設計說明書2010.04.12課件

1、編號鄂創(chuàng)新10-2 2010年湖北省高校大學生機械創(chuàng)新設計大賽暨第四屆全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽湖北分區(qū)預賽 冰雪道路清理聯(lián)合作業(yè)機設計說明書參賽學生： 劉 岳 初建鵬 周 明 余如江 王 濤指導教師： 李小昱（教授） 王為（研究員） 華中農業(yè)大學二一年四月2010年湖北省高校大學生機械創(chuàng)新設計大賽暨第四屆全國大學生機械創(chuàng)新設計大賽湖北分區(qū)預賽作品報名表參賽作品名稱冰雪道路清理聯(lián)合作業(yè)機（專利號：201020121558.2）作品類別救援、破障類R、逃生、避難類是否屬慧魚組：是/否R所在學校華中農業(yè)大學郵政編碼430070參賽學校領隊老師 王樹才通訊地址武漢市洪山區(qū)華中農業(yè)大學工學院領隊電話8

2、7282120手 mailwsc01參賽學生序號姓 名性 別專業(yè)班級聯(lián)系方式（聯(lián)系電話、通訊地址及郵編、郵箱，留一個同學的即可）1劉 岳男機制0705劉 岳：聯(lián)系電話訊地址：武漢市華中農業(yè)大學工學院郵政編碼：430070電子信箱：8064474982初建鵬男機制07053周 明男機制07054余如江男機制07055王 濤男機制0705指導教師序號姓 名性 別職稱聯(lián)系方式（聯(lián)系電話、通訊地址及郵編、郵箱，留一位老師的即可）1李小昱女教 授聯(lián)系電話訊地址：武漢市華中農業(yè)大學工學院郵政編碼：430070電子信箱：Wangw

3、ei2王 為男研究員作品內容簡介（限200字以內）冰雪道路清理聯(lián)合作業(yè)機能完成破冰、碾冰、除冰、融冰的復式作業(yè)，由拖拉機懸掛聯(lián)結和動力輸出，不需配備動力。該機由破冰碾冰組合裝置、刮雪鏟組合、融雪劑拋灑裝置等組成，通過行走回轉的圓盤破冰耙組合切割分離冰層，驅動回轉的碾壓滾輪碾壓破碎冰塊，刮雪鏟組合清理路面的碎冰和積雪，拋灑融雪劑來清除路面殘余冰雪，破冰深度和機具配重均可調整；該機不但用于冰雪清理作業(yè)，還可作為維修養(yǎng)護道路的機具使用，實現(xiàn)了一機多用。 冰雪道路清理聯(lián)合作業(yè)機設計說明書目 錄1緒論 1.1 研究目的及意義- 5 1.2 國內外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢- 5 1.3 研究內容- 52. 雪和

4、冰層（壓實雪）物理性質分析- 63. 冰雪道路清理聯(lián)合作業(yè)機的總體設計- 7 3. 1 總體方案設計-7 3.1.1 設計原則-7 3.1.2工作原理- 7 3.1.3特色創(chuàng)新之處- 7 3.2 懸掛機構的設計-8 3.3 驅動機構的設計-8 3.4 傳動系統(tǒng)-8 3.4.1萬向節(jié)傳動軸-8 3.4.2鏈輪與帶輪傳動-84. 整機功率分配及消耗組成-85. 機架的設計-96. 破冰和碾冰裝置的設計-9 6.1 總體設計要求-116.2平行四桿聯(lián)動機構的設計-12 6.3 圓盤破冰耙-13 6.3.1圓盤破冰耙的工作過程-13 6.3.2圓盤破冰耙的受力分析-14 6.3.3性能基本參數(shù)-14

5、6.4 碾壓滾輪的設計-15 6.4.1碾壓滾輪的工作過程-15 6.4.2碾壓滾輪基本參數(shù)的設計-15 6.5 阻尼彈簧器的設計-167. 清除碎冰裝置的設計-17 7.1 設計要求及結構形式的設計-17 7.2 基本參數(shù)的設計-18 7.3 特色創(chuàng)新之處-198. 拋灑裝置的設計-19 8.1 設計要求及結構形式的設計-19 8.2 基本參數(shù)的設計-19 8.3 動力傳動的設計-199. 軸及動力傳動設計-21 9.1 軸的設計-21 9.2 鏈輪、鏈條的選擇-2310限深機構的設計-25 10.1 設計要求及結構形式的設計-25 10.2 基本參數(shù)的設計-2611.結論與建議-27 11

6、.1 結論-2711.2 建議-27參考文獻-27 1 緒論1.1 研究目的及意義中國大部分地區(qū)每年有35個月的降雪期，積雪和冰凍嚴重地影響了道路交通和飛機場跑道的暢通與安全，嚴重制約了工農業(yè)生產的正常進行，給人民生活帶來諸多不便。尤其是發(fā)生在2008年我國南方大面積的特大冰雪災害，給國民經(jīng)濟發(fā)展造成巨大的創(chuàng)傷。冰雪災害發(fā)生后，凍結在交通要道和飛機場跑道上的冰雪采用傳統(tǒng)除雪機械無法根本清除，只能耗費大量財力和物力采用人工鏟除的辦法來解決。目前國內外除雪機械大多數(shù)存在著功能單一、只能清除積雪而無法徹底清除路面積冰的問題，且在配置數(shù)量上與需求相去甚遠。據(jù)有關資料統(tǒng)計，到2005年，日本各類除雪車為

