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1、 道路除雪机-除冰机机械研发技术课题和攻关总结作者；胡若男仿人力 智能除冰机械。智能机械除冰稿系统，除 冰效果极佳，属全国首创，螺旋导向清理 冰雪，自动将冰雪清理至清扫车一侧；螺 旋导向高强扫轮清扫浮雪并自动将浮雪清 扫至清扫车一侧；驾驶员可通过观察、控 制除冰镐工作情况和除冰雪效果；机械除 冰镐易磨损的镐刃置换十分方便，并且成 本低廉，多功能化设计可实现除冰、清雪、 扫雪于一体，夏季可将整机前部拆下并十 分方便的将装载机斗安装上，可做为装载 机使用，体现整机设计巧妙，利用价值高， 解决了一般清雪机的单一性。本产品全新 理念设计，功能卓越，已获得国家多项专 利。是根据国际和国内的最新形势和市场
2、需求而确定的研究课题。对实际的生产和生活有很大的实际意义。是隶属于国家攻关课题-多功能铲雪车研制的一部分。1.1.2 本次设计研究目的中国北方大部分地区,每年有35个月的降雪期,道路积雪给交通运输及人民日常生活带来许多困难,有时甚至阻断交通。近几年来高等级公路里程不断增加,及时有效地清除路面积雪已成为亟待解决、刻不容缓的问题,这对于提高车辆的运输效率、避免重大交通事故的发生,具有很大的社会经济效益。目前,国内除雪作业多由人工或其它代用机械完成,其劳动强度大,作业效率低。进口外国先进的除雪设备,造价高且不适合中国国情;而用其它的代用机械如平地机进行除雪作业,则又浪费实用设备且对路面具有破坏性。所
3、以,尽快开发出适合中国国情的低成本、高效率、且宜大面积推广应用的除雪设备,是一项艰巨而紧迫的任务。1.1.3 本次设计研究的意义我国北方大部分地区,每年有很长的降雪期,道路积雪给交通运输及人民日常生活带来许多不便。尤其冻结在道路上的积雪与薄冰,采用传统除雪机用推刮的办法无法清除,为此不得不耗费大量人力物力进行人工铲除。采用机械方法清除是一项急需解决的难题。就目前国内除雪机械来看,大多数功能单一,或只能清除积雪、或只能破除积冰1。国外的除雪机功能较全,但结构复杂,造价昂贵,且大多不适合国内的道路状况。因此开发研制适合我国道路情况的集破冰除雪于一机的设备,具有十分重大的意义。国外的除雪机功能较全,
4、但结构复杂,造价昂贵,且大多不适合国内的道路状况。因此开发研制适合我国道路情况的集破冰除雪于一机的设备,同样具有十分重大的意义。1.1.4 有关清雪机国内外研究概况(1) 有关清雪机国内外研究概况目前，世界各个国家除冰雪的方法中，应用最普遍的是溶解法和机械法。溶解法是依靠热作用或撒部化学药剂使冰雪融化。其优点是除净率高，但是它的成本很高。而且容易造成环境污染。虽然环保型融雪药剂已经问世，对环境和植被的影响减少了，但是并未彻底根除。因此使用范围受到一定限制。机械法是通过机械作用直接作用解除冰雪危害。虽然除净率较低，但是对环境和植被无任何影响。能实现冰雪的异地转移。应用范围比较广。因此，笔者认为：
5、清除冰雪必须以机械法为主，以溶解法为辅助，才能达到快速和环保的除雪效果。我国对除雪机械的开发、生产都比较晚，因此还处于起步阶段。目前，我国的城市道路和公路冬季除雪大部分仍沿用传统的养护方式，即人工作业和小型的除雪机械相结合的方式。高速公路和一级公路开始使用大型专用除雪机械，进行冬季养护。但是，除雪机械在数量和品种规格上还很少，所以除雪设备大部分依赖进口。机械化程度和总体水平远远落后于发达国家。只是最近几年国内的厂家才参照国外的先进技术研制了适合我国国情的除雪机械。综观国内外的除雪机械，其类型总的来说有三种类型：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
6、、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： 单向犁-除雪犁以固定角度装在除雪车前部。 V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。 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。 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
7、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。具体类型有： 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。 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。 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
