冰雪道路清理联合作业机设计说明书.docx

编号鄂创新一10--2#2021年湖北省高校大学生机械创新设计大赛暨第四届全国大学生机械创新设计大赛湖北分区预赛冰雪道路清理联合作业机设计说明书2021年湖北省高校大学生机械创新设计大赛暨第四届全国大学生机械创新设计大赛湖北分区预赛作品报名表参赛作品名称冰雪道路清理联合作业机〔专利号：202120211558.2作品类别救援、破障类、逃生、避难类口是否属慧鱼组：是□ /否所在学校华中农业大学邮政编码 430070参赛学校 领队老师通讯地址武汉市洪山区华中农业大学工学院领队 Email参赛学生序号姓名性别专业班级联系方式〔联系 、通讯地址及 、邮 箱,留一个同学的即可〕1男机制07052男机制07053男机制07054男机制07055男机制0705指 导 教 师序号姓名性别职称联系方式〔联系 、通讯地址及 、邮 箱,留一位老师的即可〕1女教授2男研究员作品内容 简介〔限200字以内〕冰雪道路清理联合作业机能完成破冰、碾冰、除冰、融冰的复式作业,由拖拉机 悬挂联结和动力输出,不需配备动力.该机由破冰碾冰组合装置、刮雪铲组合、融雪 剂抛洒装置等组成,通过行走回转的圆盘破冰耙组合切割别离冰层,驱动回转的碾压 滚轮碾压破碎冰块,刮雪铲组合清理路面的碎冰和积雪,抛洒融雪剂来去除路面剩余 冰雪,破冰深度和机具配重均可调整；该机不但用于冰雪清理作业,还可作为维修养 护道路的机具使用,实现了一机多用.冰雪道路清理联合作业机设计说明书目录1 绪论1.1 研究目的及意义 51.2 国内外研究现状和开展趋势 51.3 研究内容 52. 雪和冰层〔压实雪〕物理性质分析 63. 冰雪道路清理联合作业机的总体设计 73. 1 总体方案设计 73.1.1 设计原那么 73.1.2 工作原理 73.1.3 特色创新之处 73.2 悬挂机构的设计 83.3 驱动机构的设计 83.4 传动系统 83.4.1 万向节传动轴 83.4.2 链轮与带轮传动 84. 整机功率分配及消耗组成 85. 机架的设计 96. 破冰和碾冰装置的设计 96.1 总体设计要求 116.2 平行四杆联动机构的设计 126. 3 圆盘 破冰耙 136.3.1 圆盘破冰耙的工作过程 136.3.2 圆盘破冰耙的受力分析 146. 3. 3 性能 根本 参 数 146.4 碾压 滚轮的设计 15156.4.1 碾压滚轮的工作过程156.4.2 碾压滚轮根本参数的设计6.5 阻尼弹簧器的设计 167. 去除碎冰装置的设计 177.1 设计要求及结构形式的设计 177.2 根本参数的设计 187. 3 特色创新 之处 198. 抛洒装置的设计 198.1 设计要求及结构形式的设计 198. 2 根本参数的设计 198. 3 动力 传动 的设 计 199. 轴 及动 力 传动 设 计 219. 1 轴的设计 219.2 链轮、链条的选择 2310 ．限深机构的设计 2510.1 设计要求及结构形式的设计 2510.2 根本参数的设计 2611. 结论与建议 2711. 1 结 论 2711. 2 建 议 27参考文献 271 绪论1.1 研究目的及意义中国大局部地区每年有 3~5 个月的降雪期,积雪和冰冻严重地影响了道路交通和飞机 场跑道的畅通与平安,严重制约了工农业生产的正常进行,给人民生活带来诸多不便.尤 其是发生在 2021 年我国南方大面积的特大冰雪灾害,给国民经济开展造成巨大的创伤. 冰雪灾害发生后,冻结在交通要道和飞机场跑道上的冰雪采用传统除雪机械无法根本清 除,只能消耗大量财力和物力采用人工铲除的方法来解决.