气力式小型除雪机的结构设计本科毕业论文.doc

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1、本科毕业论文（设计）题 目 气力式小型除雪机的结构设计 学 院 工学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机制05班 学 号 111101010519 学生姓名 王广健 指导教师 王伟锋 完成日期 西安思源学院教务处制二一五年四月中文摘要我国疆土宽广，地域奇特，南方以细雨绵绵，北方有茫茫雪城，有些地区为降雪频繁区，长时间的降雪，导致道路不通畅，及其巧合下，南方也会出现大雪围城的灾害，这些问题给人们日常生活带来了很多困难。就现在而言，我国处理雪的方式比较原始，主要劳动力还是人力，适用一些工具来清理积雪，这种方式在浪费极大的人力和物力的同时，清雪效果还不好，不能及时的清扫积雪，导致压榨后的积

2、雪更难清理。因此，我们要寻找一种高效，而成本不高的清雪方法成为当务之急。本文研究的对象为气力式小型除雪机的结构设计，通过对铲雪装置进行结构设计及气力传动的设计，设计出一种规模小气动式清雪车，用于工作环境，家庭，社区道路积雪的清除，从而方便人们出行，免去可预知的安全问题。通过本题目设计，也能够进一步理解机械原理、农用机械设计、气压传动等专业课程知识，掌握专用机械设计的原理和方法。 关键词： 气力式 除雪机 初雪铲机构 气缸；AbstractAt present our Guoqing snow compared to the original approach, mainly rely on t

3、he human, with the shovel and a broom to clean the snow, this way is not only a waste of a large manpower and material resources, but also the efficiency of cleaning snow is low, often can not be timely cleared of snow, and snow was more difficult to remove the vehicle after compaction. Therefore, s

4、earching for a means to have higher efficiency, snow cleaning method has lower cost has become imperative. Most areas of northern China caused by heavy snow, heavy snow blocked the road hazards, is surrounded by snow disaster and even the emergence of the south, great difficult to bring to peoples d

5、aily life. At present, our country except in limited several highways and airports are equipped with the snow clearing machinery, other roads and urban residents living areas of snow also rely mainly on human to clear, but because of artificial snow removal efficiency is very low, the time-consuming

6、, so the vast majority of snow can only rely on the natural melt, this makes the most area of our country the north in a heavy snow, road traffic accidents occur frequently, which cause enormous economic losses and casualties, and some local traffic even because of snow and blockage phenomenon, to t

7、he residents of these areas of life has brought great inconvenience, also had a negative effect on the economic development of the region. Therefore, realize the mechanization of the snow removing is important.Keywords: Pneumatic type Except design snow machine Cylinder目录1 绪论51.1本课题研究的意义与目的51.2国内外除雪

8、机发展现状61.3国内除雪机械的发展方向81.4 本文的工作安排92 气力式小型除雪机的设计的总体方案102.1总体设计的基本原则及要求102.1.2 机构的总体设计原则102.1.3 机构总体布置设计基本要求112.2 除雪机设计方案112.2.1总体方案选择112.2.2机构的设计方案122.3 本章小结133 除雪铲机构的设计143.1 除雪铲铲板的设计143.1.1 除雪铲板的示意图143.1.2铲雪板结构参数确定153.2 前铲机械避障装置设计173.2.1 避障机构的方案173.2.2 避障机构的设计184 气压传动系统的设计与校核214.1 气动传动原理214.2 气动系统元件的

9、选择224.2.1气缸的选择224.2.2 空压机的选择234.2.3 控制元件的选择244.2.4 消声器的选择254.2.5三联件的选择254.3 确定管道直径264.4 验算压力损失264.4.1 沿程压力损失264.4.2 局部压力损失284.4.3总压力损失29结 论30参考文献31致谢32气力式小型除雪机的整体设计第一章 绪论1.1本课题研究的意义与目的我国北方地区冬季比较漫长，基本上每年都会有大降雪出现，有些地区还会因为长时间大降雪而形成雪灾、，给人们生活带来困难，给社会生产带来很多不便利，特别是现在，经济飞速发展，需求地于生产地的联系密不可分，而连接的方式就是运输，而公路运输又

