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塔里木大學 畢業(yè)論文（設計）中期檢查記錄表 2016年4月18日 學生姓名 劉貝 班級 機械設計16-1 課題名稱 電動路面除雪機的設計 課題完成進度（學生自述） 第一周：確定選題并查找相關資料，確定論文題目。 第二周：完成開題報告與寫作大綱及其他一些資料的填寫，如參考文獻的選擇并提交給導師。 第三周—第四周：完成三維圖主要零部件的設計和繪制。 第五周—第七周：完成三位總裝圖的配合及交給指導教師審閱。 第八周—第十周：修改和完善三維圖中需要修改的問題，并且完成論文一稿，等待中期檢查。 存在的問題及整改措施（學生自述） 建立的三維模型需要細節(jié)的修改和補充，基本上能夠按照制定的進度計劃表執(zhí)行，進度完成90%以上，但是三維圖某些細節(jié)沒有做到位，設計思路上有點偏差，關鍵零部件的設計還需要完善，需要加快任務進度，盡快完成三維圖的修改以及二維圖的繪制工作。 指導教師意見（課題進展情況、優(yōu)缺點、整改措施等） 指導教師簽名 年 月 日 學院意見 負責人簽名 年 月 日 塔里木大學 畢業(yè)論文（設計）開題報告 課題名稱 電動路面除雪機的設計 學生姓名 劉貝 學 號 8011212102 所屬學院 機械電氣化工程學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 16-1 指導教師 周嶺 起止時間 2015年11月10-20日 機械電氣化工程學院教務辦制 填 表 說 明 一、學生撰寫《開題報告》應包含的內(nèi)容： 1、本課題來源及研究的目的和意義； 2、本課題所涉及的問題在國內(nèi)（外）研究現(xiàn)狀及分析； 3、對課題所涉及的任務要求及實現(xiàn)預期目標的可行性分析； 4、本課題需要重點研究的、關鍵的問題及解決的思路； 5、完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法； 6、完成本課題的工作方案及進度計劃； 7、主要參考文獻（不少于7篇）。 二、本報告必須由承擔畢業(yè)論文（設計）課題任務的學生在接到“畢業(yè)論文（設計）任務書”的兩周內(nèi)獨立撰寫完成，并交指導教師審閱。 三、開題報告要求手寫體，字數(shù)在3000字以上，由學生在本報告冊內(nèi)填寫，頁面不夠可自行添加A4紙張。 四、每個畢業(yè)論文（設計）課題須提交開題報告一式三份，一份學生本人留存，一份指導教師存閱，一份學生所在學院存檔，備檢備查。 開題報告正文 一 來源及研究的目的和意義 1.1 課題的來源：自選題 1.2 研究的目的 根據(jù)西北地區(qū)冬季大雪天氣頻頻出現(xiàn)，路面積雪的現(xiàn)象成為了道路交通安全的重大問題，交通事故的發(fā)生大部分都是因為路面積雪使車輛制動無法到達效果，為此，為了防止類似重大事故的頻繁發(fā)生，路面除雪裝置的設計已經(jīng)成為當今國際上熱門的研究方向。除雪機工作裝置作為除雪機的重要結(jié)構(gòu)，其性能的好壞對除雪作業(yè)的效果起著至關重要的作用[2]。 1.3 研究的意義 冬季道路積給人們出行帶來了諸多不便，尤其在大雪和雨夾雪天氣，大部分高速公路出于安全考慮常采取限速行駛甚至不得不關閉數(shù)天，嚴重影響交通并制約經(jīng)濟發(fā)展，城市道路的清雪問題已經(jīng)越來越引起各級政府部門的關注和重視，我認為如何快速高效清除道路積雪、保障道路和社區(qū)群眾的正常出行、提高行車安全、行走方便成為目前冬季道路養(yǎng)護的主要問題。另外，多數(shù)的除雪機械都不適合我國國內(nèi)的道路情況，，因而對除雪機械的探討具有非常重大的意義。 二 題所涉及的問題在國內(nèi)外現(xiàn)狀及分析 2.1 國內(nèi)研究的現(xiàn)狀 我國大多數(shù)公路在冬季受到降雪的影響，大部分公路一年的降雪期能達到十多天，東北、西北的一些地區(qū)，其降雪期甚至能達到3到4個月，積雪厚度能達到幾百毫米。我國除雪機械正在向小型化、高速度的方向發(fā)展。在除雪作業(yè)中，除雪機機身的大小及除雪速度是影響交通的兩個重要因素，車身過大和行駛速度過低，除雪機都會占道影響交通[1]。 目前國內(nèi)公路管理部門雖然在一定程度上改善了除雪方式，從原始人工除雪方式到機械除雪方式，除雪效果和除雪效率得到加強，但是除雪設備老舊，技術落后，有的甚至是臨時改裝的除雪設備，因此除雪效果和除雪效率也并不是很理想[7]。在高速公路上，人工除冰雪功效低、浪費人力、作業(yè)成本高、占有路面時間長,且不安全因素多,易發(fā)生交通事故,不能適應高速公路清除冰雪的要求[2]。因此現(xiàn)在一些公路管理部門的除雪設備已經(jīng)無法滿足要求。除雪設備急需改善。國內(nèi)的除雪車研究起步較歐美發(fā)達國家晚，是從改革開放以后才慢慢開始的?，F(xiàn)在各個公路開始使用專用的除雪車進行除雪，除雪效果和除雪效率令人滿意。但相比于歐美發(fā)達國家而言，我國的除雪車的種類和數(shù)量偏少，除雪車沒有形成完整系列，同時除雪車的技術水平也遠遠落后發(fā)達國家。