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1、小型扫雪车设计 Q:2505298556摘 要在我国的北方每年冬天会持续较长的时间，而且降雪量也颇大，所以导致道路积雪严重。尤其是一些比较狭小的道路不适合采用大型除雪设备，导致积雪堆积严重影响交通出行以及人们的日常生活。为此，研制小型除雪设备，有很高的实用性和使用价值。本文不仅分析了路面积雪的特性，而且通过阅读国内外现有除雪机的资料；设计采用汽油机作为动力源，由输出轴及链传动将动力输出与传递，从而使除雪机正常运行。除雪机的工作原理是利用绞龙旋转将积雪粉碎收集，再通过抛雪筒中的叶轮旋转将积雪由抛雪筒弯管抛出以达到清除路面积雪的问题。此次扫雪车的设计原理是，由原动机提供动力，经过链传动将动力传递给
2、输出轴，输出轴又带动抛雪叶轮高速旋转，利用离心力将雪抛出。同时利用减速器来减速带动搅龙传动轴和螺旋搅龙叶片旋转来实现集雪作业。而其他的动力则由变速器传输给车轮轴来带动扫雪机前进，实现清雪工作。本说明书中对小型手推式扫雪车进行了深刻的理论分析和结构设计计算，并采用UG绘图将扫雪车的三维实体造型和二维平面图形绘制出来。 关键词：小型扫雪车；三维实体造型；二维平面图形AbstractIn the north of our country every winter lasts for a long time, and the snow is quite large, so lead to seriou
3、s road snow.Especially some narrow roads are not suitable for using large snow removal equipment, cause the snow accumulation is seriously affect the transportation and Peoples Daily life.Therefore, to develop small snow removal equipment, has a high practicality and use value.This article not only
4、analyses the characteristics of the pavement of snow, and domestic and foreign existing snow blower from reading data;Design USES gasoline engine as power source, the output shaft and chain transfer power output and, so that the normal operation of snow blower.Snow blowers work principle is to use t
5、he heave snow dragon rotation crush collection, again by throwing snow cone rotation of the impeller by throwing snow snow tube bend thrown to clear the road snow.Design principle of the tractor is powered by a prime mover, a chain transfer power to the output shaft, output shaft and driven snow hig
6、h-speed rotating impeller, throw the snow use of centrifugal force.At the same time using reducer to decelerate drives the stirring shaft dragon and spiral dragon blade rotation to achieve the set snow job.While other power by gearbox transmission shaft to drive the car snow blowers, realize clear s
