犁式除雪機(jī)的設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告書(shū)

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1、- 燕山大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)〔論文〕開(kāi)題報(bào)告 課題名稱：犁式除雪機(jī)的設(shè)計(jì) 一、綜述本課題國(guó)內(nèi)外研究動(dòng)態(tài)，說(shuō)明選題的依據(jù)和意義 1．除雪機(jī)開(kāi)展概述 國(guó)外除雪機(jī)的開(kāi)展非常迅速，品種和規(guī)格越來(lái)越齊全，功能越來(lái)越強(qiáng)大。國(guó)外生產(chǎn)以汽車底盤為主機(jī)的除雪機(jī)的公司主要有英國(guó)的SCHMIDT公司、瑞士的MARCEL BOSCHUNG公司和德國(guó)的DAIMLER-BENZ公司等。該類機(jī)器采用機(jī)械式變速箱或液壓傳動(dòng)方式，除雪速度高，非常適合高速公路除雪作業(yè)。生產(chǎn)以工程車輛為主機(jī)的除雪機(jī)的公司主要有美國(guó)BOBCAT公司、美國(guó)S&S公司和瑞士STEYR公司等。該類機(jī)型以中小型功率為主，發(fā)

2、動(dòng)機(jī)功率在2l～120kw之間，除雪作業(yè)速度在30 km／h以下[1]。 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的快速開(kāi)展, 高速公路和高等級(jí)公路里程與日俱增, 為交通出行便利提供了根本條件, 但是到了冬季, 道路積雪給人們的日常生活和交通運(yùn)輸來(lái)許多困難, 直接影響車輛行駛速度和行車平安, 及時(shí)去除道路積雪, 是冬季道路養(yǎng)護(hù)作業(yè)的一項(xiàng)重要內(nèi)容[2]。目前, 冬季降雪普遍采用除冰雪方式主要是機(jī)械化除冰雪。 總之，降雪較為頻繁的興旺國(guó)家都非常重視除雪機(jī)械的研發(fā)。國(guó)外除雪機(jī)呈現(xiàn)以下的開(kāi)展趨勢(shì)： (1)多功能化：新出現(xiàn)的除雪機(jī)械不僅具有除雪板式除雪裝置，還具有融雪劑播撒裝置、路面清掃裝置以及吹雪裝置等，這樣不僅可以

3、大幅提高除雪效果，還可以盡量的減少更換除雪裝置的時(shí)間，從而提高除雪效率。 (2)高性能化：除雪機(jī)在工作過(guò)程中，所受到的除雪阻力是變化的，因此，采用一般工程機(jī)械的底盤是無(wú)法到達(dá)很高的除雪效率的。國(guó)外除雪機(jī)專用汽車底盤已經(jīng)開(kāi)場(chǎng)采用液力變矩器以及全自動(dòng)電液控制系統(tǒng)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了除雪機(jī)作業(yè)速度自動(dòng)適應(yīng)除雪阻力變化。 (3)高平安性：高速工作中的除雪機(jī)，可能遭遇突然的路況變化，受到很大的沖擊力，這對(duì)駕駛平安是很大的威脅。因此，必須開(kāi)發(fā)相應(yīng)的裝置來(lái)提高除雪機(jī)的平安性，比方開(kāi)發(fā)靈敏度較高的避障裝置以及效果較好的路面仿形裝置。 (4)大型化：大型、超大型的除雪機(jī)正在研制中，局部大型除雪機(jī)已經(jīng)開(kāi)場(chǎng)生產(chǎn)。

4、 目前除雪機(jī)的種類很多, 可按工作原理、使用*圍、底盤形式和行走方式的不同進(jìn)展分類。在實(shí)際工作中, 人們將除雪機(jī)主要分為犁式除雪機(jī)和旋切式除雪機(jī)。目前, 從除雪的作業(yè)過(guò)程來(lái)看, 除雪機(jī)理、技術(shù)方法已趨于成熟, 但在具體工作過(guò)程中, 往往受到路面狀況、雪層薄厚、氣溫上下等條件的限制, 使用一種機(jī)械難以去除各種路面的冰雪, 從而使除雪機(jī)的應(yīng)用存在許多局限性。 2．除雪機(jī)型簡(jiǎn)述 〔1〕犁式除雪機(jī) 犁式除雪機(jī)主要適用于未經(jīng)壓實(shí)的積雪, 特別是密度較小的新降積雪, 由于價(jià)格低、效率高、工作可靠, 是使用最廣泛的除雪機(jī)械。犁刀的形式主要有V 形犁、U形犁、單向犁和側(cè)翼鏟等。國(guó)外的犁式除雪機(jī)，大多數(shù)具

