哈理工清雪车类开题报告DOC.docx
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哈理工清雪车类开题报告DOC
哈尔滨理工大学机械动力工程学院
毕业设计（论文）
开题报告
学生姓名刘强
学号1001050108
专业车辆工程
班级车辆工程10-1
指导教师李茂月
2014年03月8日
课题题目及来源
课题题目：
飞锤链式清削雪机的设计
课题来源：
横向课题
课题研究的意义和国内外研究现状
1.研究的意义
1.冬季积雪的危害
冬季，道路积雪给人们的日常生活和交通运输带来许多困难，及时清除道路积雪，是冬季道路养护作业的一项重要内容。
我国目前高速公路里程达到74100km居世界第二位，且3/4处于降雪、冰冻覆盖区。
路面积雪、覆冰均对高速公路的通行能力和交通安全产生严重影响，轻则封路，重则造成严重的交通事故，甚至影响国防安全，进而造成巨大的直接经济损失和不利的社会影响。
据统计，全国每年高等级公路因冰、雪引起的直接经济损失高达十亿元。
2008年全国公路网受雨雪天气影响如图1-1所示。
图1-12008年1月19日全国公路网受雨雪天气影响情况[1]
以我国黑龙江省为例，黑龙江省位于中国的东北部，是中国位置最北、纬度最高的省份，属温带、寒温带大陆性季风气候，冬季严寒而漫长。
各地面积雪日数一般在70－180d，大兴安岭北部、黑河等地一般在150－180d，西南的松嫩平原一般在70－150d；其它地区一般在90－160d，一年当中有几乎长达半年的时间受降雪天气影响。
2008年，许秀红[2]等人利用黑龙江省2003-2005年的交通事故资料，分析了事故的日、月、季变化特点，指出过渡季节的3-4月和10-11月为事故的多发期，雨、雪天气为事故多发的最不利的交通环境，由气象原因导致的不良路况中，冰雪路面占了绝大多数。
周传瑞[3]等分析了影响哈尔滨市交通的雪、雾、温度和大风等几种主要的气象因子，制作了冬季交通气象指数，指出降雪是影响哈尔滨市冬季交通最主要的因素。
据统计，下雪天公路交通事故率增加25%，伤亡率增加一倍。
黑龙江省公路受冰雪路面的影响时间长，历史上冰雪路面对公路交通的影响个例多于其它省份，由气象灾害造成的交通事故频繁发生，其中有60％以上的交通事故发生在恶劣天气中，而冬季冰雪道路引起的重、特大交通事故约占全年交通事故的30％。
2.目前的除雪方法及其危害
目前清雪采用的主要方式有：
①传统的人工清雪技术；②在道路上撒施化学物质融化冰雪；③靠各种清雪机械清除积雪。
人工清雪功效低、浪费人力、作业成本高、占有路面时间长且必须在白天工作，不安全因素多，易发生交通事故，给过往车辆、行人带来极大不便。
融雪剂清雪，主要用于冬季机场、公路、广场、停车场、铁路、城市街道等，起到清雪及防冻作用，但同时也对城市环境产生了不可忽视的危害。
清雪机械是通过机械对雪的直接作用进行推扫或铲除，主要分为犁式除雪机械和螺旋转子机械两大类，二者之和占发达国家清雪机械总数的80%以上。
现今，传统人工清雪法和污染较大的融雪剂清雪法已经不能满足需要，迫切需要性能良好、自动化程度较高的机械来替代。
清雪车清雪能力的强弱很大程度上取决于清雪装置性能的好坏，所以深入研究清雪装置的结构和性能是十分有必要的。
许多国家都采用机械化“实时除雪”技术。
所谓机械化“实时除雪”技术就是使用浮雪清雪机械在降雪过程中实施清雪，降雪过程也就是清雪过程，雪停后清雪工作也基本完成。
针对“实时除雪”这一概念，就需要效率高、省时、省力的浮雪清除设备。
用于清除浮雪的装置主要为螺旋集雪装置，一般与高速旋转的风机、抛雪筒联合使用。
雪被螺旋集雪装置收集并通过风机旋转带动从抛雪筒抛到路边或者运雪车上，节省了收集雪的时间，清雪效率很高。
