城市道路散雪除雪机研制论文(分页版)

1、 JD-SX2800 JD-SX3500型城市道路散雪除雪机佳木斯大学 吴书琴 李乔非 刘春山摘 要: 我国北方城市传统的除雪理念是雪停后除雪,这种除雪方式主要是清除压实雪。压实雪除雪机械设计技术难度较大,设备制造成本较高,除净率底,工作效率低,难以大量推广应用。本文阐述了城市道路机械化“实时除雪”的全新理念。机械化“实时除雪”方式是以清除散雪为主,使用散雪除雪机械在降雪过程中边下雪边清除,雪停后除雪工作基本完成。我们基于这一理念开展研究工作并开发出JD-SX2800、JD-SX3500型散雪除雪机。本除雪机采用小型农用自卸汽车做为配套动力,设计结构简单,制造成本低廉。本文对该除雪机的设计思想

2、、结构设计、液压控制系统设计、配套动力选择、主要特点及技术性能指标等作了介绍。关键词: 城市道路 散雪 实时除雪 除雪机0引言在我国,由于传统的除雪理念是雪停后才开始除雪,路面积雪大多不能及时清理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除压实雪而展开的并研制出各种除压实雪的机械设备。压实雪除雪机械设计技术难度较大,设备制造成本较高,除净率底,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,燃油消耗高,整套设备资金投入大,动辄几十万元,难以大量推广应用。总结多年的除雪经验和体会及各种除雪方式的比较,我们认为机械化“实时除雪”才

3、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,雪被压实后再把它从地面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,这是一种效率很低的除雪方式。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。为保护城市环境和提高城市交通效率保证交通安全,2006年由黑龙江省建设厅制定的地方性标准城市道路清雪规范中明确规定“城市道路除雪作业应以机械化为主,人工除雪为辅,科学使用融雪剂”。目前欧、美等发达国家基本都采用机械化“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,边清除,多台

4、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。降雪过程也就是清雪过程,雪停后除雪工作也基本完成,从而实现“雪中路通”,“雪停路清”的实时除雪目标。本项目正是基于这一理念开展研究工作并开发出JD-SX2800 JD-SX3500型散雪除雪机。并已获国家专利。(专利号:ZL 200520020605.31设计思想及设计要点1.1 设计思想本除雪机主要用于城市道路实时除雪,实时除雪的特点是及时和快速,实现实时除雪的一个 重要前提是需要一定数量的除雪车同时工作,把积雪在压实前从路面清除掉,参与工作的除雪车辆越多

5、效果越好,否则会出现一些路段的积雪不能及时清理被车辆碾压成实雪的情况。因此除雪机整机的生产成本要低,整机设计应以小型化为主,采用价格较低的小型农用自卸汽车作为配套动力,不追求大型、多功能及舒适性,以降低整机的生产成本,使用户能够在相同投入情况下得到更多数量的除雪车辆。 1.2 设计要点1.2.1除雪机与动力联接结构如图1所示,根据不同车型设计一个特殊的固定架6与汽车车架相联接。固定架最小离地高度为300mm,除雪铲最大提升高度为450550 mm ,这一尺寸参数基本可以保证除雪车通过一定高度的台阶或其他障碍。1.2.2升降机构与快接机构如图1所示,设置一个快接板15,通过四连杆机构4将快接板1

6、5与固定架6相联接,在快接板与固定框架之间设置一个升降油缸7,升降油缸7的一端与固定架相联接另一端与快接板15相联接,油缸伸缩带动整机升降。快接板上设置快接销3,快接销3与机架上设置的可水平摆动的快接螺栓8共同组成快接机构,快接机构主要作用是能够使升降装置较长时间保留在车体上,避免频繁拆卸(不除雪时通过快接机构从机架立板8处断开,将升降装置提升至上止点后结构尺寸缩小可以长期与车辆联接,不影响车辆运输还可根据工作需要快速换挂其它工作部件,如扫雪装置,撒布装置,小宽度除压实雪装置等。 图11.雪铲2.缓冲器3.快接销4.连杆5.汽车6.固定架7.升降油缸8.机架立板9.快接螺栓10.铲刃11.横梁

