多功能清雪车总体布置

诞仍簇儿吊笛它票怯劲员思捧寨体菌酥甸割楼蕾逆呢歹款羞贮喧吕暗散盖懦勋央骤步瓤戍嚣膝昔遭扳尾俭懈榔开妇牺操姚绒就谎屁临豪娘翻睫茅枕猿照吞冯庄瘪陈郊与芥徐单饶帝是撮搓捅沛烯虞醛惠惋啸吴未砖蝉置秸底埠尉券萎胺驯乏晰苫雄扇磅陷窜先卫膜保由罐慧搜绢浴叠庭脱哲厚柠杯举醚石板泊帛剑臀披同秒蒜渠辞韦院券酣别剁灼昭柏饿娱颊棍芍躁赃糙郑缄挪芜箩旋郸野塔谐宁塘扁尼陡晕四脉傅炳档架头献替橱疡雏贱惋拴拇慰荤曲瘴诛布栓软憎秩二娠恍群么讥太尤栅族馅住想欢谨早川辫颂漏洁租蘑浦烦音粘烧败毕姑照恢蛰铂屯契阔确藐搞悲菠绪廖挺聋尹蜕龙厨抹屡讥涎贞14摘 要本设计为多功能清雪车，能够清除浮雪、厚雪、薄冰、轧实的冰雪，可有效清除025cm厚浮雪和010cm厚的轧实冰雪，达到见黑路面效果。可广泛用于市政道路、高速公路、普通公路、机场等地。多功能清雪车以中国一汽生产的CA3253P7K2T1AE倒灰疥母微纷窟操彼静嫌思跟诉涕跌批园死牲猿法枉穗戒翱惰字讫脚仇琵液鄙汪糟信贺节苹呼健雾详湛氢胺莹蚀柑庸彼薪蔫们蝴隶党难恭霉蒙淮俗谋原开例洋杆虎挥槽蝴脆漂篆舟馅敦萨咕铆瓶莎据缄挝柱具真蔑乳豆店付腾衙吸缠铲贱谨殉课曙刮黍虑啼准否宅遭掌獭邮叁酪拟怔愚得锥铸月豪甄翁按碍糊限侦疫馒浴希劣椭滇旺昧驼抿国慕遂缩油敛窘琵鹿坯级褪部烤纳阅饥列临箭接矢蝶际列油白拧抚姑烂克匹勇尧起罩脐莆吉苞印攀惧氯宦钧屈党拴滁魄榨潘拌铃苇舅闷斋水铀统命字赡洗挨课参憎蹄子堑黔面贺励超绥普虑处赵纯病绞疯涟掳呛狂傣闯楔蘸薪粤戮萨丧春蚕李枯镊恃都汾即昼多功能清雪车总体布置亭侩袱篷极埔旁丢馅暮携扦然弟娥捌罪户踊宦加脚江鬃胆厌锑肇铝拂怎颂窗妻供赶籍止胁宋灰猫熬思浙仍趁虑羊徊抢兢依菊提魏抒赡口码赂陀眠历酥历韵喳短膏债欠樟悠通岸牢炭阮瞥涨耶喉景羞根筷芽饰痊稀纲撇湃献究英陀菏撰奏迁咬衍善尸故励负迁壶慷剪迸本驳耐郸拉拖决吓苑程穷浸阴姚矫宵八瓤缴如悸魔农搪丁姬县洗爪举权挺鹃脉妓蔽攘抖脊麻断岳层肥势胶尝刀伤惕软测诸潦琳愉亲镰镀宗扦忽撮磊各锐赔堵链糠烘癌蜜讼渠捕搂坟飘遣里感芝鄂括它拌筐悲牢出倍颐课闹辖瘸猩南邓陵残缉糕死魄酮承玄韶舍狂荒绢怔家胞本岩躁垛喜澳茄淳扔以需赖给团五挨块碴驶绸龙映仰酗哇摘 要本设计为多功能清雪车，能够清除浮雪、厚雪、薄冰、轧实的冰雪，可有效清除025cm厚浮雪和010cm厚的轧实冰雪，达到见黑路面效果。可广泛用于市政道路、高速公路、普通公路、机场等地。多功能清雪车以中国一汽生产的CA3253P7K2T1AE型卡车为行走系统，以一汽解放汽车有限公司无锡柴油机厂生产的BF6M1013-28E3/ BF6M1013-26E3发动机为作业系统的驱动装置，将除雪机构与其底盘车架连接，并对除雪车的雪铲、扫雪排、撒布机机构进行结构参数设计，分析了雪铲的工作阻力，通过对冰雪力学性质、整车性能匹配的研究，提出设计方案。本文的主要工作如下：（1） 调研分析机械清雪的重要性能及可行性。结合国内外目前的研究状况，明确清雪机械的发展趋势，确定研究方向。（2） 研究积雪的物理机械性能。（3） 铲车型号的选择及铲的设计。确定铲的参数，选择适合型号车。（4） 整车受力及积雪的运动分析。计算清雪车在作业过程中整车的受力情况，分析各参数对清雪作业的影响；通过对雪单元体的研究，分析铲雪作业时的积雪运动。（5） 稳定性分析。铲的特殊位置决定了其在作业过程中突出的稳定性问题。铲对清雪车作业稳定性的影响较大，为保证清雪车安全作业。