孙葛开题报告6.docx
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孙葛开题报告6
毕业设计开题报告
设计题目:
浮动式除雪机机构
院系名称:
机电工程学院
专业班级:
机械10-7
学生姓名:
孙葛
导师姓名:
王东胜
开题时间:
2014年3月22日
指导委员会审查意见:
签字:
年月日
1浮动式除雪机研究目的和意义
在我国北方地区冬季一般约5-6个月时间,黑龙江、新疆、内蒙古等省份的个别地区甚至长达8个月之久,每年都有几次较大降雪过程,部分地区还会形成雪灾,给人民生产生活,交通运输及交通安全带来很大影响。
据统计,冰雪路面交通事故发生率是平时的4-5倍,每年因此造成的经济损失达几千万元。
城市道路的除雪问题已经越来越引起各级政府部门的关注和重视,了解我国目前除雪工作的现状,改变传统除雪理念和方式,研究科学高效除雪方式,对解决城市道路除雪问题有着十分重要的意义。
而浮动式除雪机的研究意义就在于具有避障功能对于保护路面、路上的减速带、下水道井盖等。
2目前我国除雪工作现状
冰雪的物理机械性质
路面冰雪清除机械的行走机构以及清除冰雪的工作装置与路面上的冰雪相接触。
冰雪的形成特性及其物理机械性质在相当大的程度上决定着清除路面上冰雪的方法,要研究行走机构和工作装置与冰雪的相互作用关系,首先要分析冰雪的物理机械性质。
冰雪的基本特征之一是它的密度,其变化范围很大,如表所示。
硬度是雪的物理机械性质的主要指标之一,表示冰雪阻止其它物体压入的特性,其数值是根据它的密度和状态决定的,如表所示。
雪的硬度、密度和温度之间存在着如图所示的关系,温度愈低,硬度愈高;密度愈大,硬度愈高[4]。
后面对路面冰雪清除机的工作阻力以及牵引力进行计算时,需要知道雪的机械性质,表示雪的机械性质的指标通常是内外滑动摩擦系数、切削阻力系数、附着系数和行驶阻力系数。
表雪的密度
雪的状态
密度(g/cm3)
新下的雪
落下30天的雪
大于30天的雪
密实的雪
冰雪混合
冰
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~
雪的摩擦性质决定于它的内外摩擦系数。
根据雪的状态,它的内外摩擦系数分别列于表和表。
表示雪的切削阻力的指标,一般是用切削阻力系数k0,它是切断横断面等于1㎡的冰雪层所必需的力,k0的大小载入表中。
路面上积雪之后,大大地改变了路面的使用特性。
对于冬季养护道路的机器进行牵引计算时,必须知道机器沿着各种冰雪路面行走时的滚动阻力系数和附着系数。
轮胎与冰雪路面间的附着系数
载入表。
行驶阻力系数,一般较外摩擦系数大,因为它不仅产生摩擦,而且还挤压雪。
轮式和履带式车辆的行驶阻力系数按表选取。
表雪的硬度
雪的状态
雪的密度(g/cm3)
当温度由-1~-20OC时雪的硬度(kPa)
松软的
弱密实的
密实的
很密实的
小于
~
~
~
小于50
60~100
210~2000
380~3000
图雪的硬度与密度和温度的关系
表内摩擦系数μ2
雪的密度
(g/㎝3)
雪的温度(OC)
0附近
-1~-6
-10以下
表外摩擦系数(对钢)μ1
雪的密度
(g/㎝3)
雪的温度(OC)
-2~-4
-16~-30
-1~0
表雪的切削阻力系数k0
雪的状态
雪的密度ρC
(g/㎝3)
雪的温度(OC)
-1~-3
-4~-22
低于-22
天然状态
松软的
弱密实的
小粒冰雪形成密实的
大粒冰雪形成密实的
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5.~
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人工状态
弱密实的
密实的
很密实的
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除雪方式
(1)人工除雪
冬季的降雪,初时为浮雪,经行人踩踏、车辆碾压变成坚硬的冰雪路面。
在我国北方的中小城市,除雪工作主要靠人力。
按有关规定,雪停后就要走向街头除雪,一个中等城市,每年要动用几十万人次进行除雪劳动,主要是使用铁锹、镐头和一些较简单的手工除雪工具,政府组织,分片包干,机关、学校、工厂、商店等均需抽调人员参加劳动。
