小型除雪机机械创新设计Word下载.docx
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我国北方大部分地区,每年有很长的降雪期,道路积雪给交通运输及人民日常生
活带来许多不便。
尤其冻结在道路上的积雪与薄冰,采用传统除雪机用推刮的办法无法清除,为此不得不耗费大量人力物力进行人工铲除。
采用机械方法清除是一项急需解决的难题。
就目前国内除雪机械来看,大多数功能单一,或只能清除积雪、或只能破除积冰[1]。
国外的除雪机功能较全,但结构复杂,造价昂贵,且大多不适合国内的道路状况。
因此开发研制适合我国道路情况的集破冰除雪于一机的设备,具有十分重大的意义。
因此开发研制适合我国道路情况的集破冰除雪于一机的设备,同样具有十分重大的意义。
2.3本课题国内外研究概况：
2.3.1本课题国内外研究概况：
目前，世界各个国家除冰雪的方法中，应用最普遍的是溶解法和机械法。
溶解法是依靠热作用或撒部化学药剂使冰雪融化。
其优点是除净率高，但是它的成本很高。
而且容易造成环境污染。
虽然环保型融雪药剂已经问世，对环境和植被的影响减少了，但是并未彻底根除。
因此使用范围受到一定限制。
机械法是通过机械作用直接作用解除冰雪危害。
虽然除净率较低，但是对环境和植被无任何影响。
能实现冰雪的异地转移。
应用范围比较广。
因此，笔者认为：
清除冰雪必须以机械法为主，以溶解法为辅助，才能达到快速和环保的除雪效果。
我国对除雪机械的开发、生产都比较晚，因此还处于起步阶段。
目前，我国的城市道路和公路冬季除雪大部分仍沿用传统的养护方式，即人工作业和小型的除雪机械相结合的方式。
高速公路和一级公路开始使用大型专用除雪机械，进行冬季养护。
但是，除雪机械在数量和品种规格上还很少，所以除雪设备大部分依赖进口。
机械化程度和总体水平远远落后于发达国家。
只是最近几年国内的厂家才参照国外的先进技术研制了适合我国国情的除雪机械。
国内的除雪机械虽然有了很大的发展，但其总体水平与发达国家相比，产品品种及性能都还有很大差距。
适应不了我国高速公路的发展的需求，主要体现在以下几个方面：
1）技术水平低，除雪机械在结构设计、制造工艺、零部件供应和使用管理等方
面都存在技术水平低的问题。
致使除雪机械可靠性差、故障多、寿命短。
2）功能单一。
除雪机械具有明显的季节性，如果功能单一，只能用做除雪和除
冰专用，那么，机械一年中大部分时间处于闲置状态，大大增加了除雪的成本。
加重了公路养护部门的负担。
3）品种类型不全。
与国外相比，现在有不少除冰雪机械在国内还是一片空白。
现有的除冰雪机械无法满足公路和大型机场的除冰雪的要求。
2.3.2国内外在这个方面的发展方向：
（1）加强对雪质、雪性的基础研究。
为了提高除冰雪机械的设计水平，需要对冰雪的力学性质和物理特性进行深入
研究。
特别是对压实冰雪的理论研究。
据有关资料研究：
东北地区压实冰雪占总的除雪任务的80%以上。
（2）向一机多能和机电液一体化方向发展。
在现有的条件下，可以对汽车、拖拉机、装载机和推土机等设备进行改装，冬
季降雪时用来除冰雪作业，其余时间可用来进行公路养护和其他作业。
可以提高设备的利用率。
采用机械、电子、液压等技术提高除雪机械的科技含量，减轻工人的劳动强度。
（3）向大型、小型和高速方向发展。
我国的地理环境复杂，各个城市道路建设布局各异，冬季降雪情况不同，在除雪设备的选取上也不尽相同，因此要开发出大型、小型的各种除冰雪机械，以满足
不同地区和工况的除冰雪要求。
同时要开发出效率高的机械，避免除雪作业造成路面交通拥挤。
例如，东北有些城市规定：
对于市区内主干道，雪停止24H后需运出城市外。
（4）加强行业间的技术交流与合作。
走共同研发之路。
各个厂家根据自己的实际情况开发出的产品各有优缺点，为了加快除冰雪机械
的开发和应用，应加强企业间的合作，集中财力、物力和人力走共同发展之路，实现除冰雪的机械化。
冰雪的物理机械性质
路面冰雪清除机械的行走机构以及清除冰雪的工作装置与路面上的冰雪相接触。
冰雪的形成特性及其物理机械性质在相当大的程度上决定着清除路面上冰雪的方法，要研究行走机构和工作装置与冰雪的相互作用关系，首先要分析冰雪的物理机械性质。
冰雪的基本特征之一是它的密度，其变化范围很大，如表2.1所示。
硬度是雪的物理机械性质的主要指标之一，表示冰雪阻止其它物体压入的特性，其数值是根据它的密度和状态决定的，如表2.2所示。