近幾年來，一部分公路管理部門開始慢慢引進國外先進的除雪車，雖然在一定程度上保障了道路的通暢，但是除雪車有較強的地域性，國外的除雪車也是根據(jù)國外的環(huán)境氣候、路面狀況、社會經(jīng)濟等方面來設計的，因此除雪的綜合經(jīng)濟效益不是很理想。 同時國外的先進除雪車價格昂貴，這也無形之中增加了除雪成本[9]。因此迫切需要開發(fā)出符合我國地域特性的除雪車。我國除雪車在制造工藝、技術、智能化等方面與歐美發(fā)達國家相比，還有一定的差距[10]。目前國內(nèi)很多公路管理部門直接引進國外先進的除雪車，比如引進一輛德國產(chǎn)的Jetbroom 除雪車要60萬歐元，其價格昂貴，且使用成本和維護成本也偏高，因此遠遠超過了除雪預算成本[11]。因此開發(fā)出符合我國地域特性的先進除雪車成為必需。 2.2 國外研究現(xiàn)狀 國外除雪車技術較國內(nèi)成熟，種類、規(guī)格都很齊全，除雪車能形成一個完整系列。除雪時，能根據(jù)實際的路面情況，選擇相應的除雪車，除雪效果很好，在一定程度上推動了國民經(jīng)濟的發(fā)展，創(chuàng)造了較大的社會效益。目前除雪主要以機械除雪為主過一些車輛底盤改裝而成的，拆卸和安裝都很方便，能達到“即裝即用”的效果，不僅實現(xiàn)了車輛的多用途，而且還提高了車輛的經(jīng)濟性。美國的公路一般采用美國 S&S 公司生產(chǎn)的集成式除雪車，該除雪車配備有推雪板、掃雪滾刷、吹雪風機等裝置，能完成多種功能。該機行走消耗功率約為 160KW，吹雪風機消耗功率約為 140KW，能同時完成推、掃、吹及噴灑融雪劑等作業(yè)[4,5]。又有瑞士 BOSCHUNG公司研發(fā)的除雪車、美國軍方和芝加哥奧黑爾國際機場目前普遍采用的當前最流行的美國產(chǎn)的 MB 綜合除雪車，其除雪性能都相當?shù)膬?yōu)良。同時美國的美業(yè)(MEYER) 公司、斯文森 ( SWENSION ) 公司、鉆石 ( DIAMOND ) 公司和德國的VOLKSWA-GEN 公司、DAIMLER-BE 公司生產(chǎn)的除雪車，其功能眾多，技術也是相當?shù)某墒欤┬Ч卜浅５暮肹4,6]。 三 對課題所涉及的任務要求及實現(xiàn)預期目標的可行性分析： 3.1課題所涉及的任務要求： 完成設計產(chǎn)品主要除雪裝置，集雪和排雪機構(gòu)的設計；結(jié)構(gòu)尺寸的設計，功率的計算及其汽油發(fā)動機的選擇；主要零部件的設計及校核，各部分運動傳動的合理配合等 3.2預期目標： 設計完成并草擬出電動路面除雪機的三維SolidWorks總裝配圖，計算設計傳動與集雪排雪的時間配合，并設計出相應的傳動機構(gòu)。各處零部件校核成功并符合要求，做出機械二維裝配圖、主要零件圖及設計說明等相關材料。 3.3可行性分析： 該電動路面除雪機主要是根據(jù)我國現(xiàn)有的手扶除雪機的設計思路，構(gòu)思出了我的電動路面除雪機的設計思路，根據(jù)這個思路，我的腦海里已經(jīng)具備了除雪機的雛形。有了整體思路的指引，然后再各個方面攻堅克難，我認為該電動路面除雪機的設計會通過一步步的努力走向成功?？赡芪腋鞣矫鎸I(yè)基礎不是特別扎實，在各個問題上完成起來會很艱難，所以我會盡更大的努力去完成這個設計，這個設計的可行性還是很高的。 四 課題需要重點研究的關鍵的問題及解決的思路 3.1 本課題需要研究的難點問題 3.1.1出現(xiàn)的主要問題： （1)除雪機比較笨重，推動比較費力。 （2)集雪的收集量與排雪量相協(xié)調(diào) （3)整機利用率低，成本高[3]。 （4)集雪速度需要與人正常行走的速度相協(xié)調(diào) （5)整機的穩(wěn)定性 3.2 本課題研究問題的解決思路 拋雪筒 傳動裝置 發(fā)動機 車體 集雪器 積雪 （1)采用螺旋式除雪結(jié)構(gòu)。 （2)對集雪單元進行分析優(yōu)化。 （3)分析并確定傳動關系 （4)動力輸入?yún)?shù)進行計算 （5)傳動單元的設計（核心零件的校核） （6)集雪單元的設計（核心零件的校核） （7)繪制三維圖 五 完成本課題需要的工作條件及解決的辦法 （1）查閱有關資料選擇相關參數(shù)及材料,設計組合式除雪裝置。 （2）設計完各零部件后，通過傳遞關系進行組合。 （3）運用Solid works軟件和Auto CAD軟件，繪制三維圖。 （4）運用三維設計軟件完成機構(gòu)各零部件的三維建模并進行運動仿真 六 工作方案及進度計劃 工作方案： 第一周：查閱相關資料、熟悉本次設計課題內(nèi)容。 第二-三周：根據(jù)查閱相關的資料，確定本課題研究的核心方向，并撰寫開題報告。 第四—九周：分析和明確傳遞關系，對每個單元進行設計，并對核心零件校核。 第十周：改進設計的不足，修改不合理的地方，完善設計及作圖的要求，繪制三維圖。 第十一周：撰寫畢業(yè)論文，修改設計中存在的問題。 第十三-十四周：編寫答辯提綱，準備答辯。 七 參考文獻 [1]李靜. 新型組合式滾刷除雪機研究與設計[D].長安大學,2013. [2]楊陽. 除雪機組合除雪裝置的設計[D].東北石油大學,2012. [3]劉繼德. 多功能清雪車清雪裝置研究[D].吉林大學,2008. [4]楊有為.