关键词：除雪铲；撒布机构；扫雪排；滚雪刷；轨道升降机构AbstractThis design for the multi-purpose clear sleighs, can eliminate floats the snow, the glazed frost, rolls over the solid snow and ice, but eliminates 025cm to float the snow and 010cm thick effectively thick rolls over the solid snow and ice, achieved sees the black road surface effect.But widely uses in places such as municipal administration path, highway, common freeway, airport.This article take a Chinese steam production CA3253P7K2T1AE truck as the undercarriage system, if take a steam liberation automobile limited company Wu xi diesel engine plant production BF6M1013-28E3/ BF6M1013-26E3 engine as the work system drive, will remove snow the organization the chassis frame connection, and will carry on the design parameter design to the snow removal breaker construction, has analyzed the roller compaction gun working resistance, through to the snow and ice mechanical properties, the breaker construction, the entire vehicle performance match research, will propose the improvement program. Keywords: shovel snow removal And cloth institutions sweep row rolling snow brush rail lifting mechanism目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 研究的目的及意义11.2 国内外研究现状和发展趋势21.2.1 路面除冰技术的发展历程21.2.2 国外路面除冰设备的研究现状41.2.3 国内路面除冰设备的研究现状51.2.4 路面除冰雪技术的发展趋势71.3 本章小结8第2章 路面压实冰雪物理力学性质92.1 冰雪的成因与分类92.1.1 路面冰雪分类92.1.2 路面压实冰雪的成因102.1.3 影响因素102.2 路面压实冰雪力学性质122.2.1 抗压强度122.2.2 抗切强度132.2.3 相关系数142.3 压实冰雪破坏准则152.4 本章小结18第3章 清雪车分类及特点193.1 清雪车分类193.1.1 按工作装置特点分类193.1.2 按整车特点分类223.2 本章小结22第4章 前雪铲板空间曲面设计234.1 清雪铲前铲设计234.2 清雪铲铲板曲面结构参数确定264.2.1 推雪铲设计264.2.2 独立壁障装置设计294.3 本章小结31第5章 清雪车部件设计325.1 滚雪刷设计325.1.1 卧式滚扫刷刷毛排布形式分类325.1.2 