7、8467臺、推土機8364臺、除雪卡車7678臺、除雪平地機7456臺、防凍劑撒布車3134臺。與日本相比而言，我國公路建設較發(fā)達的地區(qū)受大雪覆蓋面積占國土面積的20%還多，也就是200多萬平方公里，約等于日本劃定的大雪區(qū)域面積的10倍。在如此廣闊的區(qū)域上，僅運行幾百臺除雪機械，這與中國公路維護的需求相去甚遠。我國公路建設起步晚、發(fā)展快，除雪機械配置數(shù)量少、機型落后且功能單一，人工清除道路冰雪的方式還處于主要手段，因此除冰雪機械在我國有著巨大市場需求。目前，國內有些企業(yè)參照國外技術研制出一些除雪除冰機械，但與世界先進除雪機械技術相比，無論從規(guī)格、數(shù)量、性能上都有著很大差距，尚不能完全適應中國目

8、前道路和飛機場跑道除冰雪工程的要求，而且購置和使用費用高、能源消耗大，因而對除冰雪機械的研制和推廣具有重要的科學意義和良好的市場應用前景。1.2國內外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢1.2.1 國內外發(fā)展現(xiàn)狀我國對除冰雪機械的開發(fā)、生產較晚，尚處于起步階段。目前，我國道路和飛機場跑道冬季除冰雪大部分仍沿用傳統(tǒng)的方式和手段，即人工作業(yè)和簡易除冰雪機具相結合的方式，工作效率低、能源消耗大。高速公路和一級公路已使用大型專用除冰雪機械進行冬季作業(yè)，但無法徹底清除道路表面上冰層與殘雪，購置和使用成本較高。我國現(xiàn)有的除冰雪機械在數(shù)量和品種上還很少，功能單一，基本上以進口設備為主。近年來，國內一些廠家參照國外技術研制了一

9、些除冰雪機械裝備，按其工作原理可分為以下幾種類型。1）振動式：主機液壓系統(tǒng)驅動震動馬達，帶動偏心塊的旋轉，在離心力的作用下，使得震動輪沿圓周徑向運動。對路面冰層來說，既有上下方向的震動作用力，又有水平方向的揉搓作用力，使得震動輪表面的凸塊切入并擠壓冰層，致使冰層斷裂破碎與地面剝離，達到除冰的目的。如徐州裝載機廠的專利產品公路養(yǎng)護用滾輪式振動除冰設備。2）靜碾壓裂式：工作裝置懸掛于裝載機前端，通過滾壓輪上的組合刀片，依靠滾壓輪自身的重量和來自裝載機動臂和搖臂的協(xié)調壓力，在主機的推動下將冰層壓碎。如哈爾濱清朗除雪保潔設備廠生產的“雪狼一號”、吉林工業(yè)大學等單位聯(lián)合開發(fā)的CB型碾壓式除冰雪裝置。3）

10、柔性鏈條擊打式：采用特制鏈條，前端安裝吊環(huán)，在主機的驅動下，鏈條做高速旋轉，對路面進行柔性抽打，從而獲得破冰效果，易損壞路面。4）鏟剁式：由多刃刀組成的工作鏟在曲軸的帶動下上下運動，對路面冰層進行剁擊，該機構采用柔型連接，實現(xiàn)了對路面高低不平的自動補償，但易損壞路面。1.2.2 凸顯的問題 我國的除冰雪機械的研制和工程應用雖有了一定發(fā)展，但存在問題還是較突出，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1）技術水平低：結構設計、工作原理、功能研究等方面都存在水平低的問題，致使機械可靠性差、故障多、壽命短；2）功能單一：具有典型的季節(jié)性，大都只有除冰雪功能。一年中大部分時間將處于閑置狀態(tài)，大大增加了除冰雪作業(yè)的成本

11、，加重公路養(yǎng)護的投入；3）成本過高：我國現(xiàn)有的機具均配置有獨立的動力裝置，購置和使用成本過高。4）品種較少：不能適應我國道路冰雪情理的作業(yè)需求，機動性和可靠性較差。1.2.3 發(fā)展趨勢我國除冰雪機械的問題及實際國情決定了除冰機械將朝著以下幾個方向發(fā)展。1）研制系列化的清除道路冰雪裝備，以適應不同道路、不同場地的作業(yè)，機動性強；2）設計符合節(jié)能減排綠色環(huán)保，具有功效高、功耗低特點的清除冰雪裝備；3）實現(xiàn)裝備的多功能化，冰雪季節(jié)能用于道路和機場跑道的冰雪清理，平時還能用于道路的建設、維修保養(yǎng)、搶險等作業(yè)。1.3 研究內容 1）工作原理與工作方式分析和確定； 2）總體方案的確定與總體結構的設計，以及

