小型路面积雪清扫机的结构设计.docx

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小型路面积雪清扫机的结构设计

济南大学泉城学院

毕业设

计

题目小型路面积雪清扫机的结构设计

专业机械设计制造及其自动化

班级机设09Q2

学生董晓晓

学号***********

指导教师蔡冬梅

二〇一三年五月二十八日

摘要

我国的北方冬天时间比较长，降雪量很大，道路积雪堆积较多，尤其是车辆不经常行走的小区内，如果不及时的清除积雪，将会严重的影响交通安全，给人们的日常生活带来很多的不便。

因此，研发多功能的扫雪机设备，有着很重要的实用、使用价值，并且对我国的经济发展起到不可估量的推动作用。

本论文在分析了目前的国内国外的主要扫雪方法的基础上，提出了一种较适合中国国情的小型路面机械清雪车的设计方案，并对其进行了深入的理论分析和具体结构的设计分析，为国内以后生产该种扫雪车提供了完整的技术参考资料。

本论文首先进行分析研究了路面上压实积雪的机械性能，并且查阅参考了目前的国内外有关该设备的大量技术资料；再次，在现有成品的基础上，进行了设计计算以及机构的创新。

此次扫雪车的设计原理是，由原动机提供动力，经过链传动将动力传递给输出轴，输出轴又带动抛雪叶轮高速旋转，利用离心力将雪抛出。

同时利用减速器来减速带动搅龙传动轴和螺旋搅龙叶片旋转来实现集雪作业。

而其他的动力则由变速器传输给车轮轴来带动扫雪机前进，实现清雪工作。

本论文对小型路面机械清雪车进行了深入的分析，并进一步地完善了此机构，设计出此种扫雪设备。

关键词：

扫雪车；螺旋搅龙；离心力扬雪；传动轴

ABSTRACT

InthenorthernofChina,wintertimeissolong,thesnowisverybig,andsnowaccumulationoftheroadismore,especiallythevehiclesdonotoftenwalkinsidethevillage.Ifnottimelyremovalthesnow,itwillseriouslyaffectthetrafficsafety,andcausedalotofinconveniencetoPeople`sDailylife.Therefore,theresearchanddevelopmentofmulti-functionplowequipment,hasaveryimportantpractical,usevalue,andplayanimmeasurableroleinpromotingtoourcountry'seconomicdevelopment.

Ontheanalysisofthecurrentdomesticandforeignmainmethodsofsnow,thepapersonthebasisofasuitableforChina'snationalconditionsofsmallroadsurfacemachineryandthedesignschemeofclearsnowmachines,andcarriedonthethoroughanalysisofthetheoreticalanalysisandthedesignofconcretestructure,itprovidesacompletetechnologyreferenceforthedomesticproductionaftertheSnow-RemoveMachine.

Firstlythisthesisanalysisthepavementcompactingonthemechanicalpropertiesofthesnow,andrefertothecurrentmassivetechnicaldatarelatedtotheequipmentathomeandabroad;Onceagain,onthebasisofexistingproducts,carriedthedesigncalculationandinstitutionalinnovation.

Thetractorsdesignprincipleisthattheenginepowerprovidedpower,transferpowertotheoutputshaftthroughthechain,outputshaftdrivensnowrotatingimpellerhigh-speed,andthrowthesnowusingcentrifugalforce.Atthesametime,usingthereducerslowdowntodrivesthestirringshaftdragonandspiralsnowdragonbladerotationtoachievethesetoperations.Whileothermotivationshafttodrivethecarsnowblowersbygearboxtransmission,puresnowworksimplementation.

Thispapercarriedclearsnowmachinesforsmallroadsurfacemachineryonthethoroughanalysis,andperfecttheinstitutionsfurther,todesignthiskindofsnowequipment.

Keywords:

Snow-RemoveMachine；helixmixing；Communitythrowingsnow；transmissionshaft

摘要........................................................................................................................................

ABSTRACT..........................................................................................................................

