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1、- 燕山大學 本科畢業(yè)設計〔論文〕開題報告 課題名稱：犁式除雪機的設計 一、綜述本課題國內(nèi)外研究動態(tài)，說明選題的依據(jù)和意義 1．除雪機開展概述 國外除雪機的開展非常迅速，品種和規(guī)格越來越齊全，功能越來越強大。國外生產(chǎn)以汽車底盤為主機的除雪機的公司主要有英國的SCHMIDT公司、瑞士的MARCEL BOSCHUNG公司和德國的DAIMLER-BENZ公司等。該類機器采用機械式變速箱或液壓傳動方式，除雪速度高，非常適合高速公路除雪作業(yè)。生產(chǎn)以工程車輛為主機的除雪機的公司主要有美國BOBCAT公司、美國S&S公司和瑞士STEYR公司等。該類機型以中小型功率為主，發(fā)

2、動機功率在2l～120kw之間，除雪作業(yè)速度在30 km／h以下[1]。 隨著國民經(jīng)濟與社會的快速開展, 高速公路和高等級公路里程與日俱增, 為交通出行便利提供了根本條件, 但是到了冬季, 道路積雪給人們的日常生活和交通運輸來許多困難, 直接影響車輛行駛速度和行車平安, 及時去除道路積雪, 是冬季道路養(yǎng)護作業(yè)的一項重要內(nèi)容[2]。目前, 冬季降雪普遍采用除冰雪方式主要是機械化除冰雪。 總之，降雪較為頻繁的興旺國家都非常重視除雪機械的研發(fā)。國外除雪機呈現(xiàn)以下的開展趨勢： (1)多功能化：新出現(xiàn)的除雪機械不僅具有除雪板式除雪裝置，還具有融雪劑播撒裝置、路面清掃裝置以及吹雪裝置等，這樣不僅可以

3、大幅提高除雪效果，還可以盡量的減少更換除雪裝置的時間，從而提高除雪效率。 (2)高性能化：除雪機在工作過程中，所受到的除雪阻力是變化的，因此，采用一般工程機械的底盤是無法到達很高的除雪效率的。國外除雪機專用汽車底盤已經(jīng)開場采用液力變矩器以及全自動電液控制系統(tǒng)等技術，實現(xiàn)了除雪機作業(yè)速度自動適應除雪阻力變化。 (3)高平安性：高速工作中的除雪機，可能遭遇突然的路況變化，受到很大的沖擊力，這對駕駛平安是很大的威脅。因此，必須開發(fā)相應的裝置來提高除雪機的平安性，比方開發(fā)靈敏度較高的避障裝置以及效果較好的路面仿形裝置。 (4)大型化：大型、超大型的除雪機正在研制中，局部大型除雪機已經(jīng)開場生產(chǎn)。

4、 目前除雪機的種類很多, 可按工作原理、使用*圍、底盤形式和行走方式的不同進展分類。在實際工作中, 人們將除雪機主要分為犁式除雪機和旋切式除雪機。目前, 從除雪的作業(yè)過程來看, 除雪機理、技術方法已趨于成熟, 但在具體工作過程中, 往往受到路面狀況、雪層薄厚、氣溫上下等條件的限制, 使用一種機械難以去除各種路面的冰雪, 從而使除雪機的應用存在許多局限性。 2．除雪機型簡述 〔1〕犁式除雪機 犁式除雪機主要適用于未經(jīng)壓實的積雪, 特別是密度較小的新降積雪, 由于價格低、效率高、工作可靠, 是使用最廣泛的除雪機械。犁刀的形式主要有V 形犁、U形犁、單向犁和側(cè)翼鏟等。國外的犁式除雪機，大多數(shù)具

5、有避讓功能, 此外, 還可以實現(xiàn)犁刀升降以及作業(yè)角度的變化。犁式除雪機是國外使用較早的除雪機械[2]。早在1943年，日本就開場把V型犁裝在載重卡車上用于道路除雪,經(jīng)過多年的開展，國外犁式除雪機已具有較高的技術水平, 以俄羅斯新產(chǎn)品K0-812-2型犁式除雪機為例, 這種除雪機根底車采用MT3-80/82 型拖拉機, 其功能有除雪、去除垃圾和砂堆,既可以用于街道、人行道, 也可用于公路和建筑工地的除雪； 工作裝置有推土板、犁刀和圓盤刷, 除雪寬度: 推土板2500mm；犁刀2500mm；圓盤刷1800 mm。20世紀90年代初, 在中國的沈大高速公路上, 引進了德國產(chǎn)的烏尼莫克道路綜合養(yǎng)護車,