軍用機場除雪車工作裝置設計方案研究[D].哈爾濱工業(yè)大學碩士畢業(yè)論文.2010.7 [5]郭榮春，周進.除雪機械的現(xiàn)狀和發(fā)展方向分析[J].山東交通科技.2010 (6):61-63. [6]胡天明.俄羅斯清雪車的性能分析與探討[J].交通科技與經(jīng)濟.2008 (2):66-67. [7]王振.國內(nèi)除雪除冰機械現(xiàn)狀自議[J].工程機械.2002(7): 46-47 [8]郭子儀，羅茂盛，范振華.道路除雪化冰技術研究[J].交通科技.2011 (5):71-73. [9]吳春篤等.大功率微波快速除雪車的研制[J].農(nóng)業(yè)裝備與車輛工程.2008 (11):8-10. [10]汪小平.淺析機械制造技術的創(chuàng)新發(fā)展[J].中國科技博覽.2011 (32).619-620. [11]張啟君，夏磐夫.國內(nèi)外除雪機械的探討[J].筑路機械與施工機械化,2005 (11):1-5 學生簽名 劉貝 2015年 11月12日 指導教師審閱意見 指導教師簽名 年 月 日 16 屆畢業(yè)設計 電動路面除雪機的設計 學生姓名 劉貝 學 號 8011212102 所屬學院 機械電氣化工程學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 16—1 指導老師 周嶺 日 期 2016 .05 塔里木大學機械電氣化工程學院 前 言 我國北方冬季時間長降雪量大，如果不及時清除積雪，將嚴重影響交通安全，給人們?nèi)粘Ｉ顜碇T多不便。多功能清雪車的研制，有重要的實用價值，對國民經(jīng)濟的發(fā)展有重要意義。 除雪機清雪能力的強弱很大程度上取決于清雪裝置性能的好壞，所以深入研究清雪裝置的結(jié)構(gòu)和性能是非常必要的。用于清除浮雪的裝置主要為螺旋集雪裝置，一般與高速旋轉(zhuǎn)的風機、拋雪筒聯(lián)合使用。雪被螺旋集雪裝置收集并通過風機旋轉(zhuǎn)帶動從拋雪筒拋到路邊或者運雪車上，節(jié)省了收集雪的時間，清雪效率較高。 本文基于對積雪的物理機械特性分析，提出機械式除雪的幾種方案，并針對除雪機構(gòu)中的螺旋集雪機構(gòu)的工作原理進行分析，在理論分析的基礎上得出結(jié)論。 關鍵詞：除雪機；螺旋集雪；手扶 目 錄 1概述 1 1.1 電動路面除雪機設計的目的和意義 1 1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 1.3電動路面除雪機的結(jié)構(gòu)及原理 3 1.4本章小結(jié) 3 2總體方案設計 3 2.1 設計車體 3 2.2 動力系統(tǒng)設計 3 2.3 傳動系統(tǒng)設計 3 2.4 本章小結(jié) 5 3各系統(tǒng)設計 5 3.1 電動機的選用 5 3.2 集雪器的設計 5 3.3 拋雪器的設計 6 3.4 拋雪器性能參數(shù)的分析計算 8 3.5 機器性能參數(shù)計算 9 3.6 本章小結(jié) 9 4校核 9 4.1鏈輪校核 9 4.2鍵的校核 12 4.3軸承校核 12 4.4軸的校核 13 總 結(jié) 16 致 謝 17 參考文獻 18 工程概況 本設計針對大型設備清理占路面積大、影響交通，窄小街道、小區(qū)、機關大院、公園等小道大面積場所清雪費工費力的情況，經(jīng)過實地調(diào)查咨詢及嚴格思考，進行小型電動路面除雪設備結(jié)構(gòu)設計。 該設計結(jié)合吉林大學、大連鐵道學院多功能除雪車科研項目、德國凱馳的揚雪機圖片信息，對離心揚雪式清雪車的設計理論進行分析，得出相應結(jié)論，在此基礎上揚雪式清雪車進行總體結(jié)構(gòu)設計、動力學分析、傳動系統(tǒng)設計及應用Solid works實體繪圖。 塔里木大學畢業(yè)設計 1概述 1.1 電動路面除雪機設計的目的和意義 （1）及時清除積雪的必要性 我國北方地區(qū)冬季較長，每年都會有較大降雪過程，部分地區(qū)還會形成雪災，給社會生產(chǎn)生活帶來很大影響，特別是近年來隨著國民經(jīng)濟與社會的快速展,高速公路和高等級公路里程與日俱增，冬季道路積給人們出行帶來了諸多不便，尤其在大雪和雨夾雪天氣，大部分高速公路出于安全考慮常采取限速行駛甚至不 得不關閉數(shù)天，嚴重影響交通并制約經(jīng)濟發(fā)展，城市道路的清雪問題已經(jīng)越來越引起各級政府部門的關注和重視，我認為如何快速高效清除道路積雪、保障道路和社區(qū)群眾的正常出行、提高行車安全、行走方便成為目前冬季道路養(yǎng)護的主要問題。 所以，過多的降雪常常來不及得到及時有效的清除，給城市交通和人民生活帶來了許多不便。因此，尋找一種既有較高效率，成本又比較低的清雪方法就成為當務之急。 （2）主要除雪方法 目前清雪采用的主要方式有：①傳統(tǒng)的人工清雪技術；②在道路上撒施化學物質(zhì)融化冰雪；③靠各種清雪機械清除積雪。 人工清雪功效低、浪費人力、作業(yè)成本高、占有路面時間長且必須在白天工作，不安全因素多，易發(fā)生交通事故，給過往車輛、行人帶來極大不便。 融雪劑清雪是一種靠熱作用或撒布化學藥劑使冰雪融化的方法。