人工除雪作业时间长,劳动强度大,工作效率低,耗费人力物力,而且大量人员集中在机动车道上作业很不安全,交通事故时有发生。
目前北方大多数城市都不同程度的使用这种原始落后的除雪方式。
(2)机械除雪
目前世界上冰雪清除机械主要有犁板刮铲式、抛扬式、刷扫式、高速气流吹扫式,热熔式等。
发达国家多以除新雪为主,机械化程度较高,技术比较成熟。
如日本、美国、北欧,加拿大等国家的机械化除雪率可达80%-90%。
在我国,由于传统的除雪理念是雪停后才开始除雪,实际上在降雪过程中路面积雪经行人及车辆碾压已被压实形成冰雪路面,除雪工作实际上是除压实雪。
在这种理念影响下,除雪机械的设计主要是针对除压实雪,除雪方式主要有摆锤旋转击打式、往复冲击振动式、旋转铣削式、楔铲式等,这些除雪设备各有其优点和不足,这里本文不作祥述。
压实雪除雪机械设计技术难度较大,设备制造成本较高,除净率底,工作效率低,功率消耗非常大,使用效果不理想,且绝大多数压实雪除雪机需要大功率车辆作为配套动力,燃油消耗较高,整套设备投入很大,动辄几十万元,难以大量投入应用。
传统的除雪理念使广大科技工作者的研究方向走入了误区。
还有少部分城市投入巨资从国外引进多功能大型除雪设备,这些设备大多价格昂贵,使用与维护费用高,并不适合我国国情。
(3)融雪剂除雪
融雪剂除雪也是目前广泛使用的一种除雪方式。
融雪剂多为钠基,除雪机理是降低冰点,加速积雪的融化,清除起来也比较容易。
然而融雪剂的使用会给环境造成污染,腐蚀车辆、路面和桥梁。
早在60年代初,美国和加拿大在路面撒氯化钠盐粉,使得原始设计寿命为50年的路面和桥梁结构,在不到10年时间里就遭到了严重的破坏。
80年代中期一些发达国家开始使用钙、镁醋酸盐等环保型融雪剂,而环保型融雪剂价格一般在3,000元-10,000元/吨不等,比普通融雪剂价格高很多。
另外,所谓环保型只是相对而言,实际上对环境仍然有一定的影响和破坏,只是程度不同而已。
我国首都北京70年代开始使用钠盐融雪剂,几年以后,发现一些立交桥已开始显示出氯离子对桥梁钢筋结构和道路的损害。
据报道,北京市2002年12月15日-23日不到10天时间就使用融雪剂七千吨,2003年上半年,北京城区51条道路和绿地37万株绿篱受害枯死,约占全市绿篱5%-10%,草地受害三十多万平方米,几万株灌木和乔木枯死,直接经济损失近千万元。
除雪设备
1)犁式除雪机
犁式除雪机的工作装置一般安装在主机的前端,是所有除雪机中应用最为广泛、起源最早的除雪设备。
主要使用于未被压实的新降集雪,其厚度为300mm以下。
犁板有整体式和分段式,有V型犁和U型犁之分。
其特点是:
多数采用了双摇杆机构,避让效果明显,越障高度较大,环境适应性强,可以在硬质雪区工作。
有的还增加了滑靴和滚轮等装置,用来减少或消除铲刃对地面的作用力,保护了地面,减少了刀刃的磨损。
具体类型有:
①单向犁-----除雪犁以固定角度装在除雪车前部。
②V型犁-----主要结构和工作原理与单向犁相同,只是结构呈左右对称,形成V形。
③变角度犁------指犁的排雪方向和行进角度可以改变的除雪机械。
④复合犁------又叫铰接雪犁,采用两翼结构,中间垂直铰链可以自由改变形状,形成单向犁、V型犁、变角度犁等犁形。
比较典型的产品有:
徐州装载机长的专利产品------调压自动越障式除雪装置。
郑工、柳工和沈阳山河等厂家生产的ZL50型除雪机。
由于该类除雪机械拥有结构简单、性能可靠、价格低廉等特性,因此受到广大用户的认可,得以广泛的使用。
2)旋切式除雪机械
旋切式除雪机械工作方式为自行式和悬挂式两种。
主要有离心式物料风机、风道、抛雪筒、护板和螺旋型集雪器等部分组成。
结构相对比较复杂。
工作时借助主机或者专用底盘的动力,驱动风机做高速旋转运动,将集雪器聚拢的雪由风道、抛雪筒抛出去。
抛出距离和角度可以根据需要自己调整。
在清除雪障时旋切式除雪机械有明显的优势。
但是无法清除压实的积雪。
具体类型有:
①螺旋式-----螺旋轴鼓上的叶片呈左右旋向,左右旋向的叶片在轴线中部结合形成U形抛雪槽,U形抛雪槽低部稍微向后倾斜,内侧光滑,工作时轴鼓上的叶片刀刃切削破碎积雪,并将积雪集中送到中部U形槽内抛出。
②转子式-----主要以清除新雪为主要作业对象。
