破冰除雪机的设计

破冰除雪机的设计摘要除雪机械可应用于各种积雪的路面，由于我国北方地区特殊的气候，冬季降雪较多，对北方冬季交通和人民日常生活有重要影响，所以除雪机械得到了广泛应用和较快发展。相比融雪剂、物理微波、人工除雪、除雪机械应用的范围广、耗能低、效率高、无污染等特点在国外发展迅速，然而我国除雪机械自主研发的产品功能单一、避让能力差、不能实现一机多用造成大部分时间闲置,雪后能否快速、干净、高效的清除公路和道路的积雪及其形成的冰雪混合物，已成为迫切需要解决的科学与技术课题。本文在总结分析以往道路冰雪清除技术和原理的基础上，以硬质道路冰雪清除为主,对道路冰雪混合物的物理和机械性能进行了试验与分析，形成了以破冰刀打击硬质混合冰雪破碎清除为主要研究目标，且以经济、实用、除净率高、路面损伤小的新型除雪设备设计为研究思路。在全面调研国内外除雪机械、综合对比分析国外除雪机装置的基础上，确定研究方案，并用solidworks软件建立除雪机工作装置的三维模型，并运用软件进行有限元分析。关键词：除雪机；积雪的物理特性；传动原理；三维造型；有限元分析；#目录TOC\o"1-5"\h\z摘要 IAbstract II1概述 -1-\o"CurrentDocument"1.1国内外除雪机现状及发展情况 -1-\o"CurrentDocument"1.2除雪方式及适用范围 -2 -\o"CurrentDocument"1.3除雪机的分类及特点 -2 -\o"CurrentDocument"1.4课题研究内容及意义 -5 -\o"CurrentDocument"1.5本章小结 -5 -2积雪和冰雪混合物的物理机械性能的参数分析 -7 -\o"CurrentDocument"1积雪和冰雪混合物的物理机械性质 -7 -\o"CurrentDocument"2.1.1积雪和冰雪混合物的密度 -8 -\o"CurrentDocument"2.1.2积雪和冰雪混合物的湿度 -9 -\o"CurrentDocument"2.2积雪和冰雪混合物的机械力学性能 -9 -\o"CurrentDocument"1积雪和冰雪混合物的抗压强度 -9 -\o"CurrentDocument"2.2积雪和冰雪混合物的抗剪强度 -11 -\o"CurrentDocument"2.2.3积雪和冰雪混合物的硬度 -12 -\o"CurrentDocument"2.2.4积雪和冰雪混合物的摩擦系数 -13 -2.5积雪和冰雪混合物的导热系数 -15 -\o"CurrentDocument"2.2.6积雪和冰雪混合物的反射率 -15 -2.3本章小结 -15 -3除雪装置的设计及其计算 -16 -3.1整机结构设计 -16 -3.1.1除雪机械的选型及组合 -16 -\o"CurrentDocument"1.2主要技术参数的确定： -16 -\o"CurrentDocument"3.2动力源的选择 -17 -3刀根轴装配设计 -18 -1破冰刀的设计 -18 -\o"CurrentDocument"3.2刀根轴设计 -19 -\o"CurrentDocument"4推雪板的设计 -20 -\o"CurrentDocument"3.5路面清扫装置设计 -22 -\o"CurrentDocument"3.6挡雪板设计 -23 -\o"CurrentDocument"3.7传动装置设计及各级传动比计算 -24 -3.7.1刀根轴传动原理 -24 -\o"CurrentDocument"3.7.2清扫机构传动原理 -25 -8本章小结 -26 -4主要部件有限元分析 -27 -1概述 -27 -\o"CurrentDocument"2破冰刀的有限元分析 -27 -\o"CurrentDocument"3除雪机主梁的有限元分析 -30 -4本章小结 -33 -5结论与展望 -34 -参考文献 -35 -致谢 -37 -目录目录1概述1.1国内外除雪机现状及发展情况近年来我国经济迅猛发展，工程建设量不断增加，因此对交通环境提出了更高的要求。高速公路、铁路里程快速増长，民用机场枢纽航站大量增加，城市道路建设日新月异，交通对国民经济的发展起到至关重要的作用。我国的高等级公路里程，每年以30%左右的速度递增，通车里程已经跃居世界第二位。中国地域跨度大，因此气候差异大，冬天绝大部分地区都有降雪尤其是东北地区。雪害是交通的重大隐患，机场降雪，航班无法进出港，延误航班；高速公路降雪则必须关闭，公路上的车辆被迫抛锚，交通处于瘫痪状态。降雪伴随而来的交通事故不仅仅给市民带来人身和经济上的损失，还对社会造成很大影响。如何快速清除冰雪，保障交通畅通已成为亟待解决的问题,，除雪机械化是时代发展进步的产物和城市管理的必要条件，也是经济水平的标志和文明程度的表现。近些年来，很多寒带地区的国家都致力于研发效率高性能好的除雪机械。在国外清除路面积冰积雪的技术相对成熟。在我国冬季的降雪通常会以新降浮雪、压实雪和冰层三种形式积于路面。由于人口密度、城市规模等条件的制约，城市道路积雪常常不能及时清理七开发符合中国国情的除雪机是适应国民经济发展需要的当务之急a在国外，除雪机械的发展比较先进，技术也趋于完善，特别是芬兰、瑞典、挪威、德国等北欧国家和加拿大已相当成熟⑵。对比之下发达国家除雪机械的性能更好种类更全。推雪板式除雪机最大除雪速度可达20~60km/h,最大除雪宽度为1.4~2.4m,左右偏转角度为20。~30。，螺旋式除雪机最大除雪宽度2.4~2.6m,最大清雪高度为1.2~l.8m,最大装车高度为3.5m左右，最大抛雪高度为50m左右，可以满足清除各种积雪路面的要求。除雪机分为工作装置和行走装置，除了专门为除雪作业设计生产的驱动底盘(专用主机)之外，驱动主机一般选择通用机动车辆是各国普遍采用的方法⑶，如可以在拖拉机、装载机、平地机、汽车等钗接工作装置或者将工作装置直接放置在行走装置上，实现一机多用避免闲置车辆.近年来由于各个国家都对冬季路面路基养护提出了更高的要求，发达国家对于各类除雪机械的持有量大幅度增加，不断向着一机多用发展，在使用性能方面朝着多功能化发展，但是国外的除雪机械价格比较贵。中国除雪机械的研发制造起步较晚，真正的研制与开发是在80年代以后"，目前主要除雪方式多数还是使用小型除雪机械与传统的人工除雪的组合上，与国外相比有不少种类除雪机械在我国还有很大空缺，除了机场专用除雪机外，现有的除雪机械，作业速度低、整机利用率低、避让功能不够理想、成本高等，很难满足道路等场所的作业要求財，针对我国国情，国内应建立和完善公路气象系统，同时对雪冰的物理机械性能的参数加强研究，除雪机械应向小型化、高速度的方向发展，向机、电、液一体化和多功能的方向发展，同时注意提升除雪作业的安全性和操作舒适性。