冰深度和机具配重均可调整；该机不但用于冰雪清理作业，还可作为维修养护道路的机具使用，实现了一机多用。

3、 冰雪道路清理联合作业机设计说明书目 录1绪论 1.1 研究目的及意义- 5 1.2 国内外研究现状和发展趋势- 5 1.3 研究内容- 52. 雪和冰层（压实雪）物理性质分析- 63. 冰雪道路清理联合作业机的总体设计- 7 3. 1 总体方案设计-7 3.1.1 设计原则-7 3.1.2工作原理- 7 3.1.3特色创新之处- 7 3.2 悬挂机构的设计-8 3.3 驱动机构的设计-8 3.4 传动系统-8 3.4.1万向节传动轴-8 3.4.2链轮与带轮传动-84. 整机功率分配及消耗组成-85. 机架的设计-96. 破冰和碾冰装置的设计-9 6.1 总体设计要求-116.2平行四杆联动

4、机构的设计-12 6.3 圆盘破冰耙-13 6.3.1圆盘破冰耙的工作过程-13 6.3.2圆盘破冰耙的受力分析-14 6.3.3性能基本参数-14 6.4 碾压滚轮的设计-15 6.4.1碾压滚轮的工作过程-15 6.4.2碾压滚轮基本参数的设计-15 6.5 阻尼弹簧器的设计-167. 清除碎冰装置的设计-17 7.1 设计要求及结构形式的设计-17 7.2 基本参数的设计-18 7.3 特色创新之处-198. 抛洒装置的设计-19 8.1 设计要求及结构形式的设计-19 8.2 基本参数的设计-19 8.3 动力传动的设计-199. 轴及动力传动设计-21 9.1 轴的设计-21 9.2

5、 链轮、链条的选择-2310限深机构的设计-25 10.1 设计要求及结构形式的设计-25 10.2 基本参数的设计-2611.结论与建议-27 11.1 结论-2711.2 建议-27参考文献-27 1 绪论1.1 研究目的及意义中国大部分地区每年有35个月的降雪期，积雪和冰冻严重地影响了道路交通和飞机场跑道的畅通与安全，严重制约了工农业生产的正常进行，给人民生活带来诸多不便。尤其是发生在2008年我国南方大面积的特大冰雪灾害，给国民经济发展造成巨大的创伤。冰雪灾害发生后，冻结在交通要道和飞机场跑道上的冰雪采用传统除雪机械无法根本清除，只能耗费大量财力和物力采用人工铲除的办法来解决。目前国内

6、外除雪机械大多数存在着功能单一、只能清除积雪而无法彻底清除路面积冰的问题，且在配置数量上与需求相去甚远。据有关资料统计，到2005年，日本各类除雪车为8467台、推土机8364台、除雪卡车7678台、除雪平地机7456台、防冻剂撒布车3134台。与日本相比而言，我国公路建设较发达的地区受大雪覆盖面积占国土面积的20%还多，也就是200多万平方公里，约等于日本划定的大雪区域面积的10倍。在如此广阔的区域上，仅运行几百台除雪机械，这与中国公路维护的需求相去甚远。我国公路建设起步晚、发展快，除雪机械配置数量少、机型落后且功能单一，人工清除道路冰雪的方式还处于主要手段，因此除冰雪机械在我国有着巨大市场

7、需求。目前，国内有些企业参照国外技术研制出一些除雪除冰机械，但与世界先进除雪机械技术相比，无论从规格、数量、性能上都有着很大差距，尚不能完全适应中国目前道路和飞机场跑道除冰雪工程的要求，而且购置和使用费用高、能源消耗大，因而对除冰雪机械的研制和推广具有重要的科学意义和良好的市场应用前景。1.2国内外研究现状和发展趋势1.2.1 国内外发展现状我国对除冰雪机械的开发、生产较晚，尚处于起步阶段。目前，我国道路和飞机场跑道冬季除冰雪大部分仍沿用传统的方式和手段，即人工作业和简易除冰雪机具相结合的方式，工作效率低、能源消耗大。高速公路和一级公路已使用大型专用除冰雪机械进行冬季作业，但无法彻底清除道路表