6、輔機備有犁式除雪器，其總質(zhì)量為1000 kg，最正確除雪寬度2375mm，除雪鏟高1000mm，最正確除雪速度20km/h，殘留雪厚度不大于10mm。 〔2〕旋切式除雪機 旋切式除雪機一般具有切削、集中、推移和拋投功能, 具有構造復雜、功能多的特點。旋切式除雪機可分為單級式和雙級式兩種, 其中單級式又分為銑刀型和風扇型, 雙級式分為單軸螺旋風扇型及雙軸螺旋風扇型。俄羅斯、日本是生產(chǎn)旋切式除雪機的主要國家, 技術較成熟, 其產(chǎn)品性能居世界領先水平。日本產(chǎn)高速行走旋切式除雪機, 作業(yè)速度為70km/h, 該除雪機采用四輪驅(qū)動方式, 利用盤式制動, 全長為7790mm, 機寬2490mm, 最大

7、除雪寬度2490mm, 發(fā)動機功率220KW, 最大除雪速度70km/h, 最大除雪量3000t/h。國內(nèi)已研制成功的旋切式除雪機主要有**工業(yè)大學等單位研制的C*-30型除雪機, **林業(yè)機械研究所研制的CB*-216型城市道路破冰除雪 總結(jié)多年的除雪經(jīng)歷和體會及對各種除雪方式的比較, 機械化“實時除雪〞才是科學合理的除雪方式。從工程學的角度看, 積雪被壓實的過程需要消耗大量能量, 雪被壓實后再把它從地面上去除掉就要加倍消耗更大的能量和更多的時間, 從而造成很大的浪費。相比較而言,“實時除雪〞所消耗的能量只有前者的幾十分之一, 是效率最高最省時省力的除雪方法。目前歐、美等工業(yè)興旺國家根本上

8、都采用機械化“實時除雪〞技術[1]。機械化“實時除雪〞技術實際上就是使用散雪除雪機械在降雪過程中進展除雪, 邊下雪, 邊去除, 多臺除雪車保持一定距離成梯形隊伍排列循環(huán)清理路面, 過往車輛可在除雪車之間穿梭繞行而不影響交通, 防止了積雪在路面停留時間過長而被碾壓成實雪或冰。 3．選題的依據(jù)和意義 近年來，隨著經(jīng)濟的快速開展，我國城市道路與高速公路的總里程數(shù)迅速增加。如何快速高效地實現(xiàn)對城市道路和高速公路的養(yǎng)護是交通運輸管理部門當前所面臨的突出問題。在我國的北方地區(qū)，每年都有數(shù)月的雨雪天氣，特別是近兩年來我國北方很多地區(qū)普降大雪，造成大雪封路，不僅給交通運輸和人們的日常生活帶來了諸多不便，而

9、且嚴重威脅行車平安。路面積雪帶來的最為直接的影響就是路面摩擦系數(shù)的急劇減小，當路面摩擦系數(shù)降低至0.3以下時，事故發(fā)生的概率將會倍增。因此,開展路面除雪技術對于保障冬季道路暢通和行車平安具有重要意義。 路面除雪方法主要包括人工去除法、機械去除法和撒布融雪劑法。人工去除法對于路面積雪的去除效果好，但除雪效率偏低，并且在除雪過程中，一定程度上影響道路的暢通。該方法主要應用于特定路段的小*圍積雪去除。撤布融雪劑法是國際上較為常見的一種道路除雪方法。該方法通過在路面上撒布化學藥劑使冰雪融化溫度降低，從而使路面積雪得以去除。所使用的融雪劑可分為兩大類：一類是以氯鹽為主要成分的融雪劑，該類融雪劑價格廉價

