Z30E自动越障式推雪机的工作机构设计Word格式.docx
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5.1计算内容及已知相关参数33
5.2除雪阻力计算34
5.2.1雪阻力计算34
5.2.2行驶阻力计算35
5.2.3除雪阻力计算36
5.3切线牵引力计算37
5.4除雪功率计算38
5.5车辆的侧向稳定分析39
5.6本章小结40
第六章结论与展望41
6.1结论42
6.2展望42
参考文献43
摘要
目前,在我国市场上的除雪设备齐全,功能,风格,也有非常大的区别,足以满足人民的需要。
随着科学的发展和技术的进步,市场上出现了大量的新的多功能清楚雪机设备。
这个设计是Z30E自动障碍类型推雪机器运行机制设计,该设备是应用最广泛的在各种各样的除雪机。
制定清晰的雪机器之前的主要工作是雪铲结构设计和弹性避障机制研究,联系,等,本文的主要工作如下:
（1）任务将雪机通过分析国内外现状,引用大量的数据将雪机,总结提出了相对完整的分类方法的分类。
（2）利用三维软件建立三维模型的原始设计作为分析和研究。
（3）结合除雪操作的实际工作特点,使用3d软件,直接在三维模型上进行了设计分析和验证前新铲雪雪铲性能和工艺性能好。
关键词：
推雪车铲板避障结构仿真整车性能
Abstract
Atpresent,inourcountryonthemarketofsnowremovalequipmentiscomplete,function,style,alsohastheverybigdifference,enoughtomeettheneedsofthepeople.Withthedevelopmentofscienceandtechnologyprogress,appearedonthemarketalargenumberofnewmulti-functionclearsnowmachineequipment.ThisdesignisZ30Eautomaticobstacletypepushsnowmachineworkmechanismdesign,thedeviceisthemostwidelyusedinallkindsofsnowremovalmachine.Developclearsnowmachinesbeforeproceedingwiththemainworkissnowshovelstructuredesignandelasticobstacleavoidancemechanismresearch,linkage,etc.Inthispaper,themainworkisasfollows:
（1）tasktopushthesnowmachinethroughanalyzingthestatusquoathomeandabroad,referencealargenumberofdatatopushthesnowmachine,summarizedtheclassificationofrelativelycompleteclassificationmethodisproposed.
（2）byusingthree-dimensionalsoftwaretoestablishtheoriginaldesignofthe3dmodelasananalysisandstudy.（3）incombinationwiththeactualworkofsnowremovaloperationcharacteristics,andbyusing3dsoftware,directlyonthe3dmodeltocarryonthedesignanalysisandverificationbeforenewspadehasgoodsnowsnowshovelperformanceandprocessperformance.
Keywords:
clearsnowshovelplatesurfaceobstacleavoidancemechanismsimulationanalysisvehicleperformanceldesign.
