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1、-毕业设计（论文）-路面冰雪清除机设计（全套图纸）-第 24 页路面冰雪清除机设计摘 要 我国北方地区冬季降雪时间长，雪量大，气温低，积雪数日经车辆、行人碾压而被压实。路面上压实冰雪的清除问题关系到社会生产、人民生活、交通安全、环境保护等多个方面。目前国内外对压实冰雪的清除还缺少行之有效的办法。本文结合我国北方地区降雪后的特点及我国国情，主要针对路面上被压实的冰雪研究了路面冰雪清除机械。本文提出了对路面压实冰雪进行挤压、切削、破碎的技术原理。根据这一原理确定了路面冰雪清除机械基本方案并分析了其工作机理。提出利用装载机为动力机，只需更换上清除冰雪装置，实现了一机多用。研究了传动系统各部件的匹配以
2、及冰雪清除装置与整机的匹配，进行了匹配计算和整机牵引性能分析。根据整机方案及相关条件确定了清除冰雪装置中关键部件碾压滚的构造、重量和有关技术参数；分析研究了碾压滚上刀齿的结构和关键几何参数，确定了刀齿在碾压滚上的排列方式、数量和间距，并根据冰雪的物理机械性质计算了刀齿切削力。关键词：冰雪清除；切削；破碎全套图纸加153893706Abstract In the north of China, when the winter comes, the time for snowing is very long and the air temperature is low. The snow will
3、 become very hard after pressed by vehicles and foot passengers. So at this time snow cleaning became very important to peoples living, traffic safety and so on. At present, there is still no effective method for cleaning the pressed snow in the world. In this paper, according to the situation of ou
4、r country, the author did some researches on the snow-cleaning machine which used to clean the pressed snow on the road surface.In this paper, the author put forward a technical theory about use the method of pressing, cutting and cracking to clean the pressed snow. According to this theory, the aut
5、hor brought forward a project for snow-cleaning machine and analyzed its working principle. Here used the loader as the mover, when it was time to clean snow we just needed to replace the bucket with the snow-cleaning equipments. The matching calculation of components of transmission system and the