8、面上冰层与残雪，购置和使用成本较高。我国现有的除冰雪机械在数量和品种上还很少，功能单一，基本上以进口设备为主。近年来，国内一些厂家参照国外技术研制了一些除冰雪机械装备，按其工作原理可分为以下几种类型。1）振动式：主机液压系统驱动震动马达，带动偏心块的旋转，在离心力的作用下，使得震动轮沿圆周径向运动。对路面冰层来说，既有上下方向的震动作用力，又有水平方向的揉搓作用力，使得震动轮表面的凸块切入并挤压冰层，致使冰层断裂破碎与地面剥离，达到除冰的目的。如徐州装载机厂的专利产品公路养护用滚轮式振动除冰设备。2）静碾压裂式：工作装置悬挂于装载机前端，通过滚压轮上的组合刀片，依靠滚压轮自身的重量和来自装载机

9、动臂和摇臂的协调压力，在主机的推动下将冰层压碎。如哈尔滨清朗除雪保洁设备厂生产的“雪狼一号”、吉林工业大学等单位联合开发的cb型碾压式除冰雪装置。3）柔性链条击打式：采用特制链条，前端安装吊环，在主机的驱动下，链条做高速旋转，对路面进行柔性抽打，从而获得破冰效果，易损坏路面。4）铲剁式：由多刃刀组成的工作铲在曲轴的带动下上下运动，对路面冰层进行剁击，该机构采用柔型连接，实现了对路面高低不平的自动补偿，但易损坏路面。1.2.2 凸显的问题 我国的除冰雪机械的研制和工程应用虽有了一定发展，但存在问题还是较突出，主要体现在以下几个方面：1）技术水平低：结构设计、工作原理、功能研究等方面都存在水平低的

10、问题，致使机械可靠性差、故障多、寿命短；2）功能单一：具有典型的季节性，大都只有除冰雪功能。一年中大部分时间将处于闲置状态，大大增加了除冰雪作业的成本，加重公路养护的投入；3）成本过高：我国现有的机具均配置有独立的动力装置，购置和使用成本过高。4）品种较少：不能适应我国道路冰雪情理的作业需求，机动性和可靠性较差。1.2.3 发展趋势我国除冰雪机械的问题及实际国情决定了除冰机械将朝着以下几个方向发展。1）研制系列化的清除道路冰雪装备，以适应不同道路、不同场地的作业，机动性强；2）设计符合节能减排绿色环保，具有功效高、功耗低特点的清除冰雪装备；3）实现装备的多功能化，冰雪季节能用于道路和机场跑道的

11、冰雪清理，平时还能用于道路的建设、维修保养、抢险等作业。1.3 研究内容 1）工作原理与工作方式分析和确定； 2）总体方案的确定与总体结构的设计，以及配套动力、传动方式的设计计算、结构形式、结构参数的确定； 3）工作机构的研究，包括圆盘破冰耙机构、碾压滚轮机构、清除碎冰机构、抛洒机构、传动系统的研究等。2. 冰层（压实雪）物理性质分析 查阅资料可知冰层在不同温度下的强度如下：2.1温度t的范围：-5 -40，2.2抗拉强度： =2.16+0.24t(1+0.1t)=4.4150.61mpa.2.3抗压强度 ： =1.08+0.002t(0.13t-1)=1.07851.416mpa.2.4抗剪

12、强度： =2.6+0.19t=3.5510.2mpa.2.5抗折强度： =19.9+0.13t=20.5525.1mpa.3.冰雪道路清理联合作业机的总体设计3.1总体方案设计3.1.1设计原则 1）拖拉机是道路维修保养的基本机械之一，该机组以拖拉机牵引并提供动力； 2）冰雪道路清理联合作业机通过拖拉机悬挂牵引进行作业，采用圆盘破冰耙组合、碾压滚轮组合、除冰铲组合和融雪剂抛洒装置作为主要工作部件，圆盘破冰耙机构和碾压滚轮机构组合为平行四杆联动机构，可在不损伤路面的情况下，清除路面冰雪；3）机组装有配重箱可在工作时实现增重功能，运输时去掉配重用拖拉机悬挂而方便转移，不需另配置运输车辆； 4）机组

13、配备动力输出装置驱动排水水泵、喷药机组等，可以解决现有机具适应性差、易损坏路面及功率消耗较高的问题 ，满足了冰雪灾害道路清理抢修需求。3.1.2工作原理图3-1总体结构示意图 1.圆盘破冰耙，2.碾压滚轮，3.限深机构，4.路面清除装置，5.抛洒融雪剂机构，6.融雪剂箱，7.弹簧阻尼器，8.配重箱，9.悬挂机构，10.机架，11.四杆联动机构 工作原理：一方面由拖拉机牵引机组，利用圆盘破冰耙1将冰层切开，再利用碾压滚轮2将冰碾碎；另一方面利用路面清除装置4将冰雪清除，然后加撒融雪剂以防止路面再次结冰。圆盘破冰耙1与碾压滚轮2以连杆连接组成平行四杆联动机构与弹簧阻尼器结合达到仿形从而避免对路面造

