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畢業(yè)論文（設(shè)計） 小型路面除冰裝置設(shè)計 學(xué) 生 姓 名： 指導(dǎo)教師： 講師 合作指導(dǎo)教師： 專業(yè)名稱： 機械設(shè)計 化專業(yè) 所在學(xué)院： 機械與動 院 2017 年 6 月 目 錄 摘 要 I Abstract II 第一章 引言 1 1.1 背景及選題意義 1 1.2 小型路面除冰裝置的發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.3 除冰裝置存在的缺陷 2 1.4 除冰裝置的研究方向和特點 3 1.5 研究內(nèi)容及方法 3 第二章 整體設(shè)計規(guī)劃 4 2.1 系統(tǒng)工作原理 4 2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)安排 4 2.3 除冰裝置的整體設(shè)計 5 2.4 章末總結(jié) 6 第三章 總體設(shè)計方案及參數(shù) 7 3.1 動力參數(shù) 7 3.2 動力傳動解析 7 3.3 帶傳動參數(shù)計算 8 3.4 整體結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計 11 3.5 章末總結(jié). 12 第四章 各零部件的設(shè)計方案及參數(shù) 13 4.1 除冰車車體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案 13 4.2 除冰車扶手結(jié)構(gòu)設(shè)計方案 13 4.3 螺旋集拋器結(jié)構(gòu)設(shè)計方案 14 4.4 拋冰筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案 15 4.4.1 拋冰筒結(jié)構(gòu)設(shè)計 15 4.4.2 拋冰筒參數(shù)分析計算 16 4.5 螺旋葉片和碎冰鋸齒的設(shè)計 17 4.6 章末總結(jié) 18 第五章 關(guān)鍵零件校核 19 5.1 鍵的校核 19 5.2 軸承的選擇及校核 20 5.3 集拋器主軸的校核 20 5.4 螺旋葉片和碎冰鋸齒的校核 22 第六章 結(jié)論與建議 23 致 謝 24 參考文獻(xiàn) 25 摘 要 小型路面除冰裝置的設(shè)計可有效地解決目前所面臨的困境，它將人工控制與自動控制相結(jié)合，可以針對不同的街道進行清雪除冰作業(yè)，可有效地減輕工人的勞動強度，還可利用其機械化作業(yè)的優(yōu)勢有效地提高除雪效率。小型機械在制造成本與應(yīng)用范圍較廣，能夠大面積推廣，具有較好的發(fā)展前景和應(yīng)用價值。現(xiàn)在的除冰除雪機種類繁多，國內(nèi)的大多數(shù)以靜碾壓裂式和柔性鏈條擊打式為主，而在大部分經(jīng)濟不發(fā)達(dá)的地區(qū)更是以人工除冰這種傳統(tǒng)的方式為主，本次設(shè)計的是剁鏟式，通過前端碎冰鋸齒的旋轉(zhuǎn)來進行碎冰作業(yè)。主要用于小區(qū)、校園和公園等道路不寬的場所。 關(guān)鍵詞：破冰，螺旋，傳動，碎冰鋸齒，絞龍 Abstract The design of the small pavement de-icing device can effectively solve the current difficulties faced by the combination of artificial control and automatic control．It can be carried out for different streets of snow de-icing operations and effectively reduce the labor intensity of workers．