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)

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1、 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)；駕駛員可通過觀察、控 制除冰鎬工作情況和除冰雪效果；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

2、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。 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許多困難 , 有時(shí)甚至阻斷交通。 近幾年來高等級(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

3、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)。 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許多不便。 尤其凍結(jié)在道路上的積雪與薄冰 , 采用傳統(tǒng)除雪機(jī)用推刮的辦法無法清除 , 為此不得不耗費(fèi)

4、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。 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

5、前，世界各個(gè)國(guó)家除冰雪的方法中， 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

6、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)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，其類型總的來說有三種類型： 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：

7、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)，可以在硬質(zhì)雪區(qū)工作。有的還增加了滑靴和滾輪等裝置，用來減少或消除鏟刃對(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。

8、 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、柳工和沈陽山河等廠家生產(chǎn)的 ZL50型除雪機(jī)。由于該類除雪機(jī)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

9、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

10、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 WX-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， 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)，

11、 使其在清雪季 節(jié)過后還可清楚小區(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、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

12、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

13、系統(tǒng)和操作系統(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

14、 24H后需運(yùn)出城市外。 ③ 加強(qiáng)行業(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

15、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)

16、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， 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)。

17、 表 2.1 雪的密度 雪的狀態(tài) 密 度（ g/cm3） 新下的雪 0.10 ～0.15 落下 30 天的雪 0.20 ～0.30 大于 30 天的雪 0.34 ～0.42 密實(shí)的雪 0.40 ～0.60 冰雪混合 0.60 ～0.75 冰 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

18、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)  c 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 ～-20 OC時(shí)雪的 硬度（ kPa） 松 軟 的 小于 0.25 小于 50 弱密實(shí)的 0.26 ～0.35

19、60～100 密 實(shí) 的 0.36 ～0.50 210～2000 很密實(shí)的 0.51 ～0.60 380～3000 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， 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

20、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 度（ OC） 雪的密度 雪 的 溫 （g/ ㎝ 3） 0 附近 -1 ～-6 -10 以下 0.12 0.24 0.29 0.34 0.20 0.30 0.33 0.36

21、 0.30 0.35 0.39 0.46 0.40 0.40 0.44 0.50 0.47 0.42 0.47 0.53 0.56 0.45 0.50 0.57 表 2.4 外摩擦系數(shù)（對(duì)鋼） μ1 雪 的 密 雪 的 溫 度（ OC） 度 -2 ～-4 -16 ～-30 -1 ～0 （ g/ ㎝ 3） 0.1 0.10 0.14 0.18 0.2 0.085 0.097 0.11 0.3 0.07 0.

22、08 0.09 0.4 0.055 0.065 0.075 0.45 0.048 0.048 0.056 0.50 0.025 0.033 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

23、、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)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) k 0

24、雪的狀態(tài) 雪的密度 雪 的 溫 度（ OC） ρC -1 ～-3 -4 ～-22 低于 -22 （g/ ㎝ 3 ） 天 然 狀 態(tài) 松軟的 0.12 ～ 0.7 ～1.8 0.2 ～ 0.4 ～1.2 弱密實(shí)的 0.18 2.0 ～4.0 0.8 2.0 ～5.0 小粒冰雪形成 0.20 ～ 3.0 ～6.0 1.5 ～ 5. ～10.0 密實(shí)的 0.28 4.0 ～7.0 3.0 5.0 ～9.0 大粒冰雪形成 0.

25、30 ～0.36 4.0 ～ 密實(shí)的 0.28 ～0.35 7.0 3.0 ～6.0 人 工 狀 態(tài) 弱密實(shí)的 0.30 ～ 5.0 ～ 8.0 密實(shí)的 0.40 12.0 25.0 很密實(shí)的 0.45 ～ 10.0 ～ 15.0 0.52 25.0 0.0 0.55 ～ 20.0 ～ 30.0 0.65 35.0 80.0  ～ 5.0 ～35.0 30.0 ～80.0 ～ 70.0 ～ 13

26、0.0 ～ 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 低壓胎 0.20 ～0.35 密實(shí)凍結(jié)的雪 高壓胎 0.20 ～0.25 密實(shí)解凍的雪 低壓和高壓胎 0.10 ～0.20 壓實(shí)的凍結(jié)雪 高壓胎 0.209 壓實(shí)的解凍雪 高壓胎 0.176 解凍的雪 低壓胎 0.06 ～0.08 表 2.7 行駛阻力系數(shù) 雪 的 狀 雪的密度 阻 力 系 數(shù) f 態(tài) g/ ㎝ 3） 輪 胎

27、 履 帶 松軟的 0.15 ～0.25 0.2 ～0.25 0.2 松 軟 潮 0.15 ～0.25 0.3 0.2 濕的 0.25 ～0.35 0.15 ～0.2 0.1 輕 碾 壓 0.4 ～0.6 0.08 ～0.1 0.05 的 0.7 0.06 ～0.08 0.07 ～0.1 碾壓的 冰雪 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)

28、。 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： 3 2.1 額定斗容量（ m） 額定裝載質(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 ）

29、2200 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。

30、 圖 2.2 路面冰雪清除機(jī)方案 動(dòng)力機(jī)在行走的過程中帶動(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

31、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

32、，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 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 ZL4

33、0E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：

34、 3） 作業(yè)速度： 16 4） 清除冰雪效率（按面積計(jì)算） 5） 冰雪清除裝置質(zhì)量（最大配重） 6） 整機(jī)質(zhì)量 ( 最大 ) 12500 kg  2268 mm ； ～47 km/h ； 不小于 95% ； 3600 kg ； 。 清除冰雪裝置重量 冰雪清除裝置替換掉 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