14、成损伤。冰雪被碾碎后由除冰铲清除，除冰铲整体结构为v字型，角度和高度可调节，借助于机组的匀速运动有利于将冰雪快速清除。在除冰铲之后是抛撒融雪剂机构5，由做圆周运动的抛撒融雪剂盘5将融雪剂撒下，将残余冰雪清除并防止路面再次结冰。 该机具能够同时完成冰雪灾害道路清理抢修过程中的多种复式作业，平时还可作为道路的修整维护机具使用，不需单独配备动力，可有效提高机具的效能、保证作业质量、降低生产成本，并实现一机多用。3.1.4特色创新之处1）能同时完成破冰、碾冰、除冰、融冰的联合作业，能彻底清除路面冰雪；2）主要工作部件采用平行四杆联动机构设计的破冰碾冰组合装置，具有随地面仿形和阻尼的功能，保障不损伤路面

15、，降低功率消耗，提高了除冰效率；3）采用配重箱替代传统的配重铁块，作业中充水来增加重量，机具转移中排出水可减轻自重，便于拖拉机悬挂运输；4）采用与道路维修配备的主要动力机械拖拉机配套使用，不需单独配备动力，实现节能减排，降低了制造和使用成本；5）本机不但能完成清除冰雪作业，平时还可作为维修养护道路的机具使用，实现了一机多用。3.2悬挂机构的设计 机组可悬挂于拖拉机之后，其具体机构如图3-2所示：图3-2悬挂机构示意图1机组工作时的状态，2机组运输时的状态3.3驱动机构 采用10kw18kw轮式拖拉机配套，不需设置独立的动力机构，提高了机具的除冰清雪作业的效率，保证了作业质量；既降低购置和使用成

16、本，还有利于机具的转移运输，具有较高的实用性和经济性。3.4传动系统3.4.1万向节传动轴 采用标准的万向节传动轴，联结拖拉机的动力输出机构，实现拖拉机驱动机组作业。3.4.2链轮与带轮传动 机组采用链轮传动与带轮传动相结合的方式完成动力的传递。传动方案如图3-3所示：拖拉机的动力经万向节传给减速机1，减速并换向后由减速机输出轴通过链轮2传给链轮3带动主动力轴转动，主动力轴将一部分动力由链轮4向下传给滚轮完成除冰作业，另一部分动力由带轮6经过换向机构7和8传给融雪剂抛洒装置9，完成融雪剂的抛洒。2-3处采用链轮传动可以很好的实现远距离传动；6-7-9处采用圆带传动具有结构简单、传动平稳、价格低

17、廉和缓冲吸震及过载保护等优点。图3-3传动方案简图1.减速机，2.链轮，3.链轮，4.链轮，5.链轮，6.带轮，7-8-9 换向机构 4. 整机功率分配及消耗组成 整机功率消耗主要由破冰耙切割冰层、碾压滚轮碾压冰块、路面清除装置清除碎冰、抛洒装置抛洒融雪剂、传动部分消耗的功率组成： n = nq+ny +ng +np +nf式中 nq 破冰耙刀片切割冰层时所消耗的功率。此值不断变化，刀片开始切割冰层时功率耗用较大，达沟底时功率消耗达最小值，平均约占20； nq 碾压滚轮碾压冰块时所消耗的功率。约占45； nq 路面清除装置清除碎冰时所消耗的功率。此值约占20； np 抛洒装置抛洒融雪剂时所消耗

18、的功率。由于抛洒时，融雪剂重量轻，抛洒盘接近空转，所以约占5； nf 传动及摩擦消耗的功率。约占10。5机架的设计5.1 主机架 机架承受的大部分力是配重箱的压力。配重箱通过自身的重量给破冰、碾冰施加一定的强度，工作时配重箱可以通过调节配重的重量，来调整所需提供的压力。悬挂式冰雪道路清理联合作业机的主机架结构如图5-1所示：图5-1机架结构示意图5.2 配重箱支撑架 配重箱的支撑架如图5-2：图5-2支撑架结构示意图6. 破冰、碾冰装置的设计 6.1 总体设计要求 研制该装置的思维模式源于对冰层（压实雪）物理性质的研究。通过分析知道冰层坚硬，但破断强度低，酥脆易碎。由于冰层和地面紧密贴附，难于