10、占有运输的很大比例，因为一些地区由于地貌限制只能用公路运输来完成生活需求，但是道路积雪给人们出行和公路运输带来了很多不便，特别是大降雪和雨夹雪天气，让高速公路关闭，让国道行驶很不安全，严重的影响了人们的出行和经济发展，现在道路积雪问题引起了各级部门的关注和重视，我认为如何能高效的处理积雪，保障道路通畅，让人们安全出行，提高交通安全成为冬季公路养护的主要问题。所以，过多的降雪常常来不及得到及时有效的清除，给城市交通和人民生活带来了许多不便。因此，我们寻找一种高效初雪的方式，而成本又比较低的清雪方法成为当下重中之重。本文研究的主要目的是通过对气力式小型除雪机进行整体设计，主要对铲雪装置进行结构设计

11、及气力传动的设计，从而设计出一种规模小气动式清雪车，用于工作环境，家庭，社区道路积雪的清除，从而方便人们出行，免去可预知的安全问题。通过本题目设计，也能够进一步理解机械原理、农用机械设计、气压传动等专业课程知识，掌握专用机械设计的原理和方法。当下社会全速发展，而社会发展的源泉和活力又在于创新。创新发明是用新思想，新方式，新的产品。现在各国都在发展机械水平，进入一个机械时代，机械的更新为当下重中之重。机械的创新在于适应社会的发展，机械的创新能降低人们劳动力的同时，带来更多的效益，机械创新的进展极有可能影响某一行业，或者影响人们的生活习性，对社会有着很重要的意义。现在清雪的方式主要分为：人力清雪；

12、撒化学物质融化冰雪；靠机械装置除雪。人力清雪需要很多劳动力，但是除雪效率还达不到人们的理想，从而浪费人力，物力来达到一个不理想的方式是不可取的。就社会安全问题也需要改革人力除雪，因为人力除雪需要人们去一些危险的地方，这样不安全因素就多了，容易发生事故，给人们和行驶的交通工具带来极大不便。撒化学物质清雪是靠化学热反应，和降低结晶点来达到目的，但是融化后的积雪带来了极大的不便，同时费用高也容易造成环境污染。因此这种方式收的局限性不叫高，不能用于日程生活。除雪机械是通过机械装置，直接作用积雪，对其进行扫除。除雪机主要分为梨式除雪机和螺旋转子机械两种，这两种占发达国家除雪机器总是的百分之八十以上。现如

13、今，传统的人力清雪和污染较大的化学清雪已经不能满足人们的需求，现在我们迫切需要性能良好，自动化程度高以及方便灵活的机械来取代。 即雪后需要效率高、省时、省力的浮雪清除设备来满足社会的需要。1.2国内外除雪机发展现状（一）国外除雪机发展现状国外发展除雪机械已经有几十年了，北欧国家特别是瑞典和芬兰已经发展的相当成熟。建立道路天气监测系统，除雪机向小规模，高效率发展，向功能多，机电气液化方向发展，同时也得注重人们操作时的工作环境和安全性，打破传统法师，加强合作。相对于其他类型的除雪装置，抛雪式除雪一般都具有以下几个功能，就是对积雪的处理，集中，推动积雪，和抛投功能，这种方式用的比较广，是一种机械化，

14、高效率的除雪机器。从八十年代开始，这种除雪装置在北美，北欧地区得到广泛运用。在我国大型的除雪机器在有些地区还是有的可以看见，但是大多是推移式的，先进抛投式的很少，并且大多是都是进口的，价格很贵，维修起来也不方便。就近几十年来，我国的除雪机器发展很快，各种类型也越来越多，生产厂家也在采用与国际接轨的技术，材料，工艺的同学，也不断提高人们操作的舒适性，和作业性能，对除雪提出更高的要求，提高了自己生品的竞争力。最开始的出血及其都是采用推土机或者装载除雪机，利用推板和装载斗将积雪集中在一块，这种方式后来发展成梨式除雪机。早在一九四三年的日本，就运用V型梨式除雪器，把装置装在卡车上用于清理积雪，经过这么

