小型路面除冰除草除雪装置毕业设计

资源目录里展示的全都有预览可以查看的噢，，下载就有,,请放心下载，原稿可自行编辑修改=【QQ：11970985 可咨询交流】====================喜欢就充值下载吧。。。资源目录里展示的全都有，，下载后全都有,,请放心下载，原稿可自行编辑修改=【QQ：197216396 可咨询交流】==================== COMMINUTION INANON-CYLINDRICAL ROLL CRUSHER*P. VELLETRI and D.M. WEEDON Dept. of Mechanical & Materials Engineering, University of Western Australia, 35 Stirling Hwy,Crawley 6009, Australia. E-mail pieromech.uwa.edu.au Faculty of Engineering and Physical Systems, Central Queensland University, PO Box1319Gladstone, Qld. 4680, Australia(Received 3 May 2001; accepted 4 September 2001)Velletri and Weedon, 2000 P. Velletri and D.M. Weedon, Preliminary investigations into a roll crusherwith non-cylindrical rolls, Proc. Minprex 2000 International Congress on Mineral Processing andExtractive Metallurgy, AIMM, Melbourne (2000), pp. 321328.ABSTRACTLow reduction ratios and high wear rates are the two characteristics most commonly associatedwith conventional roll crushers. Because of this, roll crushers are not often considered Jor use inmineral processing circuits, and many of their advantages are being largely overlooked. This paperdescribes a novel roll crusher that has been developed in order to address these issues.Referred toas the NCRC (Non-Cylindrical Roll Crusher), the new crusher incorporates two rolls comprised ofan alternating arrangement of plane and convex or concave surfaces. These unique roll profilesimprove the angle of nip, enabling the NCRC to achieve higher reduction ratios than conventionalroll crushers. Tests with a model prototype have indicated thar even for very hard ores, reductionratios exceeding l0:l can be attained. In addition, since the comminution process in the NCRCcombines the actions of roll and jaw crushers there is a possibility O that the new profiles maylead to reduced roll wear rates. 2001 Elsevier Science Ltd.All rights reserved.Keywords: Comminution; crushingINTRODUCTIONConventional roll crushers suffer from several disadvantages that have led to their lack ofpopularity in mineral processing applications. In particular, their low reduction ratios (typicallylimited to about 3:1) and high wear rates make them unattractive when compared to other types ofcomminution equipment, such as cone crushers. There are, however, some characteristics of rollcrushers that are very desirable from a mineral processing point of view. The relatively constantoperating gap in a roll crusher gives good control over product size. The use of spring-loaded rollsmake these machines tolerant to uncrushable material (such as tramp metal). In addition, rollcrushers work by drawing material into the compression region between the rolls and do not relyon gravitational feed like cone and jaw crushers. This generates a continuous crushing cycle,which yields high throughput rates and also makes the crusher capable of processing wet andsticky ore.The NCRC is a novel roll crusher that has been developed at the University of Western Australiain order to address some of the problems associated with conventional roll crushers. The newcrusher incorporates two rolls comprised of an alternating arrangement of plane and convex orconcave surfaces. These