犁式鏟雪車除雪裝置設(shè)計(jì)【犁式除雪車】（含CAD圖紙和說明書）

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Mainly include the following: Clarify the working principle of plow-type snow removal car, to develop a reasonable design, designed to design for the domestic environment of the general snow removal. To investigate more areas of snowfall in China and to determine the maximum amount of snowfall. Calculate the analysis of force, select the appropriate general body, while the structure of the plow knife reasonable design. Using CAXA software to draw the structure of the plow structure. Key Words: Snowfall analysis, Force analysis, Flow snow removal, Creep design. VII 第一章 緒 論 1.1 概述 1.1.1除雪車的定義 除雪車是用于掃除道路、鐵軌、機(jī)場(chǎng)等場(chǎng)所積雪的專用車輛，除雪車是由機(jī)動(dòng)車推送，借助專用的除雪轉(zhuǎn)職，將積雪推向線路一側(cè)或兩側(cè)，從而保證積雪的順利清除。除雪車按照除雪原理可大致分為犁板式、旋切式、掃滾式三類，其中犁式除雪車主要以犁刀為除雪裝置進(jìn)行積雪掃除。除此以外，也有使用化學(xué)、物理手段降低積雪硬度、融點(diǎn)等方法的清雪裝置。 1.1.2除雪車的功用 我國(guó)北方高寒地區(qū)每年降雪4到6個(gè)月，道路積雪對(duì)交通運(yùn)輸造成了惡劣影響，以至于交通事故頻發(fā)，甚至中斷交通。為了保證高質(zhì)量，高效率的通車環(huán)境，我國(guó)引進(jìn)并改善了除雪車來改善積雪對(duì)交通的影響。 除雪車的主要功能是清除積雪，除此以外，還有具備多樣功能的多功能除雪車。多功能除雪車可以做到集推雪、掃雪、攪雪、拋雪、融冰、除霜等功能于一體，起到一車多用的作用。既節(jié)約的資源成本，又節(jié)約了時(shí)間加快了工作效率，確保道路時(shí)刻保持通暢?，F(xiàn)如今，我國(guó)最常使用的除雪車為犁式除雪車和撒鹽機(jī)。 1.1.3犁式除雪車的主要結(jié)構(gòu) 犁式除雪機(jī)主要由犁刃與導(dǎo)板及懸掛裝置組成，例如德國(guó)拜爾哈克公司的犁式除雪機(jī)，犁式推雪板的導(dǎo)板由特殊工程橡膠材料制造，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、彈性好、反應(yīng)快、噪音低、吸振能力強(qiáng)，使用成本低。高度可調(diào)(可選手動(dòng)螺旋桿或液壓式)的充氣輪胎支撐裝置，自位輪結(jié)構(gòu)對(duì)重型推雪板尤其重要。2個(gè)伸縮式液壓缸調(diào)整雪板左右角度，可使推雪板工作角度調(diào)為30度、32度、34度、36度。推雪板端裝有路緣石擋塊，以防鏟刃與路緣石干涉。一對(duì)輪式停放支架，以方便移動(dòng)推雪板；推雪板上端防濺裝置可防止高速除雪時(shí)雪花飛濺到駕駛室擋風(fēng)玻璃。固定簡(jiǎn)易型可使雪板工作速度達(dá)40 km\h，可調(diào)型可使工作速度更高，另外還配有鏟刃快速安全更換裝置，大型推雪板還可裝配路拱適應(yīng)調(diào)節(jié)裝置。雪板前傾角度有9度和21度，以適應(yīng)軟硬雪的施工要求。 1.1.3.1車身 車身是除雪車前進(jìn)的動(dòng)力來源，在不同的工作環(huán)境下，除雪作業(yè)的進(jìn)行會(huì)有不同的要求。在這種情況下，便可以使用不同的車身來適應(yīng)新的工作狀況，以達(dá)到最佳的除雪目的。一般來說，在普通的道路除雪條件下，我們使用家用車就可以完成除雪任務(wù)，但 1 在如顛簸的山路，過厚的積雪路況，冰面等情況下，就要使用特殊種類的車身來進(jìn)行除雪工作。我國(guó)的除雪車主要以中重型運(yùn)輸車輛或工業(yè)車輛作為車身進(jìn)行除雪工作，以適應(yīng)我國(guó)道路的積雪情況。 