5、有避讓功能, 此外, 還可以實(shí)現(xiàn)犁刀升降以及作業(yè)角度的變化。犁式除雪機(jī)是國(guó)外使用較早的除雪機(jī)械[2]。早在1943年，日本就開(kāi)場(chǎng)把V型犁裝在載重卡車上用于道路除雪,經(jīng)過(guò)多年的開(kāi)展，國(guó)外犁式除雪機(jī)已具有較高的技術(shù)水平, 以俄羅斯新產(chǎn)品K0-812-2型犁式除雪機(jī)為例, 這種除雪機(jī)根底車采用MT3-80/82 型拖拉機(jī), 其功能有除雪、去除垃圾和砂堆,既可以用于街道、人行道, 也可用于公路和建筑工地的除雪； 工作裝置有推土板、犁刀和圓盤刷, 除雪寬度: 推土板2500mm；犁刀2500mm；圓盤刷1800 mm。20世紀(jì)90年代初, 在中國(guó)的沈大高速公路上, 引進(jìn)了德國(guó)產(chǎn)的烏尼莫克道路綜合養(yǎng)護(hù)車,

6、輔機(jī)備有犁式除雪器，其總質(zhì)量為1000 kg，最正確除雪寬度2375mm，除雪鏟高1000mm，最正確除雪速度20km/h，殘留雪厚度不大于10mm。 〔2〕旋切式除雪機(jī) 旋切式除雪機(jī)一般具有切削、集中、推移和拋投功能, 具有構(gòu)造復(fù)雜、功能多的特點(diǎn)。旋切式除雪機(jī)可分為單級(jí)式和雙級(jí)式兩種, 其中單級(jí)式又分為銑刀型和風(fēng)扇型, 雙級(jí)式分為單軸螺旋風(fēng)扇型及雙軸螺旋風(fēng)扇型。俄羅斯、日本是生產(chǎn)旋切式除雪機(jī)的主要國(guó)家, 技術(shù)較成熟, 其產(chǎn)品性能居世界領(lǐng)先水平。日本產(chǎn)高速行走旋切式除雪機(jī), 作業(yè)速度為70km/h, 該除雪機(jī)采用四輪驅(qū)動(dòng)方式, 利用盤式制動(dòng), 全長(zhǎng)為7790mm, 機(jī)寬2490mm, 最大

7、除雪寬度2490mm, 發(fā)動(dòng)機(jī)功率220KW, 最大除雪速度70km/h, 最大除雪量3000t/h。國(guó)內(nèi)已研制成功的旋切式除雪機(jī)主要有**工業(yè)大學(xué)等單位研制的C*-30型除雪機(jī), **林業(yè)機(jī)械研究所研制的CB*-216型城市道路破冰除雪 總結(jié)多年的除雪經(jīng)歷和體會(huì)及對(duì)各種除雪方式的比較, 機(jī)械化“實(shí)時(shí)除雪〞才是科學(xué)合理的除雪方式。從工程學(xué)的角度看, 積雪被壓實(shí)的過(guò)程需要消耗大量能量, 雪被壓實(shí)后再把它從地面上去除掉就要加倍消耗更大的能量和更多的時(shí)間, 從而造成很大的浪費(fèi)。相比較而言,“實(shí)時(shí)除雪〞所消耗的能量只有前者的幾十分之一, 是效率最高最省時(shí)省力的除雪方法。目前歐、美等工業(yè)興旺國(guó)家根本上

