典型机械产品设计课程设计可行性分析报告Word版30页.docx

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第一章绪论

1.1课题研究的目的和意义

1.1.1降雪的一般物理特性

在1970年，世界气象组织、联合国教科文组织和国际水文科学协会一起将雪定义为主要因凝华作用形成的下降或沉积的冰颗粒。

积雪在不同的时次以不同的深度覆盖着地球表面的许多地方，冬季北半球约60%的面积被积雪扭盖着。

积雪具有高反射率的特点（新雪的反射率达到90%甚至更高），入射到雪层表面的80%的太阳能被积雪反射了，而无雪区只有15-20%的入射太阳能被反射，另外，雪的熔解热为333.688j/g,所以积雪在融化过程中需要消耗大量潜能。

雨雪形成最基本的条件是大气中要有“凝结核”存在，而大气中的尘埃、煤粒、矿物质等固体杂质则是最理想的凝结核。

如果空气中水汽、温度等气象要素达到一定条件时，水汽就会在这些凝结核周围凝结成雪花。

所以，雪花能大量清洗空气中的污染物质。

故每当一次大雪过后空气就显得格外清新。

雪在地面所覆盖的面积达到这一地区周围能见面积的一半以上者，称为积雪。

地面积雪层中单位体积内的含水量以克/厘米3为单位。

雪的密度变化范围很大，新下的松软雪的密度为0.04-0.1克/厘米3融雪时雪的密度可达0.6-0.7克/厘米3，雪的平均密度为0.2-0.25克/厘米3。

假定雪层均匀地分布在积雪地面上时，从雪层表面到雪下地面之间的垂直深度，叫积雪深度。

1.1.2除雪作业及目前主要方式

除雪是人们应对自然现象的一种人为活动，即是在降雪过后，将影响人们正常生活的积雪进行清理的活动。

冬季一场降雪后，湿润了空气，净化了环境，但路面的积雪给人们的出行带来很大的不便，造成交通堵塞，引发交通事故，机场跑道的积雪延误航班，大雪后，高速公路常被迫关闭。

严重影响人们正常的生产生活。

为减少积雪造成的不利影响，人们做了不懈的努力，现有除雪方法基本上分为三大类:

第一类也是最原始的方法就是人工除雪，这种方法浪费大量的人力物力，由于效率低，不能及时除雪，而使路面受到冻轧，所以这种方法最大的弊病就是由于在除雪时间上受到诸多条件的限制，路面既要受到冻轧又要受到除雪过程中的敲凿.大大缩短了道路的使用寿命。

第二类为喷洒融雪剂除雪，将雪融化。

制得融雪剂的一般原料为:

海水与石灰石生产碱的副产品氯化钙，主要成分为氯化镁的卤粉，主要成分为氯化钙的盐碴子或高低温盐。

尽管目前国内外出现了许多所谓新型“环保”融雪剂，但基本没有走出碱金属盐的模式，使用融雪剂除雪不仅感官效果极差.价格昂贵，影响城市形象，而且对道路、桥梁设施、钢筋混凝土构件和汽车的轮胎和钢板均造成腐蚀，而且会引起土壤板结，对来年绿化植物生长和水质危害都极大。

第三类为机械除雪，目前较普遍采用的是用拖拉机或斗车挂接一扫雪机具，改装成扫雪车，靠人得操作来工作，自动化程度低，作业强度大，存在较大的作业危险性，由于人为操作的误差和由于机械专用性较低而必然带来的设计上的缺陷，除雪效果不很理想。