1.1.3.2懸掛裝置 除雪車車身于除雪鏟之間需要除雪裝置進(jìn)行連接，根據(jù)需要的不同和除雪規(guī)模的差異，可以使用帶有液壓、電機(jī)調(diào)節(jié)的特殊懸掛裝置。 圖1.1 除雪裝置組件 1.1.3.3震動(dòng)組件和越障機(jī)構(gòu) 除雪車在除雪作業(yè)中，不可避免會(huì)遇到障礙物或者不平坦的路面狀況。為了防止在除雪作業(yè)中遇到這些情況，除雪裝置應(yīng)具有越障以及減震的功能。 1.1.3.4主架 主架是除雪裝置的主體，是連接各個(gè)部分的主體，由于除雪裝置的主要受力體即為主體，因此，主體需要有較大的剛度。 1.1.3.5電控系統(tǒng)和液壓系統(tǒng) 部分具有調(diào)節(jié)功能的除雪車，可以使用電控、液壓系統(tǒng)來調(diào)節(jié)雪鏟的高度、傾斜角度、前傾角等，來應(yīng)對(duì)不同的除雪狀況。 圖1.2液壓控制裝置 1.1.4除雪車的分類 除雪車按其除雪原理不同分為犁板式、旋切式、掃滾式三類，使用的除雪裝置分別為：犁刀、螺旋集雪器、滾筒。其中，旋切試除雪車主要針對(duì)路面硬積雪、積冰的特殊情況，掃滾式除雪車應(yīng)對(duì)較薄的浮雪。犁式除雪車是我國(guó)使用的最頻繁的除雪車種類，犁式除雪機(jī)械結(jié)構(gòu)形式分為單向式、V型式、單向翼形式和雙向翼形式，主要用來應(yīng)對(duì)較厚的公路積雪。三種除雪車相比，犁式除雪車具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，開發(fā)難度低的優(yōu)勢(shì)。 1.1.5除雪車發(fā)展現(xiàn)狀 我國(guó)對(duì)除雪車的發(fā)展較晚，約始于1980年左右，隨著改革開放，我國(guó)道路不斷新建和開闊，各種機(jī)動(dòng)車輛猛增，對(duì)積雪的處理要求的提高，促進(jìn)了除雪車的開發(fā)進(jìn)程。我國(guó)的除雪車研究機(jī)構(gòu)多集中于三北地區(qū)，先后生產(chǎn)出了幾十種樣機(jī)，在除雪工作中發(fā)揮了一定的作用。同時(shí)，為了提高技術(shù)的先進(jìn)性，有關(guān)部門也引進(jìn)了外國(guó)的道路養(yǎng)護(hù)技術(shù)和相應(yīng)的專業(yè)道路養(yǎng)護(hù)設(shè)備。其中就有不少具有除雪功能，如奔馳1650萬能工程車。 我國(guó)曾經(jīng)在研究了國(guó)內(nèi)降雪情況、道路情況、機(jī)械使用條件和有關(guān)部門的要求后，在1982年研究了J-80犁式除雪車。在白江河公路全長(zhǎng)3500公里的作業(yè)實(shí)驗(yàn)中，其良好的性能表現(xiàn)得到了高度評(píng)價(jià)。 除雪裝置對(duì)于處于高緯度的地區(qū)和國(guó)家來說是冬季除雪的必要養(yǎng)護(hù)裝置。除雪作業(yè)對(duì)于維持正常運(yùn)行、確保行車安全、延長(zhǎng)路面使用壽命有重大意義。降雪較頻繁的國(guó)家都十分重視除雪機(jī)械的研制與使用，如加拿大、日本、德國(guó)、法國(guó)、英國(guó)、瑞典、俄羅斯等國(guó)家，都實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化。 最早的除雪機(jī)發(fā)明于1951年，并于1952年進(jìn)入市場(chǎng)銷售。1966年成立了較大型的除雪車生產(chǎn)公司-Gilson除雪機(jī)，他們改良了市場(chǎng)上的除雪機(jī)產(chǎn)品，推出了面向個(gè)人家庭的小型除雪機(jī)。到了1970年，隨著馬力的增強(qiáng)，大型除雪機(jī)也得到了改良，足以應(yīng)付較大風(fēng)暴帶來的積雪影響。 目前，國(guó)外除雪車外形基本定型于1970年，在此之外，新增了其他種類的新型鏟雪車，轉(zhuǎn)子除雪車就是其中之一。在電子技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)在，人們已經(jīng)開始將鏟雪設(shè)備與電子設(shè)備相結(jié)合，來達(dá)到更為簡(jiǎn)單、方便、安全和快捷的除雪效果。 1.1.6除雪車行業(yè)發(fā)展趨勢(shì) 除雪車在國(guó)外的飛速發(fā)展，使其品種越來越齊全，功能越來越強(qiáng)大，出現(xiàn)了一批具有高創(chuàng)造性和高質(zhì)量的品牌，英國(guó)的SCHMIDT、瑞士的STEYR等?？