12、配套動力、傳動方式的設計計算、結構形式、結構參數(shù)的確定； 3）工作機構的研究，包括圓盤破冰耙機構、碾壓滾輪機構、清除碎冰機構、拋灑機構、傳動系統(tǒng)的研究等。2. 冰層（壓實雪）物理性質分析 查閱資料可知冰層在不同溫度下的強度如下：2.1溫度t的范圍：-5 -40，2.2抗拉強度： =2.16+0.24t(1+0.1t)=4.4150.61MPa.2.3抗壓強度 ： =1.08+0.002t(0.13t-1)=1.07851.416MPa.2.4抗剪強度： =2.6+0.19t=3.5510.2MPa.2.5抗折強度： =19.9+0.13t=20.5525.1MPa.3.冰雪道路清理聯(lián)合作業(yè)機的

13、總體設計3.1總體方案設計3.1.1設計原則 1）拖拉機是道路維修保養(yǎng)的基本機械之一，該機組以拖拉機牽引并提供動力； 2）冰雪道路清理聯(lián)合作業(yè)機通過拖拉機懸掛牽引進行作業(yè)，采用圓盤破冰耙組合、碾壓滾輪組合、除冰鏟組合和融雪劑拋灑裝置作為主要工作部件，圓盤破冰耙機構和碾壓滾輪機構組合為平行四桿聯(lián)動機構，可在不損傷路面的情況下，清除路面冰雪；3）機組裝有配重箱可在工作時實現(xiàn)增重功能，運輸時去掉配重用拖拉機懸掛而方便轉移，不需另配置運輸車輛； 4）機組配備動力輸出裝置驅動排水水泵、噴藥機組等，可以解決現(xiàn)有機具適應性差、易損壞路面及功率消耗較高的問題 ，滿足了冰雪災害道路清理搶修需求。3.1.2工作原

14、理圖3-1總體結構示意圖 1.圓盤破冰耙，2.碾壓滾輪，3.限深機構，4.路面清除裝置，5.拋灑融雪劑機構，6.融雪劑箱，7.彈簧阻尼器，8.配重箱，9.懸掛機構，10.機架，11.四桿聯(lián)動機構 工作原理：一方面由拖拉機牽引機組，利用圓盤破冰耙1將冰層切開，再利用碾壓滾輪2將冰碾碎；另一方面利用路面清除裝置4將冰雪清除，然后加撒融雪劑以防止路面再次結冰。圓盤破冰耙1與碾壓滾輪2以連桿連接組成平行四桿聯(lián)動機構與彈簧阻尼器結合達到仿形從而避免對路面造成損傷。冰雪被碾碎后由除冰鏟清除，除冰鏟整體結構為V字型，角度和高度可調節(jié)，借助于機組的勻速運動有利于將冰雪快速清除。在除冰鏟之后是拋撒融雪劑機構5，

15、由做圓周運動的拋撒融雪劑盤5將融雪劑撒下，將殘余冰雪清除并防止路面再次結冰。 該機具能夠同時完成冰雪災害道路清理搶修過程中的多種復式作業(yè)，平時還可作為道路的修整維護機具使用，不需單獨配備動力，可有效提高機具的效能、保證作業(yè)質量、降低生產成本，并實現(xiàn)一機多用。3.1.4特色創(chuàng)新之處1）能同時完成破冰、碾冰、除冰、融冰的聯(lián)合作業(yè)，能徹底清除路面冰雪；2）主要工作部件采用平行四桿聯(lián)動機構設計的破冰碾冰組合裝置，具有隨地面仿形和阻尼的功能，保障不損傷路面，降低功率消耗，提高了除冰效率；3）采用配重箱替代傳統(tǒng)的配重鐵塊，作業(yè)中充水來增加重量，機具轉移中排出水可減輕自重，便于拖拉機懸掛運輸；4）采用與道路

16、維修配備的主要動力機械拖拉機配套使用，不需單獨配備動力，實現(xiàn)節(jié)能減排，降低了制造和使用成本；5）本機不但能完成清除冰雪作業(yè)，平時還可作為維修養(yǎng)護道路的機具使用，實現(xiàn)了一機多用。3.2懸掛機構的設計 機組可懸掛于拖拉機之后，其具體機構如圖3-2所示：圖3-2懸掛機構示意圖1機組工作時的狀態(tài)，2機組運輸時的狀態(tài)3.3驅動機構 采用10kw18kw輪式拖拉機配套，不需設置獨立的動力機構，提高了機具的除冰清雪作業(yè)的效率，保證了作業(yè)質量；既降低購置和使用成本，還有利于機具的轉移運輸，具有較高的實用性和經(jīng)濟性。3.4傳動系統(tǒng)3.4.1萬向節(jié)傳動軸 采用標準的萬向節(jié)傳動軸，聯(lián)結拖拉機的動力輸出機構，實現(xiàn)拖拉