但目前我国螺旋集雪装置的清雪效率和发达国家相比还有一定差距，需要深入研究并进一步提高[4]。
撒融雪剂除雪、人工清除道路积雪分别如图1-2、1-3所示。
图1-2撒融雪剂除雪图1-3人工清除道路积雪
与国内采用的除雪技术相比，国外所采用的除雪较为先进，以下面几种除雪方法为例：
（1）微波除雪新技术。
美国在20世纪8O年代微波加热并结合机械除冰装置来清除道路积冰的理论，并且进行了相关的研究和试验。
国内也有部分学校和公司在国外研究的基础上进行了相关的除冰试验和微波除冰车研究。
但截止到目前，微波除冰未能实现真正的推广应用，关键在于微波除冰效率过低，难以实现快速除冰。
微波加热装置及效果如图1-4所示。
图1-4微波加热装置及除雪效果
（2）热力融冰雪方法。
该技术始于20世纪40年代的日本，随后美国、瑞士等国也相继开发了类似的专利技术，并已成功应用。
热力融冰雪方法是利用地热、燃气、电或太阳能等产生的热量使冰雪融化，如地热管法、电热丝法、红外线灯照加热法、太阳能加热法等。
主要是利用铺设于路面内的能量储存和转化装置将其他形式的热能储存于该装置内，在路面积雪时将能量释放，使路面积雪融化，并以蒸汽与水的形式排除掉。
（3）发热电缆法。
发热电缆加热系统以电力为能源、发热电缆为发热体，将电能转化为热能，通过结构层内的导热将热量传到物体表面，再通过物体表面与冰雪之间的显热和潜热交换进行融雪化冰。
发热电缆加热系统具有无污染、运行费用低、热稳定性好、控制方便等优势。
发热电缆用于路面融雪化冰在北欧国家已经有所应用。
（4）太阳能加热法是夏季将太阳能产生的热能存储起来，在冬季里利用所存热能来融雪化冰。
为此需建立一套太阳能融雪系统，该系统由集热装置、蓄热体和融雪装置三部分组成。
集热装置的任务是收集阳光的热量并将其输送到蓄热体中，热量在蓄热体中积聚和保存以备冬季融雪用，融雪装置的任务是在需要的时候将保存在蓄热体中的热量输送到路面下，使路面的温度升高从而融化路上的冰雪。
但是考虑到经济方面的原因，这种系统还只能用于某些特殊地方的特殊路段。
（5）添加盐化物类技术在日本等多雪国家有一定的研究，该技术利用在沥青混合料中添加氯化钠和氯化钙等盐化物来降低冰雪融点，从而达到防冻的作用，但目前在中国还未曾见到相关的研究报道。
该技术的难点在于:
为保证沥青路面本身的性能，所添加盐化物的数量有限，并且处在路表面起融雪作用的盐化物更加稀少，所以融雪化冰的作用有可能不会太明显，并且盐化物处在路面内的耐久性问题尚待解决。
添加盐化物类技术除雪如图1-5。
图1-5添加盐化物类技术除雪
由于目前我国清雪方法比较原始,主要是人工法,基本上是人海战术,不但浪费了较大的人力和物力,而且清雪的效率低,往往雪还没有被清理完,就被来往的车辆压实,又增加了清雪难度。
所以,过多的降雪常常来不及得到及时有效的清除,给城市交通和人民生活带来了许多不便。
因此,寻找一种既有较高效率,成本又比较低的清雪方法是有着重要的意义。
2、国内外研究现状
1.除雪机的分类及特点
目前除雪机的种类很多，可以按多种形式分类：
如底盘的不同、使用区域、工作原理的差异等。
图1-6轮胎式除雪机图1-7橡胎履带式除雪机
按照除雪机械的使用范围可把除雪机分为泛用除雪机、人行道除雪机、铁道除雪机和高速公路除雪机等4种[5]。
根据除雪机械的底盘是否为专用的把除雪机分为两种：
专用底盘和兼用底盘。
大部分机械采用兼用底盘。
根据除雪机械的底盘行走方式又将其分为两种：
橡胶履带式和轮胎式，如图1-6、1-7。
目前，从除雪的作业过程来看，除雪的原理和技术方法已基本完善，但在除雪工作过程中，经常由于冰雪压实还是松散、道路状况、温度高低等条件的影响，使用单一机械很难清除各种不同积雪路面。