傊畤?guó)外除雪機(jī)呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢(shì)： 多功能化，在除雪的基礎(chǔ)上增加融雪、路面清掃等功能； 高性能化，為了應(yīng)對(duì)除雪中應(yīng)力的變化，除雪車開始使用液力變矩器。 高安全性，除雪工作中，可能遭遇緊急的道路變化，受到很大沖擊，因此需要一定的安全性保證人員安全。 專業(yè)領(lǐng)域化，大型、小型除雪機(jī)分別面對(duì)不同情況而得到充分使用。 我國(guó)道路環(huán)境比較復(fù)雜，除雪設(shè)備技術(shù)未能達(dá)到較高水平，在躲避障礙能力上不足，經(jīng)常損壞設(shè)備，造成不必要的損失，再者我國(guó)大部分地區(qū)一年降雪時(shí)間在3到4個(gè)月左右，一年中除雪工作一般在幾十次，一年中大部分時(shí)間處于閑置狀態(tài)，大大加大了道路養(yǎng)護(hù)的費(fèi)用支出。減少成本是大課題。 我國(guó)除雪機(jī)的發(fā)展尚不完善，與外國(guó)的先進(jìn)型號(hào)仍有一定技術(shù)上的差距。要積極地加強(qiáng)技術(shù)合作，打破專利封鎖。集中人力物力優(yōu)勢(shì)，聯(lián)合開發(fā)除雪機(jī)械，盡早研制出高速度、高性能的除雪設(shè)備，實(shí)現(xiàn)除雪自動(dòng)化，節(jié)約人力，既可以減少惡劣環(huán)境下的人力勞動(dòng)，也可以提高我國(guó)的城市機(jī)械化水平。 犁式除雪車作為小型簡(jiǎn)單可靠地除雪設(shè)備，在我國(guó)有一定的使用價(jià)值。 1.2 設(shè)計(jì)依據(jù) 本設(shè)計(jì)是根據(jù)北華航天工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院下達(dá)的畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書進(jìn)行設(shè)計(jì)的，設(shè)計(jì)課題為《犁式除雪車除雪裝置設(shè)計(jì)》。 1.2.1根據(jù)計(jì)劃任務(wù)書規(guī)定的產(chǎn)品品種、質(zhì)量、規(guī)模進(jìn)行設(shè)計(jì) 計(jì)劃任務(wù)書規(guī)定產(chǎn)品的規(guī)模往往有一定的范圍，設(shè)計(jì)規(guī)模在該范圍之內(nèi)或略超出該范圍，都認(rèn)為是合適的；但如果限于設(shè)備選型，設(shè)計(jì)達(dá)到的規(guī)模略低于該范圍，則應(yīng)說明原因，取得上級(jí)同意后，才能繼續(xù)設(shè)計(jì)。 1.2.2合理地選擇裝配方式和設(shè)備及設(shè)計(jì)指標(biāo) 主要結(jié)構(gòu)的確定至關(guān)重要，設(shè)計(jì)完成后，要想改變結(jié)構(gòu)狀況十分困難。因此車身的選擇和結(jié)構(gòu)確定應(yīng)慎重從事，須通過方案對(duì)比后確定，并應(yīng)盡可能考慮工況，采用安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、成熟、經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)方案。 1.2.3全面解決工廠生產(chǎn)、場(chǎng)外運(yùn)輸和各處物料儲(chǔ)備 由于工廠生產(chǎn)要求長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，而有些設(shè)備則需要一定的時(shí)間進(jìn)行計(jì)劃?rùn)z修；同時(shí)受各處復(fù)雜條件如場(chǎng)外運(yùn)輸?shù)纫蛩氐闹萍s，所以各種物料都應(yīng)有適當(dāng)?shù)膬?chǔ)備。各種堆場(chǎng)、儲(chǔ)庫的容量，應(yīng)滿足各處物料存期的要求。儲(chǔ)存期的確定應(yīng)使生產(chǎn)有一定的機(jī)動(dòng)性，以利于工廠均衡連續(xù)地生產(chǎn)。但儲(chǔ)存期也不要太長(zhǎng)，以免增加基建工程量和費(fèi)用及占用工廠的流動(dòng)資金。 