犁式除雪机的设计开题报告书

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1、- 燕山大学 本科毕业设计〔论文〕开题报告 课题名称：犁式除雪机的设计 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 1．除雪机开展概述 国外除雪机的开展非常迅速，品种和规格越来越齐全，功能越来越强大。国外生产以汽车底盘为主机的除雪机的公司主要有英国的SCHMIDT公司、瑞士的MARCEL BOSCHUNG公司和德国的DAIMLER-BENZ公司等。该类机器采用机械式变速箱或液压传动方式，除雪速度高，非常适合高速公路除雪作业。生产以工程车辆为主机的除雪机的公司主要有美国BOBCAT公司、美国S&S公司和瑞士STEYR公司等。该类机型以中小型功率为主，发

2、动机功率在2l～120kw之间，除雪作业速度在30 km／h以下[1]。 随着国民经济与社会的快速开展, 高速公路和高等级公路里程与日俱增, 为交通出行便利提供了根本条件, 但是到了冬季, 道路积雪给人们的日常生活和交通运输来许多困难, 直接影响车辆行驶速度和行车平安, 及时去除道路积雪, 是冬季道路养护作业的一项重要内容[2]。目前, 冬季降雪普遍采用除冰雪方式主要是机械化除冰雪。 总之，降雪较为频繁的兴旺国家都非常重视除雪机械的研发。国外除雪机呈现以下的开展趋势： (1)多功能化：新出现的除雪机械不仅具有除雪板式除雪装置，还具有融雪剂播撒装置、路面清扫装置以及吹雪装置等，这样不仅可以

3、大幅提高除雪效果，还可以尽量的减少更换除雪装置的时间，从而提高除雪效率。 (2)高性能化：除雪机在工作过程中，所受到的除雪阻力是变化的，因此，采用一般工程机械的底盘是无法到达很高的除雪效率的。国外除雪机专用汽车底盘已经开场采用液力变矩器以及全自动电液控制系统等技术，实现了除雪机作业速度自动适应除雪阻力变化。 (3)高平安性：高速工作中的除雪机，可能遭遇突然的路况变化，受到很大的冲击力，这对驾驶平安是很大的威胁。因此，必须开发相应的装置来提高除雪机的平安性，比方开发灵敏度较高的避障装置以及效果较好的路面仿形装置。 (4)大型化：大型、超大型的除雪机正在研制中，局部大型除雪机已经开场生产。

4、 目前除雪机的种类很多, 可按工作原理、使用*围、底盘形式和行走方式的不同进展分类。在实际工作中, 人们将除雪机主要分为犁式除雪机和旋切式除雪机。目前, 从除雪的作业过程来看, 除雪机理、技术方法已趋于成熟, 但在具体工作过程中, 往往受到路面状况、雪层薄厚、气温上下等条件的限制, 使用一种机械难以去除各种路面的冰雪, 从而使除雪机的应用存在许多局限性。 2．除雪机型简述 〔1〕犁式除雪机 犁式除雪机主要适用于未经压实的积雪, 特别是密度较小的新降积雪, 由于价格低、效率高、工作可靠, 是使用最广泛的除雪机械。犁刀的形式主要有V 形犁、U形犁、单向犁和侧翼铲等。国外的犁式除雪机，大多数具

5、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。犁式除雪机是国外使用较早的除雪机械[2]。早在1943年，日本就开场把V型犁装在载重卡车上用于道路除雪,经过多年的开展，国外犁式除雪机已具有较高的技术水平, 以俄罗斯新产品K0-812-2型犁式除雪机为例, 这种除雪机根底车采用MT3-80/82 型拖拉机, 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； 工作装置有推土板、犁刀和圆盘刷, 除雪宽度: 推土板2500mm；犁刀2500mm；圆盘刷1800 mm。20世纪90年代初, 在中国的沈大高速公路上, 引进了德国产的乌尼莫克道路综合养护车,