国产除雪除冰机械的总体技术水平落后于发达国家主要体现在3个方面：避让功能不够理想。国内现有的除雪除冰机械，在除雪除冰作业过程中，大部分路障回避能力较差，常常因遭遇路障避让不及而容易使主机或工作装置受损坏。对路面保护能力差。当路面凹凸不平时，除雪除冰机械容易对路面造成破坏⑵虽然目前相关部门并没有制定一个统一的衡量标准去说明机械对路面的损坏程度，但国内现有的除雪机械对路面的保护和对路面的仿形功能等方面，相比国外存在一段差距。品种类型不全。与国外相比，大型多功能除雪除冰机械、高效清除压实积雪机械等在我国还是空白。在一些雪灾中，在相当多的地区几乎没有有效的除雪破冰机械。在普遍缺乏大型、高效除雪破冰机械的情况下，只能使用铁锹、铁镐等简易工具抗击雪灾，工作效率极低⑻。本设计主要针对上述除雪机械功能单一等问题而设计研发集耗能少、适应范围广、除净率强、效率高、经济性好等优点于一体的道路除雪机械。1.2除雪方式及适用范围除雪作业主要分为新雪除雪、压实雪除雪和薄冰处理三种"，当前冬季除雪防滑采取的主要方式有：人工除雪，机械除雪，融雪剂除雪(撒砂)、物理除雪、综合式除雪其中以机械除雪方式为主。各种方式主要特点如下：人工除雪方式：适用于小雪，收费站口和难重点路口，这种路段机械除雪困难,通过采用人工的方式可以进行彻底清除，采用人工清除对冬季第一场雪效果较好。人工清除费用高，效率低，影响交通通行及行车安全等是它的缺点。融雪剂除雪：是通过喷洒各种化学材料或热作用，从而达到降低结冻温度或融化雪。适用于刚入冬开春时期气温偏高，雪量比较大，对易融化冰雪路面的除雪作业效果较为明显，缺点是：对环境和道路具有相当危害程度的污染'⑵。就未来发展趋势看，融雪剂的使用将会受到越来严格的限制，使用量及使用范围将非常有限邸。机械除雪：适用于対中大雪进行大面积机械化清除作业，可全天作业。用机械方法清除路面积雪具有实时高效、经济环保、基本不影响交通，对路面积雪清除也较为彻底等显著优点"⑸。微波除雪：目前国内外研究的微波除雪能够加热的路面深度较浅，微波加热道路材料只能达到路表面1cm左右的范围内，仅吸收微波发出总热量的5%左右，造成能量浪费，同时道路表面升温慢，冰雪层分离开道路表面耗时长，因此微波加热除冰的效率很低丽。综合式除雪：机械除雪和化学融雪两种工作方式联合使用，综合式除雪机前端装有碾压礙式、螺旋叶片式或推雪板式等除雪装置，后端装有撒融雪剂装置“作业时根据路面冰雪情况进行机械除雪和化学融雪两种作业选择，可以同时使用也可以分开使用1.3除雪机的分类及特点目前除雪机的种类很多，可以按多种形式分类：如底盘的不同、使用区域、工作原理的差异等。按照除雪机械的使用范围可把除雪机分为泛用除雪机、人行道除雪机、铁道除雪机和高速公路除雪机等4种侦。根据除雪机械的底盘是否为专用的把除雪机分为两种：专用底盘和兼用底盘。大部分机械采用兼用底盘=根据除雪机械的底盘行走方式又将其分为两种：橡胶履带式和轮胎式。目前，从除雪的作业过程来看，除雪的原理和技术方法已基本完善，但在除雪工作过程中，经常由于冰雪压实还是松散、道路状况、温度高低等条件的影响，使用单一机械很难清除各种不同积雪路面。面对雪情除雪作业时要因地制宜，针对不同路况、不同雪情可以搭配多种不同的除雪方式，这样方能提高除雪效率，保障除雪质量向。随着国家经济建设的快速发展，冬季交通畅通的需要，机械式除雪已成为必然趋势。机械式除雪可归纳为：推移式除雪、旋切及冲击旋切式除雪、铲刮式除雪、剁式除雪、刷扫式除雪等。根据除雪机械工作原理的不同可以把除雪装置分为推移式、螺旋转子式（抛投式）、犁式、旋切式、冲击旋切式、推移式、铲剁冲击式和刷扫式等类型等阮制。国内外常见的机械式除雪机类型主要有推移式，其又可分为前置中置侧铲式、铲刮（刮刀）式、除雪汽车、不同形状的除雪犁等；螺旋转子式又可分为铁刀转子式和叶轮转子式两种。图1.1图1.1可调刮板式除雪装置图1.2多层刮板式除雪装置图1.3可调刮板式除雪装置的工作模式图1.4单轴螺旋式除雪装置图1.5图1.4单轴螺旋式除雪装置图1.5双轴叶片式除雪装置图1.6单刮斗刮板式除雪装置图1.7单垂直叶片偏刮板式除雪置各类机械式除雪方式的适用范围为：推移式除雪一一根据推刀的不同可分为有单向推刀、侧翼推刀、V形推刀和U形推刀等。国外的推刀式除雪机具有较好的避让功能，作业过程中根据路况调节油缸实现推刀的升降和其左右摆角的变化。用来清除较厚的路面积雪或压实积雪，能够破碎具有一定厚度的压实冰雪，相比之下除雪能力较好，除净率也较高。推刀除雪既能清除施工工地和公路的积雪同时也可用于街道、人行道。因其价格低廉，效率高，工作可靠而被广泛使用，但适用的范围主要为未被压实的积雪和密度小的新降浮雪‘闵。旋切及冲击旋切式除雪一一大部分具有切削、收集、推移和抛雪功能，虽然功能多，但是结构相对复杂，一般情况下工作装置是由主机牵引着前进工作，由液压或者电机驱动滚筒旋转，滚筒上的斜齿或直齿对路面的积雪或者压实冰雪进行碾压洗刨，不断的使冰雪破碎来清除路面的冰雪。旋切式除雪机可分为两种：多级式和单级式，其中多级式分为两种：单轴螺旋风扇型和多轴螺旋风扇型。单级式又分为铳刀型和风扇型。目录目录适用的范围主要有压实积雪、冰雪混合积雪、薄冰压实积雪等形式。但这种除雪机械铲刃磨损较快，对路面也有一定的破坏作用刷扫式除雪一一和路面清扫车类似，随着牵引车前进过程中，由动力传动机构驱动清扫刷旋转。通过排雪装置将破碎后的路面冰雪可清除到运输车上或路两侧。这种机构的刷毛相对较软，清扫路面积雪的硬度和厚度都收到局限。所以此机构只适用于清除一定厚度的新降雪、自然积雪和厚度较薄的压实积雪的路面，清雪作业速度相对较低。国外滚扫式清雪车最大作业速度一般为40km/h,扫式清雪车最大作业速度一般为50km/h'”5。而我国刷扫式清雪车还远远赶不上国外。冲剁式除雪——此机构是模仿人工清除冰雪而设计的，随着主机不断前进，液压等方式驱动偏心轮带动铲头转动，铲杆铉接在偏心轮上，带动铲头往复的上下运动进行铲剁冰雪，完成破碎清除冰雪的作业，适用于较厚冰雪混合物和一定厚度的压实积雪的破碎。但是破碎效率较低，还需要增加保护路面的装置以避免清雪作业时破坏路面。1.4课题研究内容及意义我国北方冬季积雪从自然积雪到压实积雪的密度变化范围为0.1~0.7kg/m3,硬度变化范围为0~60kg/m3,而冰的密度接近于1.0kg/m3,硬度范围则为150~300kg/n?,远大于一般积雪,，所以相对而言，清除密度大、压实积雪的难度要比清除硬度低、密度小的新降雪、浮雪、自然松散积雪的难度大，而清除冰雪混合物和冰层的难度更要大很多倍。物理电热熔化、微波清除积雪效率低、费用高，•化学融雪剂除雪存在难以避免的污染问题；所以机械除雪得到应用和发展。