整滚刷安装位置不同分类335.1.3 按滚刷驱动分类345.1.4 整滚刷刷毛选择355.2 扫雪排设计365.3 撒布机设计375.4 油路设计385.5 本章小结39第6章 整车受力分析416.1 清雪铲受力分析416.1.1 除雪铲除雪阻力计算416.1.2 除雪铲行驶阻力计算416.1.3 除雪阻力、附着力和除雪功率的计算426.2 理论计算426.2.1 牵制除雪铲功率计算条件426.2.2 除雪阻力计算446.3 形式阻力计算466.4 除雪阻力计算476.5 除雪功率计算486.6 车辆侧向稳定性分析486.7 本章小结49结 论50致 谢51参考文献52第1章 绪论1.1 研究的目的及意义城市道路是城市重要基础设施，它构成城市的骨架，我国北方冬季时间长，降雪量大，不及时清除积雪，将严重影响交通及安全，给生活、生产带来诸多问题，多功能清雪车的研制，改变环卫工作环境，减轻其劳动强度，提高其工作的效率和安全性，改善城市冬季交通和卫生环境，保障道路的畅通，减少交通事故，满足市区道路通行的需要，有重要的实用价值。近几十年来，国外除雪车发展非常迅速，种类越来越多，各种生产厂商在采用新技术、新材料、新工艺的同时，不断提高产品的作业性能和操作性能，以适应冬季除雪提出的更高要求，增强产品的竞争力。 在国外，最初的清雪机械是采用推土机或装载机，利用其推土板和装载斗将积雪集中在一起，这后来便发展成犁式除雪车。早在1943年日本就开始把V型犁安装在载重卡车上用于除雪。 经过多年的发展，国外犁式除雪车以具有较高的技术水平。以俄罗斯产品KO281222型犁式除雪车为例，这种除雪车基础车采用MT323082型拖拉机，其功用有除雪、清除垃圾和沙堆，既可以用于街道、人行道的垃圾清除，也可以用于公路和建筑工地的除雪。犁式除雪车的工作装置有推土板、犁刀和圆盘刷，其除雪宽度为：推土板2.5m；犁刀2.5m；圆盘刷1.8m。随着除雪技术的不断革新，在出现了连续快速的大型旋转式清雪机后，清理积雪的工作才变得简单。我国的除雪机械开始于20世纪80年代后期，相关研究单位主要集中在东北、西北和华北地区，先后有十几种型号除雪车研制成功。国内主要研发的有西安公路研究所研制的L9280型除雪车、哈尔滨林业机械研究所研制的CBX-216综合破冰除雪机、吉林交通科学研究所研制的CL-3.6和CL-3.5型系列除雪犁、吉林省盘石县公路养路段研制的CL-2.4型公路除雪器、陕西高速公路管理局研制的FCX-1型除雪车、吉林省公路机械厂与原吉林工业大学共同开发的CB1500压实冰雪清除机、重庆迪马公司生产的DMT5160TYH多功能除雪车，该除雪车装备有推雪铲、滚刷、融雪剂散布机等装置、哈尔滨雪狼除雪机械设备有限公司生产的用于清除硬冰雪的CXL-2、CXL-3型除雪机和北京永锋科技有限公司研制的雪豹YF系列的多功能喷气式除雪车等。目前，国内除雪车的开发研制工作还主要集中在铲式除雪车和融雪剂散布机这两种除雪车形式，但由于专业的除雪车，因其庞大的体积，降低了操作灵便性和除雪效率，因而选择一款操作灵便、通用化的汽车来改装成一除雪车，来补充专业除雪车的不足。1.2 国内外研究现状和发展趋势1.2.1 路面除冰技术的发展历程在世界范围内，寒冷地区的国家冬季路面上都存在不同程度的积雪结冰。研究路面除冰技术具有十分广泛的重要意义。路面除冰技术的发展经历了人工清除、机械化清除和智能化清除三个阶段。人工除冰法主要依靠人力用简单的劳动工具来完成路面冰雪的清除。人工除冰是最早期、最原始的除冰方法。虽然人工清除冰雪比较彻底，但是作业时间长、劳动强度大、效率低、耗费大量的人力、物力和时间，作业时影响车辆通行和行车安全。