第一章绪论
1.1课题研究的目的和意义
推雪车用于清除道路冰雪,确保车辆的安全,飞机和冬季道路养护和特种设备的人。
近年来,公路、城市高架桥,机场大量建筑,汽车,增加的数量,更多的速度。
如何改善操作条件的道路、机场、成为当前交通面临的主要问题。
其中,积雪的道路北方地区冬季最大的隐患。
国外研究现状及发展趋势
近几十年来,海外推雪机发展非常迅速,越来越多的种类,每个生产厂家的新技术、新材料、新技术的同时,不断提高产品性能和操作性能,为了托托适应冬季除雪提出更高的要求,提高产品的竞争力。
在国外,德国转子类型和推动雪犁类型机器有一打,发动机工程车辆,卡车,或使用特殊的机车。
德国也开发了一种多功能道路机械、清洁,清洗护栏,可以去除浮雪再次的必经之路。
我国高速公路有关单位进口这台多功能机器,但是价格非常昂贵。
美国福特公司生产卡车雪犁类型转换的机器。
1.3国内研究现状及发展趋势
本国的除雪机械的研究在我国起步较晚,始于1980年代末,主要相关研究集中在东北、西北和华北地区,有许多类型的雪机成功发达。
国内,主要有西安公路研究院开发的类型L9280推雪机;
吉林交通科学研究所的CL-3.6和CL-3.5型系列除了雪犁,区域性强推雪机器操作的性能。
近年来,一些国内制造商,参照国外先进技术和在中国先后开发了适合除雪业务急需的犁板推雪机转子式和拖saltCar模型,但与世界发达国家相比推雪机开发、产品质量和性能差距较大,道路除雪awayCan远不能满足需求。
1.4本文研究内容
本研究的主要目的旨在发展Z30E自动障碍类型推雪机建模、仿真、分析。
主题内容如下:
（1）把雪机分类在推雪机、除雪工作原理和功能多样性,通过结构设计来提高雪机的分类。
（2）使用3d软件原始设计方案的三维模型,为进一步分析的基础。
（3）前雪铲分析,结构设计的新型铲板表面和结构参数,并建立模型。
（4）避障仿真和改进的四连杆机构,使用前雪铲上的运动模拟避障仿真分析和改进。
第二章推雪机结构原理
2.1除雪原理与方法
传统的除雪方法是一种人工除雪。
人工除雪的显著缺点是使用大量的人力资源,一般局限于在城市的主要街道上道路除雪区域,严重影响交通;
压实冰雪和除雪并不完整,效率低下。
2.2推雪机分类
推雪机由除雪工作装置和车底盘两个部分组成。
分类方法主要有两种：
一种是按工作装置的特点分类；
另一种是按工作装置与车底盘结合的整机结构特点分类。
2.2.1按工作装置特点分类
（1）犁板式推雪机
1）犁板推雪板推雪机配备犁板除雪装置,除雪装置的最大特点是结构,成本低,性能可靠。
除雪作业以直线为主,广泛使用,将雪最大的所有权类型。
（2）旋切式推雪机
（2）旋转切割式推雪切割类型推雪机除雪装置的结构比较复杂。
抛光雪转子的旋转切割机可以推动被雪数十米,和适用于厚除雪。
（3）其他类型的推雪机类型主要有推雪铲雪机械切削类型、锤类型,雪,雪,雪和机器,分销商方向机场等一些场合也经常采取各种形式的除雪设备组合到全面机器除雪的为了获得满意的结果。
2.2.2按整车特点分类
推雪机车辆分类方法很多,根据整个范围、功能除雪操作,使用的底盘形式不同分类方法进行分类和行走方式。
根据车辆,适用范围推雪机使用的场合,可以把雪机分为通用雪机、路面雪机、铁路推雪机和高速公路推雪机、等概念在除雪作业车辆的作用,可以抛雪机分为犁、雪花机、雪花机、。
根据推雪机使用底盘的不同可分为致力于推雪机底盘和推雪机种板雪机。
特殊的底盘雪机只能除雪操作,并把雪机结合工作服装是可移动的,当不需要运输和其他除雪作业。