19、使冰层再纵向变形，单纯只用滚压很难破碎成块状的冰层。即可用刀刃切入的方法促使其横向变形，故破冰作业的第一步是使刀片切入冰层，随切入深度的增加，刀片的楔形截面对冰层产生挤压作用，促使冰层横向位移和变形，进而脆性断裂、破碎、剥离。冰层被剥离和分裂后，故破冰作业的第二步是使圆筒状滚轮碾压被分割开的冰层，滚轮在自转和拖拉机牵引滚动前进下，将块状的冰层彻底碾压成散碎的冰块，以利于刮雪铲在不损伤路面的前提下干净清除路面上的积冰。由于我国幅员辽阔，加上各地气候不一，所以在考虑到不同路面对清理有不同要求时，该设计还将满足以下几点要求：1）本装置配有的传动啮合离合器可以有效的调整进行作业部件的数量，以致达到调整

20、工作幅宽的作用； 2）在破冰作业过程中，不可避免地会遇到障碍物，并且考虑到路面、冰层的不平整因素，本装置配有的阻尼弹簧可以有效的起到避让、缓冲和增压作用，保证不损坏路面；3） 针对路面冰层的厚薄与坚实程度的不同，本机具的配重装置可以通过调节配重的重量来调整刀片和滚轮在作业时对冰层的压力。达到在不损伤路面的情况下有效清理路面；配重装置设计为可变容量的形式。4）圆盘破冰耙和碾压滚轮的设计，使得工作针对对象更广。在可以清除路面冰层的情况下，平时还可用来压实、平整路面，实现了一机多用，有效的节约了设计和制造成本。结构简图如6-1所示： 图6-1 破冰碾冰组合装置的结构简图1.圆盘破冰耙，2.碾压滚轮，

21、3.配重箱，4.阻尼弹簧，5.机架6.2 平行四杆联动机构的设计 采用平行四杆联动机构设计的破冰碾冰组合装置，主要工作部件具有随地面仿形和阻尼的功能，可以根据路面状况调整压强和工作角度，能有效应解决路面不平整和出现工作死角等问题。既保障不损伤路面，还降低功率消耗，可提高了除冰效率。 平行四杆联动机构如图6-2所示： 图 6-2 平行四杆联动机构1.机架，2.圆盘破冰耙，3.碾压滚轮如图6-2所示，采用平行四杆联动机构设计的破冰碾冰组合装置，有以下三种状态：1)当机具进行转移，被拖拉机提升起来时，整个组合装置如平行四边形ab1c1d所示,圆盘破冰耙和碾压滚轮均未与地面接触，机具能快速移动;2)当

22、机具作业时，整个组合装置如平行四边形ab2c2d所,。破冰碾冰组合装置与冰层接触，在阻尼机构的配合作用下，具有随地面仿形和阻尼的功能;3)当该组合装置不需工作时，被提升不接触路面，如平行四边形ab3c3d所示,有效地保护了圆盘破冰耙和碾压滚轮。4)当作业遇到障碍物时，破冰碾冰组合装置能有效避障（如图6-3所示），保护了破冰耙和滚轮，提高了作业效率。 图 6-3 平行四杆联动机构的避障四个转动副之间通过轴瓦相配合，有效保证了转动灵活、不卡死。各杆具体结构如图6-4所示： 图 6-4 各杆具体结构6.3圆盘破冰耙6.3.1圆盘破冰耙的工作过程 圆盘破冰耙在工作时（图6-5），刀刃口垂直于地面。在拖

23、拉机的牵引力的作用下破冰圆盘耙滚动前进。并在耙、配重的重力和冰层的反作用下切入冰层一定的深度。耙片在滚动时，在耙片刃口和曲面的综合作用下，进行切入冰层、挤压冰层。 在本装置中，采用两组耙结构，并且使两组耙的刃口方向反向安装，在冰层的滑移作用下有效的保证了工作面积。工作示意图： 图6-5 圆盘破冰耙工作示意图6.3.2圆盘破冰耙的受力分析 圆盘破冰耙作业时，受力分析如图6-6： 图6-6 圆盘破冰耙的受力分析 圆盘破冰耙作业时，每个耙组上的所受的冰层阻力可归纳为两个非汇交力n和r，见图6-3-2.n力平行于耙组轴，并通过位于地面垂直的耙片直径上的某一点c。c点与耙组轴线的距离e与冰层性质、切入冰