17、機驅動機組作業(yè)。3.4.2鏈輪與帶輪傳動 機組采用鏈輪傳動與帶輪傳動相結合的方式完成動力的傳遞。傳動方案如圖3-3所示：拖拉機的動力經(jīng)萬向節(jié)傳給減速機1，減速并換向后由減速機輸出軸通過鏈輪2傳給鏈輪3帶動主動力軸轉動，主動力軸將一部分動力由鏈輪4向下傳給滾輪完成除冰作業(yè)，另一部分動力由帶輪6經(jīng)過換向機構7和8傳給融雪劑拋灑裝置9，完成融雪劑的拋灑。2-3處采用鏈輪傳動可以很好的實現(xiàn)遠距離傳動；6-7-9處采用圓帶傳動具有結構簡單、傳動平穩(wěn)、價格低廉和緩沖吸震及過載保護等優(yōu)點。圖3-3傳動方案簡圖1.減速機，2.鏈輪，3.鏈輪，4.鏈輪，5.鏈輪，6.帶輪，7-8-9 換向機構 4. 整機功率分

18、配及消耗組成 整機功率消耗主要由破冰耙切割冰層、碾壓滾輪碾壓冰塊、路面清除裝置清除碎冰、拋灑裝置拋灑融雪劑、傳動部分消耗的功率組成： N = Nq+Ny +Ng +Np +Nf式中 Nq 破冰耙刀片切割冰層時所消耗的功率。此值不斷變化，刀片開始切割冰層時功率耗用較大，達溝底時功率消耗達最小值，平均約占20； Nq 碾壓滾輪碾壓冰塊時所消耗的功率。約占45； Nq 路面清除裝置清除碎冰時所消耗的功率。此值約占20； Np 拋灑裝置拋灑融雪劑時所消耗的功率。由于拋灑時，融雪劑重量輕，拋灑盤接近空轉，所以約占5； Nf 傳動及摩擦消耗的功率。約占10。5機架的設計5.1 主機架 機架承受的大部分力是

19、配重箱的壓力。配重箱通過自身的重量給破冰、碾冰施加一定的強度，工作時配重箱可以通過調節(jié)配重的重量，來調整所需提供的壓力。懸掛式冰雪道路清理聯(lián)合作業(yè)機的主機架結構如圖5-1所示：圖5-1機架結構示意圖5.2 配重箱支撐架 配重箱的支撐架如圖5-2：圖5-2支撐架結構示意圖6. 破冰、碾冰裝置的設計 6.1 總體設計要求 研制該裝置的思維模式源于對冰層（壓實雪）物理性質的研究。通過分析知道冰層堅硬，但破斷強度低，酥脆易碎。由于冰層和地面緊密貼附，難于使冰層再縱向變形，單純只用滾壓很難破碎成塊狀的冰層。即可用刀刃切入的方法促使其橫向變形，故破冰作業(yè)的第一步是使刀片切入冰層，隨切入深度的增加，刀片的楔

20、形截面對冰層產生擠壓作用，促使冰層橫向位移和變形，進而脆性斷裂、破碎、剝離。冰層被剝離和分裂后，故破冰作業(yè)的第二步是使圓筒狀滾輪碾壓被分割開的冰層，滾輪在自轉和拖拉機牽引滾動前進下，將塊狀的冰層徹底碾壓成散碎的冰塊，以利于刮雪鏟在不損傷路面的前提下干凈清除路面上的積冰。由于我國幅員遼闊，加上各地氣候不一，所以在考慮到不同路面對清理有不同要求時，該設計還將滿足以下幾點要求：1）本裝置配有的傳動嚙合離合器可以有效的調整進行作業(yè)部件的數(shù)量，以致達到調整工作幅寬的作用； 2）在破冰作業(yè)過程中，不可避免地會遇到障礙物，并且考慮到路面、冰層的不平整因素，本裝置配有的阻尼彈簧可以有效的起到避讓、緩沖和增壓作

21、用，保證不損壞路面；3） 針對路面冰層的厚薄與堅實程度的不同，本機具的配重裝置可以通過調節(jié)配重的重量來調整刀片和滾輪在作業(yè)時對冰層的壓力。達到在不損傷路面的情況下有效清理路面；配重裝置設計為可變容量的形式。4）圓盤破冰耙和碾壓滾輪的設計，使得工作針對對象更廣。在可以清除路面冰層的情況下，平時還可用來壓實、平整路面，實現(xiàn)了一機多用，有效的節(jié)約了設計和制造成本。結構簡圖如6-1所示： 圖6-1 破冰碾冰組合裝置的結構簡圖1.圓盤破冰耙，2.碾壓滾輪，3.配重箱，4.阻尼彈簧，5.機架6.2 平行四桿聯(lián)動機構的設計 采用平行四桿聯(lián)動機構設計的破冰碾冰組合裝置，主要工作部件具有隨地面仿形和阻尼的功能，

22、可以根據(jù)路面狀況調整壓強和工作角度，能有效應解決路面不平整和出現(xiàn)工作死角等問題。既保障不損傷路面，還降低功率消耗，可提高了除冰效率。 平行四桿聯(lián)動機構如圖6-2所示： 圖 6-2 平行四桿聯(lián)動機構1.機架，2.圓盤破冰耙，3.碾壓滾輪如圖6-2所示，采用平行四桿聯(lián)動機構設計的破冰碾冰組合裝置，有以下三種狀態(tài)：1)當機具進行轉移，被拖拉機提升起來時，整個組合裝置如平行四邊形AB1C1D所示,圓盤破冰耙和碾壓滾輪均未與地面接觸，機具能快速移動;2)當機具作業(yè)時，整個組合裝置如平行四邊形AB2C2D所,。破冰碾冰組合裝置與冰層接觸，在阻尼機構的配合作用下，具有隨地面仿形和阻尼的功能;3)當該組合裝置