6、辅机备有犁式除雪器，其总质量为1000 kg，最正确除雪宽度2375mm，除雪铲高1000mm，最正确除雪速度20km/h，残留雪厚度不大于10mm。 〔2〕旋切式除雪机 旋切式除雪机一般具有切削、集中、推移和抛投功能, 具有构造复杂、功能多的特点。旋切式除雪机可分为单级式和双级式两种, 其中单级式又分为铣刀型和风扇型, 双级式分为单轴螺旋风扇型及双轴螺旋风扇型。俄罗斯、日本是生产旋切式除雪机的主要国家, 技术较成熟, 其产品性能居世界领先水平。日本产高速行走旋切式除雪机, 作业速度为70km/h, 该除雪机采用四轮驱动方式, 利用盘式制动, 全长为7790mm, 机宽2490mm, 最大

7、除雪宽度2490mm, 发动机功率220KW, 最大除雪速度70km/h, 最大除雪量3000t/h。国内已研制成功的旋切式除雪机主要有**工业大学等单位研制的C*-30型除雪机, **林业机械研究所研制的CB*-216型城市道路破冰除雪 总结多年的除雪经历和体会及对各种除雪方式的比较, 机械化“实时除雪〞才是科学合理的除雪方式。从工程学的角度看, 积雪被压实的过程需要消耗大量能量, 雪被压实后再把它从地面上去除掉就要加倍消耗更大的能量和更多的时间, 从而造成很大的浪费。相比较而言,“实时除雪〞所消耗的能量只有前者的几十分之一, 是效率最高最省时省力的除雪方法。目前欧、美等工业兴旺国家根本上

8、都采用机械化“实时除雪〞技术[1]。机械化“实时除雪〞技术实际上就是使用散雪除雪机械在降雪过程中进展除雪, 边下雪, 边去除, 多台除雪车保持一定距离成梯形队伍排列循环清理路面, 过往车辆可在除雪车之间穿梭绕行而不影响交通, 防止了积雪在路面停留时间过长而被碾压成实雪或冰。 3．选题的依据和意义 近年来，随着经济的快速开展，我国城市道路与高速公路的总里程数迅速增加。如何快速高效地实现对城市道路和高速公路的养护是交通运输管理部门当前所面临的突出问题。在我国的北方地区，每年都有数月的雨雪天气，特别是近两年来我国北方很多地区普降大雪，造成大雪封路，不仅给交通运输和人们的日常生活带来了诸多不便，而

9、且严重威胁行车平安。路面积雪带来的最为直接的影响就是路面摩擦系数的急剧减小，当路面摩擦系数降低至0.3以下时，事故发生的概率将会倍增。因此,开展路面除雪技术对于保障冬季道路畅通和行车平安具有重要意义。 路面除雪方法主要包括人工去除法、机械去除法和撒布融雪剂法。人工去除法对于路面积雪的去除效果好，但除雪效率偏低，并且在除雪过程中，一定程度上影响道路的畅通。该方法主要应用于特定路段的小*围积雪去除。撤布融雪剂法是国际上较为常见的一种道路除雪方法。该方法通过在路面上撒布化学药剂使冰雪融化温度降低，从而使路面积雪得以去除。所使用的融雪剂可分为两大类：一类是以氯盐为主要成分的融雪剂，该类融雪剂价格廉价

10、，但对路面和路两旁植被均有腐蚀作用，因而常被作为辅助方法去除积雪；另一类是以醋酸钾为主要成分的融雪剂，该类融雪剂融雪效果很好，没有腐蚀作用，但价格较高，所以常被用于机场跑道等重要路段的积雪去除。机械去除法是目前使用最为普遍的除雪方式。该方式主要可分为两大类：一类是吹雪方式除雪，该方法主要适用于积雪深度不是很大时的道路积雪去除；另一类是利用不同构造形式的铲板来去除积雪，该方法可以去除不同路况下的积雪，应用较为广泛[3]。犁式除雪机是利用特殊构造形式的铲板来进展除雪的专用设备，主要应用于高速公路或机场新降积雪的去除。该除雪机因具有除雪效率高、除雪效果好的优点，备受人们的青睐。犁式除雪机的除雪装置主