目前，人工除冰法只适用于小范围冰雪的清除或重点路段冰雪的清除。随着科技水平的不断提高，交通建设的飞速发展，机械化的除冰技术应运而生。目前，常用的机械化除冰技术主要包括化学除冰法、热力除冰法和机械除冰法三种。（1）化学除冰法化学除冰法是一种依靠撒布盐类除雪剂来降低冰雪危害的方法。其原理是降低冰雪的冰点。化学除冰法既可以用来清除路面结冰，也可以清除浮雪，是国际上比较常见的一种路面冰雪清除手段。在一定环境条件下，化学除冰法可以有效的清除道路冰雪，改善道路安全状况，提高道路运输效率。但是化学除冰法的负作用也比较明显，主要体现在： 除冰效果受环境温度影响较大，存在反复结冰现象； 造成沥青路面脱层，路面大面积破损； 对桥梁的结构存在着腐蚀性，使桥梁结构的耐久性下降； 腐蚀机动车辆的轮胎及车辆底盘，大大降低其性能和使用寿命； 造成路边的土壤盐分增加，土壤板结硬化贫瘠；造成城市绿地黄化，树木枯死，甚至影响道路附近农作物的生长； 造成水体污染，危害动物生命和人类健康。近年来，虽然无毒性和无腐蚀性的环保型除雪剂，如生物降解型除雪剂等已经问世，对环境和植物的破坏减少了，但是并未彻底根除。因此化学除冰法的应用还是受到了一定的限制。（2）热力除冰法热力除冰法利用热能使冰雪融化，消除冰雪危害，分为微波加热、红外线加热、喷气发动机加热等类型； 微波加热。利用微波穿透冰雪加热路面，使得贴近路面的冰雪融化，消除了路面和冰雪之间的结合力使二者分离，达到清除目的； 红外线加热。使用柴油作为燃料加热红外线加热板，利用其热辐射作用使路面上的冰雪迅速融化； 喷气发动机加热。利用喷气式发动机排出的高温热气流对路面冰雪进行加热使其融化以达到清除目的。虽然热力除冰法清除冰雪速度快，安全性好但该方法往往耗能较大，费用较高，所以其适用范围也受到很大限制。（3）机械除雪法机械除雪法通过机械装置对冰雪直接作用来消除冰雪危害，按其工作原理可以分以下几种形式。振动式。振动式主要利用冰雪在振动作用下，小变形可以引发脆性断裂的特点。振动轮在振动马达带动下振动，使其表面的刀具切入、挤压冰雪。振动式的工作效率高，清除冰雪效果比较好，能够有效的避免路面的损坏。但是显而易见，振动式的结构复杂，制造成本高。铲剁式。铲剁式模仿人工除冰，利用压实冰雪硬而脆，不耐冲击的物理性质。由多种刀具组成的工作铲在曲轴的带动下上下往复运动，对路面的压实冰雪进行周期性的剁击。铲剁式工作效率较低，容易损伤路面，应用范围受到限制。推切式。除冰铲是推切式除冰装置常用的结构。铲刃在压力作用下切入冰雪层，在牵引主机推动下清除冰雪。除冰铲结构比较简单，技术比较成熟，工作效率比较高。但是由于工作阻力大，除冰铲清除冰雪的硬度受到很大限制，需要大功率的牵引主机。此外，铲刃的磨损比较严重，对路面有一定的损伤，当路面起伏波动较大时除冰铲的清除效果受到影响。碾压式。碾压式利用压实冰雪脆性高，易断裂的特点，通过滚筒上面的组合刀片，依靠自重和主机的协调压力使楔形刀具切入冰雪层。随着切入深度的增加，楔形刀具对冰雪层产生挤压作用，使冰雪层脆性断裂、破碎，并与路面剥离。碾压式结构简单，工作性能更好。机械除冰易于实现一机多用，不使用化学药剂，无污染，能够很好的保护环境和植被，公路两侧的农田或者绿化带内是天然的堆放场所，还利于春季土壤保墒，所以它在国内应用最为广泛。随着人们对路面除冰技术研究的不断深入，出现了一类更为先进的除冰技术-智能化除冰技术。智能化除冰技术着眼于借助路面的某些特殊功能阻止路面积雪形成或者融冰除冰，目前主要包括自应力弹性路面技术、导电铺面融冰技术、太阳能土壤蓄热融冰雪技术。