35、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)。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)見第三章部分圖 3.1 。按圖可分別得到各零部件重 量： ①滾圈：10004N ②輪轂： 36

36、46N ③軸： 1052N ④軸套： 720N ⑤托架梁 : 8472N ⑥配重 : 6385N ⑦其它零部件： 5721N 裝置不加配重重量： G0=29615N 裝置加配重重量： G 1=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

37、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。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。齒刀過密、間距過小甚至沒有間距， 雖然刀齒受力減小，但從壓 實(shí)冰雪的特

38、點(diǎn)來看，造成整機(jī)成本增加，是沒有必要的。另外，周向布置排數(shù)過多、過密造成前排刀齒還沒有切入冰層，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)過少，齒刀過稀，間距過大，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

39、入冰雪面后，造成冰雪層松動(dòng)，如果各排齒間距過大，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)，通過分析比較，確定了齒。刀的幾個(gè)關(guān)鍵角度。

40、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/m 3）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。 冰雪清除裝置加配重對(duì)冰雪產(chǎn)生的壓力 p 1=G1/A=36000/(2.268 0. 01)=1587.3 kpa ＞

41、[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 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 （m

42、m） 軸承外徑： 180 （mm） 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)

43、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。只需通過裝拆鉸支座銷軸即可完

44、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；

45、(4) 探索除冰雪裝置在碾壓切斷冰層過程中如果加入振動(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。 (9) 第十三章：干燥 通過本章的學(xué)習(xí)，應(yīng)熟練掌握表示濕空氣性質(zhì)的參數(shù)， 正確應(yīng)用空氣的 H–I 圖確定空氣的狀態(tài)點(diǎn)及其性質(zhì)參數(shù)； 熟練應(yīng)用物料衡算及熱量衡算解決干燥過程中的計(jì)

46、算問題； 了解干燥過程的平衡關(guān)系和速率特征及干燥時(shí)間的計(jì)算； 了解干燥器的類型及強(qiáng)化干燥操作的基本方法。 二、本章思考題 1、工業(yè)上常用的去濕方法有哪幾種？ 態(tài)參數(shù)？ 11、當(dāng)濕空氣的總壓變化時(shí)，濕空氣 H–I 圖上的各線將如何變化 ? 在 t、 H 相同的條件下，提高壓力對(duì)干燥操作是否有利 ? 為什么? 12、作為干燥介質(zhì)的濕空氣為什么要先經(jīng)預(yù)熱后再送入干燥器？ 13、采用一定濕度的熱空氣干燥濕物料， 被除去的水分是結(jié)合水還是非結(jié)合 水？為什么？ 14、干燥過程分哪幾種階段？它們有什么特征？ 15、什么叫臨界含水量和平衡含

47、水量？ 16、干燥時(shí)間包括幾個(gè)部分？怎樣計(jì)算？ 17、干燥哪一類物料用部分廢氣循環(huán)？廢氣的作用是什么？ 18、影響干燥操作的主要因素是什么？調(diào)節(jié)、控制時(shí)應(yīng)注意哪些問題？ 三、例題 例題 13-1：已知濕空氣的總壓為 101.3kN/m2 ,相對(duì)濕度為 50%，干球溫度為 20o C。 試用 I-H 圖求解： (a)水蒸汽分壓 p； (b)濕度Ｈ； (c)熱焓Ｉ； (d)露點(diǎn) td ； (e)濕球溫度 t

48、w ； (f) 如將含 500kg/h 干空氣的濕空氣預(yù)熱至 117oC，求所需熱量Ｑ。解 ： 由已知條件：Ｐ＝ 101.3kN/m2，Ψ0＝50%，t0=20o C 在 I-H 圖上定出濕空氣 的狀態(tài)點(diǎn)Ａ點(diǎn)。 (a)水蒸汽分壓 p 過預(yù)熱器氣所獲得的熱量為 每小時(shí)含 500kg 干空氣的濕空氣通過預(yù)熱所獲得的熱量為 例題 13-2：在一連續(xù)干燥器中干燥鹽類結(jié)晶，每小時(shí)處理濕物料為

49、 1000kg，經(jīng)干燥后物料的含水量由 40%減至 5%（均為濕基），以熱空氣為干燥介質(zhì)，初始 濕度 H1 為 0.009kg 水? kg-1 絕干氣，離開干燥器時(shí)濕度 H2 為 0.039kg 水? kg-1 絕干氣，假定干燥過程中無物料損失，試求： （1） 水分蒸發(fā)是 qm,W （ kg 水? h-1）； （2） 空氣消耗 qm,L（ kg 絕干氣? h-1）； 原濕空氣消耗量 qm,L’（ kg 原空氣? h-1）； （3）干燥產(chǎn)品量 qm,G2（ kg? h-1）。 解： qmG1=1000kg/h, w1=40℃

50、, w2=5% H1=0.009, H2 =0.039 qmGC=qmG1(1-w 1)=1000(1-0.4)=600kg/h x1=0.4/0.6=0.67, x2=5/95=0.053 ①qmw=qmGC(x1 -x2)=600(0.67-0.053)=368.6kg/h ②qmL (H2-H1)=qmw q mL q mw 368.6 12286.7 H 2 H 1 0.039 0.009 qmL’=qmL (1+H1)=12286.7(1+0.009)=12397.3kg/h ③qmGC=qmG2(1-w2) ∴ q mG2 qmGC 600 631.6kg / h 1 w 2 1 0.05