10、，但對路面和路兩旁植被均有腐蝕作用，因而常被作為輔助方法去除積雪；另一類是以醋酸鉀為主要成分的融雪劑，該類融雪劑融雪效果很好，沒有腐蝕作用，但價格較高，所以常被用于機場跑道等重要路段的積雪去除。機械去除法是目前使用最為普遍的除雪方式。該方式主要可分為兩大類：一類是吹雪方式除雪，該方法主要適用于積雪深度不是很大時的道路積雪去除；另一類是利用不同構造形式的鏟板來去除積雪，該方法可以去除不同路況下的積雪，應用較為廣泛[3]。犁式除雪機是利用特殊構造形式的鏟板來進展除雪的專用設備，主要應用于高速公路或機場新降積雪的去除。該除雪機因具有除雪效率高、除雪效果好的優(yōu)點，備受人們的青睞。犁式除雪機的除雪裝置主

11、要安裝在車輛的前部，又稱前雪鏟。作業(yè)速度可達40km／h，甚至更高。但國內(nèi)關于犁式除雪機的研究較少，主要是仿制，核心技術多被控制在國外廠商手中。為開展具有我國自主知識產(chǎn)權的核心技術，開展犁式除雪機設計關鍵技術的研究具有很強的現(xiàn)實意義和實用價值。 二．研究的根本內(nèi)容，擬解決的主要問題 1．課題研究內(nèi)容 主要針對犁式除雪機的設計展開研究。犁式除雪機的設計主要包括鏟面 的設計、避障機構的設計、支架機構的設計、控制系統(tǒng)的設計以及相關工作特性的研究[4]。 除凈率：即去除掉的雪占總雪量的百分比。除凈率應從兩個尺度衡量, 一是雪層去除高度和總高度的比例, 二是雪層去除面積和覆蓋總面積的比 例。

12、 行走速度：即除雪機作業(yè)時的運行速度。從每分鐘幾米到幾十米不等。 除雪生產(chǎn)率：即單位時間的除雪量。它與除雪機行走速度有關, 也與雪層厚度和一次除雪寬度有關, 是除雪總量的綜合反響[5]。 〔1〕除雪機構造參數(shù) 除雪板： 除雪板又稱犁刀，按照犁刀不同構造形式可分為單向犁刀、V型犁刀以及復合式犁刀。 單向犁刀的構造形式如圖1〔a〕所示，主要包括犁板和鏟刃兩局部。該犁刀常被安裝于除雪機的前端，故常被稱之為前雪鏟，主要用于新降積雪的去除。在一定的除雪速度下，新降積雪會沿犁刀的內(nèi)外表上升，從犁刀的上端拋出。該構造在最優(yōu)的工作參數(shù)下，可以獲得極佳的除雪效果。但該機構只能實現(xiàn)單向的排雪功能，因而

13、更適用于高速公路路面積雪的去除[6]。 V型犁刀是在單向犁刀的根底上開展而來的，構造形式如圖1〔b〕所示，呈V型對稱布局。該犁刀工作原理與單向犁刀根本一樣，在除雪過程中，可以同時向兩邊排雪，但除雪速度比單向犁刀偏低。該類除雪板常被用于厚積雪層和一定程度的壓實雪層的去除[7]。 復合式犁刀也是由單向犁刀開展而來的，由兩塊單向犁刀構成，其構造形式與V型犁刀相似。復合式犁刀采用兩翼中折式構造，因而可以根據(jù)需要作為單向犁刀或V型犁刀使用[8]。但由于其構造相對較為復雜，故使用較少。 圖1犁式除雪板構造簡圖 越障和支架機構： 目前我國公路和城市道路所存在的問題突出表現(xiàn)在路面的平整度較低、局部破

14、損比較嚴重。對于城市道路，除了大面積存在的污水井蓋外，有時為了降低局部路段的行車速度，還常常設置有減速帶。這些障礙物的存在，對除雪作業(yè)的平安都構成潛在的威脅。因此，除雪機械必須配置有相應的越障和支架機構，即避障裝置。避障裝置是指在不中斷除雪作業(yè)的前提下，使除雪機構順利翻越路面障礙，并且最大限度減小除雪部件、路面及路面設施損壞的功能構件總稱[9]。該裝置一般包括越障機構和支架機構兩局部，其中越障機構是最重要的功能部件，而支架機構除了起輔助翻越障礙的作用之外，還具有偏轉(zhuǎn)和提升除雪部件的作用。但在一些設備中，這兩局部可能會反映在同一部件上。按照翻越障礙時運動部件的不同，可將避障裝置劃分為整體翻轉(zhuǎn)式和

