小型路面扫雪机的结构设计.doc

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济南大学泉城学院毕业设计

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20073006066

指导教师蔡冬梅

二〇一一年五月二十日

27

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：

积雪

集雪装置

抛雪装置

动力机

传动装置

行走装置

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2.1 KM170F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