面对雪情除雪作业时要因地制宜，针对不同路况、不同雪情可以搭配多种不同的除雪方式，这样方能提高除雪效率，保障除雪质量[6]。
随着国家经济建设的快速发展，冬季交通畅通的需要，机械式除雪已成为必然趋势。
机械式除雪可归纳为：
推移式除雪、旋切及冲击旋切式除雪、铲刮式除雪、剁式除雪、刷扫式除雪等。
根据除雪机械工作原理的不同可以把除雪装置分为推移式、螺旋转子式（抛投式）、犁式、旋切式、冲击旋切式、推移式、铲剁冲击式和刷扫式等类型等[7-8]。
国内外常见的机械式除雪机类型主要有推移式，其又可分为前置中置侧铲式、铲刮（刮刀）式、除雪汽车、不同形状的除雪犁等；螺旋转子式又可分为铣刀转子式和叶轮转子式两种。
各类机械式除雪方式的适用范围为：
（1）推移式除雪
根据推刀的不同可分为有单向推刀、侧翼V形推刀和U形推刀等。
国外的推刀式除雪机具有较好的避让功能，作业过程中根据路况调节油缸实现推刀的升降和其左右摆角的变化。
用来清除较厚的路面积雪或压实积雪，能够破碎具有一定厚度的压实冰雪，相比之下除雪能力较好，除净率也较高。
推刀除雪既能清除施工工地和公路的积雪同时也可用于街道、人行道。
因其价格低廉，效率高，工作可靠而被广泛使用，但适用的范围主要为未被压实的积雪和密度小的新降浮雪[9]。
（2）旋切式除雪车
旋切式除雪车的除雪装置结构比较复杂。
装有抛雪转子的旋切式除雪车可将积雪抛出几十米远，适于厚积雪的清除。
旋切式除雪车分为压磙式、转子式、螺旋转子式等类型。
压磙式除雪车配备的压磙除雪装置适用于清除坚硬的冰雪。
根据压磙装配磙刀的安装角可将其分为斜刃压磙和直刃压磙，分别见图1-8和图1-9。
根据相关资料，斜刃压磙的切入角能一定程度上清除冰雪和保护路面，依然会对路面造成不同程度的损伤[10]。
目前我国还没有关于清雪机械对路面的破坏程度方面的衡量标准，对路面的保护，与国外相比，还存在一定的差距[11]。
单螺旋转子式除雪车和转子式除雪车，是两种常见的配有抛雪转子的旋切式除雪车，工作装置由集雪装置、抛雪转子、抛雪筒及连接装置组成。
集雪装置将雪从两边向中间运送至叶片呈辐射状抛雪转子，在高速旋转叶片离心力作用下，沿叶片表面运动至转子壳体顶部开口处抛出，由抛雪筒导向合适区域。
图1-8斜切压磙工作装置图1-9直刃压磙工作装置
（3）刷扫式除雪
和路面清扫车类似，随着牵引车前进过程中，由动力传动机构驱动清扫刷旋转。
通过排雪装置将破碎后的路面冰雪可清除到运输车上或路两侧。
这种机构的刷毛相对较软，清扫路面积雪的硬度和厚度都受到局限。
所以此机构只适用于清除一定厚度的新降雪、自然积雪和厚度较薄的压实积雪的路面，清雪作业速度相对较低。
国外滚扫式清雪车最大作业速度一般为40km/h，扫式清雪车最大作业速度一般为50km/h[12-13]。
而我国刷扫式清雪车还远远赶不上国外。
（4）冲剁式除雪
此机构是模仿人工清除冰雪而设计的，随着主机不断前进，液压等方式驱动偏心轮带动铲头转动，铲杆铰接在偏心轮上，带动铲头往复的上下运动进行铲剁冰雪，完成破碎清除冰雪的作业，适用于较厚冰雪混合物和一定厚度的压实积雪的破碎。
但是破碎效率较低，还需要增加保护路面的装置以避免清雪作业时破坏路面。
（5）其它类型的除雪车
其它类型的除雪车主要有铲剁式、锤击式、吹雪式及运雪车、融雪剂喷洒车等。
在机场等一些场合还常常把各种形式的除雪装置搭配成综合式除雪车以获得满意的除雪效果。
2.国内外机械清雪机的研究现状
冬季道路积雪如果不能及时清除，会给人民生活生产带来诸多麻烦，为了使冬季人们的出行更加安全方便，传统的人工清雪已经不能满足需要。
所以降雪较频繁的国家都很重视清雪机械的研制与使用，如加拿大、联邦德国、日本、英国、法国、瑞典等国家都实现了清雪机械化[14-15]。