15、下段翻轉(zhuǎn)式兩種[10]。 圖2整體翻轉(zhuǎn)式避障裝置工作過程 圖3 下段翻轉(zhuǎn)式避障裝置工作過程 動力車： 除雪機械動力車要滿足除雪作業(yè)的動力消耗，滿足除雪過程的穩(wěn)定性要求，還要滿足經(jīng)濟性要求[11]。由于除雪作業(yè)具有明顯的區(qū)域性和時間性，所以對于大多數(shù)除雪機械來說，并不指定專門的動力車，可以采用拖拉機、皮卡、重卡甚至是經(jīng)改裝后的輪胎式或履帶式工程車輛。也有局部除雪機械開場采用除雪專用汽車底盤，顯著提高了除雪效果，但由于經(jīng)濟性不好，推廣使用比較困難[12]。 2. 擬解決的主要問題 避障裝置在除雪作業(yè)過程中具有重要作用，避障作用明顯且對除雪機沖擊較小，從實用價值角度考慮，選用下翻段避障裝

16、置。而除雪板選用單向除雪板，通過液壓缸來控制除雪板的升降和角度調(diào)整。除雪機的動力車則選用較為常見且功率較大的輪胎式工程車輛。 通過對前雪鏟受力分析，為各功能部件的材料選取以及構造優(yōu)化提供依據(jù)，并且擬定動力臂參數(shù)和發(fā)動機功率。 初步擬定各局部參數(shù)： 犁雪裝置主要參數(shù) 工程 參數(shù) 單位 推雪寬度 3000 mm 水平回轉(zhuǎn)角 ±35 ° 擺動角度 ±6 ° 跨越障礙高度 0~150 mm 三、研究步驟、方法及措施 1、查閱收集資料文獻，了解除雪機的工作原理和旋壓技術開展現(xiàn)狀。對于自己的研究課題相關的研究成果有哪些，進展學習了解。 2、根據(jù)所給工作要求進展初步

17、的參數(shù)計算。除雪板的尺寸參數(shù)，除雪鏟的行進角和切削角，除雪生產(chǎn)率和牽引功率等的計算。 3、除了構造分析外還有力分析，除雪過程產(chǎn)生的力也會作用到液壓缸上。通過分析可以得到大概的液壓力等數(shù)據(jù)。 4、構造設計完畢后，根據(jù)設計設想，對于整體裝配圖進展繪制，利用auto cad 或者ca*a進展，如果對于設計的功能實現(xiàn)有問題，與教師溝通解決，重新思考構造設計，改正方案。 5、裝配圖繪制完畢后，對于零件圖進展繪制，思考設計零件的尺寸公差、粗糙度、配合、位置精度等問題，最終完成圖紙。 四、研究工作進度 第1周：調(diào)研，搜集并閱讀相關資料，確定方向。 第2周：整理歸納相關的文獻資料，完成文獻綜述。

18、 第3周：對于所給參數(shù)進展相關的了解計算。 第4周：撰寫開題報告，并制作ppt，為初期辯論做準備。 第5周：對題目方案進展設計，選擇和完成技術設計、部件設計簡圖。 第6-7周：繪制除雪機工作機構的裝配圖。 第8周：制作ppt為中期辯論做準備。 第9-10周：完成零件設計，畫出零件圖，檢查自己圖紙中的問題。 第11-12周：構建三維立體模型。 第13周：整理材料。 第14周：撰寫畢業(yè)論文。 第15周：完成ppt的制作。 第16周：準備最后一次辯論。 第17周：終期考核，畢業(yè)辯論。 五、主要參考文獻 [1]*紅瑛，郝培文．道路除冰雪技術及其開展趨勢[J]．筑路機械與施工機

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