But also using the advantages of its mechanized operations to effectively improve the snow removal efficiency. Small machinery in the manufacturing cost and application of a wide range is to a large area to promote with good prospects for development and application value. Now a large number of deicing snow removal machines, most of the domestic static crushing and flexible chain hit the main type, and in most of the economically underdeveloped areas is the traditional way of artificial deicing in the traditional way , This design is chopped shovel, through the front of the ice-cut rotation of the ice to do crushing operations. In this paper, the design of small pavement de-icing device is mainly used for residential, campus and park and other places are not wide. Keywords: Break the ice, Spiral, drive, broken ice sawtooth, auger I 畢業(yè)論文（設(shè)計） 第一章 引言 第一章 引言 1.1 背景及選題意義 我國北部區(qū)域冬天較為漫長，而且持續(xù)低溫每年都伴有較大的降雪，冰和雪的及時清理一向是國內(nèi)研究的一大瓶頸，其主要原因是冰雪的密度和硬度等物理性質(zhì)相對不穩(wěn)定；路面上的積雪與地面貼合緊密，所以含有很多的雜質(zhì)，進而結(jié)合成了難以測量的混合物[1]。伴隨整個冬季的積雪和濕滑的地面已然成為交通擁堵甚至導(dǎo)致嚴(yán)重的交通事故的重要因素之一。 國內(nèi)的路面除冰裝置起步較晚，與發(fā)達(dá)國家相比技術(shù)上要落后許多。對于我國北部的大部分城市街道路面的除冰清雪工作仍由人工作業(yè)占主體，大型的機器設(shè)備輔助完成作業(yè)，并且大部分街道均存在過于狹窄的狀況，只能依托人工作業(yè)、用電鎬、鐵楸等錘碎積雪和冰殼后集中起來統(tǒng)一運走或者等待氣溫轉(zhuǎn)高自然融化[2]，勞動強度大、效率低，而且容易損壞路面，狹窄的街道、小區(qū)限制了大型機械的工作，大型的機器設(shè)備的發(fā)展已經(jīng)不足以滿足當(dāng)前的人們需求了。僅能依靠人工除冰作業(yè)來解決當(dāng)前所面臨的窘境，天氣寒冷造成積雪底部結(jié)冰的情況，也增加了工人在完成除冰過程中的體力消耗和勞動強度，而且我國老齡化情況在逐漸加深，多重弊端的限制下需求一種小型的路面除冰裝置進而滿足街道小區(qū)的除冰需求。 1.2 小型路面除冰裝置的發(fā)展現(xiàn)狀 除冰裝置的前身是除雪裝置，當(dāng)人們在完成了機械除雪工作的基礎(chǔ)之上，漸漸的意識到了，真正現(xiàn)實生活中冰存在的比例遠(yuǎn)大于雪。國外對于除冰車的研究已經(jīng)有十多年了，他們的公路街道等大型的公共區(qū)域已經(jīng)具備非常完善及時的除冰設(shè)備[3]。近些年，國內(nèi)經(jīng)過技術(shù)和設(shè)備的引進在除冰裝置的機械制造和研究上有了很大的提升在這一領(lǐng)域也取得了較為迅速的發(fā)展。 通過對資料的查閱和整理，路面除冰裝置大致可以分為：剁鏟型、靜碾壓裂型、激振型、柔性鏈條捶打型以及熱融型這五種類型： （1）剁鏟型 動力由原動機輸出動力至曲軸，曲軸由多個具有刀刃的除冰鏟組成，在曲軸的帶動下上下剁鏟對冰層進行敲擊，不過機構(gòu)的聯(lián)接方式多采用柔性聯(lián)接，其目的是可以對凹凸不平的冰面進行韌性補償減少對道路表面的損傷。 （2）靜碾壓裂型 該種除冰裝置的類型是目前應(yīng)用最為普遍也是相對較為成熟的方式之一，它的工作原理是將前端除冰裝置加裝液壓設(shè)備，依托液壓裝置的壓力和龐大除冰筒的自重，經(jīng)過筒壁上的刀具增大壓強和剪切力將冰雪碾碎。該種方式多用于大型場所，因工作原理的限制只能應(yīng)用到平坦的路面，這樣才能將對路面的損傷降到最低。 （3）激振型 主機動力裝置提供動力給震動馬達(dá)，馬達(dá)帶動偏心塊的高速旋轉(zhuǎn)，由此產(chǎn)生的激振力傳給拋冰筒，使得拋冰筒對于地表冰層既有上下震動的剪切力又有水平方向上的推移力。震動以及揉搓的雙層作用將圓筒上的凸塊擠壓破壞冰層達(dá)到碎冰除冰的目的[4]。后續(xù)進行改裝升級，為滾筒加裝升降機構(gòu)，再加上調(diào)速馬達(dá)可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速間接調(diào)整激振幅度的大小，這使得這一類型的除冰車能夠適應(yīng)多種厚度冰層的工作環(huán)境。但是，迄今為止路政單位并沒有關(guān)于除冰裝置的道路保護與界定道路損壞程度的具體法律條文，而這種激振方式除冰的施行要比常規(guī)重物碾壓路面的破壞程度還要大，容易對街道瀝青、砂石、方磚的結(jié)構(gòu)造成永久性的破壞，所以激振型的除冰裝置也備受大家的爭議。 （4）柔性鏈條捶打型 查閱相關(guān)介紹，捶打型的除冰裝置的設(shè)計來源是南方有些古村用來和面的裝置，裝置結(jié)構(gòu)很簡單，在滾筒或滾輪上安裝柔性的特制鏈條，筒或輪的轉(zhuǎn)動甩動鏈條鞭打冰層，使得冰的表面結(jié)構(gòu)被破壞脫離與路面的粘附。 （5）熱融型 熱融型的除冰裝置只是在相關(guān)資料中查閱得到，利用火焰或者高溫對薄冰進行輔助的速融，進而達(dá)到除冰的目的。不過有資料顯示在機場有用退役下來的噴氣式飛機的發(fā)動機作為熱源[5]，快速對影響飛機起落的情況進行緊急處理，這種方法局限性太大，僅適用于機場等平坦寬敞的較薄冰層的處理場合。 1.3 除冰裝置存在的缺陷 國內(nèi)的除冰裝置的研發(fā)已經(jīng)取得了很大的進展，但是照比發(fā)達(dá)國家，我們的發(fā)展空間還有很大。相關(guān)的研發(fā)部門在除冰機械上進行了許多次技術(shù)改革付出了很大心血，但目前來講路面除冰方面無論是大型機械還是小型裝置仍然沒有得到大面積的推廣和使用，總結(jié)原因歸結(jié)為一下幾點： （1）裝置的制造成本高，使用頻率低。一臺小型除冰裝置裝配結(jié)束投入使用，最大化來講每年的使用概率為四分之一，而這四分之一當(dāng)中積雪成冰的概率和需要快速清冰的概率又很低。這使得路政部門或?qū)W校購入一臺除冰車常年處于閑置狀態(tài)，而沒有得到充分的利用增加了相關(guān)部門的額外支出，同時也映射了另一種原因：除冰裝置的功能過于單一。它導(dǎo)致了這臺裝置僅僅是發(fā)生了惡劣天氣狀況的情況下才能夠拿出來被使用。 （2）除冰車種類不足，使用場合過于局限。對于除冰車這種使用單一的情況，更加的需要種類的多樣化來發(fā)展應(yīng)用市場，對于許多領(lǐng)域和環(huán)境的碎冰除冰我國目前的研究還是處于空白的狀態(tài)，這樣也就無法滿足多樣化市場的需求[6]。 （3）對路面損傷比較嚴(yán)重。在除冰裝置的種類介紹當(dāng)中，每種類型的除冰車基本都提到了對路面造成的損傷程度。這也是干涉路面除冰裝置能否被大面積使用的最主要因素。除冰車基于成本考慮沒有被設(shè)計的非常智能，所以它對路面上的障礙物或者是原有損傷不能夠自行的作出判斷，導(dǎo)致其避讓的功能幾乎為零，該缺點使得它在工作過程中對地面標(biāo)識和路面凹凸都以平整路面或者冰雪層處理[7]。如果該除冰裝置的功率很大，那以上這種現(xiàn)象可以說對公路、街道的使用壽命造成致命損害。 1.4 除冰裝置的研究方向和特點 通過以上對路面除冰裝置的研究以及對當(dāng)前各個類型的除冰車優(yōu)缺點的總結(jié)，明確了本次設(shè)計的研究方向，將本次設(shè)計的除冰裝置的特點定位為小型、便捷、成本低，適用的場合定位為的小區(qū)街道、校園林蔭和公園小路等道路不寬的場所，在功能上定位為集碎冰、集冰、集雪、拋冰于一體的多功能化小型路面除冰裝置。 在完成最基本的碎冰工作外，為避免出現(xiàn)以上存在的功能單一導(dǎo)致除冰裝置被閑置的情況。現(xiàn)將碎冰和集冰裝置進行動力分割，針對路面僅有積雪的情況，可以將碎冰裝置暫停供應(yīng)動力，盡讓拋冰筒工作來完成單純的除雪工作；而且面對不同的冰雪聚集厚度，除冰裝置也需要具備“特殊情況，特殊對待”的功能，除冰車都不能始終保持同一轉(zhuǎn)速來完成所有工作，無論是從耗能角度還是實用性的角度這都是違背科學(xué)和常理的[8]。