6、whole machine were studied and analyzed. According to the project, we could decide the structure, weight and related technical parameters of the idler wheel. At the same time, the paper also analyzed the structure and geometry parameters of the idler wheel, gave a method about how to arrange the cut
7、ters and how to decide the reasonable amount of the cutters, how to calculate the cutters cutting force base on the snows physical and mechanical characters.Keywords : Snow Cleaning; Cutting; Cracking目 录摘要IAbstractII第1章 绪 论11.1 本次设计来源、目的、意义、国内外概况11.1.1 本次设计的来源11.1.2 本次设计研究目的11.1.3 本次设计研究的意义11.1.4 有关
8、清雪机国内外研究概况11.2 本设计预期达到的目标21.3 本设计研究内容、研究方法及技术路线21.3.1 斜刃螺栓连接式厚冰雪磙压除雪机的整体方案构想21.3.2 结构原理和计算要点：21.4 本课题实现的现有条件31.5 研究的主要内容和方法31.5.1 冰雪切削挤压破碎技术、总体方案31.5.2 碾压滚型式和结构31.5.3 滚齿排列方式及刀刃几何参数41.5.4 各主要零件的校核验算4第2章 路面冰雪清除机机理研究52.1 冰雪的物理机械性质52.2 路面冰雪清除机基本方案、原理62.3 整机分析及装置重量的确定102.3.1 整机的组成102.4 本章小结10第3章 碾压滚结构及参数
9、123.1 碾压滚结构形式123.2 碾压滚参数123.3 工作阻力的计算123.4 本章小结12第4章 齿刀的研究154.1 齿刀在碾压滚上的排列数量间距154.2 齿刀几何参数154.3 切削力计算164.4 本章小结15第5章 主要零件校核计算175.1 轴承的校核计算175.1.1 当量动载荷的校核175.1.2 滚动轴承寿命的计算185.2 齿刀强度的校核分析195.3 销轴的校核计算195.4 轴的校核计算225.4.1 按扭转强度条件计算225.4.2 按弯扭合成强度条件计算23 5.5 本章小结.24第6章 电气系统256.1 电源电路256.2 启动系统256.3 照明和信号
10、系统256.4 仪表系统256.5 预热器256.6 本章小结.26结 论27致 谢28参考文献29第1章 绪 论1.1 本次设计来源、目的、意义、国内外概况1.1.1 本次设计的来源本课题属于吉林大学机械科学与工程学院科研项目（国家经贸委“国家重点技术改造项目200386”）。是根据国际和国内的最新形势和市场需求而确定的研究课题。对实际的生产和生活有很大的实际意义。是隶属于国家攻关课题，多功能铲雪车研制的一部分。1.1.2 本次设计研究目的中国北方大部分地区,每年有35个月的降雪期,道路积雪给交通运输及人民日常生活带来许多困难,有时甚至阻断交通。目前,国内除雪作业多由人工或其它代用机械完成,
11、其劳动强度大,作业效率低。进口外国先进的除雪设备,造价高且不适合中国国情;而用其它的代用机械如平地机进行除雪作业,则又浪费实用设备且对路面具有破坏性。所以,尽快开发出适合中国国情的低成本、高效率、且宜大面积推广应用的除雪设备,是一项艰巨而紧迫的任务。1.1.3 本次设计研究的意义我国北方大部分地区,每年有很长的降雪期,道路积雪给交通运输及人民日常生活带来许多不便。尤其冻结在道路上的积雪与薄冰,采用传统除雪机用推刮的办法无法清除,为此不得不耗费大量人力物力进行人工铲除。采用机械方法清除是一项急需解决的难题。就目前国内除雪机械来看,大多数功能单一,或只能清除积雪、或只能破除积冰。国外的除雪机功能较