7、now job.In this manual for small hand push type tractor has carried on the deep theory analysis and structure design calculation, and USES the UG drawings will snowploughs three-dimensional entity model and two-dimensional plane figure.Keywords: small tractor;Three-dimensional entity model;Two-dimen
8、sional plane figure小型扫雪车设计1摘 要1第一章 绪论51.1 选题意义51.2 国内外除雪机的发展现状51.2.1 国外除雪机的发展现状51.2.2 国内除雪机的发展现状61.3 除雪工具的分类71.4 设计的任务7第二章 积雪特性研究82.1 物理性质82.1.1 积雪的密度82.1.2 雪的硬度92.1.3 雪的摩擦系数9第三章 除雪机设计方案93.1 方案及比较93.2 工作原理103.2.1 基本结构103.2.2 工作原理103.3 基本结构确定103.3.1 动力装置选择103.3.2 传动方式的确定113.3.3 积雪收集装置设计11第四章 扫雪车的设计计算
9、与校核124.1 链传动计算124.1.1 传动链的设计步骤124.1.2 链轮基本数据计算144.2 传动轴的设计及校核154.2.1 结构设计154.2.2 轴的校核174.3 蜗轮蜗杆减速装置设计184.3.1 选择材料194.3.3 按齿面接触强度验算204.3.4 计算传动的主要尺寸204.3.5 校核齿根弯曲疲劳强度214.3.6 验算效率224.4 搅龙轴的设计224.5 搅龙叶片的设计234.6 抛雪叶轮简述244.7二维CAD装配图24结论25致谢26参考文献27第一章 绪论1.1 选题意义在我国北部地区冬天路面积雪和路面结冰现象常常对人们交通出行造成阻碍，尤其是在某些弯道、
10、交叉路口以及坡道等地经常会导致交通事故的发生，为人们生产、生活、出行带来众多不便。积雪为城市交通出行带来了较大的麻烦，尤其是在气候寒冷降雪较多的北方地区，冬季持续时间长，降雪量大经常会由此引发各种交通事故。并且降雪后需要投入大量的人力去清除路面积雪和积冰，但是效率都比较低，清除起来比较困难，尤其是在一些学校、小区和人行道等地的狭窄路面由于得不到环卫工人的及时清理，经常为出行带来各种困扰与不便。因此就需要采用更为高效与快捷的清雪设备来及时清理路面积雪，以解决人们的出行问题。如今我国在对较为狭小的路面进行清洁时依旧是主要由人通过铁锹、扫帚等进行清洁处理，这样的方式不仅效率低，而且需要投入大量的人力
11、。因此，此次设计将主要针对狭小路面进行设计，以提高清雪效率，为人们的交通出行扫除障碍，较少交通安全事故，为环卫部门缓解由降雪带来的压力，此次设计的小型扫雪车将是一款价格较低，清雪效率较高，适用多种小型路面的的除雪机。1.2 国内外除雪机的发展现状1.2.1 国外除雪机的发展现状 近年来，美国、加拿大、俄罗斯以及欧洲一些高纬度国家研发了多种实用性很高的除雪设备，而且随着技术的不断发展与创新，这些国家的除雪设备的清雪效率也越来越高，清雪方式也越来越多样化 在国外，最初设计的除雪机是根据推土机的原理加以改进设计出来的，后来在其基础上又推出了将V型犁安装在汽车上的犁地式除雪机。现如今国外犁地式除雪机的
12、技术已经日益成熟。例如俄罗斯的新型K0281222犁式除雪机，此类型除雪机的基础车是MT328082型拖拉机，它不仅可以清雪还可以清除垃圾和堆沙。图1 美国Ariens扫雪机1.2.2 国内除雪机的发展现状 我国除雪机的研究与开发较晚，技术方面尚不成熟。现如今，我国大部分地区的道路仍然采用传统方式对路面进行积雪清理，有些地方则开始采用人工及机械相结合的方式，高速和一些主干道已经利用大型除雪设备尽情清理，但设备的种类和数量相对来说还较少。近几年，我国的一些生产厂商开始借鉴国外经验研发了一些适合我国路面的情况的除雪设备。例如；陕西高速公路管理局研究开发的FCX-1型除雪车；吉林公路机械厂和吉林工业