转子叶片可以完成切雪、扒雪和抛雪。
③单螺旋转子式-------有转子和一根螺旋组成。
螺旋水平布置在转子前,螺旋叶片作成左右旋向,当螺旋周转动时,把两边的积雪送到中间,再由转子抛出。
④双螺旋转子式-------双螺旋转子式的工作装置的两螺旋上、下平行地置于转子前面。
⑤立轴螺旋转子式-------该工作装置将螺旋竖放在转子两侧,螺旋叶片为左右旋向,工作时雪的移动方向为上下运动。
主要机型有:
哈尔滨开达公司生产的抛雪式除雪机和吉林大学研制的CX-30型除雪机。
3)扫滚式除雪机械
扫滚式除雪机械工作方式为自行式和悬挂式两种。
在主机或者专用底盘的动力作用下,驱动扫雪滚和扫雪盘做高速旋转运动,扫雪滚和扫雪盘上的柔性强力扫雪刷,将路面积雪卷起使之脱离地面,在高压空气的作用下吹向路边。
该式除雪机械主要适合于较薄的或者是犁式除雪机械工作后的残留积雪。
即使路面凸凹不平也可以获得无残雪的除雪效果。
主要生产厂家有:
哈尔滨开达公司和哈尔滨重型机械厂等。
旋切式除雪机
图1所示为旋切式除雪车的两种工作方式及集雪器示意图。
图一(a)表示将积雪抛向路边远处,图1(b)表示将积雪清除并直接装入卡车运走。
图一(c)为从抛雪车正前方沿车行驶反方向面对车看到的集雪器示意图,左右集雪器上各有四个头的旋转片,旋向相反,螺距为p。
工作时,二集雪器沿图示箭头方向同步旋转,同时车前进,雪沿轴向由两边被旋转片挤压至中间,并由起抛雪作用的径向叶片靠离心力将雪抛出导雪槽,为适应不同的工作方式,导雪槽方向可由液压马达驱动调整方向,因导雪槽顶距地面2m高,抛雪角度又为45°,顾可越过路边障碍将雪直接抛向路边远处,如图(a)所示,也可直接将雪装入卡车,如图1(b)所示,旋切除雪车的传动形式如图2所示,抛雪运动由发动机经分动箱、液压泵与液压马达、传动轴、变速箱把动力传给抛雪装置,在抛雪装置中,变速箱5通过锥齿轮将动力传给集雪器6中的两个半轴使螺旋片旋转,传动路线为
国内外在这个方面的发展方向:
国内的除雪机械虽然有了很大的发展,但其总体水平与发达国家相比,产品品种及性能都还有很大差距。
适应不了我国高速公路的发展的需求,主要体现在以下几个方面:
①技术水平低,除雪机械在结构设计、制造工艺、零部件供应和使用管理等方面都存在技术水平低的问题。
致使除雪机械可靠性差、故障多、寿命短。
②功能单一。
除雪机械具有明显的季节性,如果功能单一,只能用做除雪和除冰专用,那么,机械一年中大部分时间处于闲置状态,大大增加了除雪的成本。
加重了公路养护部门的负担。
③品种类型不全。
与国外相比,现在有不少除冰雪机械在国内还是一片空白。
现有的除冰雪机械无法满足公路和大型机场的除冰雪的要求。
加强对雪质、雪性的基础研究。
为了提高除冰雪机械的设计水平,需要对冰雪的力学性质和物理特性进行深入研究。
特别是对压实冰雪的理论研究。
据有关资料研究:
东北地区压实冰雪占总的除雪任务的80%以上。
①向一机多能和机电液一体化方向发展。
在现有的条件下,可以对汽车、拖拉机、装载机和推土机等设备进行改装,冬季降雪时用来除冰雪作业,其余时间可用来进行公路养护和其他作业。
可以提高设备的利用率。
采用机械、电子、液压等技术提高除雪机械的科技含量,减轻工人的劳动强度。
②向大型、小型和高速方向发展。
我国的地理环境复杂,各个城市道路建设布局各异,冬季降雪情况不同,在除雪设备的选取上也不尽相同,因此要开发出大型、小型的各种除冰雪机械,以满足不同地区和工况的除冰雪要求。
同时要开发出效率高的机械,避免除雪作业造成路面交通拥挤。
例如,东北有些城市规定:
对于市区内主干道,雪停止24H后需运出城市外。
③加强行业间的技术交流与合作。
走共同研发之路。
各个厂家根据自己的实际情况开发出的产品各有优缺点,为了加快除冰雪机械的开发和应用,应加强企业间的合作,集中财力、物力和人力走共同发展之路,实现除冰雪的机械化。
3设计基本内容、拟解决的主要问题
设计的基本内容
设计其内容包括,牵引车的选取,我们的除雪宽度为2m,选取ZL30装载机。
除雪机的总体结构的设计,应使牵引车和除雪雪机机构合理地安装配置。
避障结构的设计及cad的建模,利用cad绘制草图。
除雪机构构的框架设计,除雪机构的设计,挡雪板的设计。
液压缸的选取与设计,链轮模数和直径的选取,轴的强度确定,减速器的设计。