在科技日益发达和人们环保意识日益增强的今天，机械除雪设备必然快速如今人们的生活。

1．2国内外扫雪机械介绍

1．2．1国外扫雪机械

虽然扫雪作业作为人们客服自然环境的必须工作在许多国家都广泛开展，但专用扫雪机械的应用与研究却主要存在于欧美和日本等一些发达国家，如图1

图1

上图是来自美国的STM530能应对冬季重大的雪情，配备可电启动的顶式气门汽油发动机，专利技术的转向系统和高强度钢材质的螺旋铰轮，可迅速、轻松的清除积雪。

高密度聚乙烯材质扬雪筒和不锈钢材质雪铲的应用，可帮助处理重度的积雪层。

表1是产品的技术参数：

表1STM530技术参数

项目

参数值

型号

STM530

发动机

10HP四冲程汽油机

启动模式

手动电动

工作宽度

750mm

清雪厚度

550mm

工作效率

2400m2/h

绞轮材质

重型钢

档位

6前进2倒退

重量

129kg

尺寸（长宽高）

1300×800×1200mm

由于国内除雪机械起步晚，并且使用成本高，造成上路难，机械化扫雪程度低等问题。

对解决目前这种现状专家给出了除雪机械应向一机多用、小型化、高速度方向发展的建议。

国外的除雪机械有许多值得我们借鉴的，下面介绍国外机械扫雪的现状。

图2

英国：

清雪火车护铁路（如图2）

铁路系统一直是英国交通非常重要的工具，客运和货运不容停顿。

在下雪的时候，铁路的清雪工作由特制的清雪车头完成。

清雪车头有时单独行动，有时拖带一部分车厢，一举两得。

工作中，清雪车头前部的巨大轮盘将铁轨上的积雪卷起，并扬出道路之外，掀起的雪雾能笼罩整节车头。

它在行进时，可以达到普通列车的正常时速，而且经常一路鸣笛示警。

清雪车头常在两列火车间行驶，反复清理轨道，以保证铁路系统的正常运转，所以即使在雪天，英国的列车最多是延迟一些，几乎不会取消班次，也不会停运。

图3

挪威：

机场清雪“一条龙”（如图3）

挪威首都奥斯陆使用多层次的清理手段进行飞机跑道的除雪和防滑。

当降雪开始，机场的清雪队伍便开动他们的清雪融冰机械，排在最前面的是有刮冰功能的车，铲碎跑道上因地面温度较高而产生了融雪结成的薄冰;然后是扫雪车;随后是正式的清雪车，将冰雪集中并移出跑道;下一步是喷洒化学融雪剂去掉最后一层冰;最后再撒上沙子防滑。

据称，这种“一条龙”系统只需15分钟，就能把整个跑道清理并完成安全测试一次。

挪威每年10月开始雨夹雪天气，使用这种成套设备后，2008年全年没有一条跑道因冰雪而封闭。

加拿大：

系统的清扫机械

加拿大清雪基本靠机械化作业，每个城市都配有系统的清雪设备，如铲雪车、撒盐车、融雪车、扬雪机、运雪车和除冰车等。

铲雪车又分为主路铲雪车和人行道铲雪车。

加拿大清雪不仅有轻重缓急之分，还有时间要求。

最优先清理的道路是高速路和城市主干道，其次是高速路辅路、公交路线和有坡路段，最后是其他街道。

高速路和主干道的积雪，一般要求在雪停后2～4小时完成，高速路辅路和公交路线则在雪停后4～6小时，其他道路最迟不能超过雪停后24小时。

1．2．1国内扫雪机械

虽然中国的扫雪车起步较晚，但由于市场需求大，国内也涌现出许多扫雪机生产厂家，多在北方地区。

图4为国内扫雪车作业效果图：

图4

图5图6分别为北京的一种扫雪机及其技术参数：

图5

图6

以下三幅图是国内其他厂家的三款产品及其技术参数图：

图7

图8

图9

下图为沈阳扫雪设备，如图10：

图10

1.3主要研究内容

行走机构及扫雪装置的设计。

主要是机械组成，包括机架、行走机构、动力及动力传输机构、除冰雪执行机构及排冰雪装置等部分。

第二章扫雪机设计方案的选择

2.1新产品的市场定位

此款产品的市场定位为：

降低成本性新产品。

所以，要求产品结构简单，使用和维护方便。

制定方案如下：

2.2方案比较

前面所介绍的扫雪机均以普通扫雪功能为主，本设计手推式扫雪机主要以破冻冰雪为主要目的，所以未采用上述产品中的几种结构设计。

现设计两方案如下：

图11

方案一：

（图11）利用偏心凸轮和弹簧实现除雪刀具的推进和收回，导柱保持正确导向，结构简单，不容易出故障，但只能实现向前的破冰作业。

图11

方案二：

（图12）相当于一双曲柄机构（基本原理如图13），由柴油发动机通过V带输入动力到圆盘，圆盘带动连架杆做回转运动，完成刀具的向前送出（破冰雪）、侧向运动（把冰雪推到一侧）和回程作用。

同时，为了把雪推到路的一侧，使刀具有一定角度或加一侧向推雪板。

图13

2.3方案的确定

比较两方案，因为方案二能够在除冻冰雪的同时，实现冰雪的侧向转移，在现实中意义很大，优势明显。

结论：

选择较优方案二。

第三章扫雪车机械结构设计

3.1扫雪车的动力选型

本设计的扫雪执行部件主要由位于扫雪车前端的破冰雪刀具和机架构成，根据扫雪的需要，要求破冰雪刀具有较大的冲击速度和侧向排雪能力，所以设计时要求转盘的转速为500r/min。