unique roll profiles improve the angle of nip, enabling the NCRC toachieve higher reduction ratios than conventional roll crushers. Preliminary tests with a modelprototype have indicated that, even for very hard ores,reduction ratios exceeding 10:I can beattained (Vellelri and Weedon, 2000). These initial findings were obtained for single particle feed.where there is no significant interaction between particles during comminution. The current workextends the existing results by examining multi-particle comminution in the NCRC. It also looksat various other factors that influence the performance of the NCRC and exploresthe effectiveness of using the NCRC for the processing of mill scats.PRINCIPLE OF OPERATIONThe angle of nip is one of the main lectors effecting the performance of a roll crusher.Smaller nip angles are beneficial since they increase the likelihood of particles beinggrabbed and crushed by the rolls. For a given feed size and roll gap, the nip angle in aconventional roll crusher is limited by the size of the rolls. The NCRC attempts toovercome this limitation through the use of profiled rolls, which improve the angle ofnip at various points during one cycle (or revolution) of the rolls. In addition to thenip angle, a number of other factors including variation m roll gap and mode ofcomminution were considered when selecting the roll profiles. The final shapes of theNCRC rolls are shown in Figure I. One of the rolls consists of an alternatingarrangement of plane and convex surfaces, while the other is formed from analternating arrangement of plane and concave surfaces.The shape of the rolls on the NCRC result in several unique characteristics. The most important isthat, for a given particle size and roll gap, the nip angle generated m the NCRC will not remainconstant as the rolls rotate. There will be times when the nip angle is much lower than it would befor the same sized cylindrical rolls and times when it will be much higher. The actual variation innip angle over a 60 degree roll rotation is illustrated in Figure 2, which also shows the nip anglegenerated under similar conditions m a cylindrical roll crusher of comparable size. These nipangles were calculated for a 25ram diameter circular particle between roll of approximately200ram diameter set at a I mm minimum gap. This example can be used to illustrate the potentialadvantage of using non-cylindrical rolls. In order for a particle to be gripped, the angle of nipshould normally not exceed 25 . Thus, the cylindrical roll crusher would never nip this particle,since the actual nip angle remains constant at approximately 52 . The nip angle generated by theNCRC, however, the below 25 once as the rolls rotate by (0 degrees. This means that thenon-cylindrical rolls have a possibility of nipping the particle 6 times during one roll revolution.EXPERIMENTAL PROCEDUREThe laboratory scale prototype of the NCRC (Figure 3) consists of two roll units, each comprisinga motor, gearbox and profiled roll. Both units are mounted on linear bearings, which effectivelysupport any vertical component of force while enabling horizontal motion. One roll unit ishorizontally fixed