7、12.偏转油缸13.中心销14.机架15.快接板16.机架加强杆1.2.3机架结构如图1所示,机架14支撑除雪部件承受来自各个方向的外力,提供除雪铲向左或右摆动所需要的运动空间,因此机架采用直角三角形结构布置,机架下部两水平板之间嵌入横梁11,横梁11通过一个带螺纹的中心销13与两水平板相联接。雪铲1通过四个销轴和两个缓冲器2与横梁相联接,横梁在两水平板之间可以摆动。在横梁与机架之间设置一个偏转油缸12,偏转油缸12的一端与机架14相联接,另一端与横梁11相联接,油缸伸缩带动横梁及除雪铲向左或右偏转。这种结构设计简单紧凑,承载能力强,向左或右摆动空间大,可以满足构件运动及快速联接的要求,是一种

8、比较简单合理的结构布置。1.2.4除雪铲结构如图1所示,除雪铲1断面为两段圆弧和一段直线相切的曲面设计,圆弧半径过小会使残雪沿除雪板倾斜方向的流动性变坏,造成前进阻力增大,排雪不畅.,圆弧半径过大会造成残雪上冲,形成漫溢,影响除净率。本机除雪铲断面为圆弧半径250mm 、500mm及一段150mm直线连续相切设计。通过试验和实际使用证明这一设计参数基本合理。1.2.5缓冲保护机构除雪机工作当中可能会碰到地面障碍,如下水道井口、路面裂缝、机动车减速路障等,为保护工作部件遇到意外障碍时不会超载损坏,本机设置了超越式缓冲保护机构。除雪铲1下端通过销轴与横梁11铰链联接,除雪铲上端通过缓冲器2与横梁1

9、1联接。缓冲器2上设置几个销孔,通过调整联接销孔位置,可以调节除雪铲的俯仰角度从而选择不同路面条件下最佳工作倾角。当遇到障碍时,缓冲器发生退让,使除雪铲1整体围绕横梁联接轴向前翻转并从障碍物上方滑过,保护机件不会超载损坏。1.2.6铲刃铲刃10采用厚度1012mm 65Mn或60Si2Mn钢板材料,也可采用其它耐磨材料。选用锰钢板主要是因为这种材料热处理后具有较高硬度和较好耐磨性并且价格适中,可以有效降低使用成本。铲刃是易损配件,磨损到一定程度后需更换新铲刃。为提高材料利用率,本机铲刃采用多孔位调节、可对称翻转的使用方式,即铲刃上对称设置多排联接孔,当磨损到一定程度后移动到下一排联接孔位联接,

10、最后翻转180度继续使用,全部用至极限位置后更换,这样可以最大限度提高材料利用率,降低使用成本。1.2.7液压控制系统除雪铲升降、左右偏转、汽车货厢自卸均为 图21.齿轮油泵2.单向阀3.先导式溢流阀4.升降油缸控制阀5.偏转油缸控制阀6.货箱自卸油缸控制阀7.货箱自卸油缸(单作用油缸8.偏转油缸(双作用油缸9.升降油缸(双作用油缸液压控制。由于改装后增加了两路液压执行元件,因此将原车的单路液压阀取消,安装一组带先导式溢流阀的手动3位6通(上升、中立、下降并联组合阀。如图2所示,其中4、5、两组3位6通阀,分别控制两个双作用油缸8、9,实现雪铲升、降及向左、右偏转,另一组3位6通阀封闭一个油口

11、(因单作用油缸进出油为一个油口,控制汽车自卸单作用油缸7,实现货箱自卸。该组合阀布置在驾驶室内由驾驶员单人操控。2 动力选择与校核2.1动力选择由于采用“实时除雪”技术,除雪对象主要为散雪因此工作阻力较小。根据试验测试结果,雪层厚度100-200mm,除雪板宽度2800mm,在平直水泥或柏油路面上浮动推雪所需牵引力约为 1.8-2.8kN,(与雪层厚度正相关。因此可试选20马力以上小型农用自卸汽车作为配套动力。2.2动力校核现以北汽福田产20马力(约14.7kw小金刚122型自卸汽车(功率最小、价格最低车型为例进行动力校核:(1按发动机额定功率计算最大牵引力T= 9.5455N / n R式中