12、全,但结构复杂,造价昂贵,且大多不适合国内的道路状况。因此开发研制适合我国道路情况的集破冰除雪于一机的设备,具有十分重大的意义。1.1.4 有关清雪机国内外研究概况目前，世界各个国家除冰雪的方法中，应用最普遍的是溶解法和机械法。溶解法是依靠热作用或撒部化学药剂使冰雪融化。其优点是除净率高，但是它的成本很高。而且容易造成环境污染。虽然环保型融雪药剂已经问世，对环境和植被的影响减少了，但是并未彻底根除。因此使用范围受到一定限制。机械法是通过机械作用直接作用解除冰雪危害。虽然除净率较低，但是对环境和植被无任何影响。能实现冰雪的异地转移。应用范围比较广。因此，笔者认为：清除冰雪必须以机械法为主，以溶解
13、法为辅助，才能达到快速和环保的除雪效果。我国对除雪机械的开发、生产都比较晚，因此还处于起步阶段。目前，我国的城市道路和公路冬季除雪大部分仍沿用传统的养护方式，即人工作业和小型的除雪机械相结合的方式。高速公路和一级公路开始使用大型专用除雪机械，进行冬季养护。但是，除雪机械在数量和品种规格上还很少，所以除雪设备大部分依赖进口。机械化程度和总体水平远远落后于发达国家。只是最近几年国内的厂家才参照国外的先进技术研制了适合我国国情的除雪机械。综观国内外的除雪机械，其类型总的来说有三种类型：犁式除雪机；旋切式除雪机；扫滚式除雪机械。1.2 本设计预期达到的目标在ZL40型装载机的前端安装除雪装置斜刃螺栓连
14、接式压磙除厚冰雪装置。采用斜刃式除雪装置，使冰雪在破冰刀刃的作用下破碎。压磙与ZL40型装载机大臂相连。设计出包括铲及其连接机构。画出全部图纸：装配图、部件图、零件图、总明细表。设计时要保证相应构件的可靠性，所以要进行相应的力学分析、设计计算 、方针模拟等。并要求用计算机软件对重要部件进行详细的运动学和动力学分析。设计相关的软件。通过这次设计，要不仅温习好大学四年所学的大不分的理论知识，还要培养工程实际应用的能力，锻炼实际的动手和全局的驾御能力。对装载机和除雪机械有更深的认识，加强在此方面的设计能力。1.3 本设计研究内容、研究方法及技术路线1.3.1 斜刃螺栓连接式厚冰雪磙压除雪机的整体方案
15、构想斜刃螺栓连接式厚冰雪磙压除雪机是针对我国道路情况设计的破冰清雪除雪设备。该设备主要起破冰作用的碾压辊构成。该设备的主机架可与ZL40装载机直接联接。该设备碾压辊固定在联架臂上,联架臂通过大臂与主机架铲接。碾压辊上装有刀板,刀板上的刀条直接作用在冰面上,利用自身的重力和空气锤的振动的冲击力达到破冰目的。1.3.2 结构原理和计算要点：斜刃螺栓连接式厚冰雪磙压除雪机是利用前部安装的碾压辊上装有的刀板对雪进行切削，利用自身的重力和空气锤的振动的冲击力达到破冰目的。1.刀齿分布结构：采用斜刃螺栓连接式，材料用耐磨仿形材料。按与地面平行布置在压磙上，前后两排刀齿位置错开。2.除雪机功率的计算：除雪机
16、所消耗的功率包括两大部分：行走装置和工作装置所消耗的功率。行走装置所消耗的功率可以参照一般自行式车辆的计算办法。下面对除雪工作装置的所消耗的功率Na做一分析： Na=Ne+Nf+Nr+Nd式中 Ne推雪板切削所需功率，KWNf克服雪与板面的摩察力所需的功率，KWNr推雪板前雪堆移动所需的功率，KWNd板刃与存雪地面间的摩察力所需的功率，KW3.拟采用的研究方法采用新旧技术相结合的方法。因为有关装载机和除雪机构的研究在我国已经有了一定的进展，即使和发达国家相比还很落后在很多领域。但近几年我们引进了很多先进的技术，特别是除雪机械方面的，加上我们的有关装载机和其他工程机械的研究知识，将这两方面的知识