1.2.4注意考慮設(shè)計(jì)后挖潛的可能和留有發(fā)展余地 除雪車從設(shè)計(jì)到制造投產(chǎn)往往要好幾年的時(shí)間，而生產(chǎn)技術(shù)卻是向前發(fā)展的。因此設(shè)備能力應(yīng)能切實(shí)滿足生產(chǎn)要求并留有余地。此外，應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)時(shí)的國(guó)內(nèi)外未來時(shí)期對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品需求情況的預(yù)測(cè)，以及當(dāng)前國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的方針政策，考慮在設(shè)計(jì)中是否需要或應(yīng)留有多大的設(shè)計(jì)余地?？紤]除雪工作的原則，既要便于今后的開發(fā)，使車輛工作時(shí)盡量不影響原有機(jī)能，又要盡可能增加當(dāng)前車輛的功能和潛力。 1.2.6注意環(huán)境保護(hù)、減少污染 設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家環(huán)境保護(hù)、工業(yè)衛(wèi)生等方面的有關(guān)規(guī)定。對(duì)可能產(chǎn)生的污染應(yīng)采取相應(yīng)的防治措施，確保工作人員在良好的環(huán)境下從事生產(chǎn)，保護(hù)廣大職工的身體健康。 1.2.7方便施工、安裝、方便生產(chǎn)、維修 應(yīng)做到生產(chǎn)流程順暢、緊湊、簡(jiǎn)捷。充分考慮設(shè)備安裝、操作、檢修的方便。 1.3 設(shè)計(jì)的范圍和內(nèi)容 其范圍涉及到工況的調(diào)查，工作功率的計(jì)算，車身的選擇，除雪裝置受力情況，剛度計(jì)算，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)圖繪制等。 1.3.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 除雪車機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)的內(nèi)容大致包括：犁刀整體設(shè)計(jì)、主架設(shè)計(jì)、防震越障裝置設(shè)計(jì)、剛度驗(yàn)證、功率計(jì)算、車身選擇。有關(guān)計(jì)算簡(jiǎn)圖，如主要參數(shù)的選擇及設(shè)計(jì)與校核、傳動(dòng)方案簡(jiǎn)圖、相關(guān)零件的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖、零件的受力分析圖、彎矩和扭矩圖等。 1.3.2控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 包括液控和電控兩部分。 第二章 除雪車工況分析 我國(guó)降雪覆蓋范圍基本沒有出現(xiàn)明顯變化。依據(jù)全國(guó)無缺測(cè)、具有連續(xù)日降雪觀測(cè)的臺(tái)站資料波譜分析顯示,1970—2000年我國(guó)降雪量年變化波譜組成比較簡(jiǎn)單,但具有明顯的區(qū)域性分布特征和兩種相反的變化趨勢(shì)。劃分出4個(gè)降雪量年變化相似區(qū)域:除東北少部分地區(qū)、內(nèi)蒙中部至華北地區(qū)、青藏高原東緣至四川盆地和新疆部分地區(qū),降雪量持續(xù)呈線性和非線性減少外,我國(guó)絕大部分地區(qū)年降雪量總體呈增加趨勢(shì),但80年代中后期開始減少。降雪量月變化也存在區(qū)域性分布特征,并與區(qū)域氣溫和地理特征有關(guān)。 2.1 我國(guó)降雪量定級(jí)方法 *小雪：24小時(shí)內(nèi)降雪量小于2.5mm的降雪過程。 *中雪：24小時(shí)內(nèi)降雪量2.5 ～4.9mm的降雪過程。 *大雪：24小時(shí)內(nèi)降雪量5.0 ～9.9mm的降雪過程。 *暴雪：24小時(shí)內(nèi)降雪量大于等于10.0mm的降雪過程。 2.2我國(guó)未來降雪趨勢(shì) 據(jù)有關(guān)資料所述，在對(duì)全國(guó)738個(gè)地面觀測(cè)臺(tái)站1960-2004年的逐日積雪深度資料,對(duì)中國(guó)地區(qū)過去40余年的積雪時(shí)空變化特征進(jìn)行分析后，我國(guó)2010-2050年積雪深度和雪水當(dāng)量年際變化均有減少的趨勢(shì),且青藏高原減少最為顯著,東北地區(qū)和新疆北部地區(qū)積雪減少值小于青藏高原地區(qū)。