8、都采用機(jī)械化“實(shí)時(shí)除雪〞技術(shù)[1]。機(jī)械化“實(shí)時(shí)除雪〞技術(shù)實(shí)際上就是使用散雪除雪機(jī)械在降雪過(guò)程中進(jìn)展除雪, 邊下雪, 邊去除, 多臺(tái)除雪車保持一定距離成梯形隊(duì)伍排列循環(huán)清理路面, 過(guò)往車輛可在除雪車之間穿梭繞行而不影響交通, 防止了積雪在路面停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而被碾壓成實(shí)雪或冰。 3．選題的依據(jù)和意義 近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的快速開(kāi)展，我國(guó)城市道路與高速公路的總里程數(shù)迅速增加。如何快速高效地實(shí)現(xiàn)對(duì)城市道路和高速公路的養(yǎng)護(hù)是交通運(yùn)輸管理部門當(dāng)前所面臨的突出問(wèn)題。在我國(guó)的北方地區(qū)，每年都有數(shù)月的雨雪天氣，特別是近兩年來(lái)我國(guó)北方很多地區(qū)普降大雪，造成大雪封路，不僅給交通運(yùn)輸和人們的日常生活帶來(lái)了諸多不便，而

9、且嚴(yán)重威脅行車平安。路面積雪帶來(lái)的最為直接的影響就是路面摩擦系數(shù)的急劇減小，當(dāng)路面摩擦系數(shù)降低至0.3以下時(shí)，事故發(fā)生的概率將會(huì)倍增。因此,開(kāi)展路面除雪技術(shù)對(duì)于保障冬季道路暢通和行車平安具有重要意義。 路面除雪方法主要包括人工去除法、機(jī)械去除法和撒布融雪劑法。人工去除法對(duì)于路面積雪的去除效果好，但除雪效率偏低，并且在除雪過(guò)程中，一定程度上影響道路的暢通。該方法主要應(yīng)用于特定路段的小*圍積雪去除。撤布融雪劑法是國(guó)際上較為常見(jiàn)的一種道路除雪方法。該方法通過(guò)在路面上撒布化學(xué)藥劑使冰雪融化溫度降低，從而使路面積雪得以去除。所使用的融雪劑可分為兩大類：一類是以氯鹽為主要成分的融雪劑，該類融雪劑價(jià)格廉價(jià)

10、，但對(duì)路面和路兩旁植被均有腐蝕作用，因而常被作為輔助方法去除積雪；另一類是以醋酸鉀為主要成分的融雪劑，該類融雪劑融雪效果很好，沒(méi)有腐蝕作用，但價(jià)格較高，所以常被用于機(jī)場(chǎng)跑道等重要路段的積雪去除。機(jī)械去除法是目前使用最為普遍的除雪方式。該方式主要可分為兩大類：一類是吹雪方式除雪，該方法主要適用于積雪深度不是很大時(shí)的道路積雪去除；另一類是利用不同構(gòu)造形式的鏟板來(lái)去除積雪，該方法可以去除不同路況下的積雪，應(yīng)用較為廣泛[3]。犁式除雪機(jī)是利用特殊構(gòu)造形式的鏟板來(lái)進(jìn)展除雪的專用設(shè)備，主要應(yīng)用于高速公路或機(jī)場(chǎng)新降積雪的去除。該除雪機(jī)因具有除雪效率高、除雪效果好的優(yōu)點(diǎn)，備受人們的青睞。犁式除雪機(jī)的除雪裝置主

11、要安裝在車輛的前部，又稱前雪鏟。作業(yè)速度可達(dá)40km／h，甚至更高。但國(guó)內(nèi)關(guān)于犁式除雪機(jī)的研究較少，主要是仿制，核心技術(shù)多被控制在國(guó)外廠商手中。為開(kāi)展具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，開(kāi)展犁式除雪機(jī)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)的研究具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值。 二．研究的根本內(nèi)容，擬解決的主要問(wèn)題 1．課題研究?jī)?nèi)容 主要針對(duì)犁式除雪機(jī)的設(shè)計(jì)展開(kāi)研究。犁式除雪機(jī)的設(shè)計(jì)主要包括鏟面 的設(shè)計(jì)、避障機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、支架機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及相關(guān)工作特性的研究[4]。 除凈率：即去除掉的雪占總雪量的百分比。除凈率應(yīng)從兩個(gè)尺度衡量, 一是雪層去除高度和總高度的比例, 二是雪層去除面積和覆蓋總面積的比 例。