避障结构的设计。
其技术要求有除雪宽度应达到2m,除雪厚度20mm,抛雪速度大约为15km/h。
拟解决的主要问题
(1)可以对浮动式除雪机机构链条上的到的方向进行深入分析研究,以设计效率更高的除雪机构,提高除雪效率。
(2)积雪的硬度与积雪的密度有很大关系,密度小的积雪柔软,密度大的积雪硬度大,而经过压实的雪例如经过狂暴的风吹雪搬运的雪堆硬度很高,要考虑除雪机刀片的强度设计。
(3)要解决的主要问题是当遇到坡度或者井盖时,利用链条的柔性和浮动结构不至于损坏路面。
除雪作业对除雪装置的基本要求
针对机械式除雪装置在除雪作业时须满足以下基本要求:
(1)除雪效率的要求
除雪效率主要是指除雪作业时车辆的行驶时速。
按一个拥有200km路段(双向四车道)的高速公路管理部门,配备5套除雪设备来估算;其除雪设备行驶里程为800km(除雪幅宽为单向车道宽度的一半),在一个工作日8h内完成清雪工作,其除雪行车速度为20km/h。
考虑到尽快消除降雪对正常交通的影响以及社会和经济效益等方面的要求,20km的除雪时速应该是一个中间值。
(2)路况对除雪装置的要求
除雪装置要能够自动适应路面的不平度,尤其是对于低等级公路,在保证除雪速度和质量的前提下要有良好的越障性能、安全保护性能和通过性,既减少除雪作业对路面的损害又保护操作人员和关键设备的安全。
(3)积雪状况对除雪装置的要求
积雪随环境的温度、湿度以及自身的密度表现出截然不同的性能。
当环境温度在-lO℃以下时,积雪可以按照流动性很好的粉末状颗粒对待;经车辆碾压后形成具有相当强度的板结硬雪;当温度较高时积雪变成具有一定粘稠度的雪水混合物,会严重影响机械除雪效果。
所以除雪作业要把握好时机。
4技术路线或研究方法
(1)首先通过查阅相关资料,了解其除雪机的工作原理等相关内容,拟定出各个结构的设计方案。
(2)从各个方案中确定出合适的方案,综合优化各种设计方案,从而确定出本次设计的的最终方案。
(3)完成对除雪机中各机械部分的设计、强度计算、校核计算,并确定其主要机械部分的结构尺寸,绘制草图。
(4)完成总装配图、零件图、部件总设计和说明书的撰写。
组成部分
浮动式除雪机机构的结构见图,主要由装载机、传动装置、旋切式链条除雪机机构、集雪器和车体〔包括行走装置)等五个部件组成:
(1)装载机,选用ZL30装载机,提供动力;
(2)传动装置,传递运动;(3)集雪器,挡板和推雪板等组成;(4)除冰雪器,由轴、链条、链轮、刀、履带等组成;(5)车体及行走装置,支撑连接其它部件,并具备避障功能。
除冰雪器旋切削冰雪,集雪器将除冰雪器切削的冰雪聚集到一起统一处理。
此图为除雪器部分的机架结构,共有三个除雪器组成,图中数字为螺栓固定点。
机架宽度,机架长度2m。
每个除雪器独自工作,采用履带式结构,具有一定的柔性和浮动性。
此机架后面应固定挡雪板。
此图为单个除雪器主视简图,由2根轴、6个链轮、3条链条(链条上装有除雪刀)
此图为单个除雪器侧视简图,将刀固定在链条上。
此图为链轮上的刀。
除雪机的工作原理
单个除雪器工作原理
当装载机给机架向前的力,机架受力带动三个除雪器,除雪器向前走链条上的刀切割地面上的冰雪,机架后装有挡雪板,挡雪板将切割下来的冰雪收走。
由于链条具有柔性和浮动性可以保护路面上的减速带、下水井盖等。
除雪机的工作状态和运输状态
(1)图为除雪器工作部分,液压缸将除雪器放、车带动除雪机构向前走。
除雪机构清除积雪。
挡雪板将积雪收起来。
(2)图为除雪机的运输部分,用液压缸将除雪器机构抬起。
装载车运输。
5设计进度安排
2014年3月3日-2014年3月17日——查阅相关资料,撰写开题报告;
2014年3月18日-2014年3月31日——拟定除雪机总体设计方案;
2014年4月1日-2014年4月10日——主要零部件尺寸计算及强度校核;
2014年4月11日-2014年4月10日——绘制总体装配图;
2014年5月2日-2014年5月20日——绘制零件图;
2014年5月21日-2014年5月30日——撰写设计说明书;
2014年6月1日-2014年6月20日——准备答辩:
6主要参考文献
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