11、要安装在车辆的前部，又称前雪铲。作业速度可达40km／h，甚至更高。但国内关于犁式除雪机的研究较少，主要是仿制，核心技术多被控制在国外厂商手中。为开展具有我国自主知识产权的核心技术，开展犁式除雪机设计关键技术的研究具有很强的现实意义和实用价值。 二．研究的根本内容，拟解决的主要问题 1．课题研究内容 主要针对犁式除雪机的设计展开研究。犁式除雪机的设计主要包括铲面 的设计、避障机构的设计、支架机构的设计、控制系统的设计以及相关工作特性的研究[4]。 除净率：即去除掉的雪占总雪量的百分比。除净率应从两个尺度衡量, 一是雪层去除高度和总高度的比例, 二是雪层去除面积和覆盖总面积的比 例。

12、 行走速度：即除雪机作业时的运行速度。从每分钟几米到几十米不等。 除雪生产率：即单位时间的除雪量。它与除雪机行走速度有关, 也与雪层厚度和一次除雪宽度有关, 是除雪总量的综合反响[5]。 〔1〕除雪机构造参数 除雪板： 除雪板又称犁刀，按照犁刀不同构造形式可分为单向犁刀、V型犁刀以及复合式犁刀。 单向犁刀的构造形式如图1〔a〕所示，主要包括犁板和铲刃两局部。该犁刀常被安装于除雪机的前端，故常被称之为前雪铲，主要用于新降积雪的去除。在一定的除雪速度下，新降积雪会沿犁刀的内外表上升，从犁刀的上端抛出。该构造在最优的工作参数下，可以获得极佳的除雪效果。但该机构只能实现单向的排雪功能，因而

13、更适用于高速公路路面积雪的去除[6]。 V型犁刀是在单向犁刀的根底上开展而来的，构造形式如图1〔b〕所示，呈V型对称布局。该犁刀工作原理与单向犁刀根本一样，在除雪过程中，可以同时向两边排雪，但除雪速度比单向犁刀偏低。该类除雪板常被用于厚积雪层和一定程度的压实雪层的去除[7]。 复合式犁刀也是由单向犁刀开展而来的，由两块单向犁刀构成，其构造形式与V型犁刀相似。复合式犁刀采用两翼中折式构造，因而可以根据需要作为单向犁刀或V型犁刀使用[8]。但由于其构造相对较为复杂，故使用较少。 图1犁式除雪板构造简图 越障和支架机构： 目前我国公路和城市道路所存在的问题突出表现在路面的平整度较低、局部破

14、损比较严重。对于城市道路，除了大面积存在的污水井盖外，有时为了降低局部路段的行车速度，还常常设置有减速带。这些障碍物的存在，对除雪作业的平安都构成潜在的威胁。因此，除雪机械必须配置有相应的越障和支架机构，即避障装置。避障装置是指在不中断除雪作业的前提下，使除雪机构顺利翻越路面障碍，并且最大限度减小除雪部件、路面及路面设施损坏的功能构件总称[9]。该装置一般包括越障机构和支架机构两局部，其中越障机构是最重要的功能部件，而支架机构除了起辅助翻越障碍的作用之外，还具有偏转和提升除雪部件的作用。但在一些设备中，这两局部可能会反映在同一部件上。按照翻越障碍时运动部件的不同，可将避障装置划分为整体翻转式和

15、下段翻转式两种[10]。 图2整体翻转式避障装置工作过程 图3 下段翻转式避障装置工作过程 动力车： 除雪机械动力车要满足除雪作业的动力消耗，满足除雪过程的稳定性要求，还要满足经济性要求[11]。由于除雪作业具有明显的区域性和时间性，所以对于大多数除雪机械来说，并不指定专门的动力车，可以采用拖拉机、皮卡、重卡甚至是经改装后的轮胎式或履带式工程车辆。也有局部除雪机械开场采用除雪专用汽车底盘，显著提高了除雪效果，但由于经济性不好，推广使用比较困难[12]。 2. 拟解决的主要问题 避障装置在除雪作业过程中具有重要作用，避障作用明显且对除雪机冲击较小，从实用价值角度考虑，选用下翻段避障装