13、大学共同研制的CB1500压实冰雪清除车；重庆迪马公司制造的DMT5160TYFl多功能除雪车装有推雪铲、滚刷以及融雪剂散布机等装置；哈尔滨雪狼除雪机械有限公司研制的CXL-ITID型除雪车可以对雨雪薄冰等进行有效地清除，经由车辆碾压过的2至8cm的冰雪层可以有效进行清除，是目前国内较为理想的环保型除雪车。哈尔滨天达科技有限公司制造的P2400型抛雪式除雪车，前面装有组装式螺旋风扇抛扬机构，抛雪方向可根据需要进行适当调整，是清除积雪的理想设备。图2 破冰除雪机1.3 除雪工具的分类 目前，各国大都采用机械除雪或融雪或两种结合的方法进行积雪清除。机械除雪是利用机械对冰雪进行收集和清除的一种方法，
14、清雪机械有清雪机和除冰机两种。 而根据除雪机的工作原理，可以将其分为推移式除雪机、抛雪式除雪机和吹雪式除雪机： 推移式除雪机是由安装在大型车辆上的推雪铲，扫雪犁等装置组成，例如推雪机，利用推雪铲将积雪推走，然后再对积雪进行装卸和统一处理。然而这种扫雪机却没有集雪、抛雪的功能，而且它只适用于松软的雪或经过破碎之后的冰雪，其清理积雪的效率较低，而且还易划伤地面。 抛雪式除雪机的原理是先将积雪进行收集，再通过抛雪泵将积雪抛至路边或抛到运输车辆进行统一收集处理。其中螺旋式除雪机是最为常见的类型。 吹雪式除雪机的原理是采用发动机来产生强大的高压气流，再经由喷气口吹出来以达到清除积雪的目的。吹雪式除雪机其
15、运行起来速度较高、生产率也较高、但其成本也很高，其还有一个比较大的缺点就是只适用于松软的积雪，大多适合在机场和高速路上使用，对开发成本较低的小型产品帮助不大。 抛雪式除雪机根据工作方法的不同，又分为抛雪式和传送式两种：一、抛雪式除雪机是利用绞龙叶片的高速旋转将积雪旋进扫雪机，再利用导管将积雪运输送到储雪箱中。其特点是：利用大功率主机，宽幅、高效，使用范围比较广。二、传送式除雪机是先将积雪集中收集，再通过传送带传送到后面装车。这种除雪机目前在俄罗斯内被广泛应用。1.4 设计的任务 本次设计预计设计一台小型路面清雪机。工作原理：在工人的推行前进的情况下，将路面积雪收集到集雪筒中，积雪通过高速旋转的
16、抛雪叶片的离心作用抛出抛雪筒，抛到路边，以达到清雪目的。此除雪机主要适用于较为狭窄的小路、工厂、学校或小区内的路面的清扫工作，通过集雪、储雪、抛雪等步骤，大大提高清雪效率。对预想机械结构进行构想和结构设计，并对主要零部件计算和校核。 (1) 查阅相关资料，清除积雪物理性质，根据资料，对各种地段不同时间段各种温度的路面积雪的物理特性研究与分析； (2) 查阅除雪机国内外相关资料做方案设计，与多种方案比较，选取最优，确定除雪机的方案设计；(3) 对除雪机的各个部件精确地设计，确定扫雪车基本的尺寸精度，以及每个组件的连接方式。 （4）绘制除雪机的三维实体模型及其各部分零件图、二维装配图，最后编写该除
17、雪机的设计说明书。预计设计的参数是：清扫路宽1m，清除积雪最大厚度200mm，扬雪距离3m。第二章 积雪特性研究2.1 物理性质 要想有效的清理积雪，首先应该熟悉积雪的物理性质，然后计算清雪阻力以及预计功率。积雪的物理性质会受到气候变化、落下时间长短，以及车辆碾压、清扫工作的影响。积雪主要物理特性包含：积雪的摩擦系数、密度、硬度等。2.1.1 积雪的密度扫雪车的设计与积雪的密度有直接关系。雪溶化后产生的水质量与融化之前雪体积的比值就是积雪的密度。积雪的密度大多在007079gcm3范围内。因积雪的沉积条件、降落条件以及测量方法等因素导致积雪的密度不同8。俄罗斯与我国降雪情况比较相符，所以雪质的
18、选择，大多选0019gcm3089gcm3这个范围。国外有许多学者对积雪的不同条件下的密度进行过分析研究，由此得出了以下数据：(1) 积雪沉积的时间越长雪的密度就越大，每个月平均增量大约是：1020；表1 积雪密度和时间的关系雪的状态密度gcm-3新降积雪01001530天后的积雪020030大于30天的积雪034一042密实的积雪040060冰雪混合060075冰090(2) 雪沉积的深度越深雪的密度越大。山坡上沉积两个月的积雪，厚度为20cm时雪的密度达到030329gcm3，相同条件厚度为0102cm的雪的密度能够达到060649gcm3；(3)雪降落时间不同雪的密度也不相同，测量结果如
19、表2.1；(4)温度也和新降积雪有关，关系如表2.2。 表2 新降下的雪的密度和当时的温度的关系降雪时的温度 o C新降雪的密度gcm-3最小值最大值平均值-10-51001102950087-51-21003502580104 续表2最小值最大值平均值-21-010043045501280+20006905290183+20以上0158058801962.1.2 雪的硬度积雪硬度又叫积雪抗压强度，指雪抵抗外来物进入的能力9。用进入积雪的刚体受到的单位面积阻力表示。设计时雪的抗压强度就是其中的重要数据。经过测量可得，环境对雪的抗压强度有影响。积雪硬度特征：一般雪的密度越大雪的抗压强度也越大。(