除雪机工作装置作为除雪机的重要结构，其性能的好坏对除雪作业的效果起着至关重要的作用。目前清除路面压实积雪和冰雪混合物是比较困难的。尽管国内外多年来研究了很多不同的结构和类型，但因为其易出故障、效率不高、除净率低等不同缺点，直到目前还没有较为理想的除雪机械。除雪机械在结构研发、工艺流程、零部件供给和操作管理等方面都存在技术水平低的问题，致使除雪机械故障多、寿命短、可靠性低。这些问题都亟待解决。要实现具有高效率、多功能的除雪机械而设计专用或改装除雪机使其具有以下优点：改装除雪机械可以一机多用，除雪机以拖拉机为动力，可以实现与拖拉机的自由挂接，不需要为除雪机单独配置动力源。城市路面与人们的生活息息相关，道路交通流量大，在短时间内就将路面冰雪压实，影响出行安全与行驶速度，除雪机应能保证在短时间内做到高速除雪。在除雪机工作装置的设计中主要从三方面入手，第一是破冰除雪，如何保证在不损坏路面的前提下，使冰雪与路面脱离；第二是集雪能力，采用推雪铲将雪收集推至一侧；第三是清扫，利用清扫盘旋转将路面最终打扫干净。1.5本章小结我国大部分地区冬季都有降雪，降雪后，车辆运输或者行人等载荷作用于路面上和温度变化使之经常形成压实积雪或者冰雪混合物，从而导致路面的防滑性能大大降低。车辆动力性能变差行驶过程中易打滑引起交通堵塞甚至是交通事故，给人民和社会带了巨大损害。怎样有效地解决冰雪道路的文通安全问题，避免或降低交通事故，提高道路通行能力和运营效益，形成规范良好的管理模式已迫在眉睫，需要尽快解决的问题。目前，国内外清除冰雪所釆用的方法主要有人工除冰雪、高压气流吹积雪、化学容剂融雪、物理除雪和机械除冰雪等几种方法。其中机械除冰雪由于简单实用、效率高、经济无污染而得到广泛使用。为了提高除雪机械设计水平，需要对冰雪的力学性质进行深入研究，此外应建立道路气象系统，以便实时准确地掌握路面状况，灵活、高效地使用除雪机械。为了提高其使用率，除雪机械应该向一机多用的方向发展。同时除雪机械应尽量采用机械电气液压结合的新技术，实现自动控制，提高除雪机械的科技含量。2积雪和冰雪混合物的物理机械性能的参数分析2.1积雪和冰雪混合物的物理机械性质研究适合的除雪方法和工作装置，首先要了解一下积雪的基本性质。对设计计算除雪机械的除雪阻力和除雪功率等相关问题，也应该了解和掌握积雪的物理机械性质。积雪的物理机械性质变化很大，随着天气温度的不同、积雪落下的时间长短、以及路面积雪由于车辆行驶、除雪作业及水分介入等因素作用而发生复杂的变化喚。雪的主要物理机械性质包括：密度、硬度、摩擦系数、导热率、反射率、抗压强度等表2-1路面冰雪的分类名称状态特征雪粒状态密度kg/m3抗压强度MPa新雪结晶状新降的雪—100无粒雪粒状不能飘扬起来，温度交替变化后，机械搅拌或化学处理的积雪雪粒的直径在0.3mm以上，互不连接的圆粒280-500无压雪板状被车辆等碾压过的积雪雪颗粒的直径为O.O5mm~O.3mm,相互连接的圆粒450-7501.96-16.7冰雪板状压实雪融化后又冻结在一起，厚度在1mm以下雪颗粒的直径为0.05mm~2mm的多结晶冰，含有粒径0.01-0.1mm的气泡750以上8.83-29.4冰水混合物液状由板结雪、颗粒雪、新降雪和粉雪等溶解物组成的，含水多的液体，过车时将飞溅直径在1mm以上呈类似圆形的小粒，含水量在30%~50%800-900无（只有在非常精密的天平上才能够称出雪花的质量。）因此在无风天气里的新降雪，雪花均匀稀疏地平铺在道路上，各个雪花彼此的枝角接触着密度较小；而在有风天气的新降雪，雪花在风的作用下相互堆积着较为密实，相对来说其密度值较大。所以雪的密度变化范围很大，一般情况下的密度p=10-900kg/m31291,各类积雪密度情况如表2-1。2.1.1积雪和冰雪混合物的密度积雪的密度g指的是单位体积内积雪的质量。雪的密度值等于积雪在融化后所得水的质量与其融化前积雪体积的比值，是因为雪是水的一种固态的表现形式。所以积雪（包括松散雪）的密度变化幅度很大。积雪的密度是除雪机械的设计与使用的一个很重要的依据。由于落雪条件、沉积条件、测量方式等影响因素的不同使得积雪的密度有较大差异，有的日本学者认为在g=7~700kg/m3之间变化，但是有的前苏联学者则认为是在g=10~800kg/m3之间变化，而我国降雪条件与前苏联远东地区较为接近，所以关于雪质较多的北方地区地选用了前苏联的研究资料眼。前苏联学者经过对不同条件下的积雪密度进行综合测量和分析，得出了以下结论：随着雪沉积厚度的增加，雪的密度增大。对沉积两个月的山坡积雪测量，20cm深度的积雪密度为300~320kg/m\100~200cm深度的积雪密度为600~640kg/m3o随着雪的沉积时间的增大，雪的密度增大，每个月平均会增多10%~20%。随着结构及气象条件的不同，刚降的雪的密度变化，测量结果见表2-2。刚降的雪密度与当时气温的关系见表2・3。另外，由长时间实践得出，还可利用经验法大致判定积雪密度，见表2-4。表2-2刚降雪的密度与结构及气象条件的关系雪的形式密度kg/m3雪的形式密度kg/m3非常松散的雪20-50强风中的降雪150-200松散雪60-100压实湿雪130弱风及中等风时的降40-30雨夹雪160-270雪120-180暴风雪中得降雪表2-3刚降雪密度与当时气温的关系降雪气温/°c刚降密度kg/m最小值最大值平均值-10以下1223375-10-5.11129587-5.1-2.135258104-2.1-0.1434551280-2.0695291832.0以上158588196目录目录表2-4根据雪中通过物判定雪的密度雪中通过物体雪的类型密度kg/m3戴手套的拳头非常松散的雪10-100手指伸直的手掌松散雪110-250—个手指中等硬度的雪260-350削尖的铅笔硬雪360-500刀刃非常硬雪500以上2.1.2积雪和冰雪混合物的湿度积雪的湿度对雪的工程性质有非常大的影响。雪层中的水包括两方面：雪晶表面的重力水和薄膜水等。雪层的最大持水能力指的是雪层持有薄膜水的限度，它和雪晶的形状、雪层的排列情况及其雪的密度有关，通常不超过雪重量的50%。重力水在雪层中差异很大，最大时雪层的全部空隙都充满了重力水，例如：春天融雪阶段就是这种状况。各类积雪的最大持水能力见表2-5,通常把雪的含水状况分为四个等级：水湿雪，稍微用力就能够挤压出水；湿雪，雪层中能够明显看出有液态水的存在；潮雪，雪层中分离不出水，但却可以凝结成块；干雪，一点都不含水不能凝结成块。水湿雪是各种湿度的雪中最不稳定的，而其他三种雪在原理上通过滚扫就能够清除掉。