但考慮除雪車工作狀況，我們不會(huì)使用青藏高原的降雪數(shù)據(jù)來決定除雪車性能，而是采用比較具有泛用性的東北地區(qū)來衡量我國(guó)降雪、積雪水平。未來2021-2050年積雪深度和雪水當(dāng)量的年變化對(duì)比1971-2000年,春季的積雪量減少,而冬半年的積雪量可能有少量增加。采用氣溫、降水與降雪量的關(guān)系計(jì)算的結(jié)果顯示,在A2、A1B和B1情景下,降雪量在中國(guó)地區(qū)未來40年亦有減少趨勢(shì),減少較大地區(qū)位于青藏高原南部邊緣到中東部地區(qū)。2021-2050年的降雪量對(duì)比1971-2000年,降雪量在1-5月減少明顯。 2.3 我國(guó)主要降雪區(qū)域分布 中國(guó)地區(qū)季節(jié)性積雪存在著三個(gè)高值中心：青藏高原西南和南部地區(qū)、新疆北部和東北—內(nèi)蒙古地區(qū),這也是積雪年際變化變化大的地區(qū),也即為中國(guó)地區(qū)積雪年際異常變化的敏感區(qū)。因此在選擇模擬的積雪情況時(shí)，主要采用這三個(gè)地點(diǎn)的降雪情況。綜合積雪深度和積雪日數(shù)的變化趨勢(shì),可大致分為三種變化類型：增加和減小同步,同步增加區(qū)主要在新疆的天山以北、青藏高原的東部地區(qū)、內(nèi)蒙古高原的中東部到大興安嶺以西的地區(qū),同步減少區(qū)大體在內(nèi)蒙古西部、黃土高原和長(zhǎng)江中下游地區(qū)；積雪深度增加但積雪日數(shù)減少,主要在東北平原東部的部分地區(qū),長(zhǎng)江上游的部分地區(qū)；積雪深度減小而積雪日數(shù)增加,主要位于青藏高原中部的部分地區(qū)。可以看出，我國(guó)的主要降雪區(qū)域?yàn)椋呵嗖馗咴⑿陆貐^(qū)和東北地區(qū)。 而在主要降雪區(qū)域中，東北地區(qū)的降雪時(shí)間和分布比較穩(wěn)定，相對(duì)于其他兩個(gè)區(qū)域而言，更易于采集數(shù)據(jù)。 2.3.1我國(guó)除雪車工況分析 根據(jù)我國(guó)降雪量信息及降雪分布信息，我國(guó)除雪車一般在哈爾濱、長(zhǎng)春等地具有較高的使用頻率，由于除雪車的工作能力要適應(yīng)大多數(shù)的工作環(huán)境，故選擇降雪量較大的哈爾濱作為參考工作地點(diǎn)。 根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，哈爾濱在1、2月份的降雪量最多，近幾年也會(huì)出現(xiàn)連續(xù)40小時(shí)以上的暴雪天氣，為了使除雪車能夠應(yīng)對(duì)絕大多數(shù)的工作情況，我們選用在連續(xù)兩日暴雪情況下的積雪路面作為參考的工況，用以選擇計(jì)算除雪車相關(guān)性能參數(shù)以及除雪裝置的相關(guān)剛度參數(shù)。 2.3.2執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)說明 本文設(shè)計(jì)以犁刀為主要裝置進(jìn)行除雪車設(shè)計(jì)及說明，犁式除雪車是我國(guó)使用的最主要的除雪裝置。 2.3.2.1執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn) 設(shè)計(jì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)符合《中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn):除雪車(GB/T25977-2010)》規(guī)定。 車輛使用過程符合《公路監(jiān)督檢查專用車輛管理辦法》之規(guī)定。 2.3.2.2設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) 參考《GB/T 25977-2010》除雪車設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。 2.4 材料衡算 材料計(jì)算是結(jié)構(gòu)驗(yàn)證的基礎(chǔ)，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中至關(guān)重要，并且是保證設(shè)計(jì)方案可行的保障。當(dāng)設(shè)計(jì)方案確定并在完成裝配圖前，即可進(jìn)行剛度計(jì)算，設(shè)計(jì)工作即從定性分析發(fā)展到定量計(jì)算。 