17、有机地结合起来，实现新的突破，研制出适合我国国情的公路养护机械，集工程作业和除雪能力于一体的多功能机械产品。4.拟采用的技术路线研究冰雪的物理和力学特性；查阅国内外有关装载机和除雪机械、机构的设计资料和最新进展；消化和吸收个方面的技术资料，并加以整理和创新；技术设计和整机设计。1.4 本课题实现的现有条件国内外关于ZL40装载机的数据和文献资料的搜集较为便利。在理论上和方法上具有很强的借鉴意义。1.5 研究的主要内容和方法本文针对路面上被压实的冰雪研究路面冰雪清除机械。方法是进行理论分析和计算，并重点进行实验研究。具体研究内容如下。1.5.1 冰雪切削挤压破碎技术、总体方案主要阐述冰雪的物理机
18、械性质；根据所提出的对路面上压实冰雪进行挤压、切削、破碎的技术思想，分析路面冰雪清除机基本原理并确定样机基本方案；分析整机的牵引平衡和功率平衡，确定路面冰雪清除装置的重量，进行整机匹配计算及分析。1.5.2 碾压滚型式和结构主要阐述工作装置碾压滚结构型式研究和碾压滚参数。1.5.3 滚齿排列方式及刀刃几何参数主要阐述齿刀在碾压滚上的排列方式；齿刀的数量和间距；齿刀几何参数确定。1.5.4 各主要零件的校核验算主要是对齿刀的强度、销轴剪切强度、轴的强度以及轴承进行校核计算。第2章 路面冰雪清除机机理研究2.1 冰雪的物理机械性质路面冰雪清除机械的行走机构以及清除冰雪的工作装置与路面上的冰雪相接触
19、。冰雪的形成特性及其物理机械性质在相当大的程度上决定着清除路面上冰雪的方法，要研究行走机构和工作装置与冰雪的相互作用关系，首先要分析冰雪的物理机械性质。冰雪的基本特征之一是它的密度，其变化范围很大，如表2-1所示。硬度是雪的物理机械性质的主要指标之一，表示冰雪阻止其它物体压入的特性，其数值是根据它的密度和状态决定的，如表2-2所示。雪的硬度、密度和温度之间存在着一定的关系，温度愈低，硬度愈高；密度愈大，硬度愈高。后面对路面冰雪清除机的工作阻力以及牵引力进行计算时，需要知道雪的机械性质，表示雪的机械性质的指标通常是内外滑动摩擦系数、切削阻力系数、附着系数和行驶阻力系数。表2-1 雪的密度雪 的
20、状 态密 度（g/cm3）新下的雪落下30天的雪大于30天的雪密实的雪冰雪混合冰0.100.150.200.300.340.420.400.600.600.750.90 雪的摩擦性质决定于它的内外摩擦系数。根据雪的状态，它的内外摩擦系数分别列于表2-3和表2-4。表示雪的切削阻力的指标，一般是用切削阻力系数k0，它是切断横断面等于1m2的冰雪层所必需的力，k0的大小载入表2-5中。路面上积雪之后，大大地改变了路面的使用特性。对于冬季养护道路的机器进行牵引计算时，必须知道机器沿着各种冰雪路面行走时的滚动阻力系数和附着系数。轮胎与冰雪路面间的附着系数载入表2-6。行驶阻力系数，一般较外摩擦系数大，
21、因为它不仅产生摩擦，而且还挤压雪。轮式和履带式车辆的行驶阻力系数按表2-7选取。表2-2 雪的硬度雪的状态雪的密度（g/cm3）当温度由-1-20OC时雪的硬度（kPa）松 软 的弱密实的密 实 的很密实的小于0.250.260.350.360.500.510.60小于5060100210200038030002.2 路面冰雪清除机基本方案、原理对于路面冰雪的清除，人们曾尝试了各种清除原理和方案，这些原理和方案有的已在实际中使用，有的则还在探索和完善中。例如，对于清除未被压实的浮雪，犁式清雪机和转子式清雪机已在应用中，二者分别采用了推移和旋切的原理。对于被压实的雪、冰或冰雪混合物，采用的清除原