主要用于冬季機場、公路、廣場、停車場、鐵路、城市街道等，起到清雪及防凍作用，但同時也對城市環(huán)境產(chǎn)生了不可忽視的危害，融雪劑所需費用較高，易對道路和周圍環(huán)境造成污染，而且氣溫過低時將失去作用，也不利于保護車輪胎，因此，這種方法的使用范圍受到一定影響。 清雪機械是通過機械對雪的直接作用進行推掃或鏟除，主要分為犁式除雪機械和螺旋轉(zhuǎn)子機械兩大類，二者之和占發(fā)達家清雪機械總數(shù)的80%以上?，F(xiàn)今，傳統(tǒng)人工清雪法和污染較大的融雪劑清雪法已經(jīng)不能滿足需要，迫切需要性能良好、自動化程度較高以及方便靈活的機械來替代。即雪后需要效率高、省時、省力的浮雪清除設備。用于清除浮雪的裝置主要為螺旋集雪裝置，一般與高速旋轉(zhuǎn)的風機、拋雪筒聯(lián)合使用。雪被螺旋集雪裝置收集并通過風機旋轉(zhuǎn)帶動從拋雪筒拋到路邊或者運雪車上，節(jié)省了收集雪的時間，清雪效率很高。但目前我國螺旋集雪裝置的清雪效率和發(fā)達國家相比還有一定差距，需要深入研究并進一步提高。本文研究的主要目的是通過對螺旋集雪裝置結(jié)構(gòu)性能的研究，分析影響其集雪性能的結(jié)構(gòu)參數(shù)，設計一種小型手扶拋揚式清雪車，進一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)以實現(xiàn)螺旋集雪裝置快速高效的清雪作業(yè)，用于單位、家庭或社區(qū)道路、庭院積雪的清除，從而減少因積雪引起的經(jīng)濟損失和安全問題。通過本題目設計，也能夠進一步理解《機械設計》、《內(nèi)燃機原理》、《工程機械》等專業(yè)課程知識，掌握專用機械設計的原理和方法。 1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 在我國大多數(shù)公路在冬季受到降雪的影響，大部分公路一年的降雪期能達到十多天，東北、西北的一些地區(qū)，其降雪期甚至能達到3到4個月，積雪厚度能達到幾百毫米。我國除雪機械正在向小型化、高速度的方向發(fā)展。在除雪作業(yè)中，除雪機機身的大小及除雪速度是影響交通的兩個重要因素，車身過大和行駛速度過低，除雪機都會占道影響交通。 目前國內(nèi)公路管理部門雖然在一定程度上改善了除雪方式，從原始人工除雪方式到機械除雪方式，除雪效果和除雪效率得到加強，但是除雪設備老舊，技術落后，有的甚至是臨時改裝的除雪設備，因此除雪效果和除雪效率也并不是很理想。在高速公路上，人工除冰雪功效低、浪費人力、作業(yè)成本高、占有路面時間長,且不安全因素多,易發(fā)生交通事故,不能適應高速公路清除冰雪的要求。因此現(xiàn)在一些公路管理部門的除雪設備已經(jīng)無法滿足要求。除雪設備急需改善。國內(nèi)的除雪車研究起步較歐美發(fā)達國家晚，是從改革開放以后才慢慢開始的?，F(xiàn)在各個公路開始使用專用的除雪車進行除雪，除雪效果和除雪效率令人滿意。但相比于歐美發(fā)達國家而言，我國的除雪車的種類和數(shù)量偏少，除雪車沒有形成完整系列，同時除雪車的技術水平也遠遠落后發(fā)達國家。近幾年來，一部分公路管理部門開始慢慢引進國外先進的除雪車，雖然在一定程度上保障了道路的通暢，但是除雪車有較強的地域性，國外的除雪車也是根據(jù)國外的環(huán)境氣候、路面狀況、社會經(jīng)濟等方面來設計的，因此除雪的綜合經(jīng)濟效益不是很理想。 同時國外的先進除雪車價格昂貴，這也無形之中增加了除雪成本。因此迫切需要開發(fā)出符合我國地域特性的除雪車。我國除雪車在制造工藝、技術、智能化等方面與歐美發(fā)達國家相比，還有一定的差距。目前國內(nèi)很多公路管理部門直接引進國外先進的除雪車，比如引進一輛德國產(chǎn)的Jetbroom 除雪車要60萬歐元，其價格昂貴，且使用成本和維護成本也偏高，因此遠遠超過了除雪預算成本。因此開發(fā)出符合我國地域特性的先進除雪車成為必需。 在國外除雪車技術較國內(nèi)成熟，種類、規(guī)格都很齊全，除雪車能形成一個完整系列。除雪時，能根據(jù)實際的路面情況，選擇相應的除雪車，除雪效果很好，在一定程度上推動了國民經(jīng)濟的發(fā)展，創(chuàng)造了較大的社會效益。目前除雪主要以機械除雪為主過一些車輛底盤改裝而成的，拆卸和安裝都很方便，能達到“即裝即用”的效果，不僅實現(xiàn)了車輛的多用途，而且還提高了車輛的經(jīng)濟性。美國的公路一般采用美國 S&S 公司生產(chǎn)的集成式除雪車，該除雪車配備有推雪板、掃雪滾刷、吹雪風機等裝置，能完成多種功能。該機行走消耗功率約為 160KW，吹雪風機消耗功率約為 140KW，能同時完成推、掃、吹及噴灑融雪劑等作業(yè)。又有瑞士 BOSCHUNG公司研發(fā)的除雪車、美國軍方和芝加哥奧黑爾國際機場目前普遍采用的當前最流行的美國產(chǎn)的 MB 綜合除雪車，其除雪性能都相當?shù)膬?yōu)良。