while the other is restrained via a compression spring, which allows it to resist avarying degree of horizontal load.The pre-load on the movable roll can be adjusted up to a maximum of 20kN. The two motors thatdrive the rolls are electronically synchronised through a variable speed controller, enabling the rollspeed to be continuously varied up to 14 rpm (approximately 0.14 m/s surface speed). The rollshave a centre-to-centre distance ,at zero gap setting) of I88mm and a width of 100mm. Bothdrive shafts are instrumented with strain gauges to enable the roll torque to be measured.Additional sensors are provided to measure the horizontal force on the stationary roll and the gapbetween the rolls. Clear glass is fitted to the sides of the NCRC to facilitate viewing of thecrushing zone during operation and also allows the crushing sequence to be recorded using ahigh-speed digital camera.Tests were performed on several types of rocks including granite, diorite, mineral ore, mill scatsand concrete. The granite and diorite were obtained from separate commercial quarries; the formerhad been pre-crushed and sized, while the latter was as-blasted rock. The first of the ore sampleswas SAG mill feed obtained from Normandy Minings Golden Grove operations, while the millscats were obtained from Aurora Golds Mt Muro mine site in central Kalimantan. The mill scatsincluded metal particles of up to 18ram diameter from worn and broken grinding media. Theconcrete consisted of cylindrical samples (25mm diameter by 25ram high) that were prepared inthe laboratory in accordance with the relevant Australian Standards. Unconfined uniaxialcompression tests were performed on core samples (25mm diameter by 25mm high) taken from anumber of the ores. The results indicated strength ranging from 60 MPa for the prepared concreteup to 260 MPa for the Golden Grove ore samples.All of the samples were initially passed through a 37.5mm sieve to remove any oversized particles.The undersized ore was then sampled and sieved to determine the feed size distribution. For eachtrial approximately 2500g of sample was crushed in the NCRC. This sample size was chosen onthe basis of statistical tests, which indicated that at least 2000g of sample needed to be crushed inorder to estimate the product P80 to within +0.1ram with 95% confidence. The product wascollected and riffled into ten subsamples, and a standard wet/dry sieving method was then used todetermine the product size distribution. For each trial, two of the sub-samples were initially sieved.Additional sub-samples were sieved if there were any significant differences in the resultingproduct size distributions.A number of comminution tests were conducted using the NCRC to determine the effects ofvarious parameters including roll gap, roll force, feed size, and the effect of single andmulti-particle feed. The roll speed was set at maximum and was not varied between trials asprevious experiments had concluded that there was little effect of roll speed on product sizedistribution. It should be noted that the roll gap settings quoted refer to the minimum roll gap. Dueto the non-cylindrical shape of the rolls, the actual roll gap will vary up to 1.7 mm above theminimum setting (ie: a roll gap selling of l mm actually means 1-2.7mm roll gap). 