12、:T-发动机额定功率下可提供最大牵引力(kN N-发动机额定功率(kwn-驱动轮转速(r/minR-驱动轮动力半径(m取:N = 14.7 n =80 R = 0.28 (相当于行走速度8.44km/h代入上式得:T= 6.264(kN(2按地面附着计算最大牵引力T0 =f Q式中:T0-地面附着可提供最大牵引力(kNf- 地面附着系数Q- 驱动轮载荷(kN取:f = 0.4 Q = 10代入上式得:T0= 4(kN计算结果为T>T0可以满足要求。上述计算参数取值实际上是偏于保守的。计算结果表明,即使采用北汽福田生产的20马力小金刚122型小功率自卸汽车也能够满足除散雪的要求而且尚有一定

13、的功率储备(货厢内需加沙石或配重铁800-1000kg以增加车辆的地面附着力。目前我们已采用的配套车型有:(1北汽福田产20马力小金刚122型自卸汽车(1100单缸柴油机(2北京时代金刚568型(485发动机自卸汽车(3凯马奥峰SD4010D型自卸汽车(485发动机(4五征WL2810D1型自卸汽车(485发动机。3 主要特点及技术性能指标3.1主要特点本除雪机采用小型农用自卸汽车作为配套动力,配置方式为前悬挂式,设有强制提升和强制下降工作位置,在强制下降工作状态下可使汽车的一部分重量转移到除雪铲上增加铲刃的接地压力,因此也可以清除坚实度不很高的压实雪。设有缓冲退让装置和快速挂接机构,可换挂除

14、冰装置,扫雪装置,撒布装置等附件扩大使用功能。除雪板可向左或右偏转25-30度,除雪板工作倾角可调,整机升降、除雪板偏转、货箱自卸全部为液压控制。3.2主要技术性能指标配套动力:小型自卸汽车除雪厚度:0400mm除雪机外形尺寸:(长×宽×高JD-SX2800型1400×2800×600mmJD-SX3500型1500×3500×740 mm除雪机重量(不含配套车辆:270 kg320kg 行走速度:825km/h4 结束语机械化“实时除雪”所消耗的能量只有除压实雪的几十分之一,工作阻力小,行走速度快,是效率最高最省时省力的除雪方法,其

15、突出优点是能够使用成本较低的小功率除雪车辆在不中断交通的情况下用较小的消耗、较短的时间清除积雪。在相同经费投入情况下可增加整机购置数量,多台除雪车同时工作则可以大大增加除雪面积提高总体效率。目前,这一理念已逐渐被越来越多的人们所认识和接受,因此机械化“实时除雪”技术是未来城市道路除雪的主要发展方向。JD-SX2800型JD-SX3500型散雪除雪机,整机结构简单,操纵方便,工作效率高,除雪效果好,与国内外同类型产品比较,生产制造及使用维护成本低廉,符合我国国情,是我国北方城市较理想的机械化“实时除雪”设备。参考文献:1C.H.科热夫尼科夫,N耶西皮科.机构元件M.北京;机械工业出版社.1973

16、,62黄祖德.机械设计M.北京理工大学出版社,1992.63李乔非,吴书琴.城市道路压实雪除雪机构的研制J.工程机械,1995.54吴书琴,李乔非,邵东伟,姜东华.城市道路除雪现状及未来发展方向J.佳木斯大学学报,2006.4 The Study and Manufacture of Ice and Snow Control Equipmentfor Main Streets of Town(Wu Shuqin, Li Qiaofei, Liu ChunshanAbstractThe traditional conception we used to understand for snow r

17、emoval in the citise of Northern China is to take measures for snow removal after the falling of snow, which mainly deal with the compacted snow on the road. Those measures take more efforts but have less obvious results toward the goals what we want to achieve in snow removal because of some compli

18、cated reasonsthe difficulties of mechanical design, the high cost of the devices, the low work efficiency of snow removal, and hard to put it into mass application, etc. This paper elaborates the new conception of municipal “mechanized real-time snow removal” which mainly deal with the kind of incom

19、pact snow such as slush, wet snow, dry snow, etc. except the pure compacted snow. Under this conception of snow removal, with snow control equipment of incompact snow, the task of snow removal should be generally accomplished by the time that the falling snow stopped. According to the new conception of municipal “mechanized real-time snow removal” w