同時美國的美業(yè)(MEYER) 公司、斯文森 ( SWENSION ) 公司、鉆石 ( DIAMOND ) 公司和德國的VOLKSWA GEN 公司、DAIMLER-BE 公司生產(chǎn)的除雪車，其功能眾多，技術也是相當?shù)某墒欤┬Ч卜浅５暮谩? 1.3電動路面除雪機的結(jié)構(gòu)及原理 除雪機由車體和安裝在它上面的電動機、傳動裝置、集雪器以及安裝在集雪器上的拋雪器組成。小車以一定速度行走時，積雪從前方不斷進入集雪器中，集雪器由反向安裝的雙向螺旋軸、推雪板和擋板組成，由于螺旋軸的高速旋轉(zhuǎn)，積雪被切碎并通過雙向螺旋的橫向位移迅速集中于集雪器中部拋雪轉(zhuǎn)子室的入口處，隨車體的前進而進入轉(zhuǎn)子室，在轉(zhuǎn)子葉片的帶動下，不斷沿拋雪筒拋到預定位置。所以要合理的設計計算集雪器、拋雪器等的參數(shù)。螺旋式除雪機是利用前部安裝的螺旋式銑削集雪器進行切削，然后將切削下的雪屑靠兩端反向安裝的集雪螺旋輸送并集中于推雪板中部的拋雪器的入口處，由于除雪機向前運動使積雪不斷增加，在壓差的作用下，雪屑被連續(xù)送入高速旋轉(zhuǎn)的拋雪轉(zhuǎn)子室內(nèi)(有些螺旋轉(zhuǎn)子式除雪機沒有轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，只有拋雪筒)，在轉(zhuǎn)子葉片的帶動下，被不斷沿拋雪筒拋出。 1.4本章小結(jié) 本章主要針對小型電動路面除雪機的國內(nèi)外發(fā)展情況，自身的結(jié)構(gòu)及工作原理等情況進行系統(tǒng)的分析與概括,通過我國實際情況來說明此次畢業(yè)設計的可行性。 2總體方案設計 2.1 設計車體 車體的作用是固定連接集雪器、汽油機等零部件。其主體采用10mm的低碳鋼板焊制而成，并包括扶手，車輪等附件。車體前段連接集雪器，中間固定汽油機座，各部分設計應考慮如何滿足簡單、實用、美觀、操縱靈便等要求，并且車體的寬度不應超過集雪器的寬度。除此之外，考慮到實際應用，還應注意避免劃傷路面、減小自重、過載保護等問題。 2.2 動力系統(tǒng)設計 本車動力源選用電動機，因綠色環(huán)保，連續(xù)作業(yè)時間長，噪音低，更適合機關大院、居民區(qū)及人口流動較大的地方使用?？紤]到本機器的整體性能及使用壽命等參數(shù)，經(jīng)性能比較，初步選用型號1.1-6三相異步電動機。 2.3 傳動系統(tǒng)設計 （1）傳動方案的設計 傳動方案一 電動機——鏈傳動——中間軸——鏈傳動——集雪器 考慮到車身突然遇到障礙物影響傳動系統(tǒng)，甚至使集雪螺旋因受過大阻力，仍要繼續(xù)旋轉(zhuǎn)被破壞，所以傳動系統(tǒng)中考慮有帶傳動做過載保護。 傳動方案二 電動機——帶傳動——中間軸——鏈傳動——集雪器 圖2-1 傳動路線圖 與第一種方案相比，車體體積適中，結(jié)構(gòu)也比較簡單。車體上部安裝汽油機:車體前面連接集雪器：后面有推手;內(nèi)部有加強肋板?？倷C長約1820mm，寬約820mm，高約1150mm，重約102kg，輪子直徑選為300mm，可見方案2具有方案1優(yōu)越的除雪性能，還具備輕便的優(yōu)點，的確優(yōu)于方案1。 （2） 傳動系統(tǒng)的設計 傳動系統(tǒng)選用第三方案，由于電動機轉(zhuǎn)速960r/min，車由人推動，基于人行走速度限制，而通常帶傳動傳動比要求不得大于7，通常選擇3到4越小越好，齒輪傳動傳動比范圍同帶傳動，這樣總體就要降速，傳動比達到50左右。 帶傳動的參數(shù)設計見表2-1、表2-2 表2-1 帶傳動尺寸參數(shù) 帶型 普通A型帶 彈性滑動率 直徑 軸間距 帶速V 額定功率p1 帶根數(shù)z 80mm A=476.5mm V=8.37m/s 1.01kw 5 大帶輪基準直徑 基準長度 小帶輪包角a 額定功率增量 單根帶的預緊力F0 1318mm 169.46 0.24kw 99.66N 表2-2 帶傳動的參數(shù) 帶型 普通V帶 設計功率5.5KW 傳動比i 帶基準長度 帶速 小帶輪包角 帶的根數(shù) 單根V帶預緊力 2 1180mm V=8.37m/s a=169.46 Z=6 F0=107.85N 小帶輪基準直徑 大帶輪基準直徑 單根帶輪傳遞功率 額定功率增量 帶輪基準寬度 80 156.8 P=1.01kw △p=0.24 B=11.0 鏈傳動2的設計過程與鏈傳動1相同，傳動比i=4，截距P=9.525，型號06B，大鏈輪分度圓直徑d2=254.74mm，齒頂圓直徑da2=260mm，齒根圓直徑df2=248.39；小鏈輪分度圓直徑d1=63.92mm，齒頂圓直徑da1=68，齒根圓直徑df1=57.57mm。 考慮到緩沖、減震、過載保護、原動機等對傳動裝置的要求，采用單排滾子鏈(鏈號為O6B)傳動和帶(普通v帶A型)傳動。在有轉(zhuǎn)子機構(gòu)的機型中，因為多了轉(zhuǎn)子傳動裝置比較復雜，設計時應考慮到集雪器和拋雪器相互牽制，必要時可設計圓錐減速器或蝸輪蝸桿以滿足傳動的要求。應該注意的是，設計時要合理安排傳動路線，考慮調(diào)整重心的位置，盡量使重心位于輪子略前方附近。汽油機應置于整機中央位置，通過傳動裝置帶動集雪螺旋和拋雪轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)預定功能。 