15、多年发展，国外梨式除雪机已经发展的很成熟，有较高的技术水平，如俄罗斯的KO-812-2就是优秀的产品。利用机械清雪已经把人们从繁重的清雪工作中解放了出来，并且提高了效率和速度。因此，就清雪来讲，研制可靠，高效，实用的机械装置成为科学工作者的探索方向。（二）国内除雪机发展现状八十年代以后，我国才开始研发清雪车，随着改革开放的同时，道路也在不断的升级，新建了很多道路，各种车辆也猛增起来，道路清雪也成了很重要的问题。清雪机器研究主要集中在东北地区，先后生产出十几种机械，在除雪作业中有一定的作用。但是国内的除雪机械也有一些问题，如作业效率不高，速度慢，工作环境不理想等问题，而且也对道路有一定的损坏。就

16、现在而言除雪机械对路面随坏的程度还没一个标准来衡量，但是国内一些机械在对路面的仿形和保护方便与国外还有一些差距。为此，我国在投入人力，物力，财力研制，开发高性能的除雪机械，为加速进入了机械化时代提供了动力。研发的重要之中就是降低除雪成本，减低公路养护部门的负担。除此之外，我国除雪机的躲避功能不是很理想。在处理机械的过程中，常常会因为碰撞使除雪装置随坏，国内现有的梨式除雪机，大部分对于回避路障方面的功能很差。我国在九十年代初，引用过德国生产的乌尼莫克道路综合养护车在沈大高速公路上。国内梨式除雪机的研究也取得了一定的成绩，研制出了一些产品，西安的L9280型，吉林交通研制的CL-3.6.CL-3.

17、5型，以及哈尔滨机械所研制的CBX-216综合破冰机等。梨式除雪机出现后，人们又发明了旋转式除雪机，这种机械一般具有切削，抛投等功能，其机构多比较复杂，功能比较多的特点。德国和日本是生产这类除雪机的国家，其产品性能在世界领先水平。 （1）梨式除雪机 （2）螺旋式除雪机图1.1 除雪机实例在除雪作业中，除雪机机身的大小及除雪速度是影响交通的两个重要因素，机身过大，除雪机占道影响交通；速度过低，影响车流通畅，同时狭窄路面的除雪也要求机身体积不宜过大。而相应的适用于中国国情的企事业单位清雪、城市次干道以下各级道路清雪和环卫人员用的小型产品更是几乎见不到。国内有关这方面的研究很少，据了解目前国内没有厂

18、家在生产小型抛投式清雪机。所以对这种小型的除雪机的研究、设计和开发必然有很大的现实意义。根据哈尔滨花园邨宾馆新引进的扬雪车的用后调查，德国凯驰（karcher）手推机依然很重，这就使推车人很费力。1.3国内除雪机械的发展方向1）加强雪的力学性质研究, 建立道路气象系统为了提高除雪机械的性能，我们要从雪的力学现象入手深入研究，以达到较高的设计水平。我们要建立道路气象信息系统，这是由传感器与先进的软件违纪构成，利用传感器我们可以得到路面的物力信息，这样能及时的掌握路面情况，让除雪机器高效的工作。2）向小型化、高速度的方向发展在除雪过程中，由于道路状况很多，小型型除雪机械相对于大型除雪机械有着不可否

19、认的优势，因为小型初雪机械占道比例小，不影响交通，而且能在狭窄路面的除雪要求。为了除雪的过程不妨碍交通，我们应该向小型，高效的方向发展。3）向多功能、机-电-液一体化的方向发展现在机械要求使用率高，能一机多用。除雪机也是，应向一机多用方向发展。国内的除雪机械应该向兼用型方向发展，可以达到除雪效果的同时能满足别的地方对机械的使用要求，可以进行洒水，清扫能其他作业。除雪机械应尽量采用新技术，实现自动化，提高机械本身的科技含量。5）要注意提高安全性、舒适性 在如今社会，我们更加注重我们的工作环境，最重要的就是安全性，其次是舒适性，因为不舒适的工作环境会损伤我们的身体，所以我们要提高舒适性。可以从降低