22、理有铲剁、锤击、等，但这些方法经实验证明要么原理不完善，要么清除压实冰雪的效果不，有待于进一步完善。针对上述情况，本文尝试提出了一种对路面上压实的冰雪进行挤压、切削、破碎的技术原理。这一思想的来源可联想到金属切削加工，如铣床的铣刀切削加工金属件。根据这一思想，确定基本方案首先选择一种汽车或自行式工程机械作为动力机。在我国，由于冬季降雪时间只占全年的三分之一，根据我国的经济发展状况，单独设计清除冰雪动力机一机一用，机械闲置时间太长，造成浪费。为此，本文以装载机为动力机来研究清除冰雪工作装置。根据对路面上压实的冰雪进行挤压、切削、破碎的基本思想，清除冰雪工作装置可以由托架、带有刀刃的碾压滚组成，能
23、够与铲斗互换，由于冬季降雪时间只占全年的三分之一，为了避免机械闲置时间太长，造成浪费，这样在冬季除冰雪时取下铲斗换上该装置，清除被压实了的冰雪，其他季节装上铲斗，不仅可以实现装载机的多功能使用还可以在一定程度上节约大量的成本。作为动力机的装载机，我们可以选择现有的国产机型如ZL30、ZL40、ZL50装载机，这些装载机在大部分要求上都比较符合要求，通过后面对装载机个各种性能指标的分析，其中ZL40装载机比较符合要求。本文确定ZL40E装载机作为动力机进行分析研究和计算。根据这一原理确定了路面冰雪清除机械基本方案，提出利用装载机为动力机，只需更换上清除冰雪装置，实现了一机多用。 表2-3 内摩擦
24、系数2雪的密度（g/3）雪 的 温 度（OC）0附近-1 -6-10以下0.120.200.300.400.470.560.240.300.350.400.420.450.290.330.390.440.470.500.340.360.460.500.530.57 表2-4 外摩擦系数（对钢）1雪的密度（g/3） 雪 的 温 度（OC）-2-4 -16 -30 -100.1 0.2 0.30.4 0.450.500.100.0850.070.0550.0480.025 0.140.0970.080.0650.0480.0330.180.110.090.0750.0560.040表2-5 雪的切
25、削阻力系数k0雪的状态雪的密度C（g/3）雪 的 温 度（OC）-1-3-4-22低于-22天 然 状 态松软的弱密实的小粒冰雪形成密实的大粒冰雪形成密实的0.120.180.200.28 0.300.36 0.280.350.71.82.04.03.06.0 4.07.00.20.81.53.04.07.0 3.06.00.41.22.05.05.10.0 5.09.0人 工 状 态弱密实的密实的很密实的0.300.400.450.52 0.550.655.012.010.025.0 20.035.08.025.015.040.0 30.080.05.035.0 30.080.0 70.01
26、30.0表2-6 轮胎与冰雪路的附着系数雪 的 状 态轮 胎 类 型附着系数C密实冻结的雪密实冻结的雪密实解冻的雪压实的冻结雪压实的解冻雪解冻的雪低压胎高压胎低压和高压胎高压胎高压胎低压胎0.200.350.200.250.100.200.2090.1760.060.08表2-7 行驶阻力系数雪 的 状 态雪的密度g/3）阻 力 系 数 f轮 胎履 带松软的松软潮湿的轻碾压的碾压的冰雪0.150.250.150.250.250.350.40.60.70.20.250.30.150.20.080.10.060.080.20.20.10.050.070.1其主要性能参数如下：额定斗容量（m3） 2
27、.1 额定装载质量（） 4000整机操作质量（） 12500轴距（） 3020轮距（） 1980最大崛起力（kN） 136.0最大牵引力（kN） 110.5水平通过半径（mm） 6322转向半径（mm） 5686发动机型号 X6110ZG3-22 标定1h功率(kW) 113.9 额定转速（r/min） 2200行驶速度（km/h） :14.46 :46.35最大爬坡能力（） 30车体最大转向角（） 左、右各38本次设计基本方案如图2-2所示，由托架、带有刀刃的碾压滚组成的冰雪清除工作装置替换铲斗，碾压滚上的滚刀破冰，司机控制滑靴调节滚刀切入深度，以免损伤路面。图2-1 路面冰雪清除机方案动力