2.4 本章小結(jié) 本章主要研究制定了小型電動路面機的總體設計方案, 在此基礎上對清雪機的車體、動力系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)進行設計并得出結(jié)論。 3各系統(tǒng)設計 3.1 電動機的選用 考慮到本機對動力源的要求，這里采用型號1.1-6三相異步電動機。 3.2 集雪器的設計 (1)集雪器結(jié)構(gòu)設計 集雪器亦配置在整機前方，左右對稱旋向相反，是對路面積雪的切削元件和將積雪向中央集攏的傳送工具，使雪從集雪器中部流入拋雪轉(zhuǎn)子。它由三部分組成:雙向螺旋軸(集雪螺旋)、軸承結(jié)構(gòu)、擋板及推雪板等。雙向螺旋軸是一根安裝兩段反向螺旋的軸，安裝在擋板中形成半封閉，由原動機通過傳動裝置帶動高速旋轉(zhuǎn)。螺旋軸的結(jié)構(gòu)見圖3-2。 圖3-1 不帶葉輪的螺旋軸 螺旋集雪器的工作原理是，雪在螺旋葉片推力作用下受擠壓到一定程度，當集雪螺旋旋轉(zhuǎn)時，在雪層上切割出一條雪帶，并沿軸向移動至轉(zhuǎn)子前方。螺旋集雪器的帶式刀片一般雙向?qū)ΨQ式，在螺旋中部留有一定空間，以減小雪流入轉(zhuǎn)子時的阻力。在無轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的機型中，集雪螺旋集切雪、集雪、拋雪三大功能于一體，因此多采用圖3-3結(jié)構(gòu);在有轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的機型中，集雪螺旋只完成切雪、集雪功能，由拋雪轉(zhuǎn)子完成拋雪功能，故多采用圖3-1結(jié)構(gòu)。 =+l （3-1） 其中L為螺旋沿軸向長度，60V/n考慮清雪機自行速度時雪進入集雪器每秒轉(zhuǎn)過的弧長，V清雪機自行速度（m/s）,n螺旋軸轉(zhuǎn)數(shù)。經(jīng)螺旋軸推移并擠壓的雪，將對螺旋葉片產(chǎn)生阻力。實際計算時，可設雪對單位面積上的壓力與雪的變形阻力f相平衡。并假設雪為連續(xù)流體媒介，各方向變化速度相同且均勻。則除雪生產(chǎn)率Q= l·h·V。那么集雪器所耗功率為 （3-2） 公式中D為螺旋直徑，其它符號如前所述。 注:雪的變形阻力f(即雪的抗壓強度)可由實驗求出，它和積雪的密度和抗壓強度有關。 為增加集雪能力，同時也為了加工更加方便，集雪螺旋軸采用一條薄鋼板焊在軸上。除雪寬度要求不小于500毫米，這里可取600毫米左右;螺旋最大直徑通常約為它的一半左右;在整個除雪寬度上應至少存在一個螺距;由螺旋直徑和螺距可確定螺旋角的值(確定后可觀察螺旋角的值是否合理，如不合理可適當?shù)恼{(diào)整螺旋直徑和螺距的值，直到合理為止)。除此之外，集雪螺旋的轉(zhuǎn)速N必須滿足生產(chǎn)率的要求，換言之巧必須滿足n>4x60lhV帶入數(shù)據(jù)計算后， n要求大于152.6r/n?？傊?，集雪螺旋轉(zhuǎn)數(shù)越大，集雪能力越強，但轉(zhuǎn)速也不宜過大，所以綜合結(jié)構(gòu)、功率、集雪能力等方面的要求適當選取n的值。根據(jù)結(jié)構(gòu)選取螺旋，螺距為500毫米，軸徑為30毫米，鋼板寬50毫米，厚5毫米，以及其它參數(shù)的值。 如圖3-2所示，集雪器的擋板底部安有支撐板，以防集雪螺旋劃傷地面及保護集雪螺旋免受車體重的壓力。 圖3-2 帶支撐板的集雪機構(gòu) 3.3 拋雪器的設計 無轉(zhuǎn)子機構(gòu)拋雪器的設計，小型機型通常沒有轉(zhuǎn)子機構(gòu)，拋雪器只起對雪的導向作用，此時拋雪器簡稱為拋雪筒。如圖3-3所示，為減小雪在其中運動時的阻力，拋雪筒的直筒部分與集雪器的上擋板制成一個零件，連接處以圓角光滑過渡，且材料選用高光潔度、高韌性的玻璃鋼。拋雪筒處于集雪器中部，方向應與擋板的半封閉圓筒相切，這個方向雪可以得到充分的初速度后從此拋出。拋雪筒軸線應處于集雪螺旋軸螺旋面中部，這樣雪在離開集雪器進入拋雪筒時可少受阻力。為提高拋雪距離，拋雪筒出口處有橢圓狀的光滑開口以保證雪在離開拋雪筒轉(zhuǎn)彎時少受阻力。根據(jù)力學原理，相同的初速度只有在45度斜上拋時拋的距離最遠，故揚雪角取45度最合理。速度只有在45度斜上拋時拋的距離最遠，故揚雪角取45度最合理。 工作原理：如圖3-3所示工作時，雪隨著機體的前進和集雪器的自身旋轉(zhuǎn)被粉碎并從左右向中間集中，加上車體向前運動是雪迅速到達拋雪口時便被拋出。 圖3-3 擋雪板-拋雪器 圖3-4 拋雪轉(zhuǎn)子計算簡圖 拋雪轉(zhuǎn)子的計算見圖3-4，主要參數(shù)有葉片卸載角、葉片外徑R、和工作長度、轉(zhuǎn)子拋雪生產(chǎn)能力和最大拋雪距離。轉(zhuǎn)子殼體內(nèi)表面上的雪拋出速度，等于葉片頂部的圓周速度。其它雪塊沿徑向移動，從轉(zhuǎn)子拋出的絕對速度等于其出口時的徑向速度和葉片頂部的圓周速度的矢量和。 轉(zhuǎn)子卸載角然，指從葉片頂端開始拋雪到兩葉片間存雪完全拋完(即雪塊從A點運動到A點時間內(nèi)，葉片轉(zhuǎn)過的角度。