24、层深度等有关。r力可假设为位于耙组中间一个耙片的刃口平面上，并通过轴心，与地面成a角。将n、r两力进行分解与合成，在合成时，假设将力移至耙组轴向处，可得rx、ry和rz三个力和一个力偶ne。其中rx为圆盘耙在前进方向的牵引阻力。6.3.3 功能基本参数1)刀片的工作深度h由图6-1可知，刀片的工作深度与拖拉机牵引速度vm、设备配重g、阻尼弹簧压力p、冰层物理性质等因素有关。当配重g、弹簧压力p越大时，刀片对冰层的压力也越大，切割深度h也越大。由于路面积冰一般都属于薄冰，又由于冰层物性的决定，所以vm、冰层状况对切割深度h的影响较小。 综上所述刀片的工作深度主要由配重g、弹簧压力p决定。当g、p

25、增大时，切割深度h也增大。反之，h减小。 2)刀片端点的切削速度v 为防止刀片刮伤路面，刀片自身无回转速度。靠设备的配重g、拖拉机牵引速度vm 的作用下滚动前进，进行切割冰层。所以刀片端点的切削速度v就等于拖拉机的牵引速度vm。 3)切割冰的有效面积s 由图6-5可知，刀片切割冰的有效面积s，由耙组两相邻刀片间距d、刀片切割速度v决定。而整个切割冰面积s则由耙组数、刀片数决定。 即s=dv; s=ns. 其中n为相邻刀片间距数。即n=总刀片数n-1.在本设计中n=10，即n=9.6.4 碾压滚轮的设计6.4.1 碾压滚轮的工作过程6.4.1.1 碾碎冰块条件 滚轮（如图6-1所示）是否能正常碾

26、碎冰块，与机组前进速度vm和滚轮回转角速度的选择有密切的关系。在整个工作过程中，必须使滚轮绝对速度指向下方，即使滚轮端点绝对水平速度vx0.在此用判断滚轮是否能正常碾碎冰块。当1时，可正常碾碎。 式中 r 滚轮边缘端点转动半径； 滚轮旋转角速度；n 滚轮转速；vm机组前进速度。 设计参数：滚轮外缘端点转动半径r=245mm; 滚轮转速n=140r/min; 机组前进速度v=12km/h.带入公式计算： =1.0771 所以，选择的机组前进速度vm和滚轮回转角速度满足碾碎冰块条件。6.4.1.2 碾压滚轮边缘端点的运动轨迹方程 根据碾压滚轮的工作过程可知，滚轮边缘端点的绝对轨迹是由机组前进运动和

27、滚轮的回转运动合成的。这种合成运动的轨迹为摆线，随着这两种速度的不同，摆线的形状也不一样。 设以滚轮的轴心为坐标原点，机组前进方向为横坐标x轴的正方向，纵坐标y轴以碾冰深方向为正向，并以滚轮半径与前进方向相重合为起始位置，则滚轮边缘端点的运动轨迹的参数方程为： 式中t 时间。6.4.2 碾压滚轮基本参数的设计 为满足总体设计要求及与破冰耙相协调，在本装置中设计为2组滚轮。每组滚轮都由链轮传动驱动（如图6-1所示），并且中间轴上的链轮（图6-1中所示的链轮1）都可由啮合器控制。当只需要一组滚轮工作时，只需将与之相配合的啮器啮合，即可选择工作的滚轮，有效的满足了应对不同工作幅宽的要求。碾压滚轮无缝

28、钢管做成，两端用挡板经过焊接密封，用圆钢在无缝钢管外壁绕成单线螺纹状，并焊接固定。工作时通过螺纹状的圆钢碾压冰块，即保证了对冰块有一定的压力，又确保了不会对路面造成损伤。碾压滚轮示意图如图6-7所示： 图6-7 碾压滚轮的基本结构 在本设计中：无缝钢管d=219mm，l=580mm; 圆钢 d=13； 导程 s=p=29mm.。 6.5 弹簧阻尼器的设计在破冰作业过程中，不可避免地会遇到障碍物，和路面不平整问题。如不能解决避让障碍物问题，设备极易破坏，并影响正常工作。在本装置中除了用平面四杆联动机构根据路面仿形调整角度外，各组碾压滚轮还配有一阻尼弹簧。该弹簧阻尼器有以下功能： 1)当遇到障碍物