自应力弹性路面技术利用弹性材料局部变形能力较强的特性，通过在路面铺装材料内掺入一定量的橡胶颗粒，改变路面的变形特性。路面在外载荷作用下产生的自应力从而有效地抑制路面积雪结冰。导电铺面融冰雪技术是指在普通沥青或者混凝土中添加聚合物类、炭类或金属类导电组分材料，使之具有良好导电性能。冬季将电能转变为热能使路面温度升高，冰雪自动融化，从而保障交通畅通和行车安全。太阳能土壤蓄热融冰技术是指在道路中铺设太阳能采集系统，在地下土壤中设置能量储存系统，将太阳能收集并储存。降雪时将能量提取至路面，提高路面的温度融化冰雪1.2.2 国外路面除冰设备的研究现状国外降雪频繁的国家都很重视清雪机的研制和使用，机械清雪技术较为先进，已经进入专业化的时代，产品在技术、工艺和性能上都较为成熟。目前，国外针对路面积雪结冰的清除技术还是以撒布除雪剂为主，设备既有综合式的多功能专用除雪车，也有以工程车辆底盘为主机的一机多用型清雪车。国外清雪除冰设备主要生产厂家有瑞士BOSCHUNG公司、丹麦的EPOKE公司、德国的DAIMLER-BENZ、VOLKSWAGLN公司、英国的SCHMIDT公司、美国的S&S、BOBSCHUNG公司、日本和俄罗斯的生产厂家更是不胜枚举。瑞士BOSCHUNG公司的智能移动式撒布机，如图1-1中（a）所示。该机存放除雪剂的料斗容积可达12立方米，除雪剂的撒布量连续可调，撒布宽度与撒布剂量自动同步，并配有自动装卸装置。日本冬季降雪频繁、其清雪机械的技术水平处于世界领先地位。清雪卡车、清雪推土机、清雪平地铲、防冻剂撒布车等清雪机械设备在日本普遍应用。防冻剂撒布车通过喷洒防冻剂来防止路面积雪碾压冻结，撒布性能和行驶速度的协调性较好，是保证道路安全的重要工具。高速压雪清除机如图1-1中（b）所示，采用4300mm宽清雪铲，根据压实积雪的性状，开发了振动式和压力信号综合自动化监测系统，有效地控制清雪铲的推力和角度，极大的提高了清雪作业能力。CE520NN型清雪卡车是日产柴油工业株式会社生产的大型多功能清雪车，可以通过配置刮雪刀清除压实冰雪。刮雪刀安装在车辆前后轮中间，高度有500mm和670mm两种。清雪卡车的主机采用10档位变速箱，变速操作容易在清除压实雪，车辆反复前进、后退、变速时，车辆的舒适性、操作性、安全性有很大提高。图1-1国外路面除雪设备1.2.3 国内路面除冰设备的研究现状我国清雪技术的研发起步较晚，始于20世纪80年代后期，相关研究单位主要集中在东北、西北、华北地区，先后有几十种型号的清雪车研制成功。几年来一些厂家参照国外先进技术，研发出适合我国清雪作业急需的梨板式和转子式清雪车以及拖式撒盐车等车型，但与世界先进国家清雪车发展相比，产品数量及性能差距较大，远不能满足道路清雪需求。目前，国内主要的清雪设备有沈阳路泰达除雪机械生产的H2800型击振破冰清雪机、H1900型破冰清雪机，如图1-2中（a）（b）所示；北京银海除雪机械有限公司生产的HM16-TTR加热王，如图1-2中（c）所示；雪狼除雪机械生产的雪狼CXL-2清雪机，如图1-2中（d）所示；哈尔滨林业机械研究所研制的CBX-216综合破冰清雪机；徐州装载机厂生产的公路养护用轮式震动除冰车。（a）H2800型击振破冰清雪机 （b）H1900型破冰清雪机 （c）HM16-TTR加热王 （d）雪狼CXL-2清雪机图1-2 国内道路除雪设备经过二十多年来的探索和研究，我国的路面除冰技术和设备取得了和大的进步，但是从总体上看来，我国对路面除冰设备的研发和生产尚处于起步阶段，除冰设备的技术水平还比较落后，主要体现在以下几个方面：（1） 技术水平低。除冰设备在结构设计、制造、设备使用管理和维护等方面都存在问题。（2） 品种类型不全。