12、 行走速度：即除雪機(jī)作業(yè)時(shí)的運(yùn)行速度。從每分鐘幾米到幾十米不等。 除雪生產(chǎn)率：即單位時(shí)間的除雪量。它與除雪機(jī)行走速度有關(guān), 也與雪層厚度和一次除雪寬度有關(guān), 是除雪總量的綜合反響[5]。 〔1〕除雪機(jī)構(gòu)造參數(shù) 除雪板： 除雪板又稱犁刀，按照犁刀不同構(gòu)造形式可分為單向犁刀、V型犁刀以及復(fù)合式犁刀。 單向犁刀的構(gòu)造形式如圖1〔a〕所示，主要包括犁板和鏟刃兩局部。該犁刀常被安裝于除雪機(jī)的前端，故常被稱之為前雪鏟，主要用于新降積雪的去除。在一定的除雪速度下，新降積雪會(huì)沿犁刀的內(nèi)外表上升，從犁刀的上端拋出。該構(gòu)造在最優(yōu)的工作參數(shù)下，可以獲得極佳的除雪效果。但該機(jī)構(gòu)只能實(shí)現(xiàn)單向的排雪功能，因而

13、更適用于高速公路路面積雪的去除[6]。 V型犁刀是在單向犁刀的根底上開(kāi)展而來(lái)的，構(gòu)造形式如圖1〔b〕所示，呈V型對(duì)稱布局。該犁刀工作原理與單向犁刀根本一樣，在除雪過(guò)程中，可以同時(shí)向兩邊排雪，但除雪速度比單向犁刀偏低。該類除雪板常被用于厚積雪層和一定程度的壓實(shí)雪層的去除[7]。 復(fù)合式犁刀也是由單向犁刀開(kāi)展而來(lái)的，由兩塊單向犁刀構(gòu)成，其構(gòu)造形式與V型犁刀相似。復(fù)合式犁刀采用兩翼中折式構(gòu)造，因而可以根據(jù)需要作為單向犁刀或V型犁刀使用[8]。但由于其構(gòu)造相對(duì)較為復(fù)雜，故使用較少。 圖1犁式除雪板構(gòu)造簡(jiǎn)圖 越障和支架機(jī)構(gòu)： 目前我國(guó)公路和城市道路所存在的問(wèn)題突出表現(xiàn)在路面的平整度較低、局部破

14、損比較嚴(yán)重。對(duì)于城市道路，除了大面積存在的污水井蓋外，有時(shí)為了降低局部路段的行車速度，還常常設(shè)置有減速帶。這些障礙物的存在，對(duì)除雪作業(yè)的平安都構(gòu)成潛在的威脅。因此，除雪機(jī)械必須配置有相應(yīng)的越障和支架機(jī)構(gòu)，即避障裝置。避障裝置是指在不中斷除雪作業(yè)的前提下，使除雪機(jī)構(gòu)順利翻越路面障礙，并且最大限度減小除雪部件、路面及路面設(shè)施損壞的功能構(gòu)件總稱[9]。該裝置一般包括越障機(jī)構(gòu)和支架機(jī)構(gòu)兩局部，其中越障機(jī)構(gòu)是最重要的功能部件，而支架機(jī)構(gòu)除了起輔助翻越障礙的作用之外，還具有偏轉(zhuǎn)和提升除雪部件的作用。但在一些設(shè)備中，這兩局部可能會(huì)反映在同一部件上。按照翻越障礙時(shí)運(yùn)動(dòng)部件的不同，可將避障裝置劃分為整體翻轉(zhuǎn)式和

15、下段翻轉(zhuǎn)式兩種[10]。 圖2整體翻轉(zhuǎn)式避障裝置工作過(guò)程 圖3 下段翻轉(zhuǎn)式避障裝置工作過(guò)程 動(dòng)力車： 除雪機(jī)械動(dòng)力車要滿足除雪作業(yè)的動(dòng)力消耗，滿足除雪過(guò)程的穩(wěn)定性要求，還要滿足經(jīng)濟(jì)性要求[11]。由于除雪作業(yè)具有明顯的區(qū)域性和時(shí)間性，所以對(duì)于大多數(shù)除雪機(jī)械來(lái)說(shuō)，并不指定專門的動(dòng)力車，可以采用拖拉機(jī)、皮卡、重卡甚至是經(jīng)改裝后的輪胎式或履帶式工程車輛。也有局部除雪機(jī)械開(kāi)場(chǎng)采用除雪專用汽車底盤，顯著提高了除雪效果，但由于經(jīng)濟(jì)性不好，推廣使用比較困難[12]。 2. 擬解決的主要問(wèn)題 避障裝置在除雪作業(yè)過(guò)程中具有重要作用，避障作用明顯且對(duì)除雪機(jī)沖擊較小，從實(shí)用價(jià)值角度考慮，選用下翻段避障裝