1前言....................................................................................................................................1

1.1选题意义.................................................................................................................1

1.2国内外研究现状...................................................................................................1

1.3扫雪机的分类.........................................................................................................1

1.4设计的任务.............................................................................................................2

2路面积雪特性的研究........................................................................................................3

2.1积雪的物理性质..................................................................................................................3

2.1.1雪的密度......................................................................................................3

2.1.2雪的硬度......................................................................................................4

2.1.3雪的摩擦系数..............................................................................................4

3小型清雪机设计方案的分析比较....................................................................................5

3.1总体方案及其比较..................................................................................................5

3.2小型清雪机的工作原理..........................................................................................5

3.3原动机的选择和具体方案的实施.........................................................................6

4小型清雪机的设计计算和校核......................................................................................10

4.1链传动的计算.......................................................................................................10

4.2变速器齿轮的计算...............................................................................................12

4.3传动轴的结构设计和校核...................................................................................18

4.4减速器的选择.......................................................................................................23

4.5搅龙轴的设计.......................................................................................................27

4.6搅龙叶片的设计...................................................................................................27

5结论..................................................................................................................................30

6参考文献..........................................................................................................................31

7致谢..................................................................................................................................32

1、前言

1.1选题意义

俗话说“瑞雪兆丰年”，对于农地来说，冬季的一场大雪能带来明年的大丰收，农民的喜悦。

但是对于城市来说，积雪会给城市的道路交通带来很大的麻烦，尤其是我国较寒冷的北方地区。

我国北方气候寒冷、温差大、冬季时间持续较长，降雪量大，常常会引起滑车、交通事故、行人摔伤等一些不便，而环卫工作人员在降大雪后都忙于清除主要路面的积雪，而对于一些小型机械行驶的路面，以及很少人行走的小区内很难有效清理，这给过往的路人，居民带来不便。

特别的是在一些学校里、工厂里、企业院内或居民小区内的窄小路面上的积雪得不到环卫工作人员的及时清除，给过往的行人，居民的户外生活带来不便，甚至会发生安全事故。

就目前来说，我国对于小型的、较窄路面的清雪方式主要是依靠人力，通过用铁锹、扫帚和簸箕等等工具对积雪进行处理，清雪的效率很低，浪费人们的很多宝贵时间[1]，所以，这次毕业设计将针对小型路面积雪扫雪机的设备，为提高道路积雪的清扫效率，为过往的行人带来更多的方便，同时减少不必要的事故发生，还能够在大雪后为紧张的环卫部门减轻一定的压力，而设计一款小型扫雪机。

1.2国内外研究现状

机械清雪是把人从利用体力的扫雪工作中解放出来的一种最好的途径。

因此，科学设计者一直在探索如何研制出更加安全、更加可靠和更加实用的扫雪机器[2]。

扫雪机在国外的发展已有几十年的历史，有着先进的技术。

最初的扫雪机是利用了推土机或装载机来实现扫雪。

而现在，随着研发扫雪机技术的迅速发展，已经在市场上广泛流通的扫雪机类型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等[3]，但是其原理仍然是以大型的车辆来带动扫雪装置实现积雪的清理任务。