根据推雪机行走装置可分为轮胎式推雪机和跟踪推雪机两种。
各类推雪机可分类示意如下：
2.3本章小结
这一章,将雪除雪机分类方法,进行了归纳总结。
限于试验条件,在雪的机械和物理性能更采用类型类似于前苏联专家的雪。
第三章前雪铲铲板设计
3.1相关概念及名词解释
（1）前雪铲
前雪铲（也称为前铲）是一种推雪机广泛配备犁板工作除雪装置,安装在固定连接方式推雪机底盘前端。
图3-1为犁工作原理图,和分析的原始模型。
推雪机的最佳操作时间和最经济的除雪雪铲清除之前使用新雪。
统一战线铲铲板表面有一个圆弧,抛物线型、渐开线型空间曲面,如粉雪,雪,雪,冰和雪水混合物和高速推进模式,使用表面旋转移动路上雪。
前铲铲板空间曲面设计是铲之前设计的核心内容。
前雪铲各部分名称如图3–2所示。
图3-2弹簧2是用来吸收的冲击载荷,并使叶片接近地面。
两个大梁liftingOil缸铰接于11日拖架7,提高连杆上的臂（6）,用于控制推雪铲的兴衰。
摆动oil12缸铰接之间拖架前牵引支架4和5后,用于控制推雪铲的摆动。
之前在工作中,牵引支架4摆动气缸推,推雪铲1转一定的角度（约30°
）一起用大头针andTowing支架5固定后,升降油缸降低,推雪铲刀接近地面。
如雪机、snowBe刀片剥离地面和沿铲板表面螺旋运动,雪是推到路的右边。
在连杆的作用3和11是提高推雪铲在避障。
（2）前雪铲铲板（装铲刃）相关参数
图3-3是前雪铲相关参数示意图。
宽度1磅雪除雪机工作持续清理宽度方向,即雪铲的明确方向摩托雪橇最小投影宽度,如图3所示,3。
根据不同的雪机使用场合,除雪宽度的需求也不同。
广场空地方需要大除雪宽度雪机,并推动交通路线的雪机除雪宽度一般不宜超过一个车道宽度、除雪操作时避免阻塞交通。
之前删除雪宽度要求通常比身体的同侧的前面（小端）轮胎法兰宽度200毫米,后端（大头）应该比侧轮胎外缘400mm.l身体的宽度太宽将会导致铲体质量太大,使前轮负载的增加,行驶稳定性;
铲身体太窄,使双方的降雪和碎轮胎,除雪效果。
（2）切削角铲体方向和地面之间的角度,如图3所示,3。
向前推雪铲,有一定的切削角垂直力作用下叶片的F,将剥离其区域,沿导块雪脸向上运动,最后到一定速度后,从最后一行推雪其他。
切削角的大小直接影响切削阻力的大小。
有一定粘度的雪的切削角流类型,当切削角骨折类型。
如图3、4时铲雪三形式:
流型、裂缝型和剪切裂纹。
刀片的切削角是一个重要的参数,直接影响切削阻力和切削刃强度。
切削角δt。
太小尖端变薄,强度是不够的;
但三角洲太大,切削阻力将会显著增加。
实验结果表明大学角,每增加10°
QK剪切强度系数增加了10%~10%,而切削角δ约60°
QK达到最大抗剪强度系数,当切削角大于剪切强度系数后60°
QKThe增加不明显。
实践证明,前雪铲在新雪,粉、颗粒、冰雪、切割AngleTheδ值在20°
30°
效果理想。
前沿是易损件。
因为雪的路面情况复杂,为了避免叶片局部损伤和整个叶片板,通常的铲刀设计成几块组装形式,铲板用螺栓。
（3）推进角θ指铲体宽度方向和车辆的锐角方向,θ=θ（θF+R）,如图3所示,3。
行进角度和除雪阻力,长度的性能、推雪铲雪有很大关系,游行角很小,除雪小电阻,和雪性能好,但必须有更长的时间来确保必要的雪铲身体宽度提单;
行进角度大,铲的长度很短,但除雪阻力增加,雪性能将更糟。
基于经验和相关实验,铲游行前角θ50°
~60°
的一般价值。
（4）其他参数L说雪铲宽度;