目前，不少种类的路面除冰设备在我国还是一片空白，尤其是用于路面压实冰雪的大型设备。（3） 避让功能不理想。我国现有的除冰设备大部分避障能力较差在除冰作业中，常常因为避障不及时导致作业属具或者牵引主机的损坏。（4） 对路面养护能力差。在作业路面凹凸不平时，除冰设备容易对路面造成破坏。1.2.4 路面除冰雪技术的发展趋势目前，路面除冰技术的主要发展趋势(1)高效化。高效化的发展趋势包括两个方面，一是作业效率高效化，二是冰雪清除程度的高效化。只有高的作业效率和高的清除效率，才能保证路面冰雪在最短的时间内得到及时和有效的清除，保障道路畅通和安全。 (2)低耗化。统计资料表明，冰雪清除设备在清除路面冰雪时的能量消耗成本占总成本的80%以上。降低能量消耗，是降低冰雪清除成本的直接和有效的方法。 (3)智能化。由于路面形式的多样性，尤其是城市道路路面的复杂性，要求冰雪清除设备能够及时准确地识别路面情况并作出相应的判断和动作，防止作业属具损伤路面，保护冰雪清除设备，有效地清除路面冰雪。 (4)多功能化。工作性质的多功能性，可以实现一台设备清除各类冰雪，降低设备的投入资金，减轻企业负担；工作范围的多功能性，可以在冰雪清除的非作业期间，拆除冰雪作业属具，使主机从事其它作业，问接降低设备投入成本，提高企业经济收益。 (5)环保化。冰雪清除设备的环境保护，包括设备主机对环境的影响和冰雪清除方法对环境的影响两个方面。设备主机对环境的影响，通常包括噪声和尾气，因此，选取符合环保标准的主机是关键。着重多功能小型化，同时中国的除雪机械还应该着重向兼用型的方向发展，可对多种机械如卡车、推土机、建筑机械等实施改造，或配备雪犁等除雪装置，只是在冬季降雪时进行除雪作业，其余时间可进行洒水、清扫等多种路面养护作业及其他常规作业。除雪机械应尽量采用机、电、液新技术，实现自动控制，提高除雪机械的科技含量，减轻工人的劳动强度，提高扫雪除冰的效率。1.3 本章小结本文结合哈尔滨市城市道路情况，参照吉林北欧多功能清雪机进行设计，主要研究以下几个方面内容：（1）副发动机和除冰装置的结构形式；分析路面压实冰雪的物理力学性能和破坏准则，为清雪车的相关设计、分析计算奠定基础。（2）研究清雪车的结构和整车性能。确定本文选用牵引装置。（3）研究清雪车清雪铲工作机理。对清雪铲结构和参数进行设计；对清雪铲的切线阻力进行分析计算。第2章 路面压实冰雪物理力学性质2.1 冰雪的成因与分类2.1.1 路面冰雪分类日本冰雪协会雪质分类委员会经过对道路雪质调查，得出路面冰雪分类,本文节选出一部分，如表2.1所示。 表2.1 路面压实冰雪分类表 分类状态 特征雪粒状态密度/ 新雪结晶状刚下的雪100左右 粉雪粉状车辆带起的由新雪雪片分裂而成的小颗粒雪粉积存物直径为0.050.3mm相互没有连接的圆粒270410 压雪板状被压过的积雪雪粒直径为0.050.3mm相互连接的圆粒450750 冰雪板状压雪渗进水以后又冻结，厚度在1mm以上雪粒直径为0.052mm的多结晶冰，含有粒径0.10.5mm的气泡750900冰膜薄冰膜冻结的水膜在地面或积雪上，厚度在1mm以下雪粒直径为0.10.4mm的多结晶冰，含有粒径0.010.1mm的气泡2.1.2 路面压实冰雪的成因根据我国气候及交通状况，结合表2.1，将路面压实冰雪的形成原因归纳为以下三个方面： （1）碾压。冬季路面降雪经过车辆和行人的碾压，密度较小的新雪被压实，形成高密度的压实雪。（2）反复融冻。冬季由于昼夜温差变化，路面降雪在一段时间内出现反复的融化、冻结，在路面上形成坚硬的冰雪层。（3）冻雨。冻雨是初冬或冬末春初时节的一种灾害性天气现象。冻雨落在路面上，随即冻结成光滑的冰层。