目前国内外除雪机械大多数存在着功能单一、只能去除积雪而无法彻底去除路面积冰 的问题,且在配置数量上与需求相去甚远.据有关资料统计,到 2005 年,日本各类除雪 车为 8467 台、推土机 8364台、除雪卡车 7678台、除雪平地机 7456 台、防冻剂撒布车 3134 台.与日本相比而言, 我国公路建设较兴旺的地区受大雪覆盖面积占国土面积的 20%还多, 也就是 200 多万平方公里,约等于日本划定的大雪区域面积的 10 倍.在如此广阔的区域 上,仅运行几百台除雪机械,这与中国公路维护的需求相去甚远.我国公路建设起步晚、 开展快,除雪机械配置数量少、机型落后且功能单一,人工去除道路冰雪的方式还处于主 要手段,因此除冰雪机械在我国有着巨大市场需求.目前,国内有些企业参照国外技术研 制出一些除雪除冰机械,但与世界先进除雪机械技术相比,无论从规格、数量、性能上都 有着很大差距,尚不能完全适应中国目前道路和飞机场跑道除冰雪工程的要求,而且购置 和使用费用高、能源消耗大,因而对除冰雪机械的研制和推广具有重要的科学意义和良好 的市场应用前景.1.2 国内外研究现状和开展趋势1.2.1 国内外开展现状我国对除冰雪机械的开发、生产较晚,尚处于起步阶段.目前,我国道路和飞机场跑 道冬季除冰雪大局部仍沿用传统的方式和手段,即人工作业和简易除冰雪机具相结合的方 式,工作效率低、能源消耗大.高速公路和一级公路已使用大型专用除冰雪机械进行冬季 作业,但无法彻底去除道路外表上冰层与残雪,购置和使用本钱较高.我国现有的除冰雪 机械在数量和品种上还很少,功能单一,根本上以进口设备为主.近年来,国内一些厂家参照国外技术研制了一些除冰雪机械装备,按其工作原理可分 为以下几种类型.1〕振动式：主机液压系统驱动震动马达,带动偏心块的旋转,在离心力的作用下, 使得震动轮沿圆周径向运动.对路面冰层来说,既有上下方向的震动作用力,又有水平方 向的揉搓作用力, 使得震动轮外表的凸块切入并挤压冰层, 致使冰层断裂破碎与地面剥离, 到达除冰的目的.如徐州装载机厂的专利产品 — 公路养护用滚轮式振动除冰设备.2〕静碾压裂式：工作装置悬挂于装载机前端,通过滚压轮上的组合刀片,依靠滚压 轮自身的重量和来自装载机动臂和摇臂的协调压力,在主机的推动下将冰层压碎.如哈尔 滨清朗除雪保洁设备厂生产的“雪狼一号〞、吉林工业大学等单位联合开发的 CB型碾压式 除冰雪装置.3〕 柔性链条击打式：采用特制链条,前端安装吊环,在主机的驱动下,链条做高速 旋转,对路面进行柔性抽打,从而获得破冰效果,易损坏路面.4〕 铲剁式：由多刃刀组成的工作铲在曲轴的带动下上下运动,对路面冰层进行剁击, 该机构采用柔型连接,实现了对路面上下不平的自动补偿,但易损坏路面.1.2.2凸显的问题我国的除冰雪机械的研制和工程应用虽有了一定开展,但存在问题还是较突出,主要表达在以下几个方面：1〕 技术水平低：结构设计、工作原理、功能研究等方面都存在水平低的问题,致使 机械可靠性差、故障多、寿命短；2〕 功能单一：具有典型的季节性,大都只有除冰雪功能.