由于这种扫雪机的性能稳定，造价很高，不适合于较窄的小路、工厂、学校、单位或住宅小区内路面的积雪清扫。

而对于国内来说，有关这方面的研究少之又少，根据查阅的资料看，目前国内并没有任何厂家在生产小型的抛投式清雪机[4]。

对于我国来说，应根据国情，加强对雪的力学性质的研究，根据不同的雪的特性，以及路面的区别来设计不同的扫雪机械，以便提高清雪的效率。

1.3扫雪机的分类

根据扫雪机工作原理的不同，可以将扫雪机分为推移式类型、抛雪式类型和吹雪

式类型[5]：

推移式扫雪机：

推雪铲刀，扫雪犁等装置是安装在大型的车辆上，如推土机，来将雪推走，留出行走的通道，然后再用其他的车辆将堆雪拉走。

它的缺点是这种扫雪机只能够将积雪推到路边，而没有集雪、抛雪的能力，只适合用于新鲜的雪或破碎之后的冰雪，清理的效率低，很容易划伤地面，并且耗费时间较多。

抛雪式扫雪机：

先收集积雪，再利用抛雪泵将积雪抛到路边或抛上运输车辆。

其中最为常见的是螺旋式扫雪机类型。

吹雪式扫雪机：

利用航空发动机来产生强大的高压空气流，再由喷口吹出来清除地面上的积雪。

吹雪式扫雪机的运行速度高，生产率高，成本也很高，它的缺点是只适用于新鲜的雪，只能够在机场、桥梁和高速路上使用，不适合于开发小型产品。

根据工作方法的不同，扫雪机有抛雪式、传送式类型：

一、抛雪式扫雪机：

叶片高速旋转时将雪旋进扫雪机里，再通过导管运送到储雪箱中。

它的特点是：

采用大功率的主机，宽幅、高效，使用比较广。

二、传送式扫雪机：

先将积雪收集，再利用输送带向后传送、装车。

这种扫雪机在俄罗斯内比较常见。

1.4设计的任务

本课题预设计一台小型路面积雪清扫机。

工作原理是扫雪机在工人的推行操作下，沿积雪路面将雪收集到储雪筒中，雪在高速旋转的叶片下通过抛雪桶，在抛雪叶片的作用下作离心运动而离开抛雪桶，最后被抛到路边，完成清扫任务。

这种清扫机主要适用于较窄的小路和工厂、学校、单位或住宅小区内路面积雪的清扫工作，能实现集雪、储雪、抛雪的功能，可以提高积雪的清扫效率。

在完成预想设备的基础上进行合理的方案构想和主要的结构设计，并对其主要的零件进行计算和校核。

（1）查阅相关扫雪机的资料，弄懂积雪的物理性质，根据查阅的数据，对不同地段不同时间不同温度路面上的积雪的物理特性进行研究与分析；

（2）查阅有关扫雪机的国内外资料进行方案设计，和不同的方案进行比较，选择最优，最后确定扫雪机的基本设计方案；

（3）最后，详细地对扫雪机的各个工作部分进行设计，并确定扫雪机的基本尺寸，以及各部件之间的连接方式。

设计参数为：

清扫幅宽为1m，清扫积雪的厚度最大为200mm，积雪扬程为3m。

2、路面积雪特性的研究

2.1积雪的物理性质

要研究合适有效的除雪方法和装置，首先要掌握积雪的物理性质，再设计计算除雪机械的除雪阻力、除雪功率等相关问题。

随着天气温度的变化、积雪落下时间的长短，以及由于车辆行驶、除雪作业及水分介入等因素作用，积雪的物理性质发生复杂的变化。

积雪的主要物理性质包括：

雪的密度、雪的硬度、雪的摩擦系数等等[6]。

2.1.1雪的密度

雪的密度直接决定了扫雪车的设计和使用方法[7]。

因为雪是由水固化而来的，所以雪的密度值为积雪融化之后，雪水的质量和融化前积雪的体积的比值。

雪的密度的变化范围为：

0．07~~0．79g／cm3。

而其它的资料数据考察为：

0．019g／cm3~~0．89g／cm3之间。

雪密度的不同，因其降落的条件、沉积的条件和测量的方法等等因素而有差异[8]。

由于我国的降雪条件和俄罗斯比较相符，因此有关雪质的选择，较多地选在0．019g／cm3~~0．89g／cm3这个范围内。

许多外国的学者对不同条件下积雪的密度进行了综合的测量与分析，得出以下的结论：

（1）雪的密度随着雪沉积的时间的增大而增大，并且平均每个月的增加量大约为：

10％～20％；

（2）雪的密度随着雪的沉积深度的增加而变大。

对于沉积两个月之久的山坡上的积雪，深度为20cm的积雪的密度为0．3~~0．329g／cm3，而相同的地点深度为0．1～0．2cm的积雪的密度则变为0．6~~0．649g／cm3；