德国的转子式和犁式清雪机械的种类分别多达十几种。
美国福特公司也有利用载重汽车改装成犁式清雪机的例子。
其它国家也相继开发了一些种类的转子式和犁式清雪机械。
犁式清雪机是国外使用较早的清雪机械。
日本自70年代以来，清雪机械数量迅速增加，并开发了药剂撒布车。
此外，旋转式清雪车及清雪卡车、清雪平地机等开始向大型化发展。
现在，已能生产800PS~1000PS级的超大型旋转式清雪机[16]。
同时，开发成功了用于清除人行道积雪的小型清雪机械，并投入使用；特殊机种及多功能清雪机械也开始出现，如清雪卡车上搭载溶雪装置等。
俄罗斯新产品KO-812-2型犁式清雪机基础车采用MT3-80/82型拖拉机，其功能有清雪、清除垃圾和砂堆等，既可以用于街道、人行道，也可用于公路和建筑工地的清雪作业，其工作装置有推土板、犁刀和圆盘刷等[17]。
美国BOBCAT（山猫）公司、S&S公司和瑞士STEYR等公司主要生产以工程、农业车辆为主机扩展的清雪机械，该机结构紧凑，机动灵活，越野性好，具有行走和作业两个速度档，此机构通过前置螺旋式清雪装置或犁式清雪装置完成清雪作业[18]。
虽然犁式清雪机械具有很多优点，但其主要适用于未经压实的积雪，特别是密度较小的新降雪，尚且不能对道路上被碾压成的冰或冰雪混合物进行作业。
对于清除压实积雪或冰的机械装置将有待于进一步开发研制。
近年来，由于社会对冬季道路养护提出了更高要求，各类清雪车的保有量在发达国家迅速增长，在性能方面朝着自动化和一机多能方面发展。
一些大型专用清雪车也开始使用，现在能生产588kW到735kW级的超大型旋转清雪车，并能够不断提高机械的作业安全性和操作舒适性，其发展趋势有以下几个方面[19-20]：
①重视对雪的研究
国外研究人员认为只有掌握了雪的物理特性，才能充分利用理论指导摆脱目前主要靠实验校核机械性能的做法。
所以为了提高设计水平，对雪理性质进行了较深入的研究。
②开发多功能清雪车
在清雪车上搭载高雪堤清除装置、滑雪装置、药剂撒面装置等多种作置，以减少更换清雪装置的时间，提高作业效率。
③开发性能较高的专用底盘
将液力变矩器、动力换档装置和全自动电液控制系统普遍应用于清雪中，实现清雪作业时的自动变速换档功能，使作业速度自动适应清雪厚度化，减轻操作人员的负担，并保证高速清雪的要求。
④研制一次性清雪装置
由于从城市向郊外运雪费用较大，国外在开发高效率清雪机械的同时研制用气体进行一次清雪的装置。
⑤提高清雪机械的安全性、操纵性和舒适性
清雪机械的驾驶操作复杂，有危险，因此要求尽量减轻驾驶员的操作。
国外采用微电脑开发了具有负荷自动控制和障碍自动躲避等系统的机械，使清雪作业在恶劣天气条件下也能安全进行。
⑥向大型大功率方向发展
为了更加快捷的清除道路积雪使交通通畅，国外清雪机械向大型大功发展，目前已经有大型大功率的清雪机械投产。
我国清雪机械的开发相对于国外的一些国家要晚。
目前，除了高速公一级公路已经开始使用大型专用清雪机械进行冬季养护外，其他公路和城路冬季大部分仍然采用传统人工清雪或使用小型清雪车[21-22]。
清雪机械的发展水平与发达国家相比差距仍然很大。
我国在20世纪70年代前虽然有些厂家和公路部门研制过一些样机，但都未能推广。
80年代后期，清雪机械发展速度有所提高，但规格品种较少，以拖推式、螺旋转子式为主。
我国高速公路上的清雪设备大多是从国外引进的，而低等级公路的清雪作业设备基本是个空白，存在一个潜力很大的市场。
城市道路清雪也是市政部门的一个难题，主要靠人工完成清雪作业。
由于城市人员、车辆密集，降雪的同时即被碾压成坚硬的板结雪，因此，有很多针对城市道路硬雪的清雪机械研究，相关的实用新型专利就有一百多项，但能够为市场普遍接受的产品并不多见。