28、机在行走的过程中带动碾压滚滚动。碾压滚滚动时，由于碾压滚上带有刀齿，碾压滚靠自身的重量，附着在冰雪面上，刀齿切入经碾压后形成的很厚的冰或冰雪混合物后，对其产生挤压切削破碎作用。 装载机是一种用途十分广泛的工程机械，它的优点之一是可按实际需要更换工作装置。将清除冰雪装置换上后，即变成了路面冰雪清除冰机械。本次设计选用ZL40E装载机作为动力机，将路面清除冰雪装置替换铲斗后即为路面冰雪清除机。路面冰雪清除机的关键部件是它的工作装置。该装置由两部分组成，即：托架和带有刀刃的碾压滚。碾压滚与托架连接，托架与装载机动臂和转斗拉杆相连。利用装载机的牵引力推动碾压滚滚动。碾压滚形状呈圆柱形，碾压滚上用螺栓有
29、一定数量的刀齿，刀齿与圆柱面形成一定的角度。装载机启动前，碾压滚靠自身的重量附着在冰雪面上，同时对冰雪面产生压力，启动后由于装载机的牵引力，推动碾压滚向前滚动。由于压力的作用，刀齿产生切削力切人冰雪层内。由于滚动是连续的，所以刀齿对冰雪层产生了连续的切削挤压，使冰雪层破碎并与地面分离。具体结构和参数见第三章和第四章结构分析部分。当地面冰雪层很硬很厚时，单靠碾压滚自身的重量对冰雪产生的压力使刀齿产生的切入力不够，清除冰雪效果可能不十分理想。这时可以考虑：1.在冰雪清除工作装置滚筒内部加配重，装置对冰雪的压力加大，刀齿的切入力也加大。2.通过司机操纵转斗油缸动作减小或加大对冰雪的切削压力。当操纵转
30、斗油缸使装载机前轮离地时，装置产生最大的对冰雪压力，此时除装置本身重量外，动力机机重的一半亦加在了冰雪清除装置上，使刀齿产生更大的对冰雪的切削力。2.3 整机分析及装置重量的确定2.3.1 整机的组成路面冰雪清除机的总体分析和设计就是根据其用途合理地选择和确定各总成的结构型式、性能参数及整机尺寸等，并进行合理的布置。 本次设计由于是把ZL40E装载机作为动力机，所以需要考虑的是把清除冰雪装置与动力机有机的结合在一起。路面冰雪清除机主要由两大部分组成（见图2-2）：1、动力机（装载机）2、清除冰雪装置（托架、带有刀刃的碾压滚）。 机器的性能不仅取决于动力机、清除冰雪装置各自性能的好坏，而更重要的
31、是取决于这两大部分性能的相互协调。性能的协调如何，则取决于总体参数及整机匹配情况及其布置的合理性。针对前述的基本方案并考虑动力机的基本参数，确定本设计中路面冰雪清除机的主要性能指标如下： 1.最大清除冰雪厚度： 不小于100 mm ；2.单程清除冰雪宽度： 2268 mm ；3.作业速度： 1647 km/h ；4.清除冰雪效率（按面积计算） 不小于95% ；5.冰雪清除装置质量（最大配重） 3600 kg ； 6.整机质量(最大) 12500 kg。 2.3.2 清除冰雪装置重量冰雪清除装置替换掉ZL40E装载机铲斗。装置与铲斗的工作状况不同，其计算工作阻力的方法也不相同。铲斗在工作时，受到
32、来自前方土壤的阻力，作用在斗刃、斗底、侧板等部位，由经验公式计算。本次设计的冰雪清除装置随装载机主机一边向前滚动，一边切削地面上的冰雪，其受到的阻力大小和重量的确定与铲斗不同。冰雪清除装置重量的确定有三个基本要求：1.装置的重量不得大于动力机(原装载机)的额定起重量Q(kN)，否则机器将失去纵向稳定性；冰雪清除装置的结构尺寸不得与动力机前车架、前桥、车轮干涉；2.由装置所产生的刀刃上的切削力应足够大，且大于冰雪的切削比阻力。根据上述三个条件进行冰雪清除装置的结构设计。装置由刀刃滚圈轮榖轴端盖托架配重组成。配重装置在滚圈内部。其具体结构见第三章3.1.1部分图3.1。按图可分别得到各零部件重量：