按雪塊為無粘合力的散狀小顆粒的最有利輸送條件，來確定 （3-3） 3.4 拋雪器性能參數(shù)的分析計算 （1）無轉(zhuǎn)子機構(gòu)拋雪器的參數(shù)分析計算 雪由集雪器進入拋雪筒時的速度，雪的圓周速度可近似地認為是雪進入拋雪筒時的速度。 （3-4） 可見V與α，n, S有關。 （2）雪離開拋雪筒時的速度 雪塊以速度心脫離集雪螺旋經(jīng)過拋雪器出口時的速度為u0，則 （3-5） 公式中， H。為拋雪筒出口到集雪器中心軸的垂直距離，ψ為雪經(jīng)過拋時因與筒壁摩擦和沖擊而產(chǎn)生的能量損失系數(shù)。 雪屬于輕飄物，在計算時，最大拋雪距離是指排除風力的影響。經(jīng)轉(zhuǎn)子拋出的雪由于受到機械對其的加密作用，呈團狀或顆粒狀。在空氣流體中運動，因速度不是很快，運動阻力可以認為主要是流體粘滯性引起且阻力的量值和速度的一次方呈正比，設阻力F=m.g.c.u，c為阻力系數(shù)。以拋雪筒出口為原點，采用直角坐標。在X、Y、Z坐標中，按牛頓定律： （3-6） （3-7） 以拋雪筒出口時計，當t=0，，。，其中為拋雪筒揚雪角，則公式的解為。 公式中e為自然對數(shù)底。系數(shù)c的取值由實驗確定。但一般在無大量實驗數(shù)據(jù)情況下，將清雪機處理后的雪團和顆粒認為是類球體，而按斯托克斯阻力定律來計算，即球體在粘滯流體以一定速度運動時，所受到的阻力f是：f=6πξau 式中a為雪塊半徑；ξ為空氣粘滯系數(shù)。ξ的數(shù)值系空氣的內(nèi)在屬性。在零度以下時，可取值為0.00016泊。 設F=f，即m=6πξau，解之有: c=4.5，顯然cg值較小。因而可將公式展成級數(shù)，有下列近似關系： （3-8） （3-9） 令公式中的y= 0，并將式中第三項略去，解得到達地面時間是： （3-10） t帶入x的表達式，求出最大拋雪距離為： （3-11） 空氣對雪塊運動有較大阻力，使實際拋雪距離大大小于理論值。實踐證明，轉(zhuǎn)子的圓周速度越高，這一差異越大。順風拋雪可以提高拋雪距離，當風速不大時，也可逆風拋雪。由文獻可知:考慮到風速對拋雪距離的影響，可采用經(jīng)驗公式單位m計算有風時的拋雪距離X。式中:無風時的拋雪距離單位m，稱風速單位m/s。 3.5 機器性能參數(shù)計算 消耗功率的計算 拋雪器消耗的功率 由公式知： （3-12） 帶入數(shù)據(jù):=1.54kw 由公式 （3-13） 帶入數(shù)據(jù)： （2）性能分析 機器的除雪生產(chǎn)率是。由即生產(chǎn)率等于雪層厚度。 3.6 本章小結(jié) （1）本章主要研究制定了小型手扶式清雪車的各系統(tǒng)設計方案。 （2）在此基礎上對清雪車的幾個主要部件(如集雪器、拋雪器等)的結(jié)構(gòu)和關鍵性能參數(shù)進行分析，確定主體設計方向。 （3）經(jīng)過實地考察和設計計算，最終確定車體尺寸。 4校核 4.1鏈輪校核 軸上的鏈輪校核，輪的輸入功率是2.88KW，齒輪的轉(zhuǎn)速，齒輪材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度241HB～286HB，平均取為260HB。Z1=78，Z2= 78,b=20，m=2.5=195mm 接觸疲勞極限：由《機械零件設計手冊》第12章得知 精度等級選取6級精度 使用系數(shù)KA：由《機械零件設計手冊》表12.9得KA=1.5 動轉(zhuǎn)系數(shù)KV：由《機械零件設計手冊》圖12.9得KV=1.2 齒間載荷分配系數(shù) （4-1） （4-2） 由此得： 齒向載荷分布系數(shù) （4-3） =1.17+0.16×0.12+0.61×10-3×20 =1.17 A=1.17，B=0.16，C=0.61 載荷系數(shù)K： (4-4) =1.5×1.2×1.36×1.17 =2.86 彈性系數(shù)： 節(jié)點區(qū)域系數(shù)ZH：由《機械零件設計手冊》[4]圖12.16 ZH=2.2 接觸最小安全系數(shù)：由《機械零件設計手冊》[4]表12.14 =1.05 總工作時間：=5×300×8×0.5=6000h 預期使用壽命為10年，每年300天，單班制，工作時間占50%。 應力循環(huán)系數(shù)由《機械零件設計手冊》表12.15 估計107＜≤107 則指數(shù)m=8.78 （4-5） 原估計應力循環(huán)次數(shù)正確。 接觸壽命系數(shù)ZN由《機械零件設計手冊》圖12.18 ZN1=ZN2=1.18 (4-6) 許用接觸應力[]： 驗算： (4-7) =223.42MPa＜[]=798MPa ∴被校核輪安全。 重合度系數(shù)：： (4-8) =0.66 齒間載荷分配系數(shù)： 由《機械零件設計手冊》表12.10知 (4-9) 齒間載荷分布系數(shù)： 查《機械零件設計手冊》圖12.14得 =1.4 載荷系數(shù)K： (4-10) =1.5×1.2×1.51×1.4 =3.80 齒形系數(shù)：查《機械零件設計手冊》12.21，=2.8。 應力修正系數(shù)Ysa1：查《機械零件設計手冊》12.22 ，Ysa1=1.56 ，Ysa2=1.72。 彎曲疲勞極限：由《機械零件設計手冊》圖12.23c ，=600MPa。 