20、1) 温度越低雪的抗压强度越大。2.1.3 雪的摩擦系数 积雪的摩擦系数分为：轮胎与路面的附着系数10 、内外摩擦系数。对扫雪机进行计算时，要知道路面的滚动阻力系数以及附着系数。第三章 除雪机设计方案3.1 方案及比较方案一:吹雪式清雪车利用鼓风机吹出高速气流以达到将积雪吹到路边的效果。此种清雪车生产率高，运行速度快，但缺点是不适合落下较长时间的积雪。 方案二:推雪式清雪车能够将雪推到一边，但无法对积雪进行收集，而且对地面伤害较大。方案三:抛雪式清雪机通过机械传动对积雪进行清理。先用集雪器将雪打碎，然后用高速旋转的搅龙叶片把积雪输送到平抛雪筒，再由抛雪叶片将雪抛到路旁。螺旋转子式清雪车不仅对新
21、鲜的雪有效而且对压实的雪也有效，适用范围比较广，效果与效率也比较高，而且此方案，产品成本低、体积小，适合狭窄路面。所以选第三种方案。3.2 工作原理3.2.1 基本结构扫雪车主要由：动力装置、传动装置、集雪装置、抛雪装置、行走装置和操作装置组成。动力装置采用汽油机或柴油机作为动力；用来收集积雪的集雪装置主要由推雪铲和搅龙叶片组成；抛雪装置主要是由抛雪叶片、抛雪筒组成，通过抛雪叶片将积雪跑到路边；行走装置采用手推式设计；操作装置也是通过人力控制来实现对机器的控制。3.2.2 工作原理除雪车的工作原理是通过汽油机提供动力然后由链传动通过传动轴输送给各个部件。集雪收集是由集雪铲通过绞龙将积雪收集到抛
22、雪筒中再由抛雪筒通过高速旋转的叶片将积雪抛出。通过人工推动的方式让小车前进，以达到前进的目的。扫雪车动力传递过程：发动机链轮传动轴减速器驱动轴搅龙图3 扫雪机结构图3.3 基本结构确定3.3.1 动力装置选择由于扫雪车的主要使用场地是较为狭窄的路面，例如：工厂、学校或居民住宅等地，所以对动力装置的体积要求就比较高，要选则比较小的动力源，因此本设计选用汽油机作为动力源。本次设计的扫雪车参数是：扫雪量为每小时1000平方米，清扫的积雪最大密度 250kg/m，最大厚度为20cm，因此每小时的最大清雪量为: 1.0103m20.2m250/m35.0kg (3.1)抛雪装置中的抛雪叶轮设计参数为：积
23、雪的抛出距离为3m，积雪抛出时的初速度为4m/s，根据以上数据计算抛雪时所需要的功率为： mght5.010kg10N/kg3m/s3600=416.66w (3.2) 搅龙叶片在旋转时要受到积雪的阻力的影响，受到的阻力矩为m=20Nm，搅龙叶片旋转速度为l2r/s，因此搅龙叶片在工作过程中所需要的功率为： 20Nm23.141 r/s=251.2w (3.3)扫雪车工作时要消耗动力源功率的部件重量为200kg，与地面之间的摩擦系数取0.2，工作时的前进速度取lm/s，所以扫雪车工作过程中所需要的功率为： 200kg10N/kg0.2lm/s=400w (3.4)所以，扫雪车工作过程中所需要消
24、耗的总功率为： 416.66w+251.2w+400w=1067.86w (3.5)根据上述计算结果，对扫雪车所需的动力驱动装置进行型号选择。由于扫雪车工作情况比较复杂，有时可能会遇到压实的积雪，因此选用汽油机型号时要选则功率略大的汽油机，来满足各种复杂条件下动力源可以提供足够的动力。根据以上的计算结果、综合分析以及发动机自身由于磨损而出现的损耗问题，选用型号为EM100的汽油机：表3 EM100汽油机参数发动机型号EM100发动机型式单缸、风冷、四冲程缸的容积163cm3排量87ml净重27kg3.3.2 传动方式的确定由前面选择的汽油机作为动力装置提供动力，然后由链传动将动力传送到传动轴，
25、再由传动轴将动力传送到抛雪叶片，并将动力经过蜗轮蜗杆减速器减速传送给搅龙叶片。3.3.3 积雪收集装置设计 由于积雪要先被收集到抛雪筒内再被抛出，所以要想使积雪向中央聚拢就需要把两个旋向相反的螺旋轴对接在一起组成螺旋集雪转子，搅龙叶片随着轴的旋转把积雪收集起来。本设计采用的集雪装置是带状螺旋集雪叶轮，这样的设计可以很好地破碎积雪，有效防止堵塞的情况。其基本机构如图4：图4 螺旋轴和搅龙叶片结构此种集雪装置不仅能够集雪还能够实现碎雪、运雪、碎冰等功能。能够有效地清理积雪。由于搅龙旋向相反，所以可以将两边雪集中起来，再传送到抛雪叶片下，将雪抛出。第四章 扫雪车的设计计算与校核4.1 链传动计算4.