2.4.1犁刀材料 （1） 除雪車?yán)绲恫馁|(zhì)選擇：16Mn（Q345）低合金結(jié)構(gòu)鋼。 （2） 犁刀的大臂；鏟斗；機(jī)身材質(zhì)全部都是 16Mn（Q345）低合金結(jié)構(gòu)鋼。 （3） 犁刀刀刃：65Mn彈簧鋼。 2.4.3材料性能 根據(jù)查看材料屈服強(qiáng)度表，可知Q345按照最新標(biāo)準(zhǔn)GB/T1591-2008 ，Mn元素含量要求≤1.70，屈服強(qiáng)度要求為345MPa。密度7.85g/cm3。65Mn的屈服強(qiáng)度要求為785MPa。 2.5 控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)采用常規(guī)犁式除雪車控制系統(tǒng)，可以調(diào)節(jié)除雪車?yán)绲兜呐e升與傾斜角度。以便在除雪機(jī)不工作時(shí)，舉升雪鏟，避免損壞雪鏟。 2.5.1液壓控制 液壓油從掛載車上截取，液壓油箱要保持足夠的油量。并依照掛載車用油要求執(zhí)行。采用低溫環(huán)境下（-32℃左右）能正常使用的液壓油，如航空液壓油等。 采用組合式多路電磁閥可以控制除雪鏟的左右轉(zhuǎn)向角。此設(shè)計(jì)使用了工程車使用的標(biāo)準(zhǔn)液壓缸，并且對(duì)油路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，可通過液壓裝置分別對(duì)雪鏟的不同工作狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，如雪鏟的舉升和轉(zhuǎn)動(dòng)。 第三章 受力與剛度計(jì)算 3.1 除雪阻力計(jì)算 路面除雪車的除雪鏟結(jié)構(gòu)為單向犁板式，其除雪阻力 Fsx 為浮雪鏟除雪作業(yè)時(shí)受到的雪的阻力Fp與車輛的行駛阻力Fm之和。 3.1.1除雪斷面面積計(jì)算 我們以參考哈爾濱在數(shù)日暴雪天氣下的積雪情況作為參考工況，初定雪密度為800kg/m2，車輛在路面行駛需要寬度約為3m，犁刀有效除雪寬度定為3m，最大積雪厚度為0.9m，因此，可以得出，除雪裝置的有效除雪面積為2.7m2。根據(jù)已知狀況，犁刀除雪角在50°-60°時(shí)除雪效率最佳，選擇60°角作為除雪車的除雪行進(jìn)角，故可得出除雪鏟最大除雪斷面面積為3.11m2。 3.1.2除雪作業(yè)受力分析 在自身重力的作用下，除雪鏟會(huì)與地面緊密接觸在一起，除雪車在前進(jìn)時(shí)，因?yàn)樗俣容^大，積雪將被鏟離地面，并沿浮雪鏟拋向側(cè)面。因此，浮雪鏟本身的質(zhì)量、鏟體與路面的摩擦系數(shù)、鏟刃與路面的夾角、鏟刃形狀、鏟體水平擺角、除雪作業(yè)寬度、除雪作業(yè)速度、浮雪密度、浮雪厚度等因素都與雪阻力計(jì)算密切相關(guān)。同時(shí)，浮雪的平均抗剪應(yīng)力亦對(duì)雪阻力計(jì)算產(chǎn)生一定影響，但由于其值相對(duì)較小，計(jì)算時(shí)通常忽略不計(jì)。 為便于計(jì)算分析，建立如圖 3.1 所示的浮雪鏟受力直角坐標(biāo)系。定義除雪車前進(jìn)方向?yàn)?X 軸正向，車體左向?yàn)?Y 軸正向，垂直向上方向?yàn)?Z軸正向。定義浮雪鏟鏟體與地面間夾角γ為切削角，鏟體長(zhǎng)度方向與車輛行進(jìn)方向所夾銳角!為行進(jìn)角，按圖 1 坐標(biāo)系把浮雪鏟受到的雪阻力Fp 分解為前進(jìn)方向分力 Fpx 、側(cè)向分力 Fpy 和垂直分力Fμc。圖3.2為除雪鏟在除雪過程中所受到的雪阻力與重力等的直角坐標(biāo)系。 圖3.1除雪阻力坐標(biāo)系 圖3.2除雪鏟坐標(biāo)系 當(dāng)除雪作業(yè)速度小于10 km/h，作業(yè)效率太低，除雪作業(yè)速度大于70km/h，則違反道路交通相關(guān)法律、法規(guī)。因此，確定除雪作業(yè)速度區(qū)域?yàn)?0~70km/h。研究結(jié)果表明，在10~70km/h速域內(nèi)，除雪作業(yè)速度對(duì)雪阻力的影響呈分散的兩區(qū)域———10~20km/h速域和 20~70km/h速域。不同速域?qū)ρ┳枇Φ挠绊懴禂?shù)不同。