23、不需工作時，被提升不接觸路面，如平行四邊形AB3C3D所示,有效地保護了圓盤破冰耙和碾壓滾輪。4)當作業(yè)遇到障礙物時，破冰碾冰組合裝置能有效避障（如圖6-3所示），保護了破冰耙和滾輪，提高了作業(yè)效率。 圖 6-3 平行四桿聯(lián)動機構的避障四個轉動副之間通過軸瓦相配合，有效保證了轉動靈活、不卡死。各桿具體結構如圖6-4所示： 圖 6-4 各桿具體結構6.3圓盤破冰耙6.3.1圓盤破冰耙的工作過程 圓盤破冰耙在工作時（圖6-5），刀刃口垂直于地面。在拖拉機的牽引力的作用下破冰圓盤耙滾動前進。并在耙、配重的重力和冰層的反作用下切入冰層一定的深度。耙片在滾動時，在耙片刃口和曲面的綜合作用下，進行切入冰層

24、、擠壓冰層。 在本裝置中，采用兩組耙結構，并且使兩組耙的刃口方向反向安裝，在冰層的滑移作用下有效的保證了工作面積。工作示意圖： 圖6-5 圓盤破冰耙工作示意圖6.3.2圓盤破冰耙的受力分析 圓盤破冰耙作業(yè)時，受力分析如圖6-6： 圖6-6 圓盤破冰耙的受力分析 圓盤破冰耙作業(yè)時，每個耙組上的所受的冰層阻力可歸納為兩個非匯交力N和R，見圖6-3-2.N力平行于耙組軸，并通過位于地面垂直的耙片直徑上的某一點C。C點與耙組軸線的距離E與冰層性質、切入冰層深度等有關。R力可假設為位于耙組中間一個耙片的刃口平面上，并通過軸心，與地面成a角。將N、R兩力進行分解與合成，在合成時，假設將力移至耙組軸向處，可

25、得Rx、Ry和Rz三個力和一個力偶NE。其中Rx為圓盤耙在前進方向的牽引阻力。6.3.3 功能基本參數(shù)1)刀片的工作深度h由圖6-1可知，刀片的工作深度與拖拉機牽引速度Vm、設備配重G、阻尼彈簧壓力P、冰層物理性質等因素有關。當配重G、彈簧壓力P越大時，刀片對冰層的壓力也越大，切割深度h也越大。由于路面積冰一般都屬于薄冰，又由于冰層物性的決定，所以Vm、冰層狀況對切割深度h的影響較小。 綜上所述刀片的工作深度主要由配重G、彈簧壓力p決定。當G、p增大時，切割深度h也增大。反之，h減小。 2)刀片端點的切削速度v 為防止刀片刮傷路面，刀片自身無回轉速度?？吭O備的配重G、拖拉機牽引速度Vm 的作用

26、下滾動前進，進行切割冰層。所以刀片端點的切削速度v就等于拖拉機的牽引速度Vm。 3)切割冰的有效面積s 由圖6-5可知，刀片切割冰的有效面積s，由耙組兩相鄰刀片間距d、刀片切割速度v決定。而整個切割冰面積S則由耙組數(shù)、刀片數(shù)決定。 即s=dv; S=ns. 其中n為相鄰刀片間距數(shù)。即n=總刀片數(shù)N-1.在本設計中N=10，即n=9.6.4 碾壓滾輪的設計6.4.1 碾壓滾輪的工作過程6.4.1.1 碾碎冰塊條件 滾輪（如圖6-1所示）是否能正常碾碎冰塊，與機組前進速度Vm和滾輪回轉角速度的選擇有密切的關系。在整個工作過程中，必須使?jié)L輪絕對速度指向下方，即使?jié)L輪端點絕對水平速度Vx0.在此用判斷

27、滾輪是否能正常碾碎冰塊。當1時，可正常碾碎。 式中 R 滾輪邊緣端點轉動半徑； 滾輪旋轉角速度；n 滾輪轉速；Vm機組前進速度。 設計參數(shù)：滾輪外緣端點轉動半徑R=245mm; 滾輪轉速n=140r/min; 機組前進速度v=12km/h.帶入公式計算： =1.0771 所以，選擇的機組前進速度Vm和滾輪回轉角速度滿足碾碎冰塊條件。6.4.1.2 碾壓滾輪邊緣端點的運動軌跡方程 根據(jù)碾壓滾輪的工作過程可知，滾輪邊緣端點的絕對軌跡是由機組前進運動和滾輪的回轉運動合成的。這種合成運動的軌跡為擺線，隨著這兩種速度的不同，擺線的形狀也不一樣。 設以滾輪的軸心為坐標原點，機組前進方向為橫坐標X軸的正方向