彎曲最小安全系數(shù) 由《機械零件設計手冊》表12.14 =1.25。 應力循環(huán)次數(shù)N1由《機械零件設計手冊》表12.15估計，3×106≤N1≤1010 則指數(shù)m=49.91 (4-11) = 6.91×107 原估計應力循環(huán)正確 軸承壽命系數(shù)YN： 由《機械零件設計手冊》圖12.24 ，YN1=0.95，YN2=0.97。 尺寸系數(shù)YX： 由《機械零件設計手冊》圖12.25，YX=1.0 許用彎曲應力[]： (4-12) 驗算： = 傳動無嚴重過載，故不作靜強度校核。 4.2鍵的校核 車輪軸上帶動車輪的普通平鍵。軸徑40mm，傳動轉(zhuǎn)矩為1.879×10N·mm，整個車輪的寬度B>50mm，載荷穩(wěn)定。 (1)選擇鍵的類型：選A型普通平鍵 (2)確定鍵的尺寸：查的可選鍵的尺寸為 (3)擠壓強度：取，則工件表面的擠壓應力為 （4-13） ，所以此處用鍵連接可以滿足強度要求。 4.3軸承校核 選用軸承代號如軸承參數(shù)下表5-1：選縱向絲杠左側(cè)深溝球軸承6004進行校核，軸徑d=25，軸承預期使用壽命，可靠度為50%。脂潤滑。 校核步驟： （4-14） 查《機械零件設計手冊》第18章表18.7得e=0.081 =0.18>e （4-15） 表5-1 軸承參數(shù) 軸承代號 基本尺寸mm 基本額定負載KW 極限轉(zhuǎn)速r/min 6004 6000 d D B 20 42 12 10 26 8 C Cr 9.38 5.02 4.58 1.98 脂潤滑 油潤滑 15000 19000 20000 28000 X，Y沖擊載荷，據(jù)《機械零件設計手冊》查表13—2可得：X=0.50，Y=2.0 系數(shù)由《機械零件設計手冊》查表13-3可得 當量動載荷 （4-16） 計算額定動載荷 （4-17） 基本額定動載荷。 則選用該軸承可以滿足壽命要求。 4.4軸的校核 軸上的功率為P=2.88kw，轉(zhuǎn)速n=1200r/min 轉(zhuǎn)矩 （4-18） (1)求垂直面的支承反力 (4-19) (4-20) (4-21) (4-22) (4-23) (2)求水平面的支承反力（圖c） (4-24) (3)繪垂直面的彎矩圖（圖b） (4-25) (4-26) (4)繪水平面的彎矩圖（圖c） (4-27) 求軸傳遞的轉(zhuǎn)矩（圖f） (4-29) 求危險截面的當量彎矩 (4-30) (4-31) (7)從圖可見，a-a截面最危險，其當量彎矩為 (4-32) 計算危險截面處軸的直徑 軸材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表14—1查得，由表14—3查的許用彎曲應力，則 （4-33） 考慮到鍵槽對軸的削弱，將d值加大5％，故取d=50 mm軸徑，合適，安全。 圖5.1 軸 圖5.2 彎矩扭矩圖 24 總 結(jié) 本次設計總計大該有零件20個左右，經(jīng)過這兩個月的畢業(yè)設計實踐，使我對專業(yè)知識有了更深層次的理解，對基礎知識有了更深的鞏固，對WORD、SOLIDWORKS、CAD軟件有了進一步了解和熟練應用。本次設計針對國內(nèi)除雪的特點，在分析國內(nèi)外相關資料的基礎上，提出一種小型手扶式清雪車的工作原理。針對在具體了解與實際觀察中發(fā)現(xiàn)的不足，如拋雪筒口徑太小、車體輪子直徑小行走困難等，設計帶有帶式集雪螺旋兩種機型的總體設計和尺寸確定。采用工程軟件Auto-CAD，繪制了小型手扶式清雪車二維工程圖。通過對小型手扶式清雪車的進一步研究，為以后生產(chǎn)出適合中國國情的清雪機奠定基礎。 總之，這次畢業(yè)設計將會如期完成，并能達到預期效果。利用畢業(yè)前的這段時間充分學習鞏固專業(yè)知識，與老師溝通，與同學交流，順利完成本科畢業(yè)設計。 致 謝 值此畢業(yè)論文定稿之際，不由感慨萬千，雖只是寥寥數(shù)萬字，但卻傾注了許多人的操勞與心血。在這里首先要感謝我的導師周嶺，正是她在論文選題、課題研究及論文撰寫過程中，給予的細心指導與點撥，才有了我今天的成績。周老師淵博的知識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、敏銳的科研洞察力、豁達的性格都給了我深深的影響，我將永遠銘記在心并受益終身，能成為周老師的學生，也將是我一生的榮幸。感謝我的導師，在繪圖期間及答辯準備階段給予的無私幫助和長期的指導，她兢兢業(yè)業(yè)的工作精神、一絲不茍的科學態(tài)度、以誠待人的品格令我十分敬佩。 同時，還要感謝教育和幫助過我的各位老師們，正是你們的辛勤工作，才使我在基礎知識和畫圖能力方面有了長足的進步。在即將畢業(yè)之時，請允許我獻上對各位老師最誠摯的感激和謝意!沒有他們默默的支持和幫助，我無法在有限的時間內(nèi)完成畢設計的研究和畢業(yè)論文的撰寫工作。在此，向他們表達我深深的謝意! 感謝在百忙中閱讀和評審本文的各位老師。 參考文獻 [1]李 靜. 新型組合式滾刷除雪機研究與設計[D].長安大學,2013. 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