20、噪音，降低尘土，减轻震动，和加强通风来提高工作环境的舒适程度。101.4 本文的工作安排本文研究对象是气力式除雪机的结构设计。通过查阅相关资料文献，了解除雪机的工作原理，国内外发展现状，对除雪机有了较深入了解。因此，本设计中针对国内除雪机需求现状，设计一款新型的除雪机。全文的工作安排如下：（1）第一章通过查阅相关除雪机文献，了解除雪机工作原理以及国内外发展应用现状；（2）第二章对除雪机总体方案进行确定，首先是确定动力的选择方式，从环保、节能、方便操作的原则上选择为气动式，然后确定除雪机的机构方案。（3）第三章重点介绍除雪铲结构设计，通过对铲雪动作过程分解，确定铲雪铲的结构方案，并并行参数计算与

21、校核；然后对前铲雪机械避障装置进行设计与校核。（4）第四章重点设计气动传动系统，它是除雪机的动力源，这里首先确定气动传动方案，然后对各气动元件进行设计，主要包含气缸、空压机、控制元件、消声器及管道的选用与计算，对气动传动系统的压力损失等进行计算。（5）第五章，对本文设计心得体会进行总结。5 2 气力式小型除雪机的设计的总体方案2.1总体设计的基本原则及要求 结构的总体设计是将通过科学的原理想象出来的方案实体化结构化。就是把二维方案转换为三维可设计制造出来的过程，也可以说是从设计初期到最佳结构设计的完善直到审核通过为止。结构的总体设计工作包括两个方便，就是形状和材料。我们要系统的确定各个零件的形

22、状，这个工作队产品的质量起着决定性的意义。材料就是能达到我们预期的使用要求，能达到尺寸要求等。2.1.2 机构的总体设计原则机构的总体设计对于一个产品来讲，起着很重要的作用。结构所含的技术性能，价格合理和外观再行都有决定性的意义。简单，直接，安全可靠的设计结构的总体，必须遵守三个基本原则。 (1)明确原则这里主要包括以下三个方面：功能明确 所选的结构应直接，可靠地实现预期功能。对于可实现的功能来说，要做到既不疏漏又不冗余。工作情况明确 被设计出来的产品，我们要求他所达到的工作状况必须明确。因为设计结构是有针对性的，如耐磨损，耐腐蚀等。结构的工作原理明确结构设计时所依据的工作原理必须科学明确，从

23、而能实现预期的实用效果。(2)简单原则简单原则就是能达到预期功能的前提下，尽量使机器的结构简单。这里说的“简单”同时有着很多含义，比如简便，简易，减少等。(3)安全可靠原则一个系统(产品)的安全可靠性主要指：构件的可靠性 在规定的外载荷下，在规定的时间内，构件不发生断裂、过度变形、过度磨损且不丧失稳定性。功能的可靠性主要依靠系统的可靠性。工作安全性主要指对操作者的防护，保证人的安全。环境安全性，整个机构不能对环境造成污染，要适应环境。112.1.3 机构总体布置设计基本要求(1)功能合理即我们所设计的机构要在功能完美表达的前提下去设计，无论是整体还是单个机构上都不能采用有损我们所需要的功能的布

24、局方案。(2)结构紧凑、层次清晰、比例协调这方便我们要运用科学的分布，尽可能的使系统简单并且充分高效地运用内部空间。 (3)充分考虑产品的系列化及发展再设计总理分布时，应对这一类系列和变形改进做考虑，还应该考虑符合科学性，实现生产线和实现自动化。152.2 除雪机设计方案2.2.1总体方案选择方案一：利用自然界中风能源，从鼓风机里吹出高速度气流，将路面上的积雪吹到两侧，这种方式效率很高，也有很高的生产率，能实现商业化。但是他有一定的局限，就这个局限就限制了这个方案，就好比现实很多东西，各个方面都很好，就一个方便就限制了整个方案的实行，这种方式不利于清理压实的积雪或冰层也很无力，只能在机场桥梁，