33、(1) 滚圈： 10004N(2) 轮毂： 3646N (3) 轴： 1052N(4) 轴套： 720N(5) 托架梁: 8472N(6) 配重: 6385N(7) 其它零部件： 5721N装置不加配重重量：G0=29615N装置加配重重量： G1=36000N由装置结构和在整机上的安装可知结构上不存在干涉现象。装置加配重重量G=36000(N)，小于我们所选动力机ZL30装载机的额定起重量Q=40000(N)。由装置重量所产生的切削力将在第四章中加以讨论。2.4本章小结根据对路面上压实的冰雪进行挤压、切削、破碎的基本思想，清除冰雪工作装置可以由托架、带有刀刃的碾压滚组成，能够与铲斗互换，冬季
34、除冰雪时取下铲斗换上该装置，清除被压实了的冰雪，其他季节装上铲斗，实现装载机的多功能使用，本文确定ZL40E装载机作为动力机进行分析研究和计算。第3章 碾压滚结构及参数3.1 碾压滚结构形式碾压滚是冰雪清除工作装置的关键部件，合理的结构形式对冰雪清除机的性能起着重要的作用。碾压滚的结构形式主要考虑圆柱形式，圆柱形式碾压滚有其独自特点。路面冰雪清除机的功能是清除附着在地面上的坚硬的冰雪混合物。从理论上讲，我们可以把冰雪层看成一个平面，使冰雪混合物与地面分离，就好比用铣刀在加工一个平面。用来加工平面最常用的刀具就是圆柱铣刀。为此，可以考虑在一个圆筒形的滚筒上安装上刀片或齿刀，构成碾压滚。而碾压滚的
35、旋转轴可以通过轴承安装在托架上，托架的后铰支点分别安装在装载机的动臂铰点和拉杆铰点上。在圆筒形的滚筒的内部可以加适当的配重。冰雪清除工作装置的结构如图3.1所示。3.2 碾压滚参数碾压滚是本次设计整个路面冰雪清除机的最关键部件。在结构设计时根据第二章2.3中述及的对冰雪清除装置的三个基本要求确定了重量。装置包括托架不加配重重量为G0=29615N；在碾压滚筒内部加上配重后冰雪清除装置重量G1=36000N。由于在本次设计中齿刀与碾压滚筒是通过螺栓来连接的，因此为了保证螺栓联结的牢固以及其强度，碾压滚采用双滚筒焊接结构，每个滚筒厚度为15mm，所以碾压滚筒直径900mm，宽度2268mm。材料采
36、用Q235-A，厚度30mm。托架材料亦采用Q235-A，厚度30mm。整个冰雪清除装置最大宽度2650mm。3.3 工作阻力的计算整机工作时受到的水平切线方向工作阻力主要有两部分组成：刀齿切入后，由于冰雪变形断裂破碎对磙子产生的阻力；碾压滚的滚动阻力。由于刀齿和冰雪之间相互作用非常复杂，工作阻力的精确计算公式很难从理论上建立，另外，由于整机工作时外负荷是动态变化的，准确地计算工作阻力意义不大。故在此参照装载机推土机铲运机等自行式铲土运输机械工作阻力的计算方法，提出一个计算路面冰雪清除机工作阻力Px的经验公式。 (3-1)图3-1 冰雪清除工作装置结构式中 Px水平工作阻力；P1雪变形断裂破碎
37、对磙子产生的阻力；P2碾压滚的滚动阻力则 (3-2)式中 Kn刀齿不均匀影响系数，Kn =1.01.5； K0冰雪切削阻力系数，K0 =70130kpa；B碾压滚宽度； H冰雪厚度； F阻力系数，从表2-7中选取； W1工作装置重量(带配重)，W1=36000N。 根据上述经验公式，可以计算出路面冰雪清除机工作时所遇到的最大水平切线工作阻力。P1 = 1.51300002.2680.1=44226N P2 =0.136000=3600 N Px =47826N =47.826 kN。从ZL40E装载机的主要性能参数可知，该阻力值不大于对应额定滑转率工况的一档和二档的牵引力。动力机在额定滑转率下
38、具有足够的牵引力克服水平工作阻力。3.4本章小结本章对碾压滚的结构形式和参数进行了确定，对工作阻力进行了计算。碾压滚的结构形式主要考虑圆柱形式，在一个圆筒形的滚筒上安装上刀片或齿刀，构成碾压滚。碾压滚采用双滚筒焊接结构，每个滚筒厚度为15mm，所以碾压滚筒直径900mm，宽度2268mm，材料采用Q235-A，厚度30mm。托架材料亦采用Q235-A，厚度30mm。整个冰雪清除装置最大宽度2650mm。动力机在额定滑转率下具有足够的牵引力克服水平工作阻力。第4章 齿刀的研究4.1 齿刀在碾压滚上的排列、数量、间距齿刀是清除冰雪装置上的重要零件，齿刀设计的好与坏将直接影响到整机清除冰雪的效果。