根據(jù)速域影響系數(shù)，建立如下雪阻力各向分力計(jì)算分析數(shù)學(xué)模型： 除雪車工作時(shí)的數(shù)學(xué)模型為： 式中：μf 為鏟刃與路面的摩擦系數(shù)； Mp 為雪鏟質(zhì)量（kg）； S 為浮雪層與雪鏟接觸斷面積（m2）； v為除雪車作業(yè)速度，（m/s）； ρ 為雪密度，（kg/m3）； K 為浮雪鏟刃口形狀系數(shù)（K=1）； g 為重力加速度g=9.81m/s2； θ為行進(jìn)角（°）； θτ為切削叫（°）； τ雪的抗剪強(qiáng)度（Pa），τ=0.024H+9.2*104其中H為雪的抗壓強(qiáng)度，可查表獲得。 當(dāng)除雪作業(yè)速度為10km/h-20km/h時(shí)，可獲得計(jì)算公式： 當(dāng)除雪作用速度為20km/h-70km/h時(shí)，可獲得計(jì)算公式： 浮雪鏟鏟刃在除雪作業(yè)時(shí)與路面的摩擦是在有雪參與的條件下鋼鐵材料的鏟刃與路面間的摩擦。鋼質(zhì)材料與壓實(shí)雪的摩擦系數(shù)為0.1，鋼質(zhì)材料與瀝青混凝土的摩擦系數(shù)為0.25~0.5。大多數(shù)情況下，鏟刃和路面的摩擦系數(shù)的取值范圍為0.15~0.45。在除雪作業(yè)過程中，各種摩擦情況都會(huì)隨機(jī)出現(xiàn)，沒有規(guī)律性 。因此，計(jì)算中通常取摩擦系數(shù)的最大值，即f=0.45。積雪密度變化范圍很大，為了保證除雪車可以滿足大部分除雪條件，我們選用最大值800kg/m3作為計(jì)算使用的雪密度。 在犁刀結(jié)構(gòu)一定的條件下，計(jì)算除雪鏟的質(zhì)量，帶入除雪斷面面積為3.11m2，鏟面厚度為2.5mm，經(jīng)過計(jì)算可得除雪鏟質(zhì)量約為600kg。 計(jì)算10km/h-20km/h的雪阻力： Fpx=31224.87-124899.49N Fpy=8953.09-35812.36N Fpz=5886N 計(jì)算20km/h-70km/h的雪阻力： Fpx=81292.28-964053.34N Fpy=35812.36-293140.64N Fpz=5886N 3.1.3牽引力計(jì)算 除雪車在工作中的最大牽引力Fmax等于積雪路面所能提供的最大摩擦力Fμ Fμ=μ（gM-Fpz） 式中：μ為附著系數(shù)，等于0.3； M為整車整備質(zhì)量，選取重型型卡車質(zhì)量15000kg為整備質(zhì)量。 則可得出最大牽引力Fmax=0.3*(9.81*15000-5886)=42379.2N 3.1.4行駛阻力計(jì)算 在計(jì)算過程中，我們將除雪車的工作過程看做勻速行駛過程，其行駛阻力的計(jì)算公式為： F阻=μ阻Av2+μτ（Mg-Fpz） 式中μ阻為空氣阻力系數(shù)取值0.00275； μτ為滾動(dòng)阻力系數(shù)，取值0.0189+0.00061v； A為車頭投影面面積，取值8m2。 計(jì)算可得除雪車行駛阻力F阻=2911.34N 3.1.5牽引平衡 為使除雪車可以正常進(jìn)行除雪工作，除雪車的牽引力必須大于等于雪阻力與行駛阻力之和，即Fmax≥Fμ+Fpx。帶入可得Fpx≤39467.86N，小于124899.49N但大于31224.87N，故可知除雪速度應(yīng)在10km/h到20km/h之間，經(jīng)計(jì)算可得除雪速度v=11.4km/h。 3.1.6 功率平衡 除雪作業(yè)消耗功率可由公式P=(Fpx+Fm)v/η計(jì)算獲得，其中η為機(jī)械效率取值為0.85，經(jīng)過計(jì)算得除雪功率P=185.94kw，一般來說重型卡車發(fā)動(dòng)機(jī)功率大于200kw，故在此工況下可以應(yīng)對(duì)任何密度的路面積雪問題。 3.2犁刀的受力分析與計(jì)算 1．受力分析 犁刀在工作時(shí)，受力最大的點(diǎn)為前段的刃部，以及與刃部相連的鏟頭部分，因此，在檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)剛度時(shí)，只需要檢驗(yàn)這兩部分即可。受力圖如下圖所示： 圖3.2犁刀受力分析 可知除雪車在進(jìn)行除雪工作時(shí)，犁刀刀尖受兩個(gè)力的作用，我們可以用除雪阻力來代替這兩個(gè)力對(duì)犁刀的作用，將除雪阻力分為垂直于犁刀表面的FA與平行于犁刀表面的FB，我們?cè)跈z測(cè)刀尖的剛度時(shí)，只需要考慮FA的作用即可。而FA=Fpxsin60°，帶入前面計(jì)算的雪阻力可得FA=34180.17N。 2. 