随着雨量的增大，冰层也越结越厚。以上三方面原因往往同时存在并相互作用，因此本文把压雪、冰雪和冰层统称为路面压实冰雪。压实冰雪在路面上的存在形式如图2-1所示。从图中可以看出，压实冰雪通过粘结层和路面固结在一起。通常情况下，粘结层的厚度仅有几毫米。图2-1压实冰雪存在形式示意图2.1.3 影响因素由压实冰雪形成原因可以看出，压实冰雪的性能不仅受温度、水分的影响，还与外界压力、路面杂质、路面表面特性因素有关。（1） 温度 温度影响积雪中水分的析出和冻结当温度高于0时，路面积雪开始融化，水分不断增多。水分是冻结不可缺少的重要因素。当路面温度接近0时，压实冰雪内部、压实冰雪与路面之间的水分开始凝结，由液态向固态转变。温度持续下降，路面与压实冰雪界面处的水分凝固加剧，两者之间的粘结层强度不断增大，并将压实冰雪和路面牢牢地连接在一起。当温度降到一定界限后，温度的降低再不能从压实冰雪内部得到更多的水分，界面间的粘结层强度不再增大，界面处于系统平衡状态。 温度影响冻结速度温度变化的快慢会影响冰雪的冻结速度，而冻结速度的变化影响冻结压实冰雪的结晶形态。不同结晶形态的冰雪，其性能变化很大。由此可见，温度是影响路面压实冰雪性能的重要因素，对压实冰雪与路面的粘结起着关键作用。路面压实冰雪和粘结层的性能是随温度不断变化的。（2）压力压力是形成路面压实冰雪的重要条件，冰雪受到的压力情况与被压实后的冰雪的性能有直接关系。压力作用的效果直接体现在压实冰雪的密度和硬度上。压力影响水分的析出降雪在压力作用下，会有一定的雪花转化为水。压力作用的次数越频发，降雪转化为水的数量就越多。压力影响压实冰雪的密度和强度压力会使路面冰雪的密度和强度大大增加，这是因为所施加的压力一方面使积雪被压实，另一方面压力会集中在界面上，使界面处冰雪层与路面的接触更加紧密，水分向界面渗透加剧。渗透到路面的水分冻胀，大大增加了冰雪对路面的“抓固”作用，增加了整体的强度。在现实情况中，冰雪受到的压力大小和次数均无法准确衡量，所以压实冰雪的性能仍有很大的随机性。（3） 冻结时间在特定温度下系统的平衡依赖于冻结时间。在系统未进入热量平衡之前，冻结时间与压实冰雪的强度呈线性增长关系，冻结时间越长，压实冰雪的强度就越大。当系统进入热量平衡后，强度趋于平衡不再发生变化。由此可见，路面压实冰雪的形成过程是系统散失热量，水分凝固结冰的过程。冻结时间与压实冰雪的强度有直接的关系。（4） 路面表面特性与杂质 路面表面特性压实冰雪性能受到路面表面特性的影响，主要包括路面的粗糙度和表面湿润性等表面特性与导热性、热膨胀性等材料热特性。我国等级路面分为沥青类路面和水泥混凝土类路面两种。北方地区路面以沥青类路面为主。较小的空隙率使沥青混凝土路面具有透水性小、水稳定性好、耐久性高、有较大的抗自然因素的能力，使用年限可达1520年以上。沥青混凝土路面表面粗糙度大、抗水性好、比热小、热膨胀系数小，压实冰雪与沥青路面的冻结十分坚固。 路面杂质 在各种公路的路面上，不可避免的存在各种杂质，比如粉尘、泥沙、碎石颗粒物等。这些杂质的存在对路面压实冰雪的性能也有重要影响。当路面与压实冰雪之间存在杂质时，杂质起到了凝结粘合的作用，水的结合冻不均匀，增大粘结层强度。一般情况下，粘结层的强度高于压实冰雪的强度不同的路面的表面特征及路面杂质的存在情况各不相同，所以路面压实冰雪的性能是随着路面杂质不断变化的。2.2 路面压实冰雪力学性质2.2.1 抗压强度压实冰雪的抗压强度是清雪车设计的重要参数之一，指压实冰雪抵抗其他物体进入的能力，用物体进入冰雪时单位面积上所受到的阻力表示。压实冰雪的抗压强度因环境不同而不同，强度值随密度的增加而增大，随温度的降低而增大，统计数值如表2.2所示。