（3）新降下的雪的密度随着降落的时间长短的不同而不同，其测量的结果如表2.1所示；

（4）新降下的雪的密度和当时的温度也有一定的关系，其关系如表2.2所示。

表2.1雪的密度与时间的关系

雪的状态

密度／g·cm-3

新降雪

0．10—0．15

30天后的雪

0．20—0．30

多于30天后的雪

0．34一0．42

密实的雪

0．40—0．60

冰雪混合

0．60—0．75

冰

0．90

表2.2新降下的雪的密度和当时的温度的关系

降雪时的气温／oC

新降下的雪的密度／g．cm-3

最小值

最大值

平均值

-10～-5．1

0．011

0．295

0．087

-5．1～-2．1

0．035

0．258

0．104

-2．1～-0．1

0．043

0．455

0．128

0～+2．0

0．069

0．529

0．183

+2．0以上

0．158

0．588

0．196

2.1.2雪的硬度

雪的硬度也可以称为雪的抗压强度，其意义是指积雪在抵抗其他的物体进入本身时的最大能力[9]。

表示方法为：

进入积雪内的刚体的单位面积上所受到的来自积雪的阻力。

扫雪车设计时计算的重要参数包括雪的抗压强度。

由测量得知，雪的抗压强度因环境的不同而不同。

积雪抗压强度特征：

（1）一般情况下积雪的抗压强度会随着雪的密度的增大而增大。

（2）雪的抗压强度也与温度有关，随着温度的降低而增大。

2.1.3雪的摩擦系数

雪的摩擦系数有：

雪的内外摩擦系数、轮胎与冰雪路面的附着系数[10]。

平常路面上在积雪之后，它的使用特性将会发生很大的改变。

当对冬季养护的道路的机器进行计算时，必须得知道机器是沿着各种各样的冰雪路面行走的滚动阻力系数和附着系数。

而行驶阻力系数，由于它不仅产生摩擦，而且还挤压雪，因此一般要比外摩擦系数大。

3、小型清雪机设计方案的分析比较

3.1总体方案及其比较

方案一:

利用吹风的方式。

利用鼓风机里吹出的高速气流将积雪吹到路边。

吹雪式的清雪车的运行速度较高，生产率高，缺点是只适用于新鲜的雪，不能够对压实的积雪或冰雪进行清理，而且只能在机场、桥梁和高速路等等宽敞地上使用，成本价高，不适合用于小型地区。

方案二:

随着清雪车发展技术的不断进步，可以利用清雪车前部的铲子，来将积雪推到路的旁边。

推移式清雪车只能够将积雪推到路边，而不能储备积雪，只适合用于新鲜的雪或破碎之后的雪，效率很低，对地面有很大的损伤。

方案三:

依靠机械传动来清理积雪。

先由集雪器将积雪打碎，再通过高速旋转的搅龙叶片运送到抛雪桶内，最后由抛雪叶轮将积雪抛出，抛到路边。

螺旋转子式清雪车的适用范围比较广，无论是对于松散的雪还是压实的雪，清雪效果和清雪效率都要比之前的两个方案好，而且这种方案设计，设计出的产品体积小、成本低，更适宜用于道路窄小的地方。

综上，选用第三种方案。

3.2小型清雪机的工作原理

3.2.1基本结构

小型路面机械扫雪车主要包括：

原动机、传动装置、集雪装置、抛雪装置、行走装置和操作装置等。

原动机可以采用原动机机或发动机，而目前大多数采用的是汽油机或柴油机；集雪装置是用来收集积雪的，主要采用的是推雪铲和螺旋状的搅龙叶片；抛雪装置是将收集的积雪抛到路的一边，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；操作装置主要是通过人来控制设备的运转工作。

3.2.2工作原理

工作时原动机提供动力，经链传动传到行走装置和工作部分。

积雪由集雪装置收集到集雪桶内，再由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，扫雪车逐渐地前进，以便能够实现连续的除雪作业。

小型机械清雪机的结构示意图如图3.1所示：

图3.1小型机械清雪机的结构示意图

3.3原动机的选择和具体方案的实施

3.3.1原动机的选择

因为扫雪机主要是用于较窄的小路和工厂、学校、单位或住