29、和路面不平整时弹簧被压缩，圆盘破冰耙和碾压滚轮通过连杆绕机架上的轴转动，从而绕过障碍物，待碾压滚轮越过障碍物后，弹簧恢复原形，破冰耙和碾压滚轮继续正常破冰;2) 弹簧阻尼器连机架一端还高度可调，当该组破冰装置不需要工作时将弹簧阻尼器提高并固定，啮合器分离，该组破冰装置即可不工作、并且与路面不接触。主要部件弹簧阻尼器示意图如图6-8所示： 图 6-8 阻尼弹簧器7. 路面清除装置的设计7.1设计要求及结构形式的设计7.1.1设计要求路面清除装置主要用来清除已被破碎的冰雪，除冰铲为主要工作部件，应满足以下要求：1)清除压实冰雪时必须保证除冰铲能够有效地压入冰雪中，通过铲的运动使冰雪与地面分离，但除

30、冰铲的切入力又不能太大，否则会破坏地面或将主机撑起，影响机组的附着动力；2)有良好的滑切性能。滑切是指被切物体沿刃口切向有滑移运动的切削过程。产生滑移的条件是，侧切刃上各点的切削速度方向与法线之间的夹角大于与被切物体之间的摩擦角。刃口曲线上任意一点的切削速度方向与法线之间的夹角称为该点的滑切角（又称动滑切角），其相对速度（圆周速度）方向与法线之间的夹角称为静滑切角。因此，所谓良好的滑切性能，就是指刃口曲线上任意一点的动滑切角应大于冰雪与刃口之间的摩擦角。滑切既省力又不会产生粘刀现现象。7.1.2结构形式1为丝杆可沿弧形滑槽滑动，用双螺母锁住可将除冰铲3固定于机架；除冰铲3可绕丝杆2转动使除冰铲

31、能够根据除雪量的多少来调节角度，丝杆2用双螺母固定于机架；铲刃4可切入冰雪将冰雪与地面分离，铲刃通过沉头螺钉连接于除冰铲且比除冰铲稍长以填补两片除冰铲之间的缝隙，铲刃磨钝或破损后可方便更换，节省材料和成本。图7-1除冰装置整体结构示意图1.丝杆，2.丝杆，3.除冰铲，4. 铲刃 铲刃具体结构如图7-2所示： 图7-2铲刃结构示意图7.2基本参数的设计除冰铲在除冰雪作业时所受到的总阻力为除冰阻力。图7-3为其力学模型。 图7-3除冰铲阻力模型除冰铲所受的阻力fp fp = ff + fc + fa式中：ff 铲刃与路面间的滑动摩擦阻力，n； fc分离积冰的切削阻力,n；fa将积冰沿铲面抛出时冰对

32、铲的作用力,n；计算条件：除冰宽 1.4m 除冰深 0.5m 除冰断面积 s= 1.4 0.5 = 0.7 m2 碎冰密度 = 100 kg/m3行进速度 = 6 km/h铲体总质量 wp= 4.5kg行进角度 =70。刃口与路面摩擦系数 f =0.17.2.1铲体所受阻力的计算fpx = 9.8fwp +s2 (1+ 0.18sin - 0.45cos2) =578.27 fpy=0.72s2 sincos=391.3 n 根据其所受阻力可得除雪铲的设计尺寸为：除雪铲长720，宽150 ，厚度为5 ，材料为45钢；铲刃 长728，厚度 5，材料为45钢。7.3特色创新之处1）可根据积冰情况调

33、整除雪铲角度，达到较好的除冰效果；2）除雪铲高度为可调式，方便与其他机构配合使用；3）铲刃与除雪铲相互独立，可方便更换铲刃，节省材料。8 抛洒装置的设计8.1 设计要求及结构形式的设计8.1.1设计要求 1）除冰作业后防止地面二次结冰； 2）除冰与抛洒作业同时进行，实现高效能作业； 3）融雪剂需抛洒均匀，需有动力输入； 4）抛洒融雪剂所需动力与主动力轴垂直须有换向机构。 8.1.2结构形式的设计1）抛洒机构使用带抛物线纹理的圆盘，借助圆盘的旋转抛洒融雪剂；2）圆盘上方装配融雪剂箱，以便融雪剂垂直落入圆盘；3）换向机构从主动力轴分出动力驱动圆盘旋转。8.2 基本参数的设计 抛洒圆盘离地面高度h=