25、和高速公路上应用。方案二：利用机械装置，先用机械装置搅碎积雪，再输送到高速旋转的叶轮，把积雪抛送至路边。但是这种方式受地形限制，如果在一个狭窄多弯的地形就很不实用，而且效率不高，也会对地面产生破坏，不符合保护环境。方案三：设计一个推雪铲，在设计一个壁障机构，来对应不用的路面情况，设计一个上下摆动极限，来更好的处理积雪问题。后面从计算上来确定动力，这种方案，结构简单，可以实现商业化，成本地。综上所述，本文选择方案三，具体结构设计如下图所示。1推雪铲；2拉簧；3推雪铲上连杆；4前托架；5后托架；6举臂连杆；7大梁托架；8举臂架；9 升降气缸；10摆动气缸；11推雪铲下连杆图2-1 除雪铲结构示意图

26、上图所示的机构工作方式原理：弹簧 2 用于吸收部分作业时的冲击载荷，并使铲刃更好的贴近地面。两个升降气缸9铰接于大梁拖架 7 和举臂连杆6上，用于控制推雪铲的升降。摆动气缸10铰接于前拖架4与后拖架5之间，用于控制推雪铲的左右摆动。工作时，摆动气缸推动前拖架4与推雪铲1一起转过一定角度（约 30）后用销子和后拖架 5 固定，升降气缸降低，推雪铲铲刃紧贴地面。随除雪车的行进，积雪被铲刃剥离地面并沿铲板曲面作螺旋外抛运动，积雪被推积到道路右侧。上连杆 3 和下连杆 11 的作用是在避障时抬起推雪铲。122.2.2机构的设计方案在这次除雪机的结构设计中，我选择呢气缸驱动，从人文角度出发，环保，高效，

27、易于操作。气压系统的原理就是利用空气压缩机或者其他装置把输出的机械能转变为空气的压力能，然后在各个控制元件和辅助原件的配合下，执行机械能的转变，从而完成做功除雪机构整个机构的做功运动都是气压控制其运动，通过大梁拖架7，使除雪铲与拖拉机相联接，从而推动铲雪铲的运动。其中，拖拉机动力输出轴转速540r/min，功率25kW，与铲雪铲的连接采用悬挂结构，并且通过液压系统输出输出气压从而控制除雪铲的运动。气压传动相对于其他的传动方式的有点，以空气为工作介质，干净来源也方便，采用后排气处理简单，干净的来源对环境也没污染；其次是空气流动损失小，压缩空气可以远距离传送；与液压传动相比，启动迅速，维修简单，管

28、路不易堵塞，不存在介质变质，补充和更换等问题相对简单；工作环境适应性好，可以适应多个工作环境；气动装置结构简单轻便，安装维护简单。实用压力等级低，所以实用相对安全。2.3 本章小结本章对除雪机总体方案进行确定。选择方案三：利用一个置于清雪车前部的铲子，随着清雪车的不断前进，将积雪推至路的一边。选择铲雪进行除雪，从环保、节能、方便操作的原则上选择为气动式综合考虑，然后确定除雪机的机构方案。3 除雪铲机构的设计3.1 除雪铲铲板的设计3.1.1 除雪铲板的示意图图3-1 除雪铲板的示意图1.除雪铲板宽度LB 是一次性清除雪的宽度，也就是除雪铲在清雪车前进方向的投影宽度，如图3-1 所示。根据除雪车

29、使用场合的不同，对除雪宽度的要求也不尽相同，所以根据场合而在一定限制下确定宽度。广场等空旷场所需要较大除雪铲板宽度的除雪车，而交通路线上除雪车的除雪铲板宽度不宜超过一个车道的宽度，避免除雪作业时阻碍交通。2.切削角是除雪车行进方向上除雪铲板与地面间的夹角，如图 3-1所示。随着推雪铲的前进，与地面具有一定切削角 的铲刃，而根据角的大小铲板所受的垂直力F 也不同，铲雪板将积雪剥离其附着面，积雪沿导板曲面向斜上方运动，最后以一定的速度从推雪铲后面排出。具有一定黏性的雪在切削角 较小时所呈流动型，在切削角 大时所呈断裂型。图3-2所示为铲刃切削时雪的三种变形形式：流动型、断裂型和剪裂型。 (a) (

