小型路面扫雪机的结构设计.docx
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小型路面扫雪机的结构设计
济南大学泉城学院
毕业设计
题目小型路面扫雪机的结构设计
专业机械设计制造及其自动化
班级机设07Q2
学生马传磊
学号***********
指导教师蔡冬梅
二〇一一年五月二十日
1前言
1.1选题的意义
中国有句古话叫做“瑞雪兆丰年’,冬季一场大雪能带来明年的好收成.但是积雪给城市交通带来巨大的麻烦,尤其是我国的北方地区。
我国北方气候寒冷、冬季时间较长,降雪量较大,常会引起塞车、交通事故、行人摔伤等一系列问题,我们的环卫工作人员在大雪后忙于清除主干道等主要路面的积雪,而对于一些非大型机械车辆行驶的路面很难及时的清理,对过往的路人很不方便。
尤其是在一些校园,厂矿企业或居民小区内的小型路面积雪得不到相关部门的及时清除,来往的路人很不方便,甚至出现意外事故,给人们的户外生活带来不便。
目前我国对于较窄路面的清雪方式仍然是依靠人力,用铁锹和扫帚等工具将积雪清理,清雪效率较低,所以,我们准备设计这种针对小型路面除雪的小型机械,提高积雪的清扫效率,为过往的行人带来方便,同时减少了不必要的事故发生,能在大雪后为紧张的环卫部门减轻了一定的压力。
1.2国内外研究现状
扫除冰雪机械在国外已有几十年的历史,其技术先进,现在已经有成型产品在广泛应用。
现在,清雪机械的发展迅速,已经在市场上流通的清雪机主要有铲刮式除雪机系列,抛扬式除雪机系列,刷扫式扫雪机系列,击振式破冰除雪机系列等,但仍以大型车辆带动清雪装置实现清理积雪的任务。
虽然它们整机性能稳定,但是造价都很高,并且不适合学校、单位等住宅小区内路面的清雪工作。
现在市场上的扫雪机按工作方法来分主要有两种类型:
第一种为抛雪式扫雪机。
它利用高速旋转的叶片将雪旋进扫雪机,再沿导管抛运到车上的储雪箱中。
这冲机器最突出的特点是:
宽幅、高效、采用大功率主机,在北欧国家使用较广。
第二种是先将积雪收集,再利用输送带向后传送、装车。
这种机器在俄罗斯较常见。
目前国内有几家单位正在进行扫除冰雪机械和扫雪机的研发,产品已进入市场。
1.3本文主要任务
根据目前已有的清雪设备设计出一种适用于学校、社区、工厂的小型清雪装置,能实现集雪、运雪抛雪功能.要进行合理的方案论证和结构设计,并对主要零件进行设计计算校核。
(1)根据国内外资料进行方案设计,进行比较优化,从中选出最优方案。
(2)具体进行各个工作部分的设计,确定其基本尺寸,安装方式。
2扫雪机设计方案分析比较
2.1总体方案的几种组合及比较
方案一:
利用吹风的方式,从鼓风机里吹出的高速气流将积雪吹到路边,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、桥梁和高速路上应用,成本很高,不适合开发小型产品。
方案二:
利用一个置于清雪车前部的铲子,随着清雪车的不断前进,将积雪推至路的一边。
推移式清雪车只能将积雪推到路边,不具备集雪能力,且只适用于新鲜雪或破碎后的压实雪,效率较低,容易划伤地面。
方案三:
利用机械传动的方式,由集雪器先将积雪搅碎,并输送至一个高速旋转的叶轮,将其抛到路边。
螺旋转子式清雪车适用范围广,无论是松散雪、压实雪清雪效果和效率要比前两方案好,而且这种方案设计,设计出的产品体积小、成本低,适用于道路窄的地方。
因此选用第三种方案。
2.2小型清雪车工作原理简述
2.2.1基本结构
目前小型机械式清雪车主要由原动机、传动装置、集雪装置、抛雪装置、行走系统和操作系统组成。
原动机可以采用电机或发动机,目前大多采用汽油机或柴油机;集雪装置用来收集积雪,主要采用推雪铲或螺旋状搅龙;抛雪装置是将收集的积雪抛到路的一侧或收集装置中。
主要的方式有抛雪叶轮和鼓风机两种。