高频说雪铲小边高度;
人力资源说雪铲的鞋跟高度。
3.2前雪铲铲板曲面结构参数确定
（1）推雪铲的主要工作部分是前沿,铲板连接在一起。
前沿雪的部分,应该有足够的耐磨性、强度和刚度。
前沿是易损件,因此等设计,让它看起来更可移动部分铲板之间的连接。
大多数Q235钢部件的材料选择。
选择前沿材料时除了考虑的因素如耐磨性、韧性,经济,工作温度应考虑其物理性质,一般65mn调质钢的选择。
（2）推雪铲刀切削参数s边缘和一起铲板是主要的工作推雪铲的一部分。
为了推雪铲,设计性能良好的切削刃和铲板必须进行分析和理解。
推雪机之前删除新雪,雪铲主要用于新雪密度随其结构,温度和降雪,其密度值一般在20到800公斤/立方米之间。
而挖掘和雪的物理和力学性能相对较近,推土参考相对前沿设计理论,为挖掘和雪,人们普遍认为需要30°
时切削角切割力量和切割阻力的组合。
但推土机刀片切削刃（如图3所示,6）为了保证强度、1不能少于20°
角;
同时由于地形变化的切削原理和实际操作需要推土机,必须有一个角2后,其值通常在30°
左右。
总之,推板切削角δ通常在55°
左右为宜。
推雪机在切割之前对象是新雪铲,同时把雪机保护大多数roadWalking轮式机构,可以提供的最大牵引履带行走机构很小,和工作speedThe需求较高,所以应该尽量减少切削阻力的工作。
推雪机工作路面相对平稳,满足需求的地形变化后角可以略小。
所以综合考虑,推雪铲铲刀在切割之前AngleChoose30°
和调整其结构,如图3所示,6、前沿厚度约8毫米。
（3）前铲的铲板空间形状设计
前铲的作业对象是密度较小、颗粒间结合松散的积雪，它采用高速推进曲
面旋移的理论进行除雪（推雪机前铲作业速度为30km/h左右）。
在高速犁板上，
被除雪粒不会堆积成堆，而是紧贴犁板，做空间旋移运动。
推雪铲铲板曲面空
间形状直接影响被除颗粒的空间旋移轨迹，是除雪阻力、除雪效率等的重要影
响因素。
3.3模型建立
渐开线参数方程为：
本设计提出的最大除雪高度要求为900mm，故小端基圆半径选为150mm。
考虑到在除雪过程中小端入射的部分积雪在一个旋转外抛运动周期内不能被排
出，设计大端的容雪能力约为小端的二倍。
通过面积积分，确定大端基圆半径
并圆整，取值为230.0mm。
雪,两端的渐开线端点在正常的方向和垂直方向角是15°
。
两端的渐开线底刀和切,铲板的平面刀片重叠。
为了避免被除了铲板,影响司机的视线,应适当延长铲板前上部,前面的小飞行员,顶部应该更向前。
雪最终排放的大头。
直径大约使用3d软件,建立了考虑可制造性,选择一条直线的剖面线系列,双曲的链,确定的最终影响铲板（后加载叶）模型图如图3所示,9。
铲板表面可展直纹曲面。
3.4本章小结
通过这种设计使用车辆类型。
通过分析,使用II级渐开线型铲板,使用UG建模,考虑可制造性,选择直纹曲面。
所建立的模型是测量最终设计最大高度为955毫米,小端大端最大高度是1410mm.切削角δ=30;
铲板宽度是L=3900毫米;
推雪铲工作方向角θ=60国土安全部,除雪宽度是L在投影方向磅的有效性,除雪磅的设计宽度=3025mm.最大宽度2490毫米,宽535毫米,除雪有效宽度大于汽车满足设计和道路交通的需求。
第四章避障机构仿真分析
4.1清除积雪运动过程
除雪被雪颗粒运动可能被视为两个运动合成的结果,并把雪（涉及）,相对于推雪铲运动（相对运动）。
沿着推雪铲铲雪谷物相对运动和铲板上的作用力和铲板表面的形状和推雪铲,谷物和其他因素的特征。