表2-5各类积雪的最大持水能力雪的状态最大持水能力kg/m3剛下地雪（无风）550-500刚下的雪（有风）550-320未密实的雪300-210密实的雪200-120冰雪混合100-50冰2.2积雪和冰雪混合物的机械力学性能积雪和冰雪混合物的机械力学性能参数包括抗压强度、硬度、摩擦系数等，这些参数都是除雪机机理分析和除雪机设计的非常重要的参数。2.2.1积雪和冰雪混合物的抗压强度积雪抵抗其他物体进入的能力是雪的抗压强度，刚体进入到积雪单位面积上受到的阻力表示其大小。研发设计除雪机械，雪的抗压强度是又一重要参数。由参考文献可知，积雪的抗压强度随密度不同而有变化。当雪的密度p<400kg/m3时，雪的抗压强度非常小，当雪的密度p>400kg/m3时，雪的抗压强度将随积雪密度的上升而急剧上升。如前所述，积雪的抗压强度值也是与其他的环境因素有关。为了确定积雪的抗压强度值，可采用下面简单而准确的测定方法，图2.1所示即为其测试装置示意图。该装置中的重锤1可以在有刻度的标尺杆2上做自由落体运动，标尺杆2承重块3和圆盘4是三者合一的结构。测定抗压强度时将该装置的圆盘4平放在积雪上，然后把重锤1沿承重块3上的标尺自某一定高度值开始作自由落体运动撞击承重块。这时整个装置由于受重锤碰撞而从原来位置往积雪中下降一定深度，依此即可算得积雪的抗压强度。需要测量和记录的数值包括：标尺杆、承重块和圆盘三者的总重量M(kg)，•圆盘与积雪的作用面积S(m2)；重锤的质量m(kg)；重锤提起的高度h(m)；装置在积雪中下陷的深度d(m)°清雪车设计的另外一个重要参数是压实冰雪的抗压强度指的是：压实冰雪抵抗其它物体进入的能力，用刚体进入冰雪时单位面积上所受到的阻力表示阕。图2.1积雪抗压强度测定装置示意图设定：装置下陷时的离开原点的位移变量x(m)；装置下陷时所受到的以x为参变量的阻力变量为F(x)(N)；装置下陷时所受阻力的平均值为F(N)；积雪抗压强度p(Pa)o则有：积雪受到的冲击力功阡[m(h+d)+Md]g (2-1)积雪阻力所做的功dW2=\F(x}dx=Fd (2-2)Wi=W2

所以有F=["7(1+牛+的g (2-3)a因此F[m(l+g)+M]gP=—= 4 (2-4)SS雪的抗压强度将随积雪密度的增大而增大，统计数据参见表2-6。表2-6雪的密度雪的类型密度kg/m5温度为-l~-20°C时的抗压强度/kPa松散雪25049轻板结雪260-25059-98密集雪360-500210-1960强密集雪510-600370-2940(2)随着温度的下降，雪的抗压强度增大。积雪的抗压强度与温度、密度的关系如图2.2所示。微(微(°C)图2.2积雪抗压强度随积雪密度和环境温度的变化关系2.2.2积雪和冰雪混合物的抗剪强度抗剪强度系数Kq表示切割每单位横截面积积雪所需的力，包括积雪各种形式的变形强度。目前确定切削比阻力(抗剪强度系数)大多采用的经验公式为皿】：(2-5)K=10-60(MPd)(2-5)bh目录目录目录目录p=R+p? p=R+p? (2-7)式中：Fq―作业在刀刃上的切削阻力，N；b——切削刃宽度，m；h——切削层厚度，mo利用抗剪强度系数Kq可以很方便地进行清雪车的牵引和动力计算。前苏联学者对自然状态下的积雪进行切削试验，试验统计结果见表2-7。表2-7自然积雪的抗剪强度系数雪的类型雪的密kg/m3度雪的温度/°c-1~3-4-22~22以下松散雪120-1800.7-1.80.2~0.83.9-11.8轻板结雪200-2802.0-3.91.5-2.92.0-4.9轻板结雪构成300-3602.9~5.93.9~6.94.9~9.8的密集雪370-4405.9-10.89.8-14.711.8-17.7站合力弱的大280-3503.9~6.92.9~5.94.9~8.8颗粒冰雪构成380-4804.9~9.83.9~6.96.9~9.8的密集雪有上层雪压力420-5207.8〜16.713.7-21.617.7-29.4的密集雪2.2.3积雪和冰雪混合物的硬度积雪的硬度是一种重要的指标即为雪的抗压强度卩3】。密度非常低的新降雪硬度很小，重量较轻的甲虫爬过也能留下一些痕迹。但是，经过压实的雪，例如经过狂风搬运的雪堆硬度很高，人走过后也不会留下踪迹。由参考文献，一般来说：新雪为片状，密度在O.lg/cm3左右，几乎没有硬度；而压缩雪的密度为0.45〜O.75g/cm3,硬度较大为20-170kgf7cm2o积雪单位面积上所能承受的压力是指积雪的硬度。积雪硬度测试器(一种弹簧测力器)是专门测量积雪硬度的，測头是顶角为30°或者60°的圆锥。实际测量时，将圆锥在积雪上竖直地立直，慢慢地加载重量并测得下陷深度，由圆锥进入到雪的深度或表面直径算出圆锥印迹的投影面积，再按下式计算出积雪硬度。PH=- (2-6)S式中：所施加的载荷重量，kgf;旦一硬度计的重量，kgf;S一圆锥印迹的投影面积，mn?,s=;rtan2a/h2;力一圆锥陷深，mm；。一圆锥半顶角。此式可简化为：当2«=60°时7rlan2a=\.O5;当2a=30°时勿tan?a=0.226于是有：P4-P当2a=60°时H=「o'龙； kgf/mm2当2^=30°时H=P'+P\kgf/mm20.226/r此外一种采用专门的仪器测量雪的密度方法，冲力硬度计是常使用的。此种硬度计的上端有调节的金属硃码，根据下降高度、破码的重量和硬度计被打进积雪的深度，雪的硬度就能够计算出来。一般情况下把雪的硬度分为四个等级。第一等级叫做松雪，指除了大拇外的四个手指伸直不费力就能够插入到这种雪层。第二等级叫做稍硬雪，这种雪层只能插入一个指头。第三等级叫做坚雪，需要铅笔插入。第四等级叫做坚实雪，小刀才能插入。测量步骤是先准备一个雪坑，然后在剖面上从顶到底依次分层测量。这种方法的优点是简单易行。2.2.4积雪和冰雪混合物的摩擦系数在设计、选择和使用除雪机械过程中涉及到牵引力、工作阻力，进行理论计算时首先要考虑雪有关的摩擦系数。积雪的摩擦有：内摩擦和外摩擦两种，积雪内部雪与雪相互摩擦是指内摩擦：积雪与其它物体之间的摩擦指外摩擦。雪的状态直接影响积雪的内外摩擦系数。路面积雪后，路面的使用性能被大大降低了。冬季道路除雪机械工作时，要进行牵引计算.首先了解除雪机械在不同的冰雪路面行走时的行驶阻力系数、附着系数等。冰雪路面与轮胎间的附着系数小：因为除雪机械不但与积雪产生摩擦，而且还对积雪产生挤压，所以外摩擦系数一般比行驶阻力系数小.钢铁和积雪之间的摩擦系数与温度和雪的密度有关见表2-8o表2-8积雪和钢铁之间的摩擦系系数与温度和雪的密度关系表雪的密度kg/n?雪的温度C0-1-4-16—3080-1000.180.100.14150-2000.110.080.10250-3000.090.070.08350-4000.0750.050.054500.0560.040.054800.050.030.045200.040.020.035500.030.0150.02积雪的内摩擦系系数见表2-9。表2-9积雪和钢铁之间的摩擦系系数与温度和雪的密度关系雪的密度kg/m3雪的温度尸C0附近-1-6-10以下1200.240.290.342000.300.330.363000.350.390.464000.400.440.504700.420.470.535600.450.500.57路面积雪后，使用特性有较大的差别。在计算除雪机械的轮胎行驶在冰雪路面的牵