39、在冬季，高速公路、普通公路、市区道路上积雪由于清扫不及时，而被碾压成冰或冰雪混合物状态。这层冰雪由于受到温度的变化和外力挤压密度很大。由于地面上有灰尘等其他杂质的存在，这层冰雪与地面的粘连不是十分紧密的，因此只要冰雪层被破碎，形成面积较小的碎块，就能自动与地面剥离。我们在分析齿刀的数量及间距时主要是依据冰雪的这种特点。刀齿的排列方式及数量将直接影响到工作装置的清除冰雪效果。齿刀过密、间距过小甚至没有间距，虽然刀齿受力减小，但从压实冰雪的特点来看，造成整机成本增加，是没有必要的。另外，周向布置排数过多、过密造成前排刀齿还没有切入冰层，后排刀齿已与冰雪面接触，连续工作情况下，不是有效的除去冰雪，而
40、是象一个机动车的防滑装置。布置排数过少，齿刀过稀，间距过大，使刀齿切入冰雪层后，不能产生有效的挤压，造成部分区域冰雪层不能被破碎，形不成小碎块，冰雪层难与地面分离。清除冰雪效果不好，工作效率低。齿刀碾压滚组组件如图4-1所示。刀齿在滚子轴向共布置12排，滚子分两节，每节6排。轮缘上每圈均匀布置13个刀片，相邻圈上的刀片错开1/2间距排列。刀片总数量156片。整机启动后，当第一排齿切入冰雪面后，造成冰雪层松动，如果各排齿间距过大，在工作面上看到的只能是一排排印痕，起不到对冰雪的破碎作用。由于滚动是连续的，当后排齿连续切入冰雪面时，因为各排刀齿错开1/2齿距排列，单位面积上的冰雪层同时有若干个刀齿
41、切入，单位面积切入力加大，造成有效工作面积内冰雪层完全破碎而与地面分离。4.2 齿刀几何参数齿刀与滚筒的连接可以采用两种方式，即焊接和螺栓连接。焊接方式强度高，螺栓连接易于更换刀齿。本次设计采用螺栓联结方式。其结构与尺寸见图4-2所示。 齿刀材料选取1 6Mn,因刀具角度是切削性能的重要参数，通过分析比较，确定了齿。刀的几个关键角度。齿刀前角为20，后角 72，齿刀在滚筒上的安装采用前倾式，安装角160。图4-1 压滚组件4.3 切削力计算由表2-5知，密实冰雪（0.550.65g/m3）在-20以下的切削阻力系数p=（70-130）kPa 。冰雪清除装置上的齿刀对冰雪的切削力等于装置的重量除
42、以刀刃的接地面积。冰雪清除装置加配重对冰雪产生的压力 p1=G1/A=36000/(2.2680.01)=1587.3 kpap (4-1)由此可知，冰雪清除装置对冰雪产生的切削力在两种情况下均大于冰雪的切削比阻力。图4-2 刀齿结构与参数4.4本章小结本章对齿刀在碾压滚上的排列数量间距以及齿刀几何参数进行了确定，对齿刀切削力进行了计算。刀齿在滚子轴向共布置12排，滚子分两节，每节6排。轮缘上每圈均匀布置13个刀片，相邻圈上的刀片错开1/2间距排列。刀片总数量156片。第5章 主要零件校核计算5.1 轴承的校核计算5.1.1 当量动载荷的校核在本次设计中，轴与支架之间的联结选用深沟球轴承6220，其主要参数为轴承参数： 轴承内径： 100(mm) 轴承外径： 180(mm) 轴承宽度： 34(mm) 额定动载荷：94000(N) 额定静载荷：79000(N) 润滑方式： 脂润滑 极限转速： 4300(r/min) 滚动轴承的基本额定动载荷，是在一定载荷条件下确定的。根据滚动轴承的实际受载情况，在许多场合，常常同时承受径向和轴向载荷的复合作用，为了计算轴承寿命时能与基本额定动载荷在相同的条件下比较，需将实际工作载荷转化为一个假想载荷。在此载荷作用下，轴承的寿命与实际载荷作用下的寿命相等，称该假想载荷为当量动载荷，以P表示。当量动载