應(yīng)力計(jì)算 由公式Σ=F/A來計(jì)算刀尖處的應(yīng)力，將經(jīng)過分析得出的結(jié)果帶入可得： Σ1=34180.17N÷3.11m2=10990.35Pa遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于材料屈服強(qiáng)度。 計(jì)算除雪裝置推面應(yīng)力，犁刀刀尖長(zhǎng)度為20cm即0.2m除雪角度為60°，則離地面距離L=0.2sin60°=0.17m，積雪厚度為h=0.9m，故有F=FA*(h-L)/h=27723.92N。帶入計(jì)算推面應(yīng)力得： Σ2=27723.92N÷2.52m2=11001.56Pa，亦小于材料屈服強(qiáng)度。 第四章 結(jié) 論 4.1 本設(shè)計(jì)的技術(shù)先進(jìn)性與經(jīng)濟(jì)合理性 本設(shè)計(jì)為犁式除雪車除雪裝置設(shè)計(jì)，對(duì)我國(guó)國(guó)內(nèi)降雪及工作狀況進(jìn)行了詳細(xì)分析，使用已有的底盤車身，進(jìn)行的符合我國(guó)國(guó)情使用的犁式除雪車，降雪分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、剛度檢驗(yàn)，以及主要參數(shù)和細(xì)節(jié)均有涉及。關(guān)于底盤選擇，秉承盡量選擇適當(dāng)?shù)男吞?hào)、尺寸、功率，以避免浪費(fèi)的原則，且保證設(shè)備的功能性完善，利于維護(hù)。在保證工作效率和工作質(zhì)量的前提下，做到環(huán)保、節(jié)能、快速的多重要求。 4.2 本設(shè)計(jì)存在的主要問題 本設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)上為保證工作狀況要求，對(duì)積雪狀況的處理為最壞情況，因此在小量降雪的情況下顯得過于浪費(fèi)。設(shè)計(jì)中更多的考慮城市工況、平坦道路，對(duì)于崎嶇道路和窄小的山路沒有考慮。產(chǎn)品成本和原料的買進(jìn)沒有進(jìn)行估算、計(jì)算成本等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)?？傮w來講，本設(shè)計(jì)不是很細(xì)致，還有一些改進(jìn)之處。 19 參考文獻(xiàn) [1]徐興奎.1970—2000年中國(guó)降雪量變化和區(qū)域性分布特征[J].冰川凍土,2011,(03):497-503. 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[10]杜廣生.汽車空氣動(dòng)力學(xué)［ M］. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1999. 致謝辭 本次設(shè)計(jì)完成之際，謹(jǐn)向敬愛的劉志強(qiáng)老師表示衷心的感謝。 從開始選題到設(shè)計(jì)中各個(gè)環(huán)節(jié)，劉老師都給予了細(xì)致入微的關(guān)心和指點(diǎn)。劉老師嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真、謙遜務(wù)實(shí)的治學(xué)態(tài)度，以及質(zhì)樸明朗的為人風(fēng)格，還有為人和藹而且給我說啦很多關(guān)于設(shè)計(jì)以及將來工作需要注意的地方，讓我受益匪淺。 通過兩個(gè)多月刻苦的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我雖然知道的還是不多，但是他帶給我在將來的學(xué)習(xí)中的收獲和啟迪卻是深遠(yuǎn)的。在這里我要簡(jiǎn)單介紹一下我的設(shè)計(jì)情況；首先，由于經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的匱乏，難免有很多考慮不是很周全的地方，但是在熱心的同學(xué)和盡職的老師的幫助下我成功啦；其次，自己也獲得了難得的學(xué)習(xí)和鍛煉機(jī)會(huì)，運(yùn)用大學(xué)四年之所學(xué)，學(xué)之所用，更加全面系統(tǒng)的掌握食品專業(yè)的相關(guān)知識(shí)，也學(xué)到了許多機(jī)械設(shè)計(jì)的思路方法。 同時(shí)我要感謝一起做畢業(yè)設(shè)計(jì)奮斗的同學(xué)們，他們給我提出很多好的建議和方法。 最后，衷心感謝在百忙之中審閱本設(shè)計(jì)的老師。 附錄：中英文文獻(xiàn)翻譯名稱——掃雪機(jī)的歷史及概況