28、，縱坐標Y軸以碾冰深方向為正向，并以滾輪半徑與前進方向相重合為起始位置，則滾輪邊緣端點的運動軌跡的參數(shù)方程為： 式中t 時間。6.4.2 碾壓滾輪基本參數(shù)的設計 為滿足總體設計要求及與破冰耙相協(xié)調，在本裝置中設計為2組滾輪。每組滾輪都由鏈輪傳動驅動（如圖6-1所示），并且中間軸上的鏈輪（圖6-1中所示的鏈輪1）都可由嚙合器控制。當只需要一組滾輪工作時，只需將與之相配合的嚙器嚙合，即可選擇工作的滾輪，有效的滿足了應對不同工作幅寬的要求。碾壓滾輪無縫鋼管做成，兩端用擋板經(jīng)過焊接密封，用圓鋼在無縫鋼管外壁繞成單線螺紋狀，并焊接固定。工作時通過螺紋狀的圓鋼碾壓冰塊，即保證了對冰塊有一定的壓力，又確保了

29、不會對路面造成損傷。碾壓滾輪示意圖如圖6-7所示： 圖6-7 碾壓滾輪的基本結構 在本設計中：無縫鋼管D=219mm，L=580mm; 圓鋼 D=13； 導程 S=P=29mm.。 6.5 彈簧阻尼器的設計在破冰作業(yè)過程中，不可避免地會遇到障礙物，和路面不平整問題。如不能解決避讓障礙物問題，設備極易破壞，并影響正常工作。在本裝置中除了用平面四桿聯(lián)動機構根據(jù)路面仿形調整角度外，各組碾壓滾輪還配有一阻尼彈簧。該彈簧阻尼器有以下功能： 1)當遇到障礙物和路面不平整時彈簧被壓縮，圓盤破冰耙和碾壓滾輪通過連桿繞機架上的軸轉動，從而繞過障礙物，待碾壓滾輪越過障礙物后，彈簧恢復原形，破冰耙和碾壓滾輪繼續(xù)正常

30、破冰;2) 彈簧阻尼器連機架一端還高度可調，當該組破冰裝置不需要工作時將彈簧阻尼器提高并固定，嚙合器分離，該組破冰裝置即可不工作、并且與路面不接觸。主要部件彈簧阻尼器示意圖如圖6-8所示： 圖 6-8 阻尼彈簧器7. 路面清除裝置的設計7.1設計要求及結構形式的設計7.1.1設計要求路面清除裝置主要用來清除已被破碎的冰雪，除冰鏟為主要工作部件，應滿足以下要求：1)清除壓實冰雪時必須保證除冰鏟能夠有效地壓入冰雪中，通過鏟的運動使冰雪與地面分離，但除冰鏟的切入力又不能太大，否則會破壞地面或將主機撐起，影響機組的附著動力；2)有良好的滑切性能?；惺侵副磺形矬w沿刃口切向有滑移運動的切削過程。產生滑移

31、的條件是，側切刃上各點的切削速度方向與法線之間的夾角大于與被切物體之間的摩擦角。刃口曲線上任意一點的切削速度方向與法線之間的夾角稱為該點的滑切角（又稱動滑切角），其相對速度（圓周速度）方向與法線之間的夾角稱為靜滑切角。因此，所謂良好的滑切性能，就是指刃口曲線上任意一點的動滑切角應大于冰雪與刃口之間的摩擦角?；屑仁×τ植粫a生粘刀現(xiàn)現(xiàn)象。7.1.2結構形式1為絲桿可沿弧形滑槽滑動，用雙螺母鎖住可將除冰鏟3固定于機架；除冰鏟3可繞絲桿2轉動使除冰鏟能夠根據(jù)除雪量的多少來調節(jié)角度，絲桿2用雙螺母固定于機架；鏟刃4可切入冰雪將冰雪與地面分離，鏟刃通過沉頭螺釘連接于除冰鏟且比除冰鏟稍長以填補兩片除冰鏟

32、之間的縫隙，鏟刃磨鈍或破損后可方便更換，節(jié)省材料和成本。圖7-1除冰裝置整體結構示意圖1.絲桿，2.絲桿，3.除冰鏟，4. 鏟刃 鏟刃具體結構如圖7-2所示： 圖7-2鏟刃結構示意圖7.2基本參數(shù)的設計除冰鏟在除冰雪作業(yè)時所受到的總阻力為除冰阻力。圖7-3為其力學模型。 圖7-3除冰鏟阻力模型除冰鏟所受的阻力Fp Fp = Ff + Fc + Fa式中：Ff 鏟刃與路面間的滑動摩擦阻力，N； Fc分離積冰的切削阻力,N；Fa將積冰沿鏟面拋出時冰對鏟的作用力,N；計算條件：除冰寬 1.4m 除冰深 0.5m 除冰斷面積 S= 1.4 0.5 = 0.7 m2 碎冰密度 = 100 kg/m3行進