故此本次設(shè)計的除冰裝置具有離合調(diào)速的功能，來擴展其使用范疇。 1.5 研究內(nèi)容及方法 以上內(nèi)容分別綜合了小型路面除冰裝置國內(nèi)外研究的狀況以及現(xiàn)有各種各類型的除冰裝置的優(yōu)缺點，對這次自己想要設(shè)計的除冰車進行了總結(jié)以及簡單的分析，根據(jù)實際的情況并綜合科學(xué)的理論分析進而來說明了本次設(shè)計的可行性。 26 畢業(yè)論文（設(shè)計） 第二章 整體設(shè)計規(guī)劃 第二章 整體設(shè)計規(guī)劃 2.1 系統(tǒng)工作原理 根據(jù)機械設(shè)計的一般規(guī)律，從機械的工作原理為切入點逐步完成機器整體的設(shè)計。首先它的基本模型是手扶式推車，具有的功能是碎冰、集冰。其次無論是碎冰裝置還是收集碎冰的機構(gòu)都需要有動力的支持，結(jié)構(gòu)安排上碎冰裝置在前，集冰裝置在后，考慮到車整體的協(xié)調(diào)性和合理性，發(fā)動機的質(zhì)量相對較大，故三個模塊的工作原理如下圖所示。 2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)安排 由于工作的需要，應(yīng)該考慮到兩種情況： 第一種情況是路面積雪有無形成冰層，當(dāng)路面結(jié)冰很嚴(yán)重時就需要除冰車全功率工作，破冰裝置和拋冰裝置同時運行；當(dāng)路面落雪后尚未結(jié)冰或者輕微結(jié)冰時，此時的清除工作不包含碎冰，僅依托集冰筒和拋冰裝置就能夠完成此時的工作；那么在結(jié)構(gòu)的安排上就需要加入在無冰路面移動時破冰刀鋸可以脫離路面的裝置——離合控制器。 第二種情況便是清掃時周邊環(huán)境風(fēng)力的大小，因為大雪過后的天氣不一定都是“雨過天晴”。而除冰過程中風(fēng)力的大小對拋冰筒能否正常拋冰起決定性地作用與倘若逆風(fēng)拋冰，拋冰的高度會和理論值相差甚遠(yuǎn)，所以拋冰筒的拋冰方向不能是固定不變的，故在裝置的安排上加入了可改變順逆風(fēng)拋冰的機構(gòu)——螺旋絲杠控制桿。 2.3 除冰裝置的整體設(shè)計 路面除冰車的整體設(shè)計思路均來源于生活實際，將俯視圖近似看做長方形，考慮到工作環(huán)境的不寬敞所以長方形設(shè)計的修長一些，方便在小面積范圍內(nèi)的清冰除雪作業(yè)。綜合考慮車身整體的協(xié)調(diào)性以及重心偏移設(shè)計原則，發(fā)動機放至在后輪的前方以避免“前傾”情況的出現(xiàn)并且方便手推式移動時更加省力。之所以沒有將其十分向后設(shè)置或者在后面掛載，是因為一方面要平衡破冰鋸齒的重量另一方面還有要中和車斗在滿載時的配重。 對于帶輪傳動方面，分別對動力傳輸?shù)娜N方式：中間傳動、雙側(cè)傳動以及單側(cè)傳動進行了比較，因為要方便破冰裝置的啟停和皮帶的更換，故選擇了單側(cè)傳動的方式進行設(shè)計?？紤]到工作時的波動性較大以及帶輪和皮帶對工作環(huán)境的要求并不是十分苛刻[9]，同時也為了皮帶拆卸的方便故沒有對裸露在外面的四個帶輪安裝防護罩。小型路面除冰車通過帶傳動帶動破冰裝置運轉(zhuǎn)進而完成預(yù)設(shè)的破冰功能的結(jié)構(gòu)簡圖如下圖所示。  圖4 各部位零件 2.4 章末總結(jié) 以上內(nèi)容從除冰裝置的工作原理出發(fā)，在滿足結(jié)構(gòu)的合理性基礎(chǔ)之上分別布置了碎冰鋸齒、汽油機和螺旋集拋器等結(jié)構(gòu)的位置。通過目前除冰車存在的弊端分析，揚長避短，設(shè)置離合裝置和螺旋杠桿這兩種簡單機構(gòu)來增強除冰車的應(yīng)用范圍和拓寬其工作環(huán)境。整體的設(shè)計特點不僅僅是小巧便捷、制造成本低，還考慮到成品的美觀性和協(xié)調(diào)性。綜合科學(xué)理論知識、生活實踐和前人經(jīng)驗來使得本次的設(shè)計接近完美。 畢業(yè)論文（設(shè)計） 第三章 總體設(shè)計方案及參數(shù) 第三章 總體設(shè)計方案及參數(shù) 3.1 動力參數(shù) 通過對本次設(shè)計方案中的負(fù)載和發(fā)動機輸出的對比，本次設(shè)計選擇的是GX270型汽油發(fā)動機.具體的參數(shù)請查詢表1。 