行走装置是来实现机器的前进,有手推式和自走式两种;操作装置主要控制设备的运转。
2.2.2工作原理
工作时原动机提供动力,经带传动到行走系统和工作部分。
积雪由集雪装置收集到一个腔体内,再由抛雪装置清除出机体内,抛雪叶轮利用高速旋转时的离心力将积雪抛出。
这样在原动机的带动下,清雪车不断的前行,能实现连续的清除积雪。
小型机械清雪机的结构示意图如下:
图2.1扫雪机的结构示意图
2.3原动机的选择和具体的实施方式
2.3.1原动机的选择
由于本清雪机主要用于室外的小型路面,所以动力机体积不能太大且不适用电动机,我们选用的是微型汽油机。
本课题的设计需求大约是每小时扫雪量为1000,以积雪密度250kg/m,积雪厚度以20cm计算,每小时的扫雪量为:
在抛雪叶轮的作用下,抛雪扬程为3m,那么雪排出的初速度为4m/s,
7.5×10kg×10N/kg×4m/s÷3600=833w
集雪搅龙在积雪的作用下阻力为20N,那么集雪搅龙消耗的功率为:
其中lOr/s是搅龙转速。
估计整机重量为200kg,与路面的摩擦系数取0.2,前进速度约为lm/s,那么前进
消耗的功率为:
200×10×0.2=400w
整机消耗的功率为:
834w+1320w+400w=2554w
根据以上数据分析以及考虑到功率的磨损等消耗,选用了凯马KM170F柴油机
型号
KM170F
型式
单缸立式风冷四冲程柴油机
排量(ml)
211
发动机转速(r/min)
3600/3000
燃油推荐
0号或10号柴油
机油容量(l)
2.5
启动方式
反冲手拉启动
重量(kg)
26
外形尺寸(mm)
332×348×416
机油型号
SAE10W30(CC级以上)
表2.1KM170F柴油机参数
2.3.2传动方式的选择
首先是由一个传动带将柴油机的动力传给一动力轴,经过一个锥齿轮和带传动分别将动力传给抛雪叶轮和搅雪轮。
结构简图如下:
图2.2小型清雪机得传动原理图
1.搅雪轮2.聚雪斗3.抛雪筒4.抛雪轮5.动力机6.带传动
7.减速器8.链传动9.变速器10.锥齿轮11.行走轮
2.3.3集雪装置的设计
本设计采用的是带状螺旋集雪轮,这样的设计能对积雪有很好的破碎作用,不至于发生堵塞的情况。
基本机构如下:
以上形式的集雪装置将切雪,碎雪,集雪,运雪几大功能于一身,具有很好的效果。
左右两边的绞龙旋向正好相反,将两边的雪集中到中央,传递到抛雪轮下,在抛雪轮的高速旋转下将雪抛出。
3小型清雪机的设计计算和校核
3.1带传动计算
(1)确定工作的功率
由于清雪机的整体载荷变化不大,所以我们取系数K=1.0则
P=KP=1.0×3.6KW=3.6KW
公式中:
p为计算功率,单位为kw
k为工作情况系数
p为传动的额定功率
(2)选择带型
由于p=3.6kw,小带轮转速为3600r/min,选择A型带。
(3)确定带轮的基准直径d,d
1)初选小带轮的基准直径。
经过查表选取小带轮的基准直径为d=80mm,
2)确定大带轮的基准直径d=80×1.8=144mm
查表选择大带轮的基准直径为140mm
(4)验算带速
V=3.14dn=3.14×0.08×60r/s=15m/s<35m/s
(5)确定中心距a和带的基准长度L
根据公式0.7(d+d)<a<2(d+d)得
154mm<a<440mm
初步确定中心距300mm,
基准长度L==949.3mm
取基准长度为L=900mm
实际中心距则为a=a+=276mm
(6)验算主动轮上的包角
=180××57.3=167.5>120
所选择的包角符合标准。
(7)计算带的根数z
计算带的根数的公式为
Z=
由d=90mm,转速n=3600r/min查表得p=1.64kw。
根据n=3600r/mini=1.8和A型带查表的=0.5kw
查表的k=0.98,k=0.87.