学 2017届本科生毕业设计（论文） 文献综述 设计题目： 小型路面除冰装置设计 学生姓名： 张 班级： 机 班 学 号： 指导教师： 路面除冰装置的现状研究 张 ( ) 摘 要： 小型路面除冰装置的设计可有效地解决目前所面临的困境，它将人工控制与自动控制相结合，可以针对不同的街道进行清雪除冰作业，可有效地减轻工人的劳动强度，还可利用其机械化作业的优势有效地提高除冰效率。小型机械在制造成本与应用范围较广，能够大面积推广，具有较好的发展前景和应用价值。本文设计的小型路面除冰装置主要用于小区、校园和公园等道路不宽的场所。 关键词：半自动化 扫冰绞龙 刨冰轮 冰铲 轻型 一、前言 在冬季，我国的降雪面积比较大。冰雪的及时清理一直是我国研究的一大难题，主要是因为冰雪物理性质变化范围较大，如密度和硬度；路面冰雪与外界结合紧密，所以含有大量杂质物，形成了难以测量的混合物。我国的除冰雪机械起步较晚，在技术上比发达国家落后一些。针对目前北方大部分城市除冰作业任务主要靠人工或大型机械设备辅助作业，但我国很多街道存在过于狭窄的现状，则需要人工作业、用铁锨、镐头破碎冰层后集中装车运走或者等待气温转高自然融化，劳动强度大、效率低，而且容易损坏路面，狭窄的街道、小区限制了大型机械的工作，只能依靠人工作业来解决目前面临的困境。 我国北部地区冬季较长，降雪量大，每年有大量的降雪，降雪导致路面的摩擦系数较其它季节明显降低。这使车辆行驶、制动困难, 容易引发交通事故。冬季的降雪通常会以浮雪、积雪和积冰3种形式滞留于路面[1]。往往由于清冰不及时造成积冰以及积冰等问题，阻碍了交通运输行业的发展甚至还可能对行人以及车辆安全带来一定的隐患。另外我国由于技术的落后，大型装备制造业的发展远远不能满足人们的需求，在除冰工作中主要靠人工作业为主，浪费大量的人力物力。并且由于冬季天气寒冷造成底部结冰的现状，也增加了工人在除冰过程中的劳动强度，并且我国老龄化不断程度不断加深，多重弊端的限制需求一种小型机械化装备来满足目前的除冰的要求[2]。 二、国内主要除雪去冰方式 （一） 机械除冰 除冰机械的种类很多，可按工作原理、使用范围、底盘形式和行走方式的不同进行分类。 1） 按工作原理分类 根据除冰机械工作原理的不同可以将其分为推移式、螺旋抛投式、滚压式、铲剁式、锤击式5 种类型，实际使用中人们又习惯将除冰机分为犁式和螺旋式两种类型[3]。 犁式除冰机主要用于清除未经压实的积雪，特别是密度较小的新降积雪，由于犁式除冰机价格低、效率高、工作可靠，所以使用广泛。国内的犁式除冰机大多具有避让功能，此外还可以实现犁刀升降以及作业角度的变化。 螺旋式除冰机一般具有切削、集中、推移和抛投等功能，结构复杂，但功能多，有单级式和双级式两种类型，其中单级式又分为铣刀型和风扇型，双级式则分为单轴螺旋风扇型和双轴螺旋风扇型[4]。 2）按照除冰机械的用途可将其分为泛用除冰机、人行道除冰机、铁道除冰机和高速公路除冰机4 种类型。 3） 按底盘分类根据除冰机械的底盘不同可把除冰机分为专用底盘除冰机和通用底盘除冰机两种类型。 4）按行走机构分类根据除冰机械的行走机构差异可将其分为轮胎式除冰机和履带式除冰机两种类型。 （二） 融冰除雪 融雪剂除雪也是目前广泛采用的一种除雪方式。融雪剂多为钠基，除雪机理是降低冰点，加速积雪的融化，使其清除起来比较容易[5]。然而使用融雪剂会给环境带来污染，腐蚀车辆、路面和桥梁，早在20 世纪60 年代初，美国和加拿大在路面撒氯化钠盐粉，使得原始设计寿命为50 年的路面和桥梁结构，在不到10 年时间里就遭到了严重的破坏[6]。长期大量使用融雪剂除对植物的损害外对水源的影响也很大，含有大量融雪剂的残雪最终会通过各种渠道进入江河或地下，造成水体污染，这种污染的持续时间更长，影响范围更广[7]。因此，融雪剂的使用量应严格控制，合理使用，用量越少越好。就未来发展趋势看，融雪剂的使用将会受到越来越严格的限制，使用量及使用范围将非常有限。 热融法除雪是一种利用热能将雪加热融解的方法，利用火焰、电加热等方法的除雪技术研究仅见于资料。一种利用退役喷气式飞机发动机的除冰装置在机场有应用，发动机的强大热气流直接将冰汽化，可快速清除大范围积冰。但这种方法能耗很大，仅适合一些特殊的场合[8]。 三、目前国内除冰机械存在的主要问题 尽管几十年来国内的许多研发和管理单位在除冰机械的研制与技术引进上做了许多工作，但迄今为止，除冰机械并没有大面积推广使用，其主要原因如下。 1）作业速度低 目前国外犁式除冰机的最大除冰速度可达50km/h，旋切式除冰机最大速度达70km/h[9]。20 世纪90 年代初期，吉林省交通科学研究所研制的CBX-1600 型除冰机，集离心冲击破碎、圆周旋切和弹簧储能冲击破碎三种切削功能于一体，性能优越，是国内技术水平较高的除冰机械。但其最大除冰速度仅为2.15km/h，与国外同类除冰机械相比，作业速度很低[10]。 2）整机利用率低、成本高 尽管我国北方地区冬季降雪期可达3~4 个月，但降冰次数并不多，如果除冰机功能单一只能用来除冰，那么机器在一年中大部分时间处于闲置状态，这就大大提高了除冰作业的成本，增加了公路养护部门的经济负担。 3） 避让功能差 国内已有的犁式除冰机械大部分回避路障的能力较差，在除冰过程中常常因遇路障而使主机或除冰装置损坏。吉林省交通科学研究所与磐石县公路管理段联合开发的CL-2.4 型公路除冰器安装有避让装置和防止过度避让锁链，可以保证其在除冰作业过程中避让路障，防止主机或除冰器损坏。该装置技术水平居国内领先地位，达到了20 世纪90 年代国外同类产品水平，但因各种原因在国内没有得到推广应用。 4）对路面保护能力差 除冰机在凹凸不平的路面作业时会对路面造成破坏，虽然目前除冰机对路面的损坏程度还没有一个衡量标准，但国内的除冰机械在路面仿形能力及对路面保护等方面与国外机型相比还存在一定差距。 在针对目前除冰过程中的不利现状，设计的一种小型清冰除冰机，该机克服了一般大型除冰设备功能单一、除冰性能欠缺的问题，有效地在较窄的街道上除去路面的积雪和积冰，并且为了在工人在操作过程中更加灵活方便，在设计过程中将半自动装置安装在机械装备上，可以满足机械装备在较平坦的路面上可以自动行走除冰，可有效地减轻工人的劳动强度。将除冰、除雪及清扫路面等功能结合起来，大大提高了设备的利用率。该机成本低、体积小、结构简单、操作方便，适用于小区、校园、驾校训练场等场所的积冰清扫工作，具有广阔的市场前景和应用价值。 参 考 文 献 [1] 裴玉龙, 孟祥海, 丁建梅.寒冷地区道路交通事故分布的研究[J] .中国公路学报, 1998, 11(1):89 -94. [2] 卜小明，田静． 除雪机械现状及发展趋势［J］． 黑龙江交通科技，2006( 8) : 25－28． [3] "Snow removal safety". Bob Tracinski. Claning Maintenance Management . 2001 [4] Developing Technology Improves Snow and Ice Control. Debbie L.Feldman. Public Works . 1999 [5] 齐晓杰，等.城市道路机械式清除冰雪机械研究与探讨［J］.