引力时，首先要了解行驶阻力系数和附着系数。冰雪路面与轮胎间的附着系数见表2-10。表2-10轮胎与冰雪路面间的附着系数雪的状态雪的密度kg/m3附着系数雪的状态轮胎类型附着系数密实冻结的雪低压胎0.20-0.35压实的冻结雪高压胎0.2-09密实冻结的雪高压胎0.20-0.25压实的解冻雪高压胎0.176密实解冻的雪低压和高压0.10-0.20解冻的雪低压胎0.06-0.08胎行驶阻力系数一般较外摩擦因数大，因为在这个过程中不仅产生摩擦，而且和积雪

之间的挤压。轮式、履带式车辆的行驶阻力系数如表2-11所示。前置式除雪装置的除雪机械可根据除雪效果对行驶阻力系数进行修正。表2-11行驶阻力系数雪的状态雪的密度kg/m3阻力系数轮胎履带松软的雪150-2500.2-0.250.2松软潮湿的雪150-250030.2轻碾压的雪250-3500.15-0.20.1碾压的雪400-6000.08-0.10.05冰雪7000.06-0.080.07-0.12.2.5积雪和冰雪混合物的导热系数很轻的雪花在空气中降落时是飘浮不定的，有很多的分枝，这样一来雪花间隙距离就变大了，但是存在于其中的空气导热率很低，所以地面的热就不会马上散去。如表2-12有雪与其它介质的导热系数。表2-12雪与其介质的导热系数物体名称空气雪水沙冰花岗岩导热系数0.000050.0003-0.00080.00140.00260.0051-0.00530.00972.6积雪和冰雪混合物的反射率在阳光明媚的天气里，人们在积雪路上上行走时，经常会睁不开眼睛。在医学理把这种现象叫做雪盲。积雪对太阳光的反射很高就是产生雪盲的原因。由于积雪的反射率高，便于它能自我保护，以免积雪被马上融化掉，有利于积雪积冰的形成。由参考文献,如表2-13有雪与其它介质的反射率。表2・13雪与其介质的反射率垫面名称雪面冰面沙土青草干草黑粉反射率50-95%30-60%29%26%19%5%2.3本章小结本章对积雪和冰雪混合物的进行了分类，又对其物理机械性能参数和力学机械性能的参数密度、硬度、湿度、抗压强度、抗剪强度、摩擦系数、导热系数、反射率等做了相关叙述，通过论述列出了积雪及冰雪混合物其性能变化的通用规律，为深入研究测试积雪性能和设计除雪机械打下了一定基础。3除雪装置的设计及其计算3.1整机结构设计3.1.1除雪机械的选型及组合除雪机械是用来清除道路积冰雪路面的专门的设备，是冬季北方降雪地区各等级公路、城市道路和机场等养护部门必需的养护机械。怎么针对冬季不同的降雪量、积雪形态，经济、适当的选择现有除雪机械类型，达到有效高效地清除冰雪的目的，对除雪机械进行优化选型和组合是必要的。我们要根据人力、物力、区域、路况、雪况及拥有除雪机械的条件等不同状况而实施不同的除雪方法和措施。用于除雪的机械设备主要为：推雪铲、推雪机、扫雪机、滚刷机、破冰机和融雪剂撒布机等，这些除雪机械设备均适用于不同的除雪路况，作业时根据雪量的大小、压实程度、积雪的形态、环境湿度等相关的因素适当的选择机械并进行的组合提高效率。雪量为小雪：小雪路面积雪厚度一般在3cm以下。如果路面积雪疏松，利用扫雪机直接清扫便可以，并将扫完的雪抛到马路两侧的绿化区，如果路面积雪与路面粘结在一起，经车辆行人压实雪达l~2cm左右，应该先考虑采用撒布融雪剂或扫雪机清扫，此时无法采用推雪铲，因为推雪铲在除雪作业时雪铲与路面的安全间隔最低就是1cm多。雪量为中雪：路面积雪厚度可以到达5~20cm,可先用推雪车将雪铲松，并将积雪运走或堆放绿化区域，路面剩余的雪可用撒布除雪剂或扫雪机清除,，雪量为大雪：地面积雪厚度可以到20cm以上，此时应采用螺旋抛雪机与输送雪的大卡车一起作业，把雪装到卡车运走，地面余下的雪，可撒融雪剂使其融化蒸发或者扫雪机清扫。冰层：由于除雪作业时可以采用撒融雪剂进行融化3cm以下薄冰层，大量的积雪一定时间内没有得到及时清理，温度冷热变化而形成3cm以上的冰层，那么只有使用专门的破冰机，依靠碾压協刀具对冰层产生破碎的压力来清除冰层。除雪机械需要的数量|句:S，7_VBT1000其中：S——除雪作业的面积，m2；V一一除雪机的速度，km/h；T——完成除雪时间,h；B——除雪机的宽度，m。1.2主要技术参数的确定：(1)取车速V=4km/ho目录目录刀具所在圆周直径取D=400mm时，结构上允许其圆上分布Z=3个刀片。据人工除雪经验，两次敲击的间距h<50mm时才能保证除雪质量。据上述条件可计算出刀根所应具备的转速n=444r/mino刀具对地面的敲击力度可用动量来表示：P刀=mxvo式中：P刀——除雪刀根上单片刀头对路面的撞击力度；m 单个刀头质量，取m=1.5kg；v——刀片旋转至与路面接触位置时相对路面的速度，m/s。经计算v=!5m/s,代入式，则P刀=15x1.5=22.5kgm/s°人力除雪时，设铁锹对地面的作用力F=100N,m=2kg的铁锹经s=250mm距离撞击地面，其加速度和作用时间分别为a=50m/s2,t=0.1s,则撞击速度v=at=5m/s0那么人工除雪铁锹对路面的作用力度为：PA=mxV=10kgm/so经上述计算说明辐刀对地面作用力远大于人力作用。实际工作时我们可通过控制刀片质量、弹簧扭力、刀辗转速、行车速度等因素来保证刀片对路面的作用力度大于或等于人工除雪，或者使其在某一合适的范围。生产效率n(km2/h)以单位时间内清除的道路面积计：q=BV式中：B——机器的工作幅宽，m；V——机器的工作速度，km/h。该破冰除雪机工作幅宽2.3m,根据公式每小时作业面积可达到9.2km2/ho适用于冬天北方城市主要交通路面。实际工作时应当均衡这两个因素，使除雪机械能最大程度地满足生产要求。该破冰除雪机是集破冰、除雪于一机的组合式设备，可实现很高的清雪速度，对路面和雪况的适应性强，结构简单，对动力、材料及制造工艺无特殊要求，适用范围广，且易损部件都可更换，从而降低了维修费用，是一种适合我国道路的除雪设备。3.2动力源的选择本设计是由破冰除雪装置、铲雪装置、清扫装置组成，因此其动力源选择拖拉机比较适宜。一般拖拉机自身都具备原较强大的液压系统、机械动力系统能提供有足够的动力驱动抛雪装置等除雪设备。