本课题的设计需求是大概每小时扫雪面积为l000m2，以积冰雪的平均密度为1克/cm3，积冰雪厚度以5cm记，也就是每小时完成扫雪量为:

1.0×109×10×1.0=50吨

假设铲雪板在积雪下客服阻力矩为：

Ｍ＝１６Ｎｍ

带轮的转速n以５００ｒ／ｍｉｎ来计，那么铲冰板消耗的功率为：

M×2π×n

=１６×2π×８．３

=８３３．９８W

那么扫雪执行部分消耗的功率取为

P=1.0KW

在这一设计需求下，对动力源进行选型，考虑到扫雪车在工作时对转速的要求较高，所以在动力选型考虑用Ｙ９０Ｌ－６的三相异步电动机，它的各项性能指标都比较符合设计要求。

采用的动力源为Ｙ９０Ｌ－６的三相异步电动机，其基本参数如表2:

表2Ｙ９０Ｌ－６的三相异步电动机基本参数

项目

参数值

电动机名称

Ｙ９０Ｌ－６

额定功率

１．１ＫＷ

额定电流

３．２Ａ

转速

９１０ｒ／ｍｉｎ

效率

７３．５％

功率因数

０．７２

堵转转矩／额定转矩

２．０

堵转电流／额定电流

６．０

最大转矩／额定转矩

２．０

电动机外形尺寸由机械设计课程设计书中表４－１２－２查得

价格确定：

电机价格经网上查得约为４５０元。

3.2关键部分的机械设计

3.2.1带轮的设计

I、确定计算功率P..

扫雪车的工况为载荷变动小的负载起动，预计每天工作小时数在10-16小时，所以选取工作情况系数：

K=1.3，

那么，计算功率：

K×P

=1.3×1.１

=1.４３kW

3.2.2选取V带带型

由于发动机的转速即主动小带轮的转速约为９１０rpm，计算功率为UAW，所以确定选用A型带。

3．2.3确定带轮基准直径

本设计中选定A型小带轮（主动轮）的墓准直径为：

D=112mm

传动比

ｉ＝ｎ0／ｎ

＝９６０／５００

＝1.９２

那么从动轮的基准直径

Dz=ｉ×D

=１１２×１．９２

＝２１５．０４ｍｍ，

取DZ=2２０mm

验算带的速度：

ｖ＝πＤｎ／６０×１０００

＝３．１４×１１２×９１０／６０×１０００

＝５．３２ｍ／ｓ

普通V带的速度一般要求小于25m/s

故选择的带的速度符合要求。

3.2.4确定V带的基准长度和传动中心距

根据0.7（Ｄ+ｄ）

a0＝４００ｍｍ

带所需的基准长：

Ｌ’=２a0＋π（Ｄ+ｄ）／２＋2（Ｄ－ｄ）／４a0

＝２＊４００＋π（２２０＋１１２）／２＋2（２２０－１１２）／４＊４００

＝１３８０ｍｍ

选带的基准长度：

Ｌ＝１４００ｍｍ

实际中心距：

ａ＝a0＋（Ｌ-Ｌ’）/２

=４００+（１４００-１３８０）/２

=４１０mm

验算主动轮上的包角α

α＝１８０－（Ｄ-ｄ）×６０／ａ

＝１８０－（２５０－１１２）×６０／４１０

＝１５９．８＞１２０

主动轮上的包角适合

计算Ｖ带的根数ｚ

ｚ＝Ｐｃａ／（Ｐ0＋ΔＰ0）Ｋα×Ｋｌ

由ｎ＝９１０ｒ／ｍｉｎ，

ｄ＝１１２，

ｉ＝１．９２

可以确定一根带就能满足，经网上查询得知市场上这此种带的价格约为１０元。

第四章产品市场分析

4.1用户群

该产品的定位策略为价格定位，所以主要面向市场用户是家庭，学校，企业等。

中国作为一个人口大国，集聚在北方主要下雪区的家庭当然不少。

这类手推式除雪车好比修草机，作业起来简单省力，在人民生活水平日益改善的时代，人们的消费水平也得到了很大的提高。

人们喜欢省力的方式，乐意买这类的产品。

而学校，这类人口聚集型的用户群，每当暴风雪来临后，严重影响了学校正常教学活动的展开，如果请清洁工除雪，那消费过高，而学生用普通的除雪用具除雪，效率低，浪费资源，如果学校使用这类除雪车，那么不仅效率高，而且学生在轻松的劳动中获得锻炼。