34、200mm; 由平抛运动公式可得盐落到地面所需时间t=(2g/h)0.5=0.2s； 由路面宽度l=1400mm; 可得出融雪剂甩出圆盘时的初速度v= 3.5 m/s; 由此可知圆盘角速度w=11.6rad/s; 进而可知圆盘转速n=3.7 n/s。8.3 动力传动的设计由于联合作业机主动轴的动力与抛洒装置的动力垂直，需要一个转向装置。方案一：齿轮传动齿轮传动的特点:1）能保证瞬时传动比恒定,平稳性较高,传递运动准确可靠;2）传递的功率和速度范围较大;3）结构紧凑、工作可靠,可实现较大的传动比;4）传动效率高,使用寿命长;5）齿轮的制造、安装要求较高.齿轮材料一般是铸铁等。虽然齿轮有很多优点，

35、但是它的工作条件要求比较高，比如粉尘就能明显减少齿轮寿命，而且价格比较昂贵。对于要求在恶劣环境工作下的联合作业机来说，齿轮并不适合作为转向装置。方案二：圆带传动圆带也称聚氨酯圆带、可接圆带。它通常为pu材质、pu是polyurethane的缩写，中文名为聚氨基甲酸酯简称聚氨酯。由于，只需要简单修改配方，便可获得不同的密度、弹性、刚性等物理性能。目前，已大量替代玻璃纤维保温材料、木材、传统橡胶制品等被广泛运用。规格从230；光带表面光洁度好，色泽鲜艳，粗带表面粗糙，颗粒均匀整齐，手感舒适，适用范围广。经比较，方案二圆带转向更符合设计要求。设计圆带进行传动，传动方式如图8-1，采用圆带传动以达到转

36、向效果。1，2，3是圆带轮，4是抛洒盘。如此达到转向效果。图中带为圆带，起转向作用。抛撒平台：抛撒平台为有一定倾斜度的圆盘，圆盘上有抛物线纹理。圆盘转动时，融雪剂便沿抛物线抛出。 图 8-1圆带传动示意图 图 8-2抛洒圆盘示意图9.轴及动力传动设计9.1轴的设计图9-1轴传动示意图9.1.1轴1考虑到抗弯强度是本轴设计的主要考虑因素，所以设计为空心轴。1）求轴上的转矩t及功率p初选轴1的外径d=73mm，内径d=53mm，负载为f=3500 n转矩t1=127.75 n.m功率p1=1872.77 w2） 轴的结构设计根据轴向和周向定位要求将轴设计为阶梯轴，两端用轴承及轴承座固定于机架3）初

37、步选定球面轴承因轴承所受轴向力较小，受径向力较大，选用球面轴承4）轴的强度校核轴1承受弯矩和扭矩作用，计算公式如下：= （9-1）式中：-轴的计算应力，mpa; m -轴所受的弯矩，n.mm; t -轴所受的扭矩，n.mm; w-轴的抗弯截面系数，mm3,可由表查得；经过计算和查表轴1的计算数据如下：m=2450000n.mmt=127750n.mmw=27854 mm345钢弯曲疲劳极限=255mpa=0.3带入公式9-1得=88mpa因此轴是安全的。9.1.2 轴2轴2要承受较大的弯矩设计为空心轴1）初选外径d=60mm,内径d=42mm,负载f=3500n2）轴的结构设计根据轴向和周向定

38、位要求将轴设计为阶梯轴，两端用轴承及轴承座固定于机架3）初选球面轴承因轴承所受轴向力较小，受径向力较大，选用球面轴承4）轴的强度校核轴2只承受弯矩作用计算公式如下：= （9-2）经过计算和查表轴2的计算数据如下：m=2450000n.mmw=16413 mm345钢弯曲疲劳极限=255mpa带入公式9-2得：=149.27mpa因此轴是安全的。9.1.3 轴3 轴3设计为实心轴求轴上的扭矩t及功率p1）初选直径d=35mm,f=1750n扭矩t=30.625 n.m功率p1=320.68w2）轴的结构设计 根据轴向和周向定位要求将轴设计为阶梯轴，两端用连杆固定于轴1上，连杆与轴3连接处使用轴瓦

