一种小型破冰除雪机的设计.pdf

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第4期(总第155期)
机械工程与自动化
2009年8月
MECHANICAL ENGINEERING ALTOMATION
Aug
文章编号:1672-6413(2009)04-0103-03
种小型破冰除雪机的设计
牟艳秋,巴吾东
(新疆大学机械工程学院,新疆鸟鲁木齐83008)
摘要:介绍了国内外除雪机械的现状,在分析破冰除雪机工作原理的基础上,设计了一种小型的破冰除雪机
关键词:除雪机构;破冰辊;设计
中图分类号:U418.326
文献拆识码:A
1国內外除雪机被
不再单独计算,而是统一考虑在系数k之中,因此,破
根据工作原理,除雪机可分为推移式、抛雪式和吹冰除雪机总功率(kW)为
雪式3种。推移式除雪机是将推雪铲刀、除雪犁等装置
P=足(P行走十P冰十P雪板)。…?(1)
安装在推土机或其他车辆上将雪推走,这种方法只能将式中:P柴一一柴油机功率
积雪推到路边,适用于新鲜雪或破碎后的压实雪,效率
P+走一一行走功率
较低,容易划伤地面。常见的推移式除雪机有前置正铲
P被淋一破冰装置所用功率;
式、前置侧铲式和V型除雪犁等。抛雪式除雪机配有抛
P胜一推雪板装置所用功率
雪泵,将收集到的积雪拋到路边或送人运输车辆,常见
的抛雪式除雪机有螺旋式、手臂式和叶片式3种。吹雪
杄传动
式只适用于新鲜雪,只能在机场、桥梁和高速路上应用
成本最高,不能开发小型产品。除冰机包括震动式除冰
阳一
机、铣切式除冰机和撞击式除冰机。
根据新疆冬季长且降雪量大,雪很快就会在路面
推雪板
结冰的特点,本文介绍一种小型的破冰除雪机械
带传
链传动
2除雪机的总体方案研究
2.1除雪机的基本结构和工作原理
除雪机由车体和安裝在它上面的柴油机、减速器、
柴油机
破尕辊
传动装置、行走装置、操作装置组成。其机构示意图
和结构简图分别见图1和图2
图1小型除机的机构示图
机器工作时,柴油机提供的动力经减速后,由皮
由式(1)看出,在行走功率为零时,柴油机功率可
带轮传递给蜗杄,然后通过链传动传到破冰辊上,从以全部传给破冰装置和推雪板装置,而在破冰装置和
而带动破冰辊高速旋转,使前方的冰层不断地被破冰推雪板装置功率为零时,发动机功率可以全部成为行
辊切碎,并以一定的速度被甩入到后面的密闭室中。在走动力。因此,在破冰量很大时,车速不宜过高;而
密闭室中,蜗杆带动蜗轮轴旋转,于是凸轮就以…一定在破冰量很小时,可以相应提高车速,所以,该小型
的周期作往复运动,从而推动推雪板,使积雪和碎冰铲雪机的传动效率较高
块被推到路边。
3传动装的设计
2.2除雲车所用功率分配
3.1传动原理
在该小型除雪机的动力设计中,主要研究整机行
除雪机的传动原理如下:柴油机经减速器戒速后,
走消耗的功率、破冰裝置消耗的功率以及推雪板清除经带传动带动蜗杅轴转动,凸轮随蜗轮轴一起转动,由
冰雪消耗功率的计算。对于其他消耗功率较小的装置此推动推雪板往复运动。除此之外,蜗杆轴通过链传
收稿日期
12-01;修同日期2009-02-23
作者简介:牟艳秋(1980-),女,黑龙江海伦人,助理工程帅,在读硕土研究生,研究方向:材料加工工稈。
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杌棁工程与自动化
2009年第4期
动,带动车轮和破冰辊向前运动。考虑到缓冲、减震、主轴上的辐板铰接;在轴向上,并排地分布着多排这
过载保护、原动机等对传动装置的要求,采用单排辊样的与辐板铰接的刀片,以形成一定的除雪幅宽。工
子链(链号为08B)俊动和带(普通V带A型)传动。
作时刀片除与主轴一起转动外,还可绕铰链在一定角
度内摆动,刀片靠扭力弹簧保持其径向固定位置。除
雪作业时,刀輥主轴以一定的转速旋转,同时以速度
。前进,这就使分布在主轴圆周上的刀片依次敲击雪
层然后刮擦,使雪层与路面剥离。当遇有路面凸起或
阻力过大时,刀片就克服弹簧阻力绕铰链摆动一定的
角度,实现避让障碍的动作,从而自动适应路面,起
到保护路面的作用。图4为破冰辊结构示意图。
辐板
图2除雪机的銌构简图
3.2参数计算
传动系统各轴的转速、功率和转矩计算结果见表1
表1传动系统的运动和动力参数
轴号
柴汕机
蜗杄
蜗轮
转速
臼4破冰報结构示意图
功率(kW
2.19
4.2主要参数的确定及计算实例
转矩(N?m
410.7
(1)取车速=10km/h。
4铲雪车的主要结构设计
(2)刀具所在圆周直径取D=500mm时,结构上
4.1破冰辊的设计
允许其圆上分布Z=14个刀片
铲刀前面作用在冰雪层上的力有法向力F和摩
(3)据人工除雪经验,两次敲击的间距h40mm
擦阻力F,该二力的合力F。在x、y方向分解为F时才能保证除雪质量
和Fy,F与铲刀前进方向一致,起挤压路面冰雪层的
(4)据上述条件可计算出刀辊所应貝备的转速
作用,F。,起使其与路面剪切分离的作用,与铲刀前进=297:6r/min
方向垂直,使与路面分离的冰雪产生张力,并在内部
(5)刀具对地面的敲击力度可用动量来表示:
产生弯曲应力而脆断。图3为铲刀受力图。
刀=mれXし。““ー??ょ?い?
式中:Pn除雪刀辊上单片刀头对路面的撞击力度
单个刀头质量,取m=2kg
刀片旋转至与路面接触位置时相对路
面的速度,m/s
积雪
经计算ャ-5m/s,代人式(2),则Pn=2
(6)人力除雪时,设铁对地面的作用力F=10
N,m=2kg的铁锹经s=250mm距离撞击地面,其加
速度和作用时间分别为a=50m/s2,t=0.1s,则撞击
速度び=at=5m/s。那么人T除雪铁锹对路面的作用
图3宇刀受力图
设计铲刀时,必须使其满足一定的切削性能和力
力度为:P人=mX=10kgr
经上述计算说明辊刀对地面作用力与人力相仿。
学性能的要求,减少切削!阻力和铲刃麾损,降低能量实际工作时我们可通过控制刀片质量、弹簧扭力、刀
消耗,延长铲刃的使用寿命,并有利于提高清除率
辊转速、行车速度等因素来保证刀片对路面的作用力
为了提高除雪机对雪层厚度的适应能力,破冰辊度小于或等于人工除雪,或者使其在某一合遺的范国
上的刀片设计为能进行机械调节,以便改变与地面的
除雪机设计时必须考虑的几个因素
接触高度,在破冰的同时不损伤地面。
5.1生产效卒
破冰辊的作用是将雪层从路面上剥离,其结构形
生产效率7(km2/h)以单位时间内清除的道路面
式为:一系列的刀片沿径向均布于主轴圆周上,并与积计