33、速度 = 6 km/h鏟體總質量 Wp= 4.5kg行進角度 =70。刃口與路面摩擦系數(shù) f =0.17.2.1鏟體所受阻力的計算Fpx = 9.8fWp +s2 (1+ 0.18sin - 0.45cos2) =578.27 Fpy=0.72s2 sincos=391.3 N 根據(jù)其所受阻力可得除雪鏟的設計尺寸為：除雪鏟長720，寬150 ，厚度為5 ，材料為45鋼；鏟刃 長728，厚度 5，材料為45鋼。7.3特色創(chuàng)新之處1）可根據(jù)積冰情況調整除雪鏟角度，達到較好的除冰效果；2）除雪鏟高度為可調式，方便與其他機構配合使用；3）鏟刃與除雪鏟相互獨立，可方便更換鏟刃，節(jié)省材料。8 拋灑裝置的設

34、計8.1 設計要求及結構形式的設計8.1.1設計要求 1）除冰作業(yè)后防止地面二次結冰； 2）除冰與拋灑作業(yè)同時進行，實現(xiàn)高效能作業(yè)； 3）融雪劑需拋灑均勻，需有動力輸入； 4）拋灑融雪劑所需動力與主動力軸垂直須有換向機構。 8.1.2結構形式的設計1）拋灑機構使用帶拋物線紋理的圓盤，借助圓盤的旋轉拋灑融雪劑；2）圓盤上方裝配融雪劑箱，以便融雪劑垂直落入圓盤；3）換向機構從主動力軸分出動力驅動圓盤旋轉。8.2 基本參數(shù)的設計 拋灑圓盤離地面高度h=200mm; 由平拋運動公式可得鹽落到地面所需時間t=(2g/h)0.5=0.2s； 由路面寬度L=1400mm; 可得出融雪劑甩出圓盤時的初速度v=

35、 3.5 m/s; 由此可知圓盤角速度w=11.6rad/s; 進而可知圓盤轉速n=3.7 n/s。8.3 動力傳動的設計由于聯(lián)合作業(yè)機主動軸的動力與拋灑裝置的動力垂直，需要一個轉向裝置。方案一：齒輪傳動齒輪傳動的特點:1）能保證瞬時傳動比恒定,平穩(wěn)性較高,傳遞運動準確可靠;2）傳遞的功率和速度范圍較大;3）結構緊湊、工作可靠,可實現(xiàn)較大的傳動比;4）傳動效率高,使用壽命長;5）齒輪的制造、安裝要求較高.齒輪材料一般是鑄鐵等。雖然齒輪有很多優(yōu)點，但是它的工作條件要求比較高，比如粉塵就能明顯減少齒輪壽命，而且價格比較昂貴。對于要求在惡劣環(huán)境工作下的聯(lián)合作業(yè)機來說，齒輪并不適合作為轉向裝置。方案二

36、：圓帶傳動圓帶也稱聚氨酯圓帶、可接圓帶。它通常為PU材質、PU是Polyurethane的縮寫，中文名為聚氨基甲酸酯簡稱聚氨酯。由于，只需要簡單修改配方，便可獲得不同的密度、彈性、剛性等物理性能。目前，已大量替代玻璃纖維保溫材料、木材、傳統(tǒng)橡膠制品等被廣泛運用。規(guī)格從230；光帶表面光潔度好，色澤鮮艷，粗帶表面粗糙，顆粒均勻整齊，手感舒適，適用范圍廣。經(jīng)比較，方案二圓帶轉向更符合設計要求。設計圓帶進行傳動，傳動方式如圖8-1，采用圓帶傳動以達到轉向效果。1，2，3是圓帶輪，4是拋灑盤。如此達到轉向效果。圖中帶為圓帶，起轉向作用。拋撒平臺：拋撒平臺為有一定傾斜度的圓盤，圓盤上有拋物線紋理。圓盤轉

37、動時，融雪劑便沿拋物線拋出。 圖 8-1圓帶傳動示意圖 圖 8-2拋灑圓盤示意圖9.軸及動力傳動設計9.1軸的設計圖9-1軸傳動示意圖9.1.1軸1考慮到抗彎強度是本軸設計的主要考慮因素，所以設計為空心軸。1）求軸上的轉矩T及功率P初選軸1的外徑D=73mm，內徑d=53mm，負載為F=3500 N轉矩T1=127.75 N.m功率P1=1872.77 W2） 軸的結構設計根據(jù)軸向和周向定位要求將軸設計為階梯軸，兩端用軸承及軸承座固定于機架3）初步選定球面軸承因軸承所受軸向力較小，受徑向力較大，選用球面軸承4）軸的強度校核軸1承受彎矩和扭矩作用，計算公式如下：= （9-1）式中：-軸的計算應力

38、，Mpa; M -軸所受的彎矩，N.mm; T -軸所受的扭矩，N.mm; W-軸的抗彎截面系數(shù)，mm3,可由表查得；經(jīng)過計算和查表軸1的計算數(shù)據(jù)如下：M=2450000N.mmT=127750N.mmW=27854 mm345鋼彎曲疲勞極限=255Mpa=0.3帶入公式9-1得=88Mpa因此軸是安全的。9.1.2 軸2軸2要承受較大的彎矩設計為空心軸1）初選外徑D=60mm,內徑d=42mm,負載F=3500N2）軸的結構設計根據(jù)軸向和周向定位要求將軸設計為階梯軸，兩端用軸承及軸承座固定于機架3）初選球面軸承因軸承所受軸向力較小，受徑向力較大，選用球面軸承4）軸的強度校核軸2只承受彎矩作用