黑龙江工程学院学报，2002，16（2）: 42－46． [6] Snow-removal Loaders. RANNEV,,KOMATSU A V. Stroitel‘nye i Dorozhnye Mashiny . 2004 [7] 吴书琴，等.城市道路除雪现状及未来发展方向［J］.佳木斯大学学报：自然科学版，2006，24（4）: 35－38． [8] 田磊.中国北方城市需要实时清雪技术［J］.公路建设与养护，2005（2）: 30—34． [9] Snowplow steering guidance with gain stabilization. Tan, H.-S.,Bougler, B.,Steinfeld, A. Vehicle System Dynamics . 2001 [10] Small-sized snow-clearing machines to clean yard. Dronov V G. Stroitelnye i Dorozhnye Mashiny . 2004 6 毕业论文（设计） 小型路面除冰装置设计 学 生 姓 名： 指导教师： 讲师 合作指导教师： 专业名称： 机械设计 化专业 所在学院： 机械与动 院 2017 年 6 月 目 录 摘 要 I Abstract II 第一章 引言 1 1.1 背景及选题意义 1 1.2 小型路面除冰装置的发展现状 1 1.3 除冰装置存在的缺陷 2 1.4 除冰装置的研究方向和特点 3 1.5 研究内容及方法 3 第二章 整体设计规划 4 2.1 系统工作原理 4 2.2 系统结构安排 4 2.3 除冰装置的整体设计 5 2.4 章末总结 6 第三章 总体设计方案及参数 7 3.1 动力参数 7 3.2 动力传动解析 7 3.3 带传动参数计算 8 3.4 整体结构参数设计 11 3.5 章末总结. 12 第四章 各零部件的设计方案及参数 13 4.1 除冰车车体结构设计方案 13 4.2 除冰车扶手结构设计方案 13 4.3 螺旋集抛器结构设计方案 14 4.4 抛冰筒的结构设计方案 15 4.4.1 抛冰筒结构设计 15 4.4.2 抛冰筒参数分析计算 16 4.5 螺旋叶片和碎冰锯齿的设计 17 4.6 章末总结 18 第五章 关键零件校核 19 5.1 键的校核 19 5.2 轴承的选择及校核 20 5.3 集抛器主轴的校核 20 5.4 螺旋叶片和碎冰锯齿的校核 22 第六章 结论与建议 23 致 谢 24 参考文献 25 摘 要 小型路面除冰装置的设计可有效地解决目前所面临的困境，它将人工控制与自动控制相结合，可以针对不同的街道进行清雪除冰作业，可有效地减轻工人的劳动强度，还可利用其机械化作业的优势有效地提高除雪效率。小型机械在制造成本与应用范围较广，能够大面积推广，具有较好的发展前景和应用价值。现在的除冰除雪机种类繁多，国内的大多数以静碾压裂式和柔性链条击打式为主，而在大部分经济不发达的地区更是以人工除冰这种传统的方式为主，本次设计的是剁铲式，通过前端碎冰锯齿的旋转来进行碎冰作业。主要用于小区、校园和公园等道路不宽的场所。 关键词：破冰，螺旋，传动，碎冰锯齿，绞龙 Abstract The design of the small pavement de-icing device can effectively solve the current difficulties faced by the combination of artificial control and automatic control．It can be carried out for different streets of snow de-icing operations and effectively reduce the labor intensity of workers．But also using the advantages of its mechanized operations to effectively improve the snow removal efficiency. Small machinery in the manufacturing cost and application of a wide range is to a large area to promote with good prospects for development and application value. Now a large number of deicing snow removal machines, most of the domestic static crushing and flexible chain hit the main type, and in most of the economically underdeveloped areas is the traditional way of artificial deicing in the traditional way , This design is chopped shovel, through the front of the ice-cut rotation of the ice to do crushing operations. In this paper, the design of small pavement de-icing device is mainly used for residential, campus and park and other places are not wide. Keywords: Break the ice, Spiral, drive, broken ice sawtooth, auger II 大连海洋大学本科毕业论文（设计） 第一章 引言 第一章 引言 1.1 背景及选题意义 我国北部区域冬天较为漫长，而且持续低温每年都伴有较大的降雪，冰和雪的及时清理一向是国内研究的一大瓶颈，其主要原因是冰雪的密度和硬度等物理性质相对不稳定；路面上的积雪与地面贴合紧密，所以含有很多的杂质，进而结合成了难以测量的混合物[1]。伴随整个冬季的积雪和湿滑的地面已然成为交通拥堵甚至导致严重的交通事故的重要因素之一。 国内的路面除冰装置起步较晚，与发达国家相比技术上要落后许多。对于我国北部的大部分城市街道路面的除冰清雪工作仍由人工作业占主体，大型的机器设备辅助完成作业，并且大部分街道均存在过于狭窄的状况，只能依托人工作业、用电镐、铁楸等锤碎积雪和冰壳后集中起来统一运走或者等待气温转高自然融化[2]，劳动强度大、效率低，而且容易损坏路面，狭窄的街道、小区限制了大型机械的工作，大型的机器设备的发展已经不足以满足当前的人们需求了。仅能依靠人工除冰作业来解决当前所面临的窘境，天气寒冷造成积雪底部结冰的情况，也增加了工人在完成除冰过程中的体力消耗和劳动强度，而且我国老龄化情况在逐渐加深，多重弊端的限制下需求一种小型的路面除冰装置进而满足街道小区的除冰需求。 1.2 小型路面除冰装置的发展现状 除冰装置的前身是除雪装置，当人们在完成了机械除雪工作的基础之上，渐渐的意识到了，真正现实生活中冰存在的比例远大于雪。国外对于除冰车的研究已经有十多年了，他们的公路街道等大型的公共区域已经具备非常完善及时的除冰设备[3]。近些年，国内经过技术和设备的引进在除冰装置的机械制造和研究上有了很大的提升在这一领域也取得了较为迅速的发展。 