表1 HONDA GX270型發(fā)動機基本參數(shù) 3.2 動力傳動解析 除冰車打火工作，汽油機開始提供原動力至帶輪，當(dāng)離合裝置壓緊皮帶后經(jīng)由帶傳動將動力傳給組合螺旋集拋器開始高速旋轉(zhuǎn)開始集冰拋冰作業(yè)，然后再次通過帶傳動再將動力傳送給破冰裝置。 工作部分安裝了螺旋葉片和碎冰鋸齒，螺旋葉片和碎冰鋸齒是兩套旋向相反且平行的，冰層被碎冰鋸片呈一定角度切割所提供的水平方向和豎直方向上的剪切力破壞。經(jīng)過第一套碎冰鋸齒的切割后還會存在較大面積的冰塊，故設(shè)置兩套旋向相背的螺旋葉片，將剩余的冰雪成功破碎完成碎冰工作。 隨著車體向前移動，被打碎的冰層先后與螺旋集拋器接觸，集拋器的高速旋轉(zhuǎn)為與其接觸的碎冰提供了較大的離心力而后進入拋冰筒，但碎冰旋轉(zhuǎn)至出冰口被成功拋出，完成拋冰工作。需要指出的是，針對不同面積的冰層，拋冰筒可以改變拋冰方向，進而決定是否將碎冰拋進車斗還是路面一側(cè)。  由于漲緊輪的存在，汽油機打火啟動，此時的拋冰裝置和碎冰鋸齒均未開始工作。這樣的設(shè)計一方面是出于除冰車需要移動至工作區(qū)域才開始工作；另一方面防止汽油機啟動時負(fù)載過大，影響汽油機的使用壽命[10]。 圖6 漲緊輪作用圖 3.3 帶傳動參數(shù)計算 主動帶輪轉(zhuǎn)速=3600r/min,從動帶輪轉(zhuǎn)速=1800r/min，傳動比i=2。 （1）確定計算功率 V帶傳遞的功率為 =5.5KW （1） 式中：——最終所需的功率，KW g ——重力加速度，g=9.8N/Kg F——激振力，KN,F=4KN f ——振動頻率，HZ,f=33HZ V帶的滑動率=0.01 工作機載荷性質(zhì)：載荷變化較大 （2） （3） （4） ， （5） 基準(zhǔn)長度 , （6） （5）驗算 （7） 得=0.95，查表8-2得帶長修正系數(shù)=0.87，于是 =（+）=2.28KW （8） =2.89 故根數(shù)取值為3。 ,所以 =41N （9） 式中：=1.00，==0.45KW，=9.42m/s （10） 帶的實際初拉力應(yīng)滿足 （11） 查機械手冊可得該輪采用實心輪[12]，具體尺寸如下。 表2 帶輪輪槽截面尺寸 (mm) 槽 A 11 3.00 10.0 12±0.3 16 由于輪槽數(shù)z=3,所以B=3f=48。=96mm。 表3 帶傳動的參數(shù)(mm) 90mm 帶基準(zhǔn)長度 900mm 188mm 帶的根數(shù) 3.4 整體結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計 車體離地高度為10mm，扶手的高度774mm，車身寬為420mm，總車長1860mm，拋冰筒高度為200mm。車身整體設(shè)計的藍(lán)本是手推車以及叉車，綜合考慮碎冰鋸齒的震蕩、車斗的負(fù)載和車身整體配重，車體采用5 板材進行焊接，軸承座與車身鋼板接口緊密切合、分別用螺栓與車身緊密連接減少碎冰工作時的震蕩影響增加了強度和穩(wěn)定性[13]，并且軸承之間具有互換性為后期的維護提供了良好的條件。汽油機側(cè)面和底面雙面固定，確保動力穩(wěn)定輸出。 圖7 除冰車仿真圖片 3.5 章末總結(jié). 以上內(nèi)容對總體的設(shè)計方案及參數(shù)進行了分析，分別對動力參數(shù)、動力傳動的原理以及帶傳動的詳細(xì)計算過程進行了剖析，要知道在滿足機械的實用目的的基礎(chǔ)之上，盡可能節(jié)約成本，盡可能降低對環(huán)境的污染做到“綠色”機械才是機械設(shè)計所追求的。所以對除冰車的車身結(jié)構(gòu)外形，動力的輸出與傳遞，鋸齒碎冰裝置等各個系統(tǒng)進行了深入的考究和合理化的設(shè)計。在此過程中，也學(xué)習(xí)到了原動機選擇上的注意事項以及選擇帶傳動為整體設(shè)計過程所帶來的便利。值得提出的是本次設(shè)計在帶傳動過程中加入了離合，在改變拋冰筒的拋冰方向上加入了蝸桿，詳細(xì)的說明會在后面寫出。 畢業(yè)論文（設(shè)計） 第四章 各零部件設(shè)計方案及參數(shù) 第四章 各零部件的設(shè)計方案及參數(shù) 4.1 除冰車車體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案 參照國內(nèi)的現(xiàn)有除冰裝置的實例和對整體設(shè)計參數(shù)的分析[4]，對各個零部件的放置和安排又有了更僅一步的優(yōu)化。