4.2避障机构的作用及分类
4.2.1避障机构的作用
目前,高速公路和城市道路交通通常是已有很大的改善,但仍有相当rangeRoad交通较差,突出表现在低表面粗糙度和局部损伤和除雪操作也可能遇到一些路面材料（如CMC、尖峰,凸边界反射片,坑槽,等等）。
如果没有避障措施,将导致除雪设备或损坏道路设施,甚至司机的人身安全。
所以除雪设备功能好弹性防撞装置。
4.2.2避障装置的分类
避障措施推动雪机器有两种形式:
一种形式是使用声波或电磁波探测障碍厚度、自动控制推雪铲升降运动,主动避障,形成的力学机制,被动避障。
主动防撞装置,设计的主要问题是如何使前面的积雪铲条件更准确和及时的响应。
机械装置的被动避障避障装置,清除雪在操作之前除雪的避障虽然没有中断操作,但要慢下来。
机械避障装置有利于第一个表单避障,和本文的研究内容。
摆动导杆机构,如图5-1所示,是依靠行动实现缓冲和让路。
摆动回避机制主要由弹簧座,活塞,铰链,铰链,叶片和其他部分。
封锁,迫使周围的铰链座轴扭转,使叶片的障碍。
后,叶片穿过b压缩弹簧张力使铰链座快速复位和铲刀,刀片和路面联合条件。
迅速应对障碍,但导杆机构安装在叶片背面,限制的最佳切割角度值。
常用于切削角值大铲子（用于移除硬雪）。
双摇杆机构,如图5-2所示,是通过铲身体动作缓冲和让路。
其优点是效果很明显,势垒高度较大,对环境适应性强,应用更为广泛。
最小化雪漏报避障,叶片应迅速对障碍除雪操作后恢复正常。
5-2虚线推雪铲的动态避障避碰过程中,叶片和举起反弹。
4.3前铲机械避障装置设计
4.3.1设计思想
本设计采用双摇杆机构。
机械设备为避障设计考虑:
（1）对于避障,双摇杆机构应该首先确保提高叶片的运动,叶片给曲线轨道上最好的。
（2）根据道路状况在中国,一般控制自动势垒高度H约100mm.张力障碍,弹簧张力太小会导致减少除雪效果。
4.3.2原避障装置分析
首先分析前铲最初设计方案中的避障机构，其简化模型如图5-3所示，建模时选择铲刃（A点）为坐标原点。
固定前托架杆，研究A点的相对运动。
4.3.3避障装置改进设计与分析
按照设计思想，考虑到我国道路情况，最大避障高度设计为90mm。
4.3.3.1根据结构要求提出初步避障机构方案
在考虑铲的结构之前,避障机制四个铰链点的位置不是可选的改变。
首先,由分析,调整铰链点位置约束如下:
（1）连杆下斜向上（4分高于1）适当使用连杆摆动下向上移动落后地区,为避障时叶片向前。
（2）在连杆和水平角小时,有益于机车权力的转移。
（3）较低的铰链点4,避障电梯前面铲和机车的权力转移有效。
（4）考虑到公路边坡,为了保证顺利避障,降低前从承运人最低高度大于150毫米。
（5）在连杆螺旋向下（3分以下2点,适当的利用上的连杆向上向前,areTo平铲之前,有合理的避障。
总之,初步确定以下参数:
铰链点1距离地面日元=250毫米;
铰链点4y从地面4=270毫米;
有限的铰链点2的结构高从地面最大2y=800毫米;
考虑到结构紧凑,同时避免干扰和前铲避障的萎缩,连杆的长度是252毫米,所以铰链点4和铰链点1x值范围很小,为固定值x1=989毫米,x4为x2=738mm.Final选择变量参数,x3,y3。
4.3.3.3弹簧挂钩位置确定
在避障过程中，为保证铲刃紧能接触地面，必须采用弹性元件，弹簧一端挂在推雪铲上，另一端挂在前托架上。
4.4本章小结