于是p=(1.64+0.5)×0.98×0.87=1.824
Z===1.972
取z=2
备注:
k考虑包角不同时的影响系数
K考虑带的长度不同的时候的影响系数
P单根A带的基本额定功率
计入传动比的影响时,单根A型带额定功率的增量
(8)确定单根v带的初拉力的最小值f
经查表的单根A型带的单位长度质量为0.1kg/m,所以
(f)=500+qv=500×+0.1×15
=122.3N
应使带的实际初拉力F>(F)
(9)计算压轴力F
压轴力的最小值为
(F)=2z(f)sin=2×2×122.3×sin=486.3N
公式中z带的根数
F单根带的预紧力
主带轮上的包角
3.2链传动的计算
扫雪机上由减速器到变速器之间的传动方式选用的是链传动的方式,故要对其进行设计计算
(1)选择链条齿数
确定链条传动速比i=1.4查表的小链轮的齿数为z=25则
大链轮的齿数z=25×1.4=35<120符合要求
(2)确定计算功率
因为链传动工作平稳,查表选择传动系数为k=1.1,计算功率为
P=kp=1.1×0.4kw=0.44kw
(3)初定中心距a,取定链节数l
初定中心距a=(30~50)p取a=40p
L=++()
=++()
=110.1
L取偶数110节
(4)确定链节距
首先确定系数K,K,K
查表得小链轮的齿轮系数为k=1.34
由图查得k=1.09
选单排链,得k=1.0
所需传递的额定功率为
P===280w
选择滚子链型号为12A,节距p=19.06mm
(5)确定链长和中心距
链长L=lp/1000=2.09m
中心距
a=[(l-)+]
=[(110-)+]mm
=602.25mm
a>550mm符合设计要求。
中心距的调整量应该大于2p
>2p=2×19.06=38.12mm
实际安装中心距为a=a-=602.25-38.12=564.13mm
(6)求作用在轴上的力
链速
V===1.02m/s
工作拉力f=1000p/v=1000×0.4/1.02=392.16N
链传动的工作平稳,取压轴力系数为K=1.2
则轴上的压力为F=FK=392.16×1.2=470.6N
(7)选择润滑的方式
根据链速为1.02m/s,链节距19.06mm选择油浴和飞溅润滑方式。
设计结果:
链条型号12A-1-110GB1243,链轮齿数z=25,z=35;中心距a=563.13mm压轴力F=470.6N。
3.3变速器的齿轮计算
3.3.1选定齿轮类型,精度等级,材料和齿数
(1)根据传动方案,选用直齿圆柱齿轮传动
(2)扫雪机的运动速度不高,故选用7级精度(GB10095-98)。
(3)材料选择。
选择小齿轮材料为40cr(调质),硬度为280HBS,大齿轮材料为45(调质)硬度为240HBS,两者材料硬度相差40HB.
(4)选取小齿轮的齿数z=25,大齿轮齿数为z=2×25=50
3.3.2按照齿面接触强度计算
由设计计算公式进行试算
d≥2.32
(1)确定公式内的各个计算数值。
1)试选载荷系数k=1.3
2)计算小齿轮的传动转矩
T==
=9.5×10Nmm
3)选取齿宽系数=1
4)由表查得材料的弹性影响系数。
5)按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限;大齿轮的接触疲劳强度极限。
6)计算应力循环次数
=60×40×1×