26、1.1 传动链的设计步骤 与带传动、齿轮传动相比，链传动的主要特点是：没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比，传动效率较高（封闭式链传动传动效率=0.950.98）；链条不需要象带那样张得很紧，所以压轴力较小；传递功率大，过载能力强；能在低速重载下较好工作；能适应恶劣环境如多尘、油污、腐蚀和高强度场合。但链传动也有一些缺点：瞬时链速和瞬时传动比不为常数，工作中有冲击和噪声，磨损后易发生跳齿，不宜在载荷变化很大和急速反向的传动中应用。通过各个传动方式优缺点的比较，在恶劣环境下工作的扫雪机上由汽油机到传动轴之间的传动方式选用链传动，在扫雪机的结构中占有很重要的份重，因此，要对其进行设计计算。1
27、、选择链轮的齿数 和确定传动比i小链轮齿数少，可减少外廓尺寸，但齿数过少，会增加运动的不均匀性和动载荷；链条在进入和退出啮合时，链节间的相对转角增大；链传动的圆周增大，从整体上加速铰链和链轮的磨损。对于高速传动或承受冲击载荷的链传动，不少于25，且链轮齿应淬硬。链轮的齿数也不宜过多，通常限定链轮的最大齿数，一般不大于114。传动比过大，链条在小链轮上的包角就会过小，参与啮合的齿数减少，每个轮齿承受的载荷增大，加速轮齿的磨损，且易出现跳齿和脱链现象。一般链传动的传动比。 综上所述传动比设为，由于高速传动，z1 不小于25，由机械设计课本查得小链轮齿数z1=25，则大连轮齿数为： (4.1)符合要
28、求2、计算当量的单排链的计算功率 因为链传动工作平稳，由机械设计课本查表选择传动系数为 KA=1.3 ，齿数系数，多排链系数，计算功率为： (4.2)式中：工作系数； 主动链轮齿数系数； 多排链系数； P传递的功率，。3、确定链条的型号和节距p 链条型号根据当量的单排链的计算功率和主动链轮转速由机械设计 图9-11得到。然后由表9-1确定链条节距p。 根据链轮的转速和，查表选择： 链条的型号为链号06B，节距p=9.525mm4、计算链的节数和中心距 初选中心距为： 初选中心距 =（3050）p= 35p (4.3)确定的中心距为： =233.38mm (4.4) 234 得链节数为： (4.