8、，再由转子抛出。 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。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。河北五星电力设备有限公司WX-2012型冰雪清除机(除 冰清雪车)具备操作简便，维护维修方便快捷，故障少等 特点，各个破碎铲都是独立工作的，即使个别破碎铲出 现故障不影响整机操作，低能耗；是大型清雪机每小时 燃料的十分之一采用橡胶履带行走装置保证坡路和光滑 的冰雪层上作业。根据用户要求2010年又采用了ZL-20 加高型轮式装载机作为该机的配套主机，使其在清雪季 节过后还可清楚小区内的垃圾、建筑工地的施工作业、
9、 可牵引运送垃圾的液压翻斗车等环卫车辆。液压管路采 用快换接头方式、安装方便快捷、大大提高了该机利用 率85%以上。 液压转向，密封驾驶室，配置有供暖系统，视野开阔， 操作环境舒适。 可根据用户需要制造1-3米系列机型。五星冰雪除冰机的主要参数发动机型式立式、四缸、水冷、直喷燃烧室 ? 标定功率KW（护坡）48（65） ? 装载机44（60）标定转数r/min24002600前进挡速度km/h1.02-9.5倒档km/h0.67-2.55工 作幅宽（米）1-3破碎厚度（mm）40破碎面 积（m2 ）/h2500-6000刮除面积（m2 ） /h23000-整体尺寸长（m）5.3装载机7000
10、宽（m）2.933000高（m）2.853000整机重 量（kg）30004000燃油箱容积（L）120液 压油箱容积（L）80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。 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
11、之路，实现除冰雪的机械化。1.2 本设计预期达到的目标在ZL40型装载机的前端安装除雪装置-斜刃螺栓连接式压磙除厚冰雪装置。采用斜刃式除雪装置，使冰雪在破冰刀刃的作用下破碎。压磙与ZL40型装载机大臂相连。设计出包括铲及其连接机构。画出全部图纸：装配图、部件图、零件图、总明细表。设计时要保证相应构件的可靠性，所以要进行相应的力学分析、设计计算 、方针模拟等。并要求用计算机软件对重要部件进行详细的运动学和动力学分析。设计相关的软件。通过这次设计，要不仅温习好大学四年所学的大不分的理论知识，还要培养工程实际应用的能力，锻炼实际的动手和全局的驾御能力。对装载机和除雪机械有更深的认识，加强在此方面的设
12、计能力。1.3.2 结构原理和计算要点：斜刃螺栓连接式厚冰雪磙压除雪机是利用前部安装的碾压辊上装有的刀板对雪进行切削，利用自身的重力和空气锤的振动的冲击力达到破冰目的。(1) 刀齿分布结构：采用斜刃螺栓连接式，材料用耐磨仿形材料。按与地面平行布置在压磙上，前后两排刀齿位置错开。采用新旧技术相结合的方法。因为有关装载机和除雪机构的研究在我国已经有了一定的进展-即使和发达国家相比还很落后-在很多领域。但近几年我们引进了很多先进的技术，特别是除雪机械方面的，加上我们的有关装载机和其他工程机械的研究知识，将这两方面的知识有机地结合起来，实现新的突破，研制出适合我国国情的公路养护机械-集工程作业和除雪能
13、力于一体的多功能机械产品。(4) 拟采用的技术路线研究冰雪的物理和力学特性-查阅国内外有关装载机和除雪机械、机构的设计资料和最新进展-消化、吸收个方面的技术资料，并加以整理和创新-技术设计和整机设计。1.5 研究的主要内容和方法本文针对路面上被压实的冰雪研究路面冰雪清除机械。方法是进行理论分析和计算，并重点进行实验研究。具体研究内容如下。1.5.1冰雪切削挤压破碎技术、总体方案主要阐述冰雪的物理机械性质；根据所提出的对路面上压实冰雪进行挤压、切削、破碎的技术思想，分析路面冰雪清除机基本原理并确定样机基本方案；分析整机的牵引平衡和功率平衡，确定路面冰雪清除装置的重量，进行整机匹配计算及分析。1.
14、5.2 碾压滚型式和结构主要阐述工作装置碾压滚结构型式研究和碾压滚参数。1.5.3 滚齿排列方式及刀刃几何参数主要阐述齿刀在碾压滚上的排列方式；齿刀的数量和间距；齿刀几何参数确定。1.5.4 各主要零件的校核验算主要是对齿刀的强度、销轴剪切强度、轴的强度以及轴承进行校核计算。 第2章 路面冰雪清除机机理研究2.1 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，
15、如表2.1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2.2所示。雪的硬度、密度和温度之间存在着如图2.1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2.1 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0.100.150.200.300.340.420.400.600.600.750.90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2.3和表2.4。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2.5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