一年中大局部时间将处于闲置状态,大大增加了除冰雪作业的本钱,加重公路养护的投入；3〕 本钱过高：我国现有的机具均配置有独立的动力装置,购置和使用本钱过高.4〕 品种较少：不能适应我国道路冰雪情理的作业需求,机动性和可靠性较差.1.2.3开展趋势我国除冰雪机械的问题及实际国情决定了除冰机械将朝着以下几个方向开展.1〕 研制系列化的去除道路冰雪装备,以适应不同道路、不同场地的作业,机动性强；2〕 设计符合节能减排绿色环保,具有成效高、功耗低特点的去除冰雪装备；3〕 实现装备的多功能化,冰雪季节能用于道路和机场跑道的冰雪清理,平时还能用 于道路的建设、维修保养、抢险等作业.1.3研究内容1〕 工作原理与工作方式分析和确定；2〕 总体方案确实定与总体结构的设计,以及配套动力、传动方式的设计计算、结构 形式、结构参数确实定；3〕 工作机构的研究,包括圆盘破冰耙机构、碾压滚轮机构、去除碎冰机构、抛洒机 构、传动系统的研究等.2. 冰层〔压实雪〕物理性质分析查阅资料可知冰层在不同温度下的强度如下：2.1温度t的范围：-5 ~ -40C,2.2抗拉强度& :G=2.16+0.24t〔1+0.1t〕=4.41~50.61MPa.2.3抗压强度二.：、二=1.08+0.002t〔0.13t-1〕=1.0785~1.416MPa.2.4抗剪强度门:二 t=2.6+0.19t=3.55~10.2MPa.2.5抗折强度二R：6=19.9+0.13t=20.55~25.1MPa.3. 冰雪道路清理联合作业机的总体设计3.1总体方案设计3.1.1设计原那么1〕 拖拉机是道路维修保养的根本机械之一,该机组以拖拉机牵引并提供动力；2〕 冰雪道路清理联合作业机通过拖拉机悬挂牵引进行作业,采用圆盘破冰耙组合、 碾压滚轮组合、除冰铲组合和融雪剂抛洒装置作为主要工作部件,圆盘破冰耙机构和碾 压滚轮机构组合为平行四杆联动机构,可在不损伤路面的情况下,去除路面冰雪；3〕 机组装有配重箱可在工作时实现增重功能,运输时去掉配重用拖拉机悬挂而方便 转移,不需另配置运输车辆；4〕 机组配备动力输出装置驱动排水水泵、喷药机组等,可以解决现有机具适应性差、易损坏路面及功率消耗较高的问题 ,满足了冰雪灾害道路清理抢修需求.3.1.2工作原理5图3-1总体结构示意图1•圆盘破冰耙,2•碾压滚轮,3•限深机构,4•路面去除装置,5•抛洒融雪剂机构,6.融雪剂箱,7•弹簧阻尼器,8.配重箱,9.悬挂机构,10.机架,11.四杆联动机构工作原理：一方面由拖拉机牵引机组,利用圆盘破冰耙 1将冰层切开,再利用碾压滚轮2将冰碾碎；另一方面利用路面去除装置 4将冰雪去除,然后加撒融雪剂以预防路面再 次结冰.圆盘破冰耙1与碾压滚轮2以连杆连接组成平行四杆联动机构与弹簧阻尼器结合 到达仿形从而预防对路面造成损伤.冰雪被碾碎后由除冰铲去除, 除冰铲整体结构为V字型,角度和高度可调节,借助于机组的匀速运动有利于将冰雪快速去除.在除冰铲之后是 抛撒融雪剂机构5,由做圆周运动的抛撒融雪剂盘 5将融雪剂撒下,将剩余冰雪去除并防 止路面再次结冰.该机具能够同时完成冰雪灾害道路清理抢修过程中的多种复式作业,平时还可作为道 路的修整维护机具使用,不需单独配备动力,可有效提升机具的效能、保证作业质量、降 低生产本钱,并实现一机多用.3.1.4特色创新之处1〕 能同时完成破冰、碾冰、除冰、融冰的联合作业,能彻底去除路面冰雪；2〕 主要工作部件采用平行四杆联动机构设计的破冰碾冰组合装置,具有随地面仿形 和阻尼的功能,保证不损伤路面,降低功率消耗,提升了除冰效率；3〕 采用配重箱替代传统的配重铁块,作业中充水来增加重量,机具转移中排出水可 减轻自重,便于拖拉机悬挂运输；4〕 采用与道路维修配备的主要动力机械拖拉机配套使用,不需单独配备动力,实现 节能减排,降低了制造和使用本钱；5〕 本机不但能完成去除冰雪作业,平时还可作为维修养护道路的机具使用,实现了 一机多用.3.。