39、3）轴的强度校核轴3承受弯矩和扭矩作用，计算公式如下：= （9-3）式中：-轴的计算应力，mpa; m -轴所受的弯矩，n.mm; t -轴所受的扭矩，n.mm; w-轴的抗弯截面系数，mm3,可由表查得；经过计算和查表，轴3的计算数据如下：m=542500n.mmt=30625 n.mmw=4287.5 mm345钢弯曲疲劳极限=255mpa=0.3带入公式9-3得=126.55mpa因此轴是安全的。9.2 链轮、链条的选择链传动是一种挠性传动，它由链条和链轮组成。通过链轮轮齿与链条的啮合来传递运动和动力。链传动有显著的优点，与摩擦型带传动相比，无弹性滑动和整体打滑现象，因而能保持准确的平均

40、传动比，传递效率较高；同样条件下链传动的整体尺寸较小，结构较为紧凑；同时链传动能在高温和潮湿的环境中工作。鉴于除冰机构工作环境恶劣，以及链传动的优势，除冰机采用链条链轮来传递动力。传动链分为短节距精密滚子链(简称滚子链)、齿形链等类型。滚子链常用于传动系统的低速级，一般传递的功率在100kw以下，链速不超过15m/s。本设计采用滚子链。链传动的设计计算。 机构链传动如图9-2所示：图9-2链传动示意图1）选择链轮齿数的z1和z2确定传动查设计手册，取小链轮的齿数为z1=17,传动比=1.4,则大链轮的齿数为 z2= z1=1.417=23.8 z2取242）计算当量的单排链的计算功率根据链传动

41、的工作情况，主动链轮齿数和链条排数，将链传动所传递的功率修正为当量的单排链的计算功率 式中：ka -工况系数 kz-主动链轮齿数系数 kp-多排链系数，双排连时kp=1.75，三排链时kp=2.5 -传递的功率链轮在平稳的情况下运转，受轻微冲击ka=1.1, kz=1.36, kp=1.0, p=12.8kw 所以 3）确定链条型号和节距p根据当量的单排链的计算功率pca动链轮转速 可以确定链条型号为08a，然后查表可得链条节距p=12.7mm4）计算链节数减速机输出轴到中间轴中心距，按下面的公式计算链节数lp0 为了避免使用过渡链节，应将计算出的链节数lp0圆整为偶数链传动的最大中心距为：

42、式中，为中心距计算系数，因，查设计手册得=0.249705）计算链速v，确定润滑方式平均链速为根据链速和链条型号，选择定期人工润滑的方式维护链条6）计算链传动作用在轴上的压轴力fp压轴力fp可近似取为 式中：-有效圆周力 ffp-压轴力系数，对于水平传动 ffp =1.15；对于垂直传动 ffp =1.05中间轴到滚轮链传动 根据减速机输出轴到中间轴的链轮链条的分析，同理中间轴到滚轮之间的链传动选， ， 链条型号为08a10. 限深机构的设计10.1设计要求及结构形式的设计10.1.1设计要求限身机构应满足以下要求：1）保证碾冰、清除碎冰装置能够正常工作，在完成除冰作业的情况下不损伤路面；2）

43、能够适应不同的路况和路面冰层状况； 3）设计遵循机械设计准则，在达到工作要求的前提下，使结构合理简单，同时避免使用一些非常用零件，以使加工过程简化。 10.1.2结构形式的设计10.1.2.1限深机构的结构如图10-1、10-2所示，各标号零件如下表1： 图10-1限深机构示意图 图10-2限深机构示意图表10-1 限深机构名称序 号名 称序 号名 称1摇抦6水平制动外方钢2调节螺杆7水平制动内方钢3垂直限动装置8支撑板14机架9支撑板25调节螺母10支撑板210.1.2.2限深轮的工作原理 如图10-1，整个限深轮装置大致可以分为三个大的整体。部件1,2是一个整体，记为a；部件3,4,6是一个整体，记为b；而部件5,7,8,9,10是一个整体，记为c。 a和c整体是通过螺杆2和螺母5联接，所以摇动摇抦1的时候，整体a和整体c会在垂直方向上有相对的移动。螺杆2上面的两个通孔中插入了定位销，使整体a和b在垂直方向上不能产生相对的移动，而可以产生水平方向转动。这样一来，只要摇动摇杆就可以使轮