16、置。而除雪板選用單向除雪板，通過(guò)液壓缸來(lái)控制除雪板的升降和角度調(diào)整。除雪機(jī)的動(dòng)力車則選用較為常見(jiàn)且功率較大的輪胎式工程車輛。 通過(guò)對(duì)前雪鏟受力分析，為各功能部件的材料選取以及構(gòu)造優(yōu)化提供依據(jù)，并且擬定動(dòng)力臂參數(shù)和發(fā)動(dòng)機(jī)功率。 初步擬定各局部參數(shù)： 犁雪裝置主要參數(shù) 工程 參數(shù) 單位 推雪寬度 3000 mm 水平回轉(zhuǎn)角 ±35 ° 擺動(dòng)角度 ±6 ° 跨越障礙高度 0~150 mm 三、研究步驟、方法及措施 1、查閱收集資料文獻(xiàn)，了解除雪機(jī)的工作原理和旋壓技術(shù)開(kāi)展現(xiàn)狀。對(duì)于自己的研究課題相關(guān)的研究成果有哪些，進(jìn)展學(xué)習(xí)了解。 2、根據(jù)所給工作要求進(jìn)展初步

17、的參數(shù)計(jì)算。除雪板的尺寸參數(shù)，除雪鏟的行進(jìn)角和切削角，除雪生產(chǎn)率和牽引功率等的計(jì)算。 3、除了構(gòu)造分析外還有力分析，除雪過(guò)程產(chǎn)生的力也會(huì)作用到液壓缸上。通過(guò)分析可以得到大概的液壓力等數(shù)據(jù)。 4、構(gòu)造設(shè)計(jì)完畢后，根據(jù)設(shè)計(jì)設(shè)想，對(duì)于整體裝配圖進(jìn)展繪制，利用auto cad 或者ca*a進(jìn)展，如果對(duì)于設(shè)計(jì)的功能實(shí)現(xiàn)有問(wèn)題，與教師溝通解決，重新思考構(gòu)造設(shè)計(jì)，改正方案。 5、裝配圖繪制完畢后，對(duì)于零件圖進(jìn)展繪制，思考設(shè)計(jì)零件的尺寸公差、粗糙度、配合、位置精度等問(wèn)題，最終完成圖紙。 四、研究工作進(jìn)度 第1周：調(diào)研，搜集并閱讀相關(guān)資料，確定方向。 第2周：整理歸納相關(guān)的文獻(xiàn)資料，完成文獻(xiàn)綜述。

18、 第3周：對(duì)于所給參數(shù)進(jìn)展相關(guān)的了解計(jì)算。 第4周：撰寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告，并制作ppt，為初期辯論做準(zhǔn)備。 第5周：對(duì)題目方案進(jìn)展設(shè)計(jì)，選擇和完成技術(shù)設(shè)計(jì)、部件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖。 第6-7周：繪制除雪機(jī)工作機(jī)構(gòu)的裝配圖。 第8周：制作ppt為中期辯論做準(zhǔn)備。 第9-10周：完成零件設(shè)計(jì)，畫(huà)出零件圖，檢查自己圖紙中的問(wèn)題。 第11-12周：構(gòu)建三維立體模型。 第13周：整理材料。 第14周：撰寫(xiě)畢業(yè)論文。 第15周：完成ppt的制作。 第16周：準(zhǔn)備最后一次辯論。 第17周：終期考核，畢業(yè)辯論。 五、主要參考文獻(xiàn) [1]*紅瑛，郝培文．道路除冰雪技術(shù)及其開(kāi)展趨勢(shì)[J]．筑路機(jī)械與施工機(jī)

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