從損耗的角度考慮，取消了拋冰筒與碎冰裝置間用螺母連接的設(shè)計，而是采用12.6號槽鋼對新車架進行整體的焊接，保證了車體結(jié)構(gòu)的基本使用壽命。發(fā)動機底盤固定架與扶手根部在放置汽油機空間充足以外還留有了一定的距離，為的是讓整體車身看起來更加的協(xié)調(diào)和對稱。 圖8 車體及拋冰筒三維渲染圖 4.2 除冰車扶手結(jié)構(gòu)設(shè)計方案 除冰車扶手是決定小型路面除冰裝置舒適度的重要體現(xiàn)部分，高低粗細(xì)的設(shè)計都需要綜合以往生活經(jīng)驗來的設(shè)定，最后將其直徑設(shè)定為4cm加上海綿質(zhì)地的扶手把套可以給人以最佳的操控舒適度。其結(jié)構(gòu)特點類似山地自行車車把，工作時會有向前運動的震蕩力扶手向前彎曲一定角度更利于控制小車工作[15]，無論是推、拉除冰車都能夠順利完成具有更高的操控性，并且能夠滿足不同身高的工人作業(yè)。 扶手的設(shè)計如下圖。 圖9除冰車扶手 4.3 螺旋集拋器結(jié)構(gòu)設(shè)計方案 除雪機中拋雪的裝置通常是用絞龍和呈90度角設(shè)置的扇葉相結(jié)合，絞龍將雪匯集至軸中心，再由扇葉的帶動下將雪卷起送出拋雪筒。而拋冰與其最大的不同是密度和物理狀態(tài)，所以不需要扇葉的旋轉(zhuǎn)將冰拋出，而是采用螺旋狀的集拋器來同時完成收集碎冰和拋出碎冰的功能。螺旋狀的集拋器由主軸及向主軸中間呈一定角度扭曲的鋼帶構(gòu)成，兩條鋼帶距離最遠(yuǎn)的部分用鋼板連接以起到支撐、加固以及最大限度拋冰的作用[16]。加固的鋼板之所以沒有聯(lián)接實心板材而是鏤空設(shè)置，其主要目的是防止反向作用力過大而達(dá)不到預(yù)想的集冰效果。螺旋集拋器結(jié)構(gòu)更加具體直觀的感受，如下圖所示。 圖10 集冰絞龍 圖11集冰絞龍和拋冰筒 工作原理：冰層在前段鋸齒的切割下被打碎，隨即除冰裝置使用者向前推移，被敲碎的碎冰與螺旋集拋器相接觸，在車體移動和集拋器高速旋轉(zhuǎn)的雙重作用下碎冰沿筒壁作高速離心運動，當(dāng)?shù)诌_(dá)拋冰口時較為強烈的離心力迫使碎冰順著光滑的筒壁被拋出，完成整個集冰拋冰的工作。 4.4 拋冰筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案 4.4.1 拋冰筒結(jié)構(gòu)設(shè)計 其實拋冰筒這一描述不夠準(zhǔn)確，它兼顧的是兩個作用：收集匯攏和高速拋冰。根據(jù)集拋器的機構(gòu)設(shè)計可以知道，碎冰與集拋器接觸后雙旋的鋼帶在角度的作用下，使得碎冰均向中心聚集，那么拋冰筒的位置就應(yīng)該設(shè)置在集冰筒的中間。而拋冰筒的切口的角度，決定碎冰在作離心運動是脫離中心的時間。如果角度過小拋冰距離很遠(yuǎn)但拋冰效率不高，作切面圖可以看出角度越小其單位時間內(nèi)拋冰體積越?。幌喾矗绻锌诮嵌冗^大，雖滿足了單位時間的拋冰量，但大角度的滑移使得離心力的作用逐漸變小，到不到預(yù)想的拋冰高度，綜合理論分析，最后選定的理想工作角度為45度。 （a） (b) 圖12 拋冰筒 4.4.2 拋冰筒參數(shù)分析計算 1.碎冰脫離螺旋葉片和碎冰鋸齒后，緊跟著進入拋冰筒在的集拋器的迫使下作離心運動，受筒壁的限制作圓周運動，此時的速度為。 ， （12） 2.碎冰離開拋冰筒的速度 碎冰經(jīng)由集拋器加速，具有一定的初速度和離心力，到拋冰筒的出口時，代入公式中， 螺旋集拋器主軸的鉛垂距離[17]。 3. 拋冰距離計算 做直角坐標(biāo)系遠(yuǎn)點選擇為拋冰筒45度角出口, （13） （14） 設(shè)，得，解得，通過經(jīng)驗公式知c的值很小，可忽略不計，所以按照級數(shù)展開后可知： （15） （16） 將的數(shù)值帶入式中，計算出拋冰的最大距離： （17） 采用計算有風(fēng)度時候拋冰距離X[18]。通過經(jīng)驗公式可知，圓周速度高的轉(zhuǎn)子其產(chǎn)生的離心力大。這里要特殊說明的是，對于本次拋冰距離的計算是基于將碎冰理想化為小正方體均勻受力來進行計算的。因為通過查閱相關(guān)資料，并沒有查到對碎冰具體計算分析的實例。 4.5 螺旋葉片和碎冰鋸齒的設(shè)計 通常，碎冰鋸齒與油鋸等類似是螺旋葉片最容易磨損的部分。開始階段，鋸齒的外側(cè)被磨成刃口狀，工作原理與刀鋸類似，呈一定角度的鋸齒在高速旋轉(zhuǎn)下具有非常大的剪切力，達(dá)到碎冰的工作目的。