30、b) (c) a）流动型 b）断裂型 c）剪切型 图3-2 雪被切削时的变形情况3.其它参数 L表示除雪铲宽度；HF表示雪铲小端高度；HR表示雪铲大端高度。113.1.2铲雪板结构参数确定1. 推雪铲材料推雪铲的工作环境，就局限它选的材料，由于是与积雪地面等介质接触的第一结构，所以我们所取的材料应该够足够的耐磨性，强度和刚度。因为是易损件，所以采用多分段连接，可拆分。一般条件下下除雪车前铲推雪铲的质量限制在400700kg。材质选择时兼顾经济条件性，除连接零件外，大部分零件材质选择Q235钢，这种钢材便宜也好加工。选取切削刃材料时除考虑耐磨性、经济性等因素外，须考虑工作温度对其物理特性的影响，

31、所以一般条件下选取65Mn调质钢。2.推雪铲切削刃参数选取主要工作部分是铲板，为了使推雪铲有个良好的性能，必须对切削刃和铲板加以分析和认识。由于降雪时间的不同我们所需要对应的降雪也不同，前雪铲所清理的主要是新绛积雪，新降雪的密度随着时间也有变化，其密度值一般在20800kg/m之间。较为相近的介质，我们可以考虑松土的物力机械性质，所以相对于积雪做参考，参考较为成熟的推土铲切削刃设计理论可知，对于松土和积雪，一般认为切削角 取30时切削刃强度和切削阻力组合最佳。但推土铲的切削刃（如图33）为了保证强度，尖角1不能小于20；同时由于切削原理和推土机实际作业时地形变化的需要，必须有后角2，其值通常在

32、30左右；因此综合考虑，推雪铲前铲铲刃切削角选择为30，并对其结构作相应调整，如图3-4，切削刃厚度取8mm左右即可。 图3-3 推土铲切削刃参数 图3-4 推雪铲切削刃参数3.前铲的铲板空间形状设计由于前铲所作业对象的密度较小，颗粒比较松散，所以采用推进曲面旋移的理论进行除雪。铲雪曲面空间形状直接影响除雪过程中的阻力和除雪效率等的重要因素。铲板铲型 犁板式除雪车前铲采用高速推进，利用曲面旋移原理将积雪清离路面。铲板曲面的作用在于旋移和推运积雪。铲板的结构参数对雪屑运动规律、积雪容量、推运阻力都有影响。为了便于向道路外侧排雪，推雪铲常设计成一端小一端大，以固定的行进角（铲板长度方向与车辆行进方

33、向所夹的锐角 ）工作。被除雪屑的理想运动轨迹是空间螺旋外抛运动。常用的铲板形状有圆弧型、抛物线型、I类渐开线型、II类渐开线型（如图3-5）。其中抛物线和圆弧的形状很近似，两者的性能也很近似。图3-5 曲面板类型铲板宽度 除雪车前铲常以固定的行进角进行除雪作业。推雪铲的宽度应保证工作时在除雪车前进方向上的最小投影宽度大于车宽，前端（小端）应比同侧轮胎外缘宽出约200mm，后端（大端）应比同侧轮胎外缘宽出约400mm。这种宽出量是为了保证在作业过程中除雪车能给自己开辟前进的道路，从而保证其作业质量，初定铲板宽度为12350mm。选择推雪铲的宽度应首先根据除雪车总体结构布置，初步确定推雪铲宽度，再

34、按比切力加以检验： 式中，Fe推雪车额定牵引力，N；B推雪铲宽度，cm；对于新降积雪，查阅国内外除雪车的相关资料，推雪铲铲刃的水平比切力选20100N/cm即可满足工作要求。铲板高度 应该根据整体结构，清雪效率，工厂生产率等问题，估算推雪铲大概高度，再进行调整。本设计根据分析采用II类渐开线型铲板，小端初定设计高度初定为320mm，大端高度初定为350mm。3.2 前铲机械避障装置设计我国公路及其城市道路的路况已经有了很大的改善，但是还是有一部分路况较差，突出表现为路面平整度低局部毁坏（如变形，断裂等情况）另外除雪过程中也也能遇到一些路面阻碍物，如道钉，凸台等。这样我们就得设计一个避障措施，否