拖拉机具有多档变速箱和悬挂装置等结构，可以根据雪况变化调节变速箱，适用于除雪作业。比如俄罗斯莫斯科市的几千余台除雪机械可分为十多种机型。其中大多数机型以拖拉机为驱动底盘。我国生产的拖拉机机型种类都很多已相当发达，并且许多在冬季处于冬闲状态，应该成为主要选项之一。根据作业效率拖拉机动力选择100马力。3.3刀根轴装配设计3.3.1破冰刀的设计设计破冰刀时，必须使其满足一定的切削性能和力学性能的要求，减少切削阻力和刀刃磨损，降低能量消耗，延长刀刃的使用寿命，并有利于提高清除率。为了提高除雪机对雪层厚度的适应能力，刀根轴上的刀片设计为能进行机械调节，以便改变与地面的接触高度，在破冰的同时不损伤地面。刀相轴的作用是将雪层从路面上剥离，其结构形式为：一系列的刀片沿径向均布于主轴圆周上，并与主轴上的辐板钗接;在轴向上，并排地分布着多排这样的与辐板被接的刀片，以形成一定的除雪幅宽。工作时刀片除与主轴一起转动外，还可绕絞链在一定角度内摆动，刀片靠扭力弹簧保持其径向固定位置。除雪作业时，刀棍主轴以一定的转速旋转，同时以速度V0前进，这就使分布在主轴圆周上的刀片依次敲击雪层然后刮擦，使雪层与路面剥离。当遇有路面凸起或阻力过大时，刀片就克服弹簧阻力绕絞链摆动一定的角度，实现避让障碍的动作，从而自动适应路面，起到保护路面的作用’破冰刀是破冰除雪的主要工作部件，由于破冰刀工作时会大量与地面接触，此时路面可看做砂轮，破冰刀每次打击都会出现磨损，因此对其材料的耐磨性和强度都有一定的要求。根据需求可选择铸钢Mnl3,其化学成分应符合下列规定：C(0.90-1.30)、Mn(11.0-14.0)、Si《0.5、PM0.10。其具体结构如下图3.1。为了防止破冰刀每次打击地面造成的磨损而是刀刃变钝的现象发生，是破冰刀刀刃部分与地面成一个角度，这么在每次打击地面时，会使破冰刀越来越锋利，其结构如图3.2。图3.1破冰刀3.3.图3.1破冰刀3.3.2刀辍轴设计图3.2破冰刀与地面接触角破冰除雪机工作幅宽要求2.3m,因此刀辗轴设计长度为2.7m。破冰刀片的排列方式对破冰质量影响很大，破冰刀的排列方式与旋耕机的旋耕刀片的排列方式相似。有单螺旋线、双螺旋线、星形、对称排列等几种。不管哪种排列均应满足：刀轴受力均匀，径向受力平衡；相邻两刀片径向夹角要大。这里选用单螺旋线排列，刀報轴在工作时侧向偏移力矩较小，侧向力可以得到较好的平衡。图3-3刀辗轴除雪机向前运动，破冰刀打击冰雪并将打击下来的冰雪向后抛送。下图为破冰刀工作时与地面接触瞬间。

图3.4破冰刀工作图由于刀報轴实际工作时高速转动，若只使用一个刀馄轴工作，会在刀辐轴上产生较大的力和力矩，造成工作时的不稳定和动作部件的损坏，为了减小这种情况的发生，该除雪机采用两个刀辗轴交错分布，在保证工作幅宽的情况下，尽可能将路面冰雪全部清除。具体安装如下图。图3.5刀辗轴三维图模型3.4推雪板的设计除雪机具在清除道路积雪时，是在动力驱动下通过将积雪打击震碎，来达到清雪目的。但是，如果不及时将振碎的积雪清除出路面，就除雪而言是毫无意义的。因此，推雪板就成为清雪作业必不可少的组成部分。推雪板分为简易型和液压型。简易型即机械型,包括连接架、推铲、斜度调节器、锁目录目录定装置、弹性避让器；液压型包括连接架、推铲、斜度调节油缸、弹性避让器。连接架，推雪板依靠驱动车辆推动,连接架是驱动车辆和推雪板之间的连接装置，是一种可保持连接平面水平位移的平行四杆机构空间机架，其连接平面的位移用机械装置或液压油缸控制。推铲，是弧型金属板焊接件。铲刃采用厚度10-12mm的65Mn或60Si2Mn钢板制造，也可以采用其它耐磨材料。选用镒钢板主要是因为这种材料热处理后具有较高的硬度和较好的耐磨性，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，本机型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连接孔，当磨损到一定程度后移动到下一排连接孔位连接，最后翻转180。继续使用，全部用至极限位置后更换，这样可以最大限度地提高材料利用率，降低使用成本。斜度调节器，为了将路面积雪推到一侧，推雪板在作业时必须有一斜角，调整斜角的主要依据是雪层厚度，其次是推雪板行走速度。在液压型推雪板中依靠油缸实现斜度的控制和锁定；在简易型推雪板中依靠丝杆丝母实现斜度的控制，同时应增加机械锁定装置如挂钩或档板。仿形机构，当推雪板前进过程中遇到障碍物时，为保护推雪板自身结构和不破坏路面，推雪板应该可以上下自如的运动，这里采用仿形四杆机构。当遇到障碍物时推雪板向上抬起，越过障碍物，当通过障碍物时，又可以自动放下。图3.6推雪板装配图图3.6推雪板装配图图3.7推雪板三维模型图3.5路面清扫装置设计经过破冰刀的除雪和推雪板推雪后，会在路面上残留一些雪末，这些雪末若是不经过清扫，会随着车辆的通过而压实，在路面形成一层薄冰，虽然较未经过清理的冰雪路面状况有一定的提高，但是也会降低路面与车轮之间的摩擦，造成安全隐患。因此在除雪机的尾部设有清扫盘，其动力来源于拖拉机动力输出轴，经过万向节变速箱传递到清扫盘。在破冰越障铲雪作业后，清扫盘可以将作业面残余的雪和碎冰清理到道路一侧，同时钢刷可清理地面，使行车更加平稳。清扫盘圆周直径为85mm,固定在推雪板后部，共有4个组成，与地面的高度可以由压缩弹簧调节，同时压缩弹簧还可以保护清扫盘遇到障碍物不被损坏。因为清扫盘的清扫苗大量与地面接触，是易损坏部件，材料要求为耐磨，因此选用碳素弹簧钢丝，其含碳量小于1.35%(0.1%-1.2%),除铁、碳和限量以内的硅、镒、磷、硫等杂质外，不含其他合金元素的钢,，为了保证将路面清扫干净，要选取适当的转速.根据经验，清扫盘转速在1OOr/min适宜，这样既可以保证道路清扫干净，又不至于消耗过多的功率。图3.9清扫机构装配3.6挡雪板设计除雪机在前进过程中，同时刀根轴又以很高的转速运行，这样打击下来的冰雪会由于惯性向后飞出，若是没有挡雪板的存在，飞出的冰雪散落不集中，造成后面的清扫困难，或者将已打扫干净的路面再次覆盖冰雪。同时刀報轴的高速旋转也带来一定的安全隐患，当破冰刀连接断开时，破冰刀随惯性飞出，容易造成人员伤亡的危险，为了防止这些问题的发生，在刀辍轴的两侧安装防护挡板。首先挡雪板的安装不能影响除雪机的正常工作，其次，挡雪板要有一定的厚度，可以承受一定的击打。所以挡雪板材料选择为球墨铸铁，球墨铸铁有较好的轻度、强度和塑性。挡雪板的结构如下图3.10。目录目录图3.10除雪机挡雪板结构图3.7传动装置设计及各级传动比计算根据设计需要，考虑到样机制造时要求工艺简单、成本低、易调整，尽可能的以达到设零部件，考虑到缓冲、减震、过载保护、原动机等对传动装置的要求，采用单排滚子链（链号为08B）传动和带（普通V带A型）传动。