此外，用于如仓库、广场等大面积场地的清雪及装运设备也是一个需求点。
道路清雪装置在国外的应用已非常普遍，有许多专业的生产厂家。
德国、加拿大、美国等国家在我国均设有清雪机械销售代理机构。
但清雪设备有较强的地域性特点，环境气候、道路状况、使用维护以及社会经济等方面都是需要综合考虑的因素，且单靠进口成本太高。
因此，必须开发出适合我国国情的经济实用型产品。
最近几年，国内一些厂家参照国外先进技术研制了适合我国急需的各式清雪机。
我国先后研制成功了一些清雪机械。
主要有西安公路研究所研制的L9280型清雪车；吉林交通科学研究所研制的CL-3.5和CL-3.6型系列清雪犁；吉林省盘石县公路养路段研制的CL-2.4型公路清雪器；哈尔滨林业机械研究所研制的CBX-216综合破冰清雪机等；吉林省公路机械厂近几年也开发和生产了犁式清雪机；郑工、柳工、沈工山河等厂家生产的ZL50型清雪机；哈尔滨开达公司生产的旋抛式清雪机和吉林大学等单位共同研制的CB-1500型清雪机[23]；大庆市森洁环卫设备有限公司为例，该公司生产的“森洁”多功能冰雪清扫机、道路破冰机、小型道路清冰雪机、电瓶清扫机等。
流星锤-250A双旋四滚式剁冰机参数如表1-1。
表1-1流星锤-250A双旋四滚式剁冰机参数
名称
单位
数值
额定工作幅度
mm
2500
压滚式剁冰厚度
mm
1-50
压滚式剁压实雪厚度
mm
1-100
清理冰层面积
平均厚度30㎜×㎡/h
6000
清理压实雪面积
平均厚度200㎜×㎡/h
10000
冰雪清除率
%
95
整体重量
㎏
4850
驱动方式
—
四驱
发动机型号
—
2H4102G42-1
额定功率
Kw/rpm
60/2400
最低燃油消耗率
g/Kw×h
242
最大扭矩
N×m
261.7
总排量
L
4.4
外形尺寸
L×W×Hmm
6750×2150×2850
最高行驶速度
km/h
24
①型号不全且功能单一
目前，我国清雪机械的品种较少，仍有许多类型在我国还是空白，已有类型中一些清雪车也只能用于清雪作业，性能单一，不具备其它路面养护功能，无法实现一机多用，制约了清雪机械化的发展。
②产品产量少
尽管生产清雪机械的厂家和单位不少，但生产总量不多。
随着经济的发展，生产量已满足不了道路清雪对清雪机械与日俱增的需求量。
③技术水平低
清雪机械在结构设计、制造工艺、零部件供应、使用管理等方面都存在技术水平低的问题，致使清雪机械的可靠性差、故障多、效率低、成本高，严影响了清雪机械的发展。
④清雪作业速度低
目前国外转子式清雪机最大速度达70km/h，而国内清雪车作业速度普遍较低，技术水平较高的转子式清雪车最大车速也仅为30km/h~40km/h，差距仍然很大。
根据以上所述我国清雪机械的不足，国内清雪车的发展方向为：
①满足国内实际需求情况下不断采用国外先进技术研制新型清雪车。
②研制一机多用、超大或超小型机型。
③对清雪机结构进行深入研究，设计结构更优的清雪车。
④分析研究清雪车整机性能，提高清雪机作业速度。
3、研究过程中的主要问题和解决办法
根据飞锤链式清削雪机车的功能、分类和基本构成，本文对飞锤链式清削雪机车进行了整体设计，重点研究了下述内容：
1、主要讨论了不同除雪机械设备和不同的除雪路况之间的关系，比如在雪量的大小、压实程度、积雪的形态、环境湿度等不同雪路况应如何选择除雪设备。
2、通过对拖拉机、装载机、平地机、汽车的对比，根据自己的需求选择合适的驱动底盘。
3、通过对独立动力型、独立动力分置型和共用动力型这三种动力源进行分析比较，从而选择飞锤链式清削雪机车的动力来源。
4、根据除雪作业速度范围和工作需求，来确定装载机性能参数及主要技术参数。
根据工况要求确定飞锤链式清削雪机的马达型号，并能根据给定的马达工作参数确定飞锤转组的工作转速以及所能达到的行车速度和相应能完成的清雪厚度。