通过对资料的查阅和整理，路面除冰装置大致可以分为：剁铲型、静碾压裂型、激振型、柔性链条捶打型以及热融型这五种类型： （1）剁铲型 动力由原动机输出动力至曲轴，曲轴由多个具有刀刃的除冰铲组成，在曲轴的带动下上下剁铲对冰层进行敲击，不过机构的联接方式多采用柔性联接，其目的是可以对凹凸不平的冰面进行韧性补偿减少对道路表面的损伤。 （2）静碾压裂型 该种除冰装置的类型是目前应用最为普遍也是相对较为成熟的方式之一，它的工作原理是将前端除冰装置加装液压设备，依托液压装置的压力和庞大除冰筒的自重，经过筒壁上的刀具增大压强和剪切力将冰雪碾碎。该种方式多用于大型场所，因工作原理的限制只能应用到平坦的路面，这样才能将对路面的损伤降到最低。 （3）激振型 主机动力装置提供动力给震动马达，马达带动偏心块的高速旋转，由此产生的激振力传给抛冰筒，使得抛冰筒对于地表冰层既有上下震动的剪切力又有水平方向上的推移力。震动以及揉搓的双层作用将圆筒上的凸块挤压破坏冰层达到碎冰除冰的目的[4]。后续进行改装升级，为滚筒加装升降机构，再加上调速马达可以调节转速间接调整激振幅度的大小，这使得这一类型的除冰车能够适应多种厚度冰层的工作环境。但是，迄今为止路政单位并没有关于除冰装置的道路保护与界定道路损坏程度的具体法律条文，而这种激振方式除冰的施行要比常规重物碾压路面的破坏程度还要大，容易对街道沥青、砂石、方砖的结构造成永久性的破坏，所以激振型的除冰装置也备受大家的争议。 （4）柔性链条捶打型 查阅相关介绍，捶打型的除冰装置的设计来源是南方有些古村用来和面的装置，装置结构很简单，在滚筒或滚轮上安装柔性的特制链条，筒或轮的转动甩动链条鞭打冰层，使得冰的表面结构被破坏脱离与路面的粘附。 （5）热融型 热融型的除冰装置只是在相关资料中查阅得到，利用火焰或者高温对薄冰进行辅助的速融，进而达到除冰的目的。不过有资料显示在机场有用退役下来的喷气式飞机的发动机作为热源[5]，快速对影响飞机起落的情况进行紧急处理，这种方法局限性太大，仅适用于机场等平坦宽敞的较薄冰层的处理场合。 1.3 除冰装置存在的缺陷 国内的除冰装置的研发已经取得了很大的进展，但是照比发达国家，我们的发展空间还有很大。相关的研发部门在除冰机械上进行了许多次技术改革付出了很大心血，但目前来讲路面除冰方面无论是大型机械还是小型装置仍然没有得到大面积的推广和使用，总结原因归结为一下几点： （1）装置的制造成本高，使用频率低。一台小型除冰装置装配结束投入使用，最大化来讲每年的使用概率为四分之一，而这四分之一当中积雪成冰的概率和需要快速清冰的概率又很低。这使得路政部门或学校购入一台除冰车常年处于闲置状态，而没有得到充分的利用增加了相关部门的额外支出，同时也映射了另一种原因：除冰装置的功能过于单一。它导致了这台装置仅仅是发生了恶劣天气状况的情况下才能够拿出来被使用。 （2）除冰车种类不足，使用场合过于局限。对于除冰车这种使用单一的情况，更加的需要种类的多样化来发展应用市场，对于许多领域和环境的碎冰除冰我国目前的研究还是处于空白的状态，这样也就无法满足多样化市场的需求[6]。 （3）对路面损伤比较严重。在除冰装置的种类介绍当中，每种类型的除冰车基本都提到了对路面造成的损伤程度。这也是干涉路面除冰装置能否被大面积使用的最主要因素。除冰车基于成本考虑没有被设计的非常智能，所以它对路面上的障碍物或者是原有损伤不能够自行的作出判断，导致其避让的功能几乎为零，该缺点使得它在工作过程中对地面标识和路面凹凸都以平整路面或者冰雪层处理[7]。如果该除冰装置的功率很大，那以上这种现象可以说对公路、街道的使用寿命造成致命损害。 1.4 除冰装置的研究方向和特点 通过以上对路面除冰装置的研究以及对当前各个类型的除冰车优缺点的总结，明确了本次设计的研究方向，将本次设计的除冰装置的特点定位为小型、便捷、成本低，适用的场合定位为的小区街道、校园林荫和公园小路等道路不宽的场所，在功能上定位为集碎冰、集冰、集雪、抛冰于一体的多功能化小型路面除冰装置。 在完成最基本的碎冰工作外，为避免出现以上存在的功能单一导致除冰装置被闲置的情况。现将碎冰和集冰装置进行动力分割，针对路面仅有积雪的情况，可以将碎冰装置暂停供应动力，尽让抛冰筒工作来完成单纯的除雪工作；而且面对不同的冰雪聚集厚度，除冰装置也需要具备“特殊情况，特殊对待”的功能，除冰车都不能始终保持同一转速来完成所有工作，无论是从耗能角度还是实用性的角度这都是违背科学和常理的[8]。故此本次设计的除冰装置具有离合调速的功能，来扩展其使用范畴。 1.5 研究内容及方法 以上内容分别综合了小型路面除冰装置国内外研究的状况以及现有各种各类型的除冰装置的优缺点，对这次自己想要设计的除冰车进行了总结以及简单的分析，根据实际的情况并综合科学的理论分析进而来说明了本次设计的可行性。 27 大连海洋大学本科毕业论文（设计） 第二章 整体设计规划 第二章 整体设计规划 2.1 系统工作原理 根据机械设计的一般规律，从机械的工作原理为切入点逐步完成机器整体的设计。首先它的基本模型是手扶式推车，具有的功能是碎冰、集冰。其次无论是碎冰装置还是收集碎冰的机构都需要有动力的支持，结构安排上碎冰装置在前，集冰装置在后，考虑到车整体的协调性和合理性，发动机的质量相对较大，故三个模块的工作原理如下图所示。 2.2 系统结构安排 由于工作的需要，应该考虑到两种情况： 第一种情况是路面积雪有无形成冰层，当路面结冰很严重时就需要除冰车全功率工作，破冰装置和抛冰装置同时运行；当路面落雪后尚未结冰或者轻微结冰时，此时的清除工作不包含碎冰，仅依托集冰筒和抛冰装置就能够完成此时的工作；那么在结构的安排上就需要加入在无冰路面移动时破冰刀锯可以脱离路面的装置——离合控制器。 第二种情况便是清扫时周边环境风力的大小，因为大雪过后的天气不一定都是“雨过天晴”。而除冰过程中风力的大小对抛冰筒能否正常抛冰起决定性地作用与倘若逆风抛冰，抛冰的高度会和理论值相差甚远，所以抛冰筒的抛冰方向不能是固定不变的，故在装置的安排上加入了可改变顺逆风抛冰的机构——螺旋丝杠控制杆。 2.3 除冰装置的整体设计 路面除冰车的整体设计思路均来源于生活实际，将俯视图近似看做长方形，考虑到工作环境的不宽敞所以长方形设计的修长一些，方便在小面积范围内的清冰除雪作业。综合考虑车身整体的协调性以及重心偏移设计原则，发动机放至在后轮的前方以避免“前倾”情况的出现并且方便手推式移动时更加省力。之所以没有将其十分向后设置或者在后面挂载，是因为一方面要平衡破冰锯齿的重量另一方面还有要中和车斗在满载时的配重。 对于带轮传动方面，分别对动力传输的三种方式：中间传动、双侧传动以及单侧传动进行了比较，因为要方便破冰装置的启停和皮带的更换，故选择了单侧传动的方式进行设计。考虑到工作时的波动性较大以及带轮和皮带对工作环境的要求并不是十分苛刻[9]，同时也为了皮带拆卸的方便故没有对裸露在外面的四个带轮安装防护罩。小型路面除冰车通过带传动带动破冰装置运转进而完成预设的破冰功能的结构简图如下图所示。  图4 各部位零件 2.4 章末总结 以上内容从除冰装置的工作原理出发，在满足结构的合理性基础之上分别布置了碎冰锯齿、汽油机和螺旋集抛器等结构的位置。通过目前除冰车存在的弊端分析，扬长避短，设置离合装置和螺旋杠杆这两种简单机构来增强除冰车的应用范围和拓宽其工作环境。整体的设计特点不仅仅是小巧便捷、制造成本低，还考虑到成品的美观性和协调性。综合科学理论知识、生活实践和前人经验来使得本次的设计接近完美。 