所以学校是一个很有前景的用户。

企业和学校类似，同样是一个不错的用户。

4.2市场前瞻：

暴雪袭来时当务之急是迅速除雪。

目前，国内普遍采取的除雪方法是融雪法和机械法。

融雪法主要依靠播撒融雪剂，融雪剂主要成分为化学药剂，对环境污染较大。

与融雪剂相比机械除雪法更为节能环保，成为国内外除雪的主要发展方向。

业内人士认为国内除雪机械行业的未来发展前景不错，商机无限。

据辽宁省科学院统计，2002年北京市首次使用融雪剂，即造成4000多棵大树、40000多株灌木死亡，草地受害面积30000多平方米，直接经济损失1500万元以上。

不仅如此，含融雪剂的雪水渗透土地可直接污染水源，高盐度的水不仅给植被以毁灭性打击，还会直接威胁到人体健康，会诱发高血压等多种疾病。

早在2007年1月北京两会期间，以聂大华为首的几位人大代表建议，应禁止在渗水、透水人行道使用融雪剂。

代表们认为，北京的人行步道大量采用了渗水或透水结构，使雨、雪水下渗，增加土壤的含水量和透气性，有利于周围植物生长，改善周围环境。

但是环保型融雪剂主要成分以氯化钙、氯化镁为主，融雪剂下渗后对土壤、地下水都有严重污染，会造成步道上的行道树和绿篱枯死，影响“绿色奥运”。

 今年年初，长春市十三届人大三次会议期间，人大代表陈忠仁提交了《规范融雪剂的使用范围，研发环保融雪处理系统》的建议。

面对越来越高的环保呼声，我国城市道路的融雪法面临变革。

据专家介绍，现在发达国家的普遍做法是以除雪为主，融雪为辅。

如欧美国家目前的环保做法是：

机械铲雪后，在道路上撒炭渣、粗沙、树枝渣等物质来防滑，对实在需要撒融雪剂的路面，要先用铲雪车扫掉地面上的大部分积雪，然后撒少量融雪剂以防道路结冰。

由于中国北方每年有三四个月的冰降期，几十万公里的道路冰雪严重阻碍了社会，经济，文化活动的发展，这就给了冬季道路养护提出了迫切要求。

而中国道路建设起步晚，发展快，除雪配置普遍较差，人工清扫，自然融雪还占着重要地位。

因为国内生产厂家寥寥无几，而进口设备价格昂贵的现状，所以除冰雪机械在中国有着巨大的市场容量。

4.3盈利分析

假如每年总共出售1000台，每台出售价格假设为4000元，则总销售额为400万，利润为100万左右。

第五章项目厂址选择及运输

5.1建设地区的选择

由于产品销售区主要在北方地区，而且东北地区又为老工业区，购买相关生产设备、零配件较为方便。

所以，建厂地区选在东北地区。

5.2资源和原材料

本项目所在地拥有丰富的资源、稳定的电力资源和劳动力资源，项目所在地环境保护较好，是建设项目的较好地点

5.3厂址选择

根据考察，最终选择沈阳经济技术开发区作为厂址。

5.4运输方案

本产品可拆分入箱运输，减少体积，方便运输，节约成本。

第六章研发推广内容、规模及实施进度

6.1项目研发推广内

6.1.1主体土建工程：

（1）铸造车间；

（2）加工车间；

（3）装配车间；

（4）职工宿舍；

（5）办公用房；

（6）食堂等设施

6.1.2辅助工程设施：

（1）进出道路；

（2）厕所；

（3）绿化；

（4）其它。

6.1.3主、辅设备

6.2建设规模

该项目年设计能力为：

年生产手推式除冰雪车100台，总建筑面积（不含道路和场地）3530㎡。

其中：

6.2.1主体土建工程2000㎡：

（1）铸造车间300㎡；

（2）加工车间500㎡；

（3）装配车间500㎡；

（4）职工宿舍300㎡；

（5）办公用房200㎡；

（6）食堂等设施200㎡。

6.2.2辅助工程设施1530㎡：

（1）进出道路500（5×100）㎡；

（2）厕所30㎡；

（3）其他（如实验、成品堆积场）1000㎡。

6.3项目实施进度安排

本项目筹备期3个月；

编制《项目备案报告》1个月；

目立项1个月；

规划设计2个月；

建设施工期为10个月；

设备采购、安装调试1个月；

总共为1年半时间。

第七章结论与建议

此款产品采用低价产品策略，走降低新产品价格的路线，价格优势比较明显，所以产品适合推广。

产品结构简单，易于制造，所以生产成本较小，投资风险小。

建议：

刀头和V带为消耗品，建议销售整机时多配送5副刀头和V带。