3.7.1刀根轴传动原理因为动力机械选择为拖拉机，拖拉机在正常工作时会产生振动，并且刀辑轴在工作时，由于打击地面冰雪也会产生振动，因此要求传动装置的传动要有一定的可靠性，即在工作过程中不会因为外界环境的变化产生转速的改变。传动过程是由拖拉机动力输出轴通过农用万向节连接到变速器，经变速器变速后，再通过万向节连接传递到链轮上，经过链传动分别传递到刀辗轴，链传动可以保证机构能平稳地运行，不易产生径向跳动及振动，零部件不易损坏，能充分保证链轮传动装置的使用寿命。这样刀辑轴以一定的转速进行工作。由于拖拉机在前进过程中，受到驾驶员和路面情况等其他情况的影响，是拖拉机不能发挥出实际转速，因此拖拉机的动力输出轴的转速选定为其原有的90%。所以变速箱的输入轴转速为：〃入=〃动x90%=540x90%=486r/min总传动比为："么=丝=1.112njj444式中：%——拖拉机动力输出轴转速〃入一变速箱输入转速勺j——刀辗轴转速由拖拉机动力输出轴到刀辐轴需要经过两级传动，分别是变速器传动和链传动，在分配传动比的时候应考虑机器的振动和工作时的稳定性，合理分配传动比。其中一级传动比为/,=0.99,二级传动比上=1.11。下表为刀辍轴传动各轴的速度表3-1刀辐轴传动各轴的速度轴号拖拉机输出轴变速箱输变速箱输入轴 出轴输入链轮输出链轮刀辗轴转速r/min传动比540486 4910.994914441.114447.2清扫机构传动原理清扫机构动力源也由拖拉机动力输出轴通过两个变速箱传递到带轮，再由带轮通过带传动使四个清扫盘转动扫雪.这里带轮传动只是传递动力，而不参与变速.v带传动有良好的挠性，能吸收振动，缓和冲击，传动平稳，噪音小的特点。其总传动比，总=4.86,分二级传动，考虑除雪机工作时的实际情况和需要，一级传动比为4=2.43,二级传动比为/2=2.00o总传动比效=么=津=4.86&知10()式中：〃入一变速箱1输入转速〃淸一一清扫盘转速表3-2清扫机构各轴转速

轴号拖拉机变速箱1变速箱1变速箱2变速箱2带轮清扫盘输出轴输入轴输出轴输入轴输出轴转速540486200200100100100r/min传动比2.432.003.8本章小结本章主要论述了除雪机的设计过程，包括动力选择、结构设计和参数选择。首先确定了除雪机的动力源，其次，设计了除雪机的主要工作部件，包括除雪部分、推雪部分和扫雪部分。由除雪机参数的确定计算出传动比和各轴的转速。在此基础上，对除雪机的几个主要部件的功能原理和重要参数进行了分析说明，并且给出了三维模型图。4主要部件有限元分析4.1概述工程设计中的一项重要工作是利用分析工具计算零部件的强度、刚度及其动态特性，从而预知所设计的零部件是否满足要求。常用的分析工具是有限单元法，或简称为有限元法。CATIAV5软件是一个集CAD\CAE\CAM于一体的三维参数化软件，它提供了功能强大，且使用方便的工程分析模块——Analysis&Simulation0利用该模块，非分析专业的设计人员只需在模型上添加载荷和约束，就可以快速地进行初步的有限元分析，得到分析系统对设计的验证。通常，有限元分析的过程大致分为3个步骤：前处理、求解和后处理，这里运用CATIA中有限元结构分析的步骤大致如下。建立有限元分析的实体模型(包括三维实体模型和二维曲面模型)。添加模型的材料属性、单元类型、单元属性、必要地虚拟零件、附加质量、定义零部件间的连接关系和连接特性等描述机械结构系统的信息。施加"位移型”的边界条件一一约束，这种位移型的边界条件是机械结构系统所处环境的最本质的描述。定义载荷，载荷是机械结构系统的“力型"边界条件。求解选定的分析工况。查看分析结果。细化分析结果。若分析结果不符合精度，可以细化网格或者改变单元类型重新分析，或者使用自适应求解的方法。直到符合工程精度要求的分析结果,，2破冰刀的有限元分析破冰刀是除雪机的最主要工作部件，长期打击冰雪，容易产生变形和断裂，因此其可靠性的研究是十分必要的。材料.1材料:钢AcierYoung*smodulus2e+011N_m2Poisson*sratio0.266Density7860kgm3Coefficientofthermalexpansion1.17e-005KdegYieldstrength2.5e+008N_m2边界条件LOADComputationName:负荷.1Fx1. 337e+001NFy-2182e+002NFz5322e+001NMx-2267e+001NxmMy-1789e+000NxmMz-1643e+000NxmAppliedloadresultant:STIFFNESSComputation116974225711169742257114225714NumberofcoefficientsNumberofblocksMaxiimjmnumberofcoefficientsperbloc88MbTotalmatrixsize88Mb目录目录CONSTRAINTComputationRestraint:限制.1TOC\o"1-5"\h\zNumberof constraints : 603Numberof coefficients : 0Numberof factorizedconstraints : 603Numberof coefficients : 0Numberof deferredconstraints : 0FACTORIZEDComputationMethodSPARSENumberoffactorizeddegreesNumberofsupernodesNumberofoverheadindicesNumberofcoefficientsWaximunifrontwidthMaximumfrontsizeSizeofthefactorizedmatrix(Mb)NumberofblocksNumberofMflopsforfactorizationNumberofMflopsforsolveKiniinunirelativepivot1109494178840187997166622211114 . 34325 . 375e+0027 ・ 575e+0001 . 