联合实际的设计在这一章,通过分析推雪铲的结构和工作原理,使用三维软件进行运动仿真分析,改进原来的避障机制不合理,具有良好的避障功能是在前雪铲机构铰点位置的避障和弹簧吊架的位置。
避障的设计组织为避障避障路径点的凸曲线,结果是理想的。
第五章推雪机作业计算
5.1计算内容及已知相关参数
对象是清除路上雪铲作业浮雪之前,安装在犁的面前。
雪前铲除作业包括除雪阻力计算,切向牵引计算和除雪功率计算三部分组成,其目的是分析前雪铲操作的侧向稳定性,牵引和功率匹配特征等等。
所用改装车相关参数如下：
雪根除相关计算所需的结构参数可以由之前最后的改进模型,下图为雪铲,最后提高虚拟装配的3d模型。
推雪铲小的最大高度955毫米,鞋跟高度是1410mm.Blade切削角δ=30;
推雪铲工作方向角θ=60国土安全部,前雪铲除雪有效宽度是3025mm.Rated条件的设计提出的30km/h除雪速度,清除0.4米厚,密度300kg/m3浮雪。
设计一个最大的除雪作业速度40km/h。
在雪地里的相关参数,参照第二章介绍相关的选项。
5.2除雪阻力计算
前雪铲结构为单向犁板式，其除雪阻力Fsx为除雪作业时受到的雪阻力Fp与车辆的行驶阻力Fm之和
5.2.1雪阻力计算
为方便计算分析，建立如图1所示的前雪铲受力直角坐标系：
定义推雪机
前进方向为X轴正向、车体左向为Y轴正向、垂直向上方向方向为Z轴正向，
前雪铲铲体与地面间夹角为切削角δ、铲体长度方向与车辆行进方向所夹锐角
为行进角θ。
按图6-3坐标系把前雪铲受到的雪阻力Fp分解为前进方向分力Fpx、侧向分力Fpy和垂直分力Fpz。
除雪作业速度直接影响除雪作业效率。
正常除雪作业速度范围为10～
40km/h。
研究结果表明，在10～40km/h速域内，除雪作业速度对雪阻力的影
响呈分散的两区域性——10～20km/h速域与20～40km/h速域，不同速域对雪
阻力的影响系数不同。
根据速域影响系数，建立如下雪阻力各向分力计算分析
数学模型：
式中：
μf——铲刃与积雪路面的摩擦系数；
pM——前雪铲质量，kg；
S——浮雪层与前雪铲接触面积在推雪机前进方向上的投影，m2；
ν——推雪机作业速度，m/s；
ρ——雪密度，kg/m3；
K——前雪铲刃口形状系数，K=1；
g——重力加速度，89m/s2。
雪在除雪铲刀操作之前,地面和叶片之间存在残余雪。
指的是雪在physicsThe钢铁材料的力学性能和压实的雪的摩擦系数为0.09~0.14,钢铁材料和沥青混凝土的摩擦系数是0.25~0.5。
因为除雪操作比较复杂,条件除雪过程中操作,各种摩擦情况会随机出现,没有规律。
考虑到润滑的雪,fμ值范围一般是0.10~0.45。
为了确保除雪操作可以正常进行,总是在这里,在计算摩擦系数f0.45u为最大。
旅行前雪铲是60°
角值。
根据总体结构和材料特性calculatedBefore前雪铲雪铲的质量是500公斤。
根据公式（6-1）,（6-2）,计算参数分析,得到以下结果:
推雪机操作速度10到20公里/小时,每个组件的阻力的雪
推雪机作业速度为20～40km/h时，雪阻力的各向分力为
设计提出的额定工况（以30km/h的除雪速度，清除厚0.4m、密度为300kg/m3的浮雪）下，雪阻力的各向分力为：
Fpx方向推雪机相反方向平行于道路,将雪机操作电阻,完全依靠轮胎和路面动力来克服,消耗的发动机功率。
因为rightLateral前雪铲雪,Fpy方向和垂直方向并指向左边
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