但慢慢地鋸齒的刃口越磨越小，直至無法運輸，嚴(yán)重影響運轉(zhuǎn)效果。所以在材料的選擇上采用型號為JX9的硬質(zhì)合金，其硬度 ,抗彎強度 ，完全滿足碎冰的需求，同時也增加了除冰車是使用壽命，間接降低了日后維護的成本。 (a) (b) 圖13 碎冰鋸齒 圖14鋸齒與冰雪接觸的簡圖 4.6 章末總結(jié) 以上是對小型路面除冰裝置的各個零部件的設(shè)計想法和具體的參數(shù)分析，其中涉及了車體外形結(jié)構(gòu)比例和美觀度的設(shè)計、扶手舒適度的考慮、除冰裝置和螺旋集拋器的科學(xué)數(shù)據(jù)分析。更加具體闡述了，整體的設(shè)計想法和方案，并附帶三維實體的渲染圖片加以表述。同時確定了除冰裝置的尺寸數(shù)據(jù)裝置離高約10mm，扶手至發(fā)動機座的垂直高度為774mm，小車寬為420mm，前輪至扶手末端長1860mm，拋冰筒高200mm。 畢業(yè)論文（設(shè)計） 第五章 關(guān)鍵零件校核 第五章 關(guān)鍵零件校核 5.1 鍵的校核 （1）鍵的選擇 根據(jù)鍵連接的結(jié)構(gòu)特點、使用要求和工作條件選擇普通平鍵，并且是圓頭平鍵[19]。鍵材料選用45號鋼。由于輸出軸的軸徑d=20mm，查表6-1得鍵寬b×鍵高h(yuǎn)=10x8mm，鍵長L=56mm。 (2) 普通平鍵鏈接強度的計算： 查閱手冊知：連接時強度條件為： （18） 式中：； mm； l——；這里L(fēng)為鍵的公稱長度，mm；b為鍵的寬度，mm； d——軸的直徑，mm； —— MPa,見表6-2； 此時有： （19） 又；；；查表6-2得取。 代入式符合要求 （20） 鍵的標(biāo)記為：鍵10×8 GB/T 1096-2003。 5.2 軸承的選擇及校核 其大量生產(chǎn)，價格最低。考慮以上諸多因素都特別符合要求，所以決定選用深溝球軸承[20]。由于軸承都是成對支承，所以軸承徑向載荷, 軸承轉(zhuǎn)速,又由于該機構(gòu)屬于短時間或間歇式工作的的機械，間斷使用不會導(dǎo)致十分嚴(yán)重的損耗，所以假設(shè)使用壽命,直徑可在20~27mm范圍內(nèi)選擇 ，機構(gòu)運轉(zhuǎn)時有強大沖擊。 （1）計算當(dāng)量動載荷 （21） 式中：P——軸承的當(dāng)量動載荷，KN ——載荷系數(shù)，按照表13-6，由于受到強大沖擊，所以=1.8~3.0，取=3.0， ——徑向載荷，KN，=2KN 則有P=6KN （2）計算基本額定動載荷 （22） 式中：C——基本額定動載荷KN P——軸承的載荷，KN, 此時P=6KN ——指數(shù)。對于球軸承， ——預(yù)期計算壽命，h，=5000h n ——軸承的轉(zhuǎn)速，r/min，n=1800r/min 解得C=50.61KN. （3）按照設(shè)計手冊其范圍內(nèi)沒有適合的軸承，所以改選為四個軸承支承，則由于 C=25.305KN。查表選取的6306軸承 5.3 集拋器主軸的校核 轉(zhuǎn)矩為： （23） ， （24） （25） ： （26） （27） ，得 （28） （29） （30） 總彎矩： （31） 計算軸上的應(yīng)力： （32） 所以校核結(jié)果安全。 5.4 螺旋葉片和碎冰鋸齒的校核 螺旋葉片和碎冰鋸齒是整個結(jié)構(gòu)的重要組成部分，它的工作直接影響的碎冰的效果。 節(jié)距P：相鄰兩鋸齒上對應(yīng)點間的水平距離； 葉片外徑D：根據(jù)設(shè)計尺寸來定。 計算其下料尺寸： （33） 式中：L── 外螺旋線實長（mm）； l ── 內(nèi)螺旋線實長（mm）； h ── 葉片高（mm）； r ── 葉片展開里口徑（mm）； ── 切口角度（度） C ── 切口弦長（mm） P ── 節(jié)距（mm） 畢業(yè)論文（設(shè)計） 結(jié)論與建議 第六章 結(jié)論與建議 結(jié)論：本次對于小型路面除冰裝置的設(shè)計設(shè)計到了30多個零件其中也囊括標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)零件?？梢哉f從大四上學(xué)期期末開始，學(xué)校的畢業(yè)設(shè)計就已經(jīng)逐步展開了，歷時這么多月，期間確實有許多讓自己反省的東西，四年的大學(xué)生活自己真正不用去查找資料而能夠確定的知識點和公式有多少。