16、置。而除雪板选用单向除雪板，通过液压缸来控制除雪板的升降和角度调整。除雪机的动力车则选用较为常见且功率较大的轮胎式工程车辆。 通过对前雪铲受力分析，为各功能部件的材料选取以及构造优化提供依据，并且拟定动力臂参数和发动机功率。 初步拟定各局部参数： 犁雪装置主要参数 工程 参数 单位 推雪宽度 3000 mm 水平回转角 ±35 ° 摆动角度 ±6 ° 跨越障碍高度 0~150 mm 三、研究步骤、方法及措施 1、查阅收集资料文献，了解除雪机的工作原理和旋压技术开展现状。对于自己的研究课题相关的研究成果有哪些，进展学习了解。 2、根据所给工作要求进展初步

17、的参数计算。除雪板的尺寸参数，除雪铲的行进角和切削角，除雪生产率和牵引功率等的计算。 3、除了构造分析外还有力分析，除雪过程产生的力也会作用到液压缸上。通过分析可以得到大概的液压力等数据。 4、构造设计完毕后，根据设计设想，对于整体装配图进展绘制，利用auto cad 或者ca*a进展，如果对于设计的功能实现有问题，与教师沟通解决，重新思考构造设计，改正方案。 5、装配图绘制完毕后，对于零件图进展绘制，思考设计零件的尺寸公差、粗糙度、配合、位置精度等问题，最终完成图纸。 四、研究工作进度 第1周：调研，搜集并阅读相关资料，确定方向。 第2周：整理归纳相关的文献资料，完成文献综述。

18、 第3周：对于所给参数进展相关的了解计算。 第4周：撰写开题报告，并制作ppt，为初期辩论做准备。 第5周：对题目方案进展设计，选择和完成技术设计、部件设计简图。 第6-7周：绘制除雪机工作机构的装配图。 第8周：制作ppt为中期辩论做准备。 第9-10周：完成零件设计，画出零件图，检查自己图纸中的问题。 第11-12周：构建三维立体模型。 第13周：整理材料。 第14周：撰写毕业论文。 第15周：完成ppt的制作。 第16周：准备最后一次辩论。 第17周：终期考核，毕业辩论。 五、主要参考文献 [1]*红瑛，郝培文．道路除冰雪技术及其开展趋势[J]．筑路机械与施工机

19、械化，2008,ll(1)：20~32 [2] Feng shulin，Chen Gang,Wang Chunsheng．Snow removing on e*pressway in winter[J]．Road Machinery&Construction Mechanization，2004．(1) [3] Kempainen A．，Milacic D。Modeling and testing snow ploughing forces on trucks[J]．International Journal ofVehicle Design，1998，(4)：60~72 [4]吴书琴,

20、 李乔非,邵东伟,等.城市道路除雪现状及未来开展方向[J].**大学学报, 2006(4)：16~24 [5]Feng shulin，Chen Gang,Wang Chunsheng．Snow removing on e*pressway in winter[J]．Road Machinery&Construction Mechanization，2004．(1) [6]王晓方．除雪车功能及主要参数设计[J].农业装备与车辆工程，2006，(12):11~12 [7]*荣滚．公路养护机械[M]．：人民交通，2003:20~28 [8]聂锐，鲁冬林，王录燕．除雪机改进的设想[J]．工程机

21、械与维修，2009，(3):4~5 [9] 周松波，榨凌志，*军管等．除雪机弹性避让装置[J]．建筑机械，2001，06(1):8~9 [10]唐文初．旋转机械式路面破冰雪装置[J]．机械设计，1996，(9)：28~30 [11]苏联J1．B．格亚捷夫．犁体曲面理论[M]．：中国工业，1964:10~14 [12]*建国．多功能清雪车前雪铲仿真分析与改进研究[D]．**：**大学，2006：1~2 六、指导教师意见 指导教师签字： 年 月 日 七、系级教学单位审核意见： 审查结果： □ 通过 □ 完善后通过 □ 未通过 负责人签字： 年 月 日 . z