雪的硬度、密度和温度之间存在着如图2.1所示的关系，温度愈低，硬度愈高；
密度愈大，硬度愈高[4]。
后面对路面冰雪清除机的工作阻力以及牵引力进行计算时，需要知道雪的机械性质，表示雪的机械性质的指标通常是内外滑动摩擦系数、切削阻力系数、附着系数和行驶阻力系数。
2.2雪的密度
雪的状态
密度（g/cm3）
新下的雪
落下30天的雪
大于30天的雪
密实的雪
冰雪混合
冰
0.10～0.15
0.20～0.30
0.34～0.42
0.40～0.60
0.60～0.75
0.90
雪的摩擦性质决定于它的内外摩擦系数。
根据雪的状态，它的内外摩擦系
数分别列于表2.3和表2.4。
表示雪的切削阻力的指标，一般是用切削阻力系数k0，它是切断横断面等于1㎡的冰雪层所必需的力，k0的大小载入表2.5中。
路面上积雪之后，大大地改变了路面的使用特性。
对于冬季养护道路的机器进行牵引计算时，必须知道机器沿着各种冰雪路面行走时的滚动阻力系数和
附着系数。
轮胎与冰雪路面间的附着系数载入表2.6。
行驶阻力系数，一般较外摩擦系数大，因为它不仅产生摩擦，而且还挤压
雪。
轮式和履带式车辆的行驶阻力系数按表2.7选取。
2.2雪的硬度
雪的状态
雪的密度（g/cm3）
当温度由-1～-20OC时雪的硬度（kPa）
松软的
弱密实的
密实的
很密实的
小于0.25
0.26～0.35
0.36～0.50
0.51～0.60
小于50
60～100
210～2000
380～3000
图2.1雪的硬度与密度和温度的关系
2.2路面冰雪清除机基本方案、原理
对于路面冰雪的清除，人们曾尝试了各种清除原理和方案，这些原理和方案有的已在实际中使用，有的则还在探索和完善中。
例如，对于清除未被压实的浮雪，犁式清雪机和转子式清雪机已在应用中，二者分别采用了推移和旋切的原理。
对于被压实的雪、冰或冰雪混合物，采用的清除原理有铲剁、锤击、等，但这些方法经实验证明要么原理不完善，要么清除压实冰雪的效果不，有待于进一步完善。
针对上述情况，本文尝试提出了一种对路面上压实的冰雪进行挤压、切削、破碎的技术原理。
这一思想的来源可联想到金属切削加工，如铣床的铣刀切削
表2.3内摩擦系数μ2
雪的密度
（g/㎝3）
雪的温度（OC）
0附近
-1～-6
-10以下
0.12
0.20
0.30
0.40
0.47
0.56
0.24
0.35
0.42
0.45
0.29
0.33
0.39
0.44
0.50
0.34
0.36
0.46
0.53
0.57
表2.4外摩擦系数（对钢）μ1
雪的温度（OC）
-2～-4
-16～-30
-1～0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.10
0.085
0.07
0.055
0.048
0.025
0.14
0.097
0.08
0.065
0.033
0.18
0.11
0.09
0.075
0.056
0.040
加工金属件。
根据这一思想，确定基本方案
三、原理方案设计：
3.1功能分析：
驱动（尖端铲雪、平板推雪）
堆积（旋转清扫）
取放（融雪剂融化）
前端铲雪
道路除雪
驱动
传动
移位
复位
后端存雪
和清除
3.2求功能元解：
探索功能元解并列出形态学矩阵综合表，如下表所示：
小型便道除雪机的形态学矩阵综合表
功能元
功能元解
1
2
3
4
5
A
动力源
电动机
汽油机
柴油机
液动机
气动马达
B
尖端汇集雪
直立推板
曲形推板
弧线推板
螺旋推板
C
中端存雪
融雪剂融化
收雪槽存储
燕尾槽收集
D
齿轮传动
曲柄摇杆机构
传送带传动
拉杆传动
E
放物
倾斜倒出
气动倒出
液压倒出
3.3方案组合：
可能组合的方案数N为
N=5*4*3*4*3=720
所以得出的五个方案为：
A1-B1-C1-D1-E1；
A2-B1-C3-D2-E2；
A5-B3-C3--D2-E2；
A4-B3-C1-D1-E3；
A1-B4-C2-D2-E2。
3.4总体方案的几种组合及比较：
方案一：
利用吹风和融雪剂的方式，从鼓风机里吹出的高速气流将积雪吹到路边，将融雪剂喷洒到雪上，进行雪的融化。
吹雪式清雪车运行速度较高，有很高的生产率，但它只适用于新鲜雪，对于压实的积雪或冰层无能为力，只能在机场、桥梁和
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