29、5) 因此，链长节数为：L p =94节最大中心距： （4.6）查机械设计表9-7得：经计算得：考虑总体装配时尺寸相互之间的配合，令中心距，链节数5、计算链速v,确定其润滑方式 链的平均速度为： m/s (4.7) 由于v小于1215m/s， 因此，可用。由v=9.922m/s和链号06B，查机械设计课本图9-14得应采用油池润滑或油盘飞溅润滑。6、计算压轴力Fp 有效的圆周力为 N (4.8) 链轮水平布置时的压轴力系数 ，则其压轴力为： N （4.9）式中：有效圆周力，；压轴力系数，对于水平传动；对于垂直传动。4.1.2 链轮基本数据计算链条型号为06B，查机械设计表9-1滚子链规格和主要
30、参数得：节距，滚子直径，内链接内宽，销轴直径，内链板高度，排距，单排抗拉载荷为8.9kN1、小链轮的主要尺寸 分度圆直径： （4.10） 齿顶圆直径： （4.11） （4.12） 齿根圆直径： （4.13） 2、大链轮的主要尺寸 分度圆直径： （4.14） 齿顶圆直径： （4.15） （4.16） 齿根圆直径： （4.17）4.7 二维CAD装配图装配图是表达机器或部件的图样，主要表达其工作原理和装配关系。在机器设计过程中，装配图的绘制位于零件图之前，并且装配图与零件图的表达内容不同，它主要用于机器或号（序号）明细表和标题栏：为便于查找零件，装配图中每一种零部件均应编一序号，并将其零件名称图号
31、、材料、数量等情况填写在明细表和标题栏的规定栏目中，同时要填写好标题栏，方便于生产图样的管理。 在产品或部件的设计过程中，一般是先设计画出装配图，然后再根据装配图进行零件设计，画出零件图；在产品或部件的制造过程中，先根据零件图进行零件加工和检验，再按照依据装配图所制定的装配工艺规程将零件装配成机器或部件；在产品或部件的使用、维护及维修过程中，也经常要通过装配图来了解产品或部件的工作原理及构造。图7 小型手推式除雪机二维总装图 结论通过一个学期的努力，终于顺利完成了小型扫雪车的设计工作，进行了三维建模、二维工程图的绘制、传动的设计和重要零件的校核。基本完成了设计要求。本论文对国内外扫雪机的发展现
32、状和研究目的与意义进行了研究，同时分析了积雪的物理性质，根据不同积雪的特性和清雪地点的不同，确立了小型抛雪式扫雪车的设计方案，并对抛雪式扫雪装置的结构原理进行了研究、阐述、设计、计算与校核。本次所设计的小型路面积雪清扫雪机结构，在通过三个月的设计计算之后得出以下结论：（1） 通过国内外扫雪机设备的发展情况提出了扫雪机设备的工作原理。（2） 针对现有扫雪机的不足提出改进方案，完善了一些细节，使设计出的产品更新颖、美观、使用。（3） 设计出该种设备，并且绘制出工程图纸，和确定其基本参数。（4） 通过对扫雪机进一步的研究与完善，为以后生产出适合国情的扫雪机设备奠定了基础。综合结果来看，设计的扫雪机构
33、整体合理，与动力机连接方便，动力匹配合理，抛雪式扫雪车的工作机理分析正确，方案确定合理，理论分析和计算正确。 参考文献1 吴书琴，李乔非，刘春山. 城市道路散雪除雪机J. 工程机械，2007，38：14-172 李盛林, 张宏文. 公路快速清雪装置的设计J. 筑路机械和施工机械化，2002，19(96)：3-4 3 凌波，朱志坚. 多功能道路清雪机的液机联合传动J. 液压与气动，2003，(10)：43-444 魏东. 精巧的秀灵R_600扬雪车J. 商用汽车，2001，(12)：32-335 吴书琴，李乔非，刘学斌，刘春山. 钢丝排刷式扫雪机的研制J. 机械工程师，2010(3)：43-44
34、6 李乔非，吴书琴. 推扫一体式散雪除雪机制J. 工程机械，2010，41：4-77 郭维外. 小型扫雪机J. 国外工程机械额集粹，1994，(1)：488 朱彩霞，夏智武. QX700庭院式清雪机的研制J. 新疆农机化，2002(5)：31-329 杜明清. 小型螺杆式清雪车研究D. 南京理工大学，200410 耿志凌，鲍侠. 吉尔133除雪车增加救援装置的研究J . 黑龙江交通科技，2006，(7): 6111 顾维亿卧式螺旋搅拌叶片的螺旋参数探讨J. 渔业机械仪器，1988，(6)：24-2612 万国安除雪机械结构原理和设计要点J. 建筑机械化，1995，43(3)：353713 翁杰. 多功能的AN除雪车J. 商用汽车，2001，(12)： 3414 吴宗泽，罗圣国机械设计谋程设计手册M. 北京：高等教育出版社，2001：100-120 感谢您的阅读