5、通过分析影响飞锤链式清雪机除冰雪性能的结构参数，进一步优化结构完成图纸的绘制，以实现飞锤链式清雪机的快速高效清雪作业的目的。
进行课题研究的主要内容和方法，研究过程中的主要问题和解决办法
1、检索、阅读有关资料，总结国内外研究现状，撰写开题报告；
2、清雪机的特点及方案分析，确定清雪机的主要技术参数；
3、清雪机的工作原理分析、清雪机的关键硬件机械结构设计、驱动装置、液压装置等的设计，并接受中期检查；
4、相关设计的校核；
5、画图；
6、毕业设计说明书初稿完成，同时完成一篇与设计内容相关的、字数不少于3000字的外文资料翻译工作；
7、按教师意见对设计图纸和毕业设计说明书进行修改；
8、准备毕业设计答辩稿、电子演示稿，并进行答辩。
四、参考文献
1王钢.全国交通系统抗低温雨雪冰冻灾害工作总结评估报告，自然灾害学报,2008,17（4）:
50-60
2ANON．Nationalmainroadsweatherforecast.2008.Cleaning&MaintenanceManagement,2008,（9）:
38-40
3许秀红，闰敏慧，于振宇等.道路交通事故气象条件分析及安全等级标准以黑龙江省为例．自然灾害学报，2008，17（4）：
53-58.
4周传瑞，曹彦，王莹等.冬季交通气象指数预报方法．黑龙江气象，2008,25（3）：
10-12
5代琳琳.赵晓明.融雪列的环境污染与控制对策.安全与环境工程,2004,11,（4）:
29-30
6高一平.利用大阳能的路面融雪系统.国外公路，1997，17，（4）：
53-54
7王健，王钢，林敬东.我国除雪机械现状及发展趋势.呼伦贝尔学院学报,2005,（4）:
81-83
8肖雄建.优化除雪车辆配置提高除雪效率.专用汽车，2010，
（2）:
94-95
9CorinShabi.Takespecialprecautiontokeepsnowremovalequipmentefficientandsafe.Cleaning&MaintenanceManagement,2001,（9）:
37-40
10王振.国内除雪除冰机械现状刍议.工程机械，2002，（7）:
46-47
11张启君，夏磐夫.国内外除雪机械的探讨.筑路机械与施工机械化,2005，（11）:
1-5
12田晋跃．国外道路除雪机械技术发展概况．专业汽车，2001（4）：
43-44
13张启君．国外除雪设备发展情况概述．建设机械技术与管理，2008（3）：
63-66
14Langevin,Andre.Operationsmanagementforurbansnowremovalanddisposal.TransportationResearch,1995,（5）:
29-30
15ANON.DevelopmenttrendsofJapaneserotarysnowploughs.Stroitel'nve-iDorozhnveMashiny,2005,
（2）:
32-33
16姬光才.日本除雪机械的发展及现状.筑路机械与施工机械化，1996，（01）：
41-42
17LANGRENEEM,BLAISDELLGEORGEL．Passivesnowremovalatthepagasusrunway,McMurdoAntartica．Coldregionsscienceandtechnology，1999（29）：
75-88
指导教师审查意见：
指导教师签字：
201年月日
指导委员会意见审核意见：
组长签字：
201 年月日
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