239e-001BiniwmandnaxirouinpivotValueDofNodex(mm)y(mm)z(mm)8.7171e+007|Tx12231.2000e+001-1.5930e+001-2.4381e+0017.4907e+009Tz2991-9.0000e+0008.1893e+000-1.9456e+001EquilibriumComponentsAppliedForcesReactionsResidualRelativelagnitudeErrorFx(N)1.3365e+001-1.3365e+001-4.6711e-0U8.4519e-013Fy(N)-2.1821e+0022.1821e+0025.32916-0119.6424e-013Fz(N)5.3221e+001-5.3221e+0014.0231e-0117.2794e-O13Nx(Nxm)-2.2672e+0012.2672e+0016.8106e-0121.1102e-012My(Nxm)-1.7895e+0001.7895e+0004.5759e-0127.4591e-013Mz(Nxm)-1.6434e+0001.6434e+000-9.8810e-0141.6107e-014静态事件解法.1-VonMises应功（节数值）.22S1P+nn712，％+nn72nip*nn71.76i(W71siA^nn?.1IiniP^an?I7S4P*nOAIqnsnnAI，52e+006I祁在边界上4.3除雪机主梁的有限元分析除雪机的前进由拖拉机悬挂牵引，而除雪机的大部分重量都由除雪机主梁承担，因此，对拖拉机主梁有限元分析是必要的。材料:钢AcierYoung*smodulus2e+011N_m2Poisson'sratio0.266Density7860kg_m3Coefficientofthermalexpansion1.17e-005_KdegYieldstrength2.5e+008N_m2边界条件LOADComputationName:负荷.1Appliedloadresultant:FxFyFzFxFyFzNxMyMz-792-9-58217e-014 N480e-014 N000e+002 N237e-014 Nxm831e-014 Nxm215e-030 NxmSTIFFNESSComputationTOC\o"1-5"\h\zNumberoflines : 2538Numberofcoefficients : 82404Numberofblocks : 1MaximuiDnumberofcoefficientsperbloc: 8240495MbTotalmatrixsize : 095MbCONSTRAINTComputationRestraint:限制.1NumberNumberofofconstraintscoefficientsNumberoffactorizedconstraintsNumberofcoefficientsNumberNumberNumberofofconstraintscoefficientsNumberoffactorizedconstraintsNumberofcoefficientsNumberofdeferredconstraints150015000FACTORIZEDComputationMethodNumberNumberNumberNumberSPARSEofofofoffactorizeddegreessupernodesoverheadindicescoefficientslaxinumfrontwidthMaximumfrontsizeSizeofthefactorizedmatrix(Mb)NumberofblocksNumberofMflopsNumberofMflopsMinimumrelativeforfactorizationforsolvepivot2388329167371794361531178136899762e+001297e-001444e-002目录目录MinimumandmaximumpivotValueDofNodeX(mm)y(n«n)z(mro)3.8306e+008Tz846-1.9027e+0012.7596e+0022.1776e+0014.1069e+0107z8012.0198e+001-1.1546e+0022.0850e+001EquilibriumConponentsAppliedForcesReactionsResidualRelativelagnitudeErrorFx(N)-7.2167e-014-3.3969e-010-3.3976—0102.6602e-012Fy(N)9.4797e-014-5.798512-5.7032e-0124.4655e-014Fz(N)2.0000e+002-2.0000e+002-9.6605e-0117.5640e-013Jlx(Nxm)-9.2371e-0143.1619e-0123.0695e-0123.8608e-014Hy(Nxm)-5.8308e-0148.4085128.3506e-0121.0503e-013Hz(Nxm)8.2150e-0301.6725e-0111.6725e-0112.1037e-013静态事件解法.1-VonMises应功（节数值）.2VonMises应功苗数值VonMises应功苗数值）.2qi7A+nnsIR27A4.nns7^7A+nns6.47^+005ss7A+nnsI4A7P+nns277A+nns2R7A+nns1Q7A+nns1.07A+0051港+004在边界上士i4.4本章小结本章通过运用CATIAV5软件进行主要部件的有限元分析，形象的说明了破冰刀和除雪机主梁的力学特性。通过上面数据说明，除雪机的主要部件达到所需的强度和刚度,满足使用条件。5结论与展望本文以除雪机工作及装置为研究对象，得到了以下结论：1.本章对积雪和冰雪混合物的进行了分类，又对其物理机械性能参数和力学机械性能的参数密度、硬度、湿度、抗压强度、抗剪强度、摩擦系数、导热系数、反射率等做了相关叙述，通过论述列出了积雪及冰雪混合物其性能变化的通用规律，为深入研究测试积雪性能和设计除雪机械打下了一定基础。2.从一般性的角度分析了除雪机刀具的破冰雪过程，并分别对破冰刀具、推雪装置及清扫装置进行了理论分析，建立了三维模型。随着除雪机械技术的不断发展，近年来工业发达国家的除雪机械有了很大改进。无论从效能、多功能化、避让功能好、使用寿命等各方面都有了很大的提高。因此开发具有独立知识产权的除雪机械势在必行。由于时间关系和资料的不足，实验设备不够完善,还有很多问题亟待解决：.在冰雪物理机械性能方面都是查阅资料而得到的，没有实际的实验器材，应该在资源允许的情况下，多做实验得到更为精确的数据，为除雪机设计奠定基础。.对多工况下除雪机工作装置切削冰雪的过程进行有限元仿真分析，在计算机资源良好的情况下，不采用单个刀头而是直接进行多工况下整个刀具切削冰雪过程的有限元仿真分析。.建立物理样机，进行样机