大连海洋大学本科毕业论文（设计） 第三章 总体设计方案及参数 第三章 总体设计方案及参数 3.1 动力参数 通过对本次设计方案中的负载和发动机输出的对比，本次设计选择的是GX270型汽油发动机.具体的参数请查询表1。 表1 HONDA GX270型发动机基本参数 3.2 动力传动解析 除冰车打火工作，汽油机开始提供原动力至带轮，当离合装置压紧皮带后经由带传动将动力传给组合螺旋集抛器开始高速旋转开始集冰抛冰作业，然后再次通过带传动再将动力传送给破冰装置。 工作部分安装了螺旋叶片和碎冰锯齿，螺旋叶片和碎冰锯齿是两套旋向相反且平行的，冰层被碎冰锯片呈一定角度切割所提供的水平方向和竖直方向上的剪切力破坏。经过第一套碎冰锯齿的切割后还会存在较大面积的冰块，故设置两套旋向相背的螺旋叶片，将剩余的冰雪成功破碎完成碎冰工作。 随着车体向前移动，被打碎的冰层先后与螺旋集抛器接触，集抛器的高速旋转为与其接触的碎冰提供了较大的离心力而后进入抛冰筒，但碎冰旋转至出冰口被成功抛出，完成抛冰工作。需要指出的是，针对不同面积的冰层，抛冰筒可以改变抛冰方向，进而决定是否将碎冰抛进车斗还是路面一侧。  由于涨紧轮的存在，汽油机打火启动，此时的抛冰装置和碎冰锯齿均未开始工作。这样的设计一方面是出于除冰车需要移动至工作区域才开始工作；另一方面防止汽油机启动时负载过大，影响汽油机的使用寿命[10]。 图6 涨紧轮作用图 3.3 带传动参数计算 主动带轮转速=3600r/min,从动带轮转速=1800r/min，传动比i=2。 （1）确定计算功率 V带传递的功率为 =5.5KW （1） 式中：——最终所需的功率，KW g ——重力加速度，g=9.8N/Kg F——激振力，KN,F=4KN f ——振动频率，HZ,f=33HZ V带的滑动率=0.01 工作机载荷性质：载荷变化较大 （2） （3） （4） ， （5） 基准长度 , （6） （5）验算 （7） 得=0.95，查表8-2得带长修正系数=0.87，于是 =（+）=2.28KW （8） =2.89 故根数取值为3。 ,所以 =41N （9） 式中：=1.00，==0.45KW，=9.42m/s （10） 带的实际初拉力应满足 （11） 查机械手册可得该轮采用实心轮[12]，具体尺寸如下。 表2 带轮轮槽截面尺寸 (mm) 槽 A 11 3.00 10.0 12±0.3 16 由于轮槽数z=3,所以B=3f=48。=96mm。 表3 带传动的参数(mm) 90mm 带基准长度 900mm 188mm 带的根数 3.4 整体结构参数设计 车体离地高度为10mm，扶手的高度774mm，车身宽为420mm，总车长1860mm，抛冰筒高度为200mm。车身整体设计的蓝本是手推车以及叉车，综合考虑碎冰锯齿的震荡、车斗的负载和车身整体配重，车体采用5 板材进行焊接，轴承座与车身钢板接口紧密切合、分别用螺栓与车身紧密连接减少碎冰工作时的震荡影响增加了强度和稳定性[13]，并且轴承之间具有互换性为后期的维护提供了良好的条件。汽油机侧面和底面双面固定，确保动力稳定输出。 图7 除冰车仿真图片 3.5 章末总结. 以上内容对总体的设计方案及参数进行了分析，分别对动力参数、动力传动的原理以及带传动的详细计算过程进行了剖析，要知道在满足机械的实用目的的基础之上，尽可能节约成本，尽可能降低对环境的污染做到“绿色”机械才是机械设计所追求的。所以对除冰车的车身结构外形，动力的输出与传递，锯齿碎冰装置等各个系统进行了深入的考究和合理化的设计。在此过程中，也学习到了原动机选择上的注意事项以及选择带传动为整体设计过程所带来的便利。值得提出的是本次设计在带传动过程中加入了离合，在改变抛冰筒的抛冰方向上加入了蜗杆，详细的说明会在后面写出。 大连海洋大学本科毕业论文（设计） 第四章 各零部件设计方案及参数 第四章 各零部件的设计方案及参数 4.1 除冰车车体结构设计方案 参照国内的现有除冰装置的实例和对整体设计参数的分析[4]，对各个零部件的放置和安排又有了更仅一步的优化。从损耗的角度考虑，取消了抛冰筒与碎冰装置间用螺母连接的设计，而是采用12.6号槽钢对新车架进行整体的焊接，保证了车体结构的基本使用寿命。发动机底盘固定架与扶手根部在放置汽油机空间充足以外还留有了一定的距离，为的是让整体车身看起来更加的协调和对称。 图8 车体及抛冰筒三维渲染图 4.2 除冰车扶手结构设计方案 除冰车扶手是决定小型路面除冰装置舒适度的重要体现部分，高低粗细的设计都需要综合以往生活经验来的设定，最后将其直径设定为4cm加上海绵质地的扶手把套可以给人以最佳的操控舒适度。其结构特点类似山地自行车车把，工作时会有向前运动的震荡力扶手向前弯曲一定角度更利于控制小车工作[15]，无论是推、拉除冰车都能够顺利完成具有更高的操控性，并且能够满足不同身高的工人作业。 扶手的设计如下图。 图9除冰车扶手 4.3 螺旋集抛器结构设计方案 除雪机中抛雪的装置通常是用绞龙和呈90度角设置的扇叶相结合，绞龙将雪汇集至轴中心，再由扇叶的带动下将雪卷起送出抛雪筒。而抛冰与其最大的不同是密度和物理状态，所以不需要扇叶的旋转将冰抛出，而是采用螺旋状的集抛器来同时完成收集碎冰和抛出碎冰的功能。螺旋状的集抛器由主轴及向主轴中间呈一定角度扭曲的钢带构成，两条钢带距离最远的部分用钢板连接以起到支撑、加固以及最大限度抛冰的作用[16]。加固的钢板之所以没有联接实心板材而是镂空设置，其主要目的是防止反向作用力过大而达不到预想的集冰效果。螺旋集抛器结构更加具体直观的感受，如下图所示。 图10 集冰绞龙 图11集冰绞龙和抛冰筒 工作原理：冰层在前段锯齿的切割下被打碎，随即除冰装置使用者向前推移，被敲碎的碎冰与螺旋集抛器相接触，在车体移动和集抛器高速旋转的双重作用下碎冰沿筒壁作高速离心运动，当抵达抛冰口时较为强烈的离心力迫使碎冰顺着光滑的筒壁被抛出，完成整个集冰抛冰的工作。 4.4 抛冰筒的结构设计方案 4.4.1 抛冰筒结构设计 其实抛冰筒这一描述不够准确，它兼顾的是两个作用：收集汇拢和高速抛冰。根据集抛器的机构设计可以知道，碎冰与集抛器接触后双旋的钢带在角度的作用下，使得碎冰均向中心聚集，那么抛冰筒的位置就应该设置在集冰筒的中间。而抛冰筒的切口的角度，决定碎冰在作离心运动是脱离中心的时间。如果角度过小抛冰距离很远但抛冰效率不高，作切面图可以看出角度越小其单位时间内抛冰体积越小；相反，如果切口角度过大，虽满足了单位时间的抛冰量，但大角度的滑移使得离心力的作用逐渐变小，到不到预想的抛冰高度，综合理论分析，最后选定的理想工作角度为45度。 （a） (b) 图12 抛冰筒 4.4.2 抛冰筒参数分析计算 1.碎冰脱离螺旋叶片和碎冰锯齿后，紧跟着进入抛冰筒在的集抛器的迫使下作离心运动，受筒壁的限制作圆周运动，此时的速度为。 ， （12） 2.碎冰离开抛冰筒的速度 碎冰经由集抛器加速，具有一定的初速度和离心力，到抛冰筒的出口时，代入公式中， 螺旋集抛器主轴的铅垂距离[17]。 3. 抛冰距离计算 做直角坐标系远点选择为抛冰筒45度角出口, （13） （14） 设，得，解得，通过经验公式知c的值很小，可忽略不计，所以按照级数展开后可知： （15） （16） 将的数值带入式中，计算出抛冰的最大距离： （17） 采用计算有风度时候抛冰距离X[18]。通过经验公式可知，圆周速度高的转子其产生的离心力大。这里要特殊说明的是，对于本次抛冰距离的计算是基于将碎冰理想化为小正方体均匀受力来进行计算的。因为通过查阅相关资料，并没有查到对碎冰具体计算分析的实例。 