39、計算公式如下：= （9-2）經(jīng)過計算和查表軸2的計算數(shù)據(jù)如下：M=2450000N.mmW=16413 mm345鋼彎曲疲勞極限=255Mpa帶入公式9-2得：=149.27Mpa因此軸是安全的。9.1.3 軸3 軸3設計為實心軸求軸上的扭矩T及功率P1）初選直徑d=35mm,F=1750N扭矩T=30.625 N.m功率P1=320.68W2）軸的結構設計 根據(jù)軸向和周向定位要求將軸設計為階梯軸，兩端用連桿固定于軸1上，連桿與軸3連接處使用軸瓦3）軸的強度校核軸3承受彎矩和扭矩作用，計算公式如下：= （9-3）式中：-軸的計算應力，Mpa; M -軸所受的彎矩，N.mm; T -軸所受的扭矩

40、，N.mm; W-軸的抗彎截面系數(shù)，mm3,可由表查得；經(jīng)過計算和查表，軸3的計算數(shù)據(jù)如下：M=542500N.mmT=30625 N.mmW=4287.5 mm345鋼彎曲疲勞極限=255Mpa=0.3帶入公式9-3得=126.55Mpa因此軸是安全的。9.2 鏈輪、鏈條的選擇鏈傳動是一種撓性傳動，它由鏈條和鏈輪組成。通過鏈輪輪齒與鏈條的嚙合來傳遞運動和動力。鏈傳動有顯著的優(yōu)點，與摩擦型帶傳動相比，無彈性滑動和整體打滑現(xiàn)象，因而能保持準確的平均傳動比，傳遞效率較高；同樣條件下鏈傳動的整體尺寸較小，結構較為緊湊；同時鏈傳動能在高溫和潮濕的環(huán)境中工作。鑒于除冰機構工作環(huán)境惡劣，以及鏈傳動的優(yōu)勢，

41、除冰機采用鏈條鏈輪來傳遞動力。傳動鏈分為短節(jié)距精密滾子鏈(簡稱滾子鏈)、齒形鏈等類型。滾子鏈常用于傳動系統(tǒng)的低速級，一般傳遞的功率在100kW以下，鏈速不超過15m/s。本設計采用滾子鏈。鏈傳動的設計計算。 機構鏈傳動如圖9-2所示：圖9-2鏈傳動示意圖1）選擇鏈輪齒數(shù)的Z1和Z2確定傳動查設計手冊，取小鏈輪的齒數(shù)為Z1=17,傳動比=1.4,則大鏈輪的齒數(shù)為 Z2= Z1=1.417=23.8 Z2取242）計算當量的單排鏈的計算功率根據(jù)鏈傳動的工作情況，主動鏈輪齒數(shù)和鏈條排數(shù)，將鏈傳動所傳遞的功率修正為當量的單排鏈的計算功率 式中：Ka -工況系數(shù) Kz-主動鏈輪齒數(shù)系數(shù) Kp-多排鏈系數(shù)

42、，雙排連時Kp=1.75，三排鏈時Kp=2.5 -傳遞的功率鏈輪在平穩(wěn)的情況下運轉，受輕微沖擊Ka=1.1, Kz=1.36, Kp=1.0, P=12.8kW 所以 3）確定鏈條型號和節(jié)距p根據(jù)當量的單排鏈的計算功率Pca動鏈輪轉速 可以確定鏈條型號為08A，然后查表可得鏈條節(jié)距p=12.7mm4）計算鏈節(jié)數(shù)減速機輸出軸到中間軸中心距，按下面的公式計算鏈節(jié)數(shù)Lp0 為了避免使用過渡鏈節(jié)，應將計算出的鏈節(jié)數(shù)Lp0圓整為偶數(shù)鏈傳動的最大中心距為： 式中，為中心距計算系數(shù)，因，查設計手冊得=0.249705）計算鏈速v，確定潤滑方式平均鏈速為根據(jù)鏈速和鏈條型號，選擇定期人工潤滑的方式維護鏈條6）計

43、算鏈傳動作用在軸上的壓軸力Fp壓軸力Fp可近似取為 式中：-有效圓周力 FFP-壓軸力系數(shù)，對于水平傳動 FFP =1.15；對于垂直傳動 FFP =1.05中間軸到滾輪鏈傳動 根據(jù)減速機輸出軸到中間軸的鏈輪鏈條的分析，同理中間軸到滾輪之間的鏈傳動選， ， 鏈條型號為08A10. 限深機構的設計10.1設計要求及結構形式的設計10.1.1設計要求限身機構應滿足以下要求：1）保證碾冰、清除碎冰裝置能夠正常工作，在完成除冰作業(yè)的情況下不損傷路面；2）能夠適應不同的路況和路面冰層狀況； 3）設計遵循機械設計準則，在達到工作要求的前提下，使結構合理簡單，同時避免使用一些非常用零件，以使加工過程簡化。 10.1.2結構形式的設計10.1.2.1限深機構的結構如圖10-1、10-2所示，各標號零件如下表1： 圖10-1限深機構示意圖 圖10-2限深機構示意圖表10-1 限深機構名稱序 號名 稱