不過通過這次對于小型除冰機械的研究上受益匪淺，無論是鍵、帶輪等小知識點上，還是從汽油機的合理選擇上，都拓寬了知識面，并且對office、AutoCAD、UG10.0以及Diagram Designer等軟件都有了更深的了解和更加熟練的操作，相信著在以后的職業(yè)生涯中將是重要的鋪墊。本次設(shè)計首先是對除冰裝置在國內(nèi)的情況和特點進行了了解和綜合，然后結(jié)合國外較為先進的案例，綜合分析國內(nèi)外在路面除冰裝置上的優(yōu)缺點，再加上自己對有效綠色除冰的一些構(gòu)思和生活經(jīng)驗，整合成了本次的設(shè)計——小型路面除冰裝置。應(yīng)用AutoCAD完成了除冰車的裝配、部裝和零件圖并且利用大學(xué)期間所學(xué)習(xí)的UG軟件完成了小型除冰裝置的運動仿真。 建議：由于所掌握的知識點不充分和經(jīng)驗不足，本次設(shè)計也是存在不足之處，例如：在小車空載時移動，破冰鋸齒和絞龍不能及時停止工作，這使得移動起來還是較為笨拙，不夠便利；目前除冰裝置的共性問題不能根據(jù)冰層厚度來隨時調(diào)整破冰裝置的高度；在漲緊輪的設(shè)計當(dāng)中，原本的設(shè)計是離合器裝置，但帶傳動過程中打滑是造成皮帶壽命縮短的主要原因，違背了機械設(shè)計的合理性，雖更改為漲緊輪，仍不夠完善；車斗本來是在設(shè)計當(dāng)中，后來由于配重以及碎冰厚度的綜合考慮取消了車斗，希望通過日后的知識的完善能夠?qū)④嚩愤M行改進和加裝。 畢業(yè)論文（設(shè)計） 致謝 致 謝 時間匆匆的過去，原本數(shù)月的畢業(yè)設(shè)計也接近尾聲。雖然是寥寥萬字，但是卻傾注了很多人的操勞和心血，最要感謝的就是我的指導(dǎo)老師老師老師，從選題，課題研究和論文撰寫方面都給了我很大的幫助，在設(shè)計最開始的時候遇到的瓶頸也都是老師一一進行講解指導(dǎo)，所以本次設(shè)計才能順利的完成。牛老師有著非常紳士的性格對于我們在平時學(xué)習(xí)中所出現(xiàn)的不足總是敦敦教誨，他淵博的知識也是我們航行的指明燈，當(dāng)我們遇到瓶頸的時候他總能為我們找到一條適合我們的路線，指引我們不會迷茫，能夠在設(shè)計之初選到牛老師作為我的指導(dǎo)老師成為他的學(xué)生是我的幸運也是我的榮幸。感謝我的指導(dǎo)老師，在論文寫作及答辯準(zhǔn)備階段給予的無私幫助和日夜的指導(dǎo)，他兢兢業(yè)業(yè)的工作精神、一絲不茍的科學(xué)態(tài)度、以誠待人的品格令我十分敬佩。生活中牛老師不僅僅是我的老師，我還將他看做親人和長者，在他的每次畢設(shè)小組研討會上我都能夠?qū)W到許多新的知識。他的三維實體建模的軟件的應(yīng)用能力也始終是我學(xué)習(xí)過程中的榜樣，與此同時也要感謝他在多屆大創(chuàng)中帶領(lǐng)我完成項目，接觸機械產(chǎn)業(yè)和設(shè)計當(dāng)中新鮮的事物。在這里，還是要由衷的說上一句：感謝您！ 大學(xué)生涯也接近尾聲了，有回憶也有遺憾。四年時光轉(zhuǎn)眼即逝，希望自己以后面對任何生活瑣事或者工作任務(wù)都不會再像大學(xué)這般拖泥帶水，珍惜每一刻時光，做好每一件有意義的事 同時，還要感謝教育和幫助過我的各位老師、同學(xué)，正是有你們的幫助我的畫圖水平才能有穩(wěn)步的提升，雖然我現(xiàn)在的畫圖整體能力還是處于一個很低的水平，相信在以后的學(xué)習(xí)和應(yīng)用過程中會很大的提高。在本設(shè)計中我也是第一次系統(tǒng)的學(xué)習(xí)三維繪圖軟件UG，之前就有學(xué)習(xí)過其他的繪圖軟件但都是大體了解，這次能夠繪圖的完成老師給予了我很大的幫助，很多不會的技巧都是老師給我解答的。尤其是在各個零件進行裝配的時候，有很多的約束限制，很多時候我都會漏掉一些，但是這些錯誤都不會逃過老師的眼睛，老師一一對其進行指正并指導(dǎo)我進行修改。 感謝老師在百忙之中對我的論文進行閱讀和評審。 畢業(yè)論文（設(shè)計） 參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn) [1] 吾布利，小型清雪機研制[J]，農(nóng)機化，2000：6-12. 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