4.5 螺旋叶片和碎冰锯齿的设计 通常，碎冰锯齿与油锯等类似是螺旋叶片最容易磨损的部分。开始阶段，锯齿的外侧被磨成刃口状，工作原理与刀锯类似，呈一定角度的锯齿在高速旋转下具有非常大的剪切力，达到碎冰的工作目的。但慢慢地锯齿的刃口越磨越小，直至无法运输，严重影响运转效果。所以在材料的选择上采用型号为JX9的硬质合金，其硬度 ,抗弯强度 ，完全满足碎冰的需求，同时也增加了除冰车是使用寿命，间接降低了日后维护的成本。 (a) (b) 图13 碎冰锯齿 图14锯齿与冰雪接触的简图 4.6 章末总结 以上是对小型路面除冰装置的各个零部件的设计想法和具体的参数分析，其中涉及了车体外形结构比例和美观度的设计、扶手舒适度的考虑、除冰装置和螺旋集抛器的科学数据分析。更加具体阐述了，整体的设计想法和方案，并附带三维实体的渲染图片加以表述。同时确定了除冰装置的尺寸数据装置离高约10mm，扶手至发动机座的垂直高度为774mm，小车宽为420mm，前轮至扶手末端长1860mm，抛冰筒高200mm。 大连海洋大学本科毕业论文（设计） 第五章 关键零件校核 第五章 关键零件校核 5.1 键的校核 （1）键的选择 根据键连接的结构特点、使用要求和工作条件选择普通平键，并且是圆头平键[19]。键材料选用45号钢。由于输出轴的轴径d=20mm，查表6-1得键宽b×键高h=10x8mm，键长L=56mm。 (2) 普通平键链接强度的计算： 查阅手册知：连接时强度条件为： （18） 式中：； mm； l——；这里L为键的公称长度，mm；b为键的宽度，mm； d——轴的直径，mm； —— MPa,见表6-2； 此时有： （19） 又；；；查表6-2得取。 代入式符合要求 （20） 键的标记为：键10×8 GB/T 1096-2003。 5.2 轴承的选择及校核 其大量生产，价格最低。考虑以上诸多因素都特别符合要求，所以决定选用深沟球轴承[20]。由于轴承都是成对支承，所以轴承径向载荷, 轴承转速,又由于该机构属于短时间或间歇式工作的的机械，间断使用不会导致十分严重的损耗，所以假设使用寿命,直径可在20~27mm范围内选择 ，机构运转时有强大冲击。 （1）计算当量动载荷 （21） 式中：P——轴承的当量动载荷，KN ——载荷系数，按照表13-6，由于受到强大冲击，所以=1.8~3.0，取=3.0， ——径向载荷，KN，=2KN 则有P=6KN （2）计算基本额定动载荷 （22） 式中：C——基本额定动载荷KN P——轴承的载荷，KN, 此时P=6KN ——指数。对于球轴承， ——预期计算寿命，h，=5000h n ——轴承的转速，r/min，n=1800r/min 解得C=50.61KN. （3）按照设计手册其范围内没有适合的轴承，所以改选为四个轴承支承，则由于 C=25.305KN。查表选取的6306轴承 5.3 集抛器主轴的校核 转矩为： （23） ， （24） （25） ： （26） （27） ，得 （28） （29） （30） 总弯矩： （31） 计算轴上的应力： （32） 所以校核结果安全。 5.4 螺旋叶片和碎冰锯齿的校核 螺旋叶片和碎冰锯齿是整个结构的重要组成部分，它的工作直接影响的碎冰的效果。 节距P：相邻两锯齿上对应点间的水平距离； 叶片外径D：根据设计尺寸来定。 计算其下料尺寸： （33） 式中：L── 外螺旋线实长（mm）； l ── 内螺旋线实长（mm）； h ── 叶片高（mm）； r ── 叶片展开里口径（mm）； ── 切口角度（度） C ── 切口弦长（mm） P ── 节距（mm） 大连海洋大学本科毕业论文（设计） 结论与建议 第六章 结论与建议 结论：本次对于小型路面除冰装置的设计设计到了30多个零件其中也囊括标准和非标准零件。可以说从大四上学期期末开始，学校的毕业设计就已经逐步展开了，历时这么多月，期间确实有许多让自己反省的东西，四年的大学生活自己真正不用去查找资料而能够确定的知识点和公式有多少。不过通过这次对于小型除冰机械的研究上受益匪浅，无论是键、带轮等小知识点上，还是从汽油机的合理选择上，都拓宽了知识面，并且对office、AutoCAD、UG10.0以及Diagram Designer等软件都有了更深的了解和更加熟练的操作，相信着在以后的职业生涯中将是重要的铺垫。本次设计首先是对除冰装置在国内的情况和特点进行了了解和综合，然后结合国外较为先进的案例，综合分析国内外在路面除冰装置上的优缺点，再加上自己对有效绿色除冰的一些构思和生活经验，整合成了本次的设计——小型路面除冰装置。应用AutoCAD完成了除冰车的装配、部装和零件图并且利用大学期间所学习的UG软件完成了小型除冰装置的运动仿真。 建议：由于所掌握的知识点不充分和经验不足，本次设计也是存在不足之处，例如：在小车空载时移动，破冰锯齿和绞龙不能及时停止工作，这使得移动起来还是较为笨拙，不够便利；目前除冰装置的共性问题不能根据冰层厚度来随时调整破冰装置的高度；在涨紧轮的设计当中，原本的设计是离合器装置，但带传动过程中打滑是造成皮带寿命缩短的主要原因，违背了机械设计的合理性，虽更改为涨紧轮，仍不够完善；车斗本来是在设计当中，后来由于配重以及碎冰厚度的综合考虑取消了车斗，希望通过日后的知识的完善能够将车斗进行改进和加装。 大连海洋大学本科毕业论文（设计） 致谢 致 谢 时间匆匆的过去，原本数月的毕业设计也接近尾声。虽然是寥寥万字，但是却倾注了很多人的操劳和心血，最要感谢的就是我的指导老师老师老师，从选题，课题研究和论文撰写方面都给了我很大的帮助，在设计最开始的时候遇到的瓶颈也都是老师一一进行讲解指导，所以本次设计才能顺利的完成。牛老师有着非常绅士的性格对于我们在平时学习中所出现的不足总是敦敦教诲，他渊博的知识也是我们航行的指明灯，当我们遇到瓶颈的时候他总能为我们找到一条适合我们的路线，指引我们不会迷茫，能够在设计之初选到牛老师作为我的指导老师成为他的学生是我的幸运也是我的荣幸。感谢我的指导老师，在论文写作及答辩准备阶段给予的无私帮助和日夜的指导，他兢兢业业的工作精神、一丝不苟的科学态度、以诚待人的品格令我十分敬佩。生活中牛老师不仅仅是我的老师，我还将他看做亲人和长者，在他的每次毕设小组研讨会上我都能够学到许多新的知识。他的三维实体建模的软件的应用能力也始终是我学习过程中的榜样，与此同时也要感谢他在多届大创中带领我完成项目，接触机械产业和设计当中新鲜的事物。在这里，还是要由衷的说上一句：感谢您！ 大学生涯也接近尾声了，有回忆也有遗憾。四年时光转眼即逝，希望自己以后面对任何生活琐事或者工作任务都不会再像大学这般拖泥带水，珍惜每一刻时光，做好每一件有意义的事 同时，还要感谢教育和帮助过我的各位老师、同学，正是有你们的帮助我的画图水平才能有稳步的提升，虽然我现在的画图整体能力还是处于一个很低的水平，相信在以后的学习和应用过程中会很大的提高。在本设计中我也是第一次系统的学习三维绘图软件UG，之前就有学习过其他的绘图软件但都是大体了解，这次能够绘图的完成老师给予了我很大的帮助，很多不会的技巧都是老师给我解答的。尤其是在各个零件进行装配的时候，有很多的约束限制，很多时候我都会漏掉一些，但是这些错误都不会逃过老师的眼睛，老师一一对其进行指正并指导我进行修改。 感谢老师在百忙之中对我的论文进行阅读和评审。 大连海洋大学本科毕业论文（设计） 参考文献 参考文献 [1] 吾布利，小型清雪机研制[J]，新疆农机化，2000：6-12. 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