35、则在清雪过程中有可能损坏除雪机构，而且在同时也节能对路面措施产生破坏，所以我们要设计的除雪装置要有良好的弹性避让装置。3.2.1 避障机构的方案本设计采用双摇杆机构，如下图3-6所示。设计机械避障装置时应该考虑：（1）为了顺利避障，双摇杆机构可以保证铲刃上抬运动。（2）推雪铲翻摆时的极限应该有一定限制，因为幅度过大可能使设计机构性能达不到使用要求，产生死点，推雪铲不能及时回落（3）根据我国道路状况所知，自动越障高度H应控制在100mm左右。（4）要保证对地面有足够的压力，用于剥离地面上的积雪；但是弹簧垃圾不能过大或者过小，过大了就会影响越障，也可能损坏地面，过小则会导致除雪效果不理想。1图3-

36、6 双摇杆避障机构3.2.2 避障机构的设计根据文献中设计。如下图3-7所示。图3-7 避障机构简化模型在避障过程中，为保证铲刃紧贴地面，必须采用弹性元件，弹簧一端挂在推雪铲上，另一端挂在前托架上。为防止产生死点，在最高避障位置时弹簧应与下连杆成一角度，避免弹簧拉力与通过铰点 4，使避障机构产生死点，影响前铲越过障碍后的迅速回落，应该在避障机构达到最大避障高度时，如图 3-8所示铲刃运动的上极限位置处，设置限位块，限制四杆机构进一步转动到达死点位置。避障机构处于初始位置时，弹簧长度为 270mm，铲刃紧贴地面；避障机构处于上极限位置时，对应的铲刃最大避障高度为 94mm，弹簧总长为 340mm

37、。图 3-8 避障机构上极限位置前雪铲避障机构的设计结构图如图3-9。图3-9 前雪铲避障机构3.3 大梁托架及举臂架、连杆的设计大梁托架和举臂架、连杆主要是用来铰接两个升降气缸，进而通过气缸工作来控制铲雪铲的升降运动，其主要设计是根据气缸的尺寸和铲雪升降来确定设计。大梁托架通过铰接与后面动力相连，因此举臂架和举臂连杆起着主要的支撑作用。雪铲设计时，应该注意到雪铲和农用犁之间在制造上有着巨大差异；农用犁体积很小，一般是批量制造，一般采用铸造。而雪铲为单件生产，由于体积比较大，所以不能采用铸造加工，所以我们采用钣金焊接的方法加工。4 气压传动系统的设计与校核4.1 气动传动原理由于气压传动的特点

38、，本文推雪铲其升降和摆动均采用由气动装置驱动。其气动原理如图4-1所示。升降驱动气缸 摆动驱动气缸 图4-1 气动系统原理图 铲雪机的运动时靠驱动气缸来完成的，而运动方向均由三位五通控制，运动速度是由调节气缸的速度来控制的，我们采用两组节流阀a和b来调节。电磁换向阀回路，由行程阀、电磁阀和液控顺序阀等联合控制的速度换接回路以及电磁换向阀的卸荷回路等。启动系统的性能就由这些基本回路所决定。4.2 气动系统元件的选择4.2.1气缸的选择该课题中，执行元件组的总任务是控制推雪铲其的升降和摆动运动。气缸的最大工作量是根据推雪铲的升降距离和摆动角度的大小来确定的。根据前面的设计要求，本文中取推雪铲的升降

39、距离为094mm,摆动角度为035，其气缸的行程为0250mm。气缸的效率一般在0.70.95之间，这里去取气缸的工作压力一般为 ，这里取气缸理论推力 （4-2-1）经查表得，气缸缸径为18mm，为了安全取缸径为25mm升降运动选型号气缸，因此缸径为25mm，行程为150mm，脚架式安装。摆动选型号气缸，因此缸径为25mm，行程为300mm，脚架式安装。 表4-1 LCZM气缸缸径D253240506380100125160200工作压力为0.4Mpa时推力（N）1963225027851247201031414908804212566拉力（N）164276422660112118142945

40、4626752012064工作压力为1.0Mpa时推力（N）49080412561963311750267853122712010631416拉力（N）41269110551649280345357363115641885030160行程范围（mm）60400707007070080100080140010014001003000120300014030001403000脚架式MS14.2.2 空压机的选择气源装置是向气动系统提供所需压缩空气的动力源，空压机是气压发生装置，是将机械能转换为气体压力能的转换装置。 1）耗气量的计算：缸径,行程,设其气压缸运动全程需要的时间伸出耗气量： （4-2-

41、1）缩回耗气量： （4-2-2）2）自由空气量的计算（一个标准大气压状态下的流量）： （4-2-3）3）气缸的理论用气量的计算： （4-2-4）其中： n：气缸的个数，本设计中有2气缸，所以n=2；A：在一个周期内单程作用次数，所以a=2：一气缸在一个周期内的平均用气量 t:气缸一个单行程的时间,t=4sT:设备的一次工作循环的时间, s所以： 取设备利用系数；漏损系数；备用系数则该设备气缸的理论用气量：图4-2 空压机查有关手册，选用的空压机的型号及技术规范为:名称序列产品类型容积流量m3/Mpa排气压力Mpa外型尺寸（长X宽X高）mm重量kg储气罐m3噪声声压dB（A）驱动机型号转速r/m

42、in功率KwHp全无油润滑空气压缩机23ZW-0.05/70.7820X340X68060O.O2378YC90S-4YC90-S414500.551/24.2.3 控制元件的选择电磁阀在选型时应遵循的原则：适用性，管路中的流体必须和选用的电磁阀系列型号中标定的介质一致，包括温度、粘度和工作压差等因素；可靠性，电磁阀分为常闭和常开两种，一般选用常闭型，但在开启时间很长而关闭时很短时要选用常开型，动作时间很短频率较高时一般选取直动式，大口径选用快速系列；安全性，一般电磁阀不防水，在条件不允许时请选用防水型，电磁阀的最高标定公称压力一定要超过管路内的最高压力，否则使用寿命会缩短或产生其它意外情况，

43、有腐蚀性液体的应选用全不锈钢型，强腐蚀性流体宜选用塑料王（SLF）电磁阀，爆炸性环境必须选用相应的防爆产品；经济性，有很多电磁阀可以通用，但在能满足以上三点的基础上应选用最经济的产品。本文中气缸的调节均选用三位五通电磁换向阀.对气囊机构中换向阀选择本设计中选用二位二通电磁换向阀因气缸要求压力、流量 ，选换向阀的通径为3mm, 二位二通电磁换向阀选SLP1DF02N3A03.对于快速排气阀，选用KP-L3.4.2.4 消声器的选择由于气缸、气阀等元件在通入高压气流使其工作时排气速度快，气体体积急剧膨胀，会产生刺耳的噪声，这种噪声损害人体的健康，恶化环境，为减小噪音通常在排气口安装消声器。消声器配

44、于主控阀排气口，气缸排气口处，起消声滤尘作用。所以本设计采用KXY-3消声器。消声器的安装方向必须正确，与风管或管件的法兰连接应保证严密、牢固。当空调系统为恒温，要求较高时，消声器外壳应与风管同样作保温处理。消声器安装后，可用拉线或吊线的方法进行检查，不符合要求的应进行修整。消声器安装就位后，应加强管理，采取防护措施。严禁其它支、吊架固定在消声器法兰及支吊架上。消声器、消声弯头等在安装时应单独设支、吊架，使风管不承受其重量支吊架应根据消声器的型号、规格和建筑物的结构情况，按照国标或设计图纸的规定选用。消声器在安装前应检查支、吊架等固定件的位置是否正确，预埋件或膨胀螺栓是否安装牢固、可靠。支、吊架必须保证所承担的载荷。174.2.5三联件的选择三联件主要是分水滤气器，减压阀，油雾器的组合件。分水滤气器又名空气过滤器，其作用是滤除压缩空气中的水分，油滴及杂质。油雾器的作用是当压缩空气流过时，将润滑油喷射成雾状，随压缩空气流进需要的润滑的部件，达到润滑的目的。由供气压力为，额定流量为，选择型号为AC/BC3000.图4-3 三联件4.3 确定管道直径本设计按各管径和气动元件通径相一致的原则，初定各段管径。考虑到机构气缸不同时工作的特点，由，可导出，取标准管径为3mm。184.4 验算压力损失本文中主要验算摆动机构中气缸进气口处的损失是否在允许范围内。压力损失一般包括沿程