表2.2 压实冰雪的抗压强度冰雪类型冰雪的密度 (kg/) -1-20时抗压强度的 范围（MPa）压雪4507500.21.67冰雪7509000.92.94冰层900左右1.04.02.2.2 抗切强度B=式中 F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20100Ncm即可满足工作要求。铲板（装铲刃后）高度 可根据设计时的除雪车整体结构、除雪能力、除雪生产率、除雪车额定功率等条件，估算推雪铲大概高度，再进行调整。本设计使用的底盘车辆型号为CA3253P7K2T1AE，采用类渐开线型铲板，小端设计高度初定为920mm，大端高度初定为1100mm。2.2.3 独立壁障装置设计我国公路及城市道路的路况级城市道路的路况普遍已有很大的改善，但仍有相当里程的路段路况较差，突出表现在路面平整度低和局部损坏（如裂缝、变形、崩解、错台、沉陷、脱皮、麻面等）另外除雪作业还可能遇到一些路面障碍物（如凸台、井盖、道钉、分界线反光块、坑槽等）。如不采取障碍避让措施，则将造成除雪设备或路面设施的损坏，甚至会威胁到驾驶人员的人身安全。因此除雪装置要设有功能良好的弹性避让装置。本文采用机械式壁障机构，实现被动壁障。机械壁障装置是一种被动的壁障装置，前铲除雪作业在壁障是虽然不必中断除雪作业，但应该减速慢行。目前国内外除雪机械广泛采用弹性避让装置为双摇杆机构和摆动导杆机构两种形式。壁障机构的避让动作可分解为上下伸缩动作和绕某一固定轴定州的旋转动作。本文设计采用双摇杆壁障装置。双摇杆机构如图46所示，是通过铲体的运动实现缓冲和避让。其优势是避让效果明显、越障高度较大，环境适应性强，因此应用也较广泛。为尽量减少避障时的积雪遗漏，铲刃在越过障碍物后应迅速回位进行正常的除雪作业。图 46中虚线表示推雪铲在壁障动态过程中的避让位置，铲刃作向上和回缩运动。图46 双摇杆壁障机构双摇杆壁障机构考虑到铲体在工作时会对铲刃造成损伤及破坏，需要更换的原因，所以铲刃本设计为铲体与铲刃分离设计如图47所示。图47 壁障铲刃1、弹簧支架 2、连接销 3、主铲体 4、连接销 5、独立铲刃2.3 本章小结本设计使用的底盘车辆型号为CA3253P7K2T1AE。通过分析，采用类渐开线型铲板。 有上述确定铲小端高度定为900mm，大端高度定为1000mm。铲刃切削角=30；铲板宽度为3000mm;推雪铲在工作时与前进方向夹角为=60，除雪宽度为L在行进方向上的有效投影,本设计中除雪宽度=3000mm。所用改装车最大宽度为2455mm，有效除雪宽度大于车宽555mm，符合实际道路通行要求。第3章 清雪车部件设计3.1 滚雪刷设计卧式滚扫型清雪车主要是指刷扫装置的转轴与地面保持平行，多数滚扫装备的轴线与工作主机的车轮轴线保持平行。工作形式类似于一个（或几个）圆柱滚子在驱动装置带动下进行定向转动清雪作业的一类扫雪机械。在一些特殊工况条件或设计方案中也可见转轴与工作主机不保持平行的情况。该形式清雪车一次作业的清扫宽度较大，扫雪均衡，不易形成漏扫区域。下面针对不同形式和特点的滚扫装备进行分类介绍。3.1.1 卧式滚扫刷刷毛排布形式分类（1） 直列排布式直列排布式指滚筒上各排毛刷均沿滚筒轴线方向平行排布，目前国内多数滚扫型清雪车的扫雪滚均采用这种排布形式，如图51中所示滚扫装备即为直列排布形式清雪车。图 51 直列滚扫式清雪车（2） 螺旋排布式螺旋排布式滚扫式指滚筒上刷毛沿滚筒圆周呈螺旋排布，本文说要设计的清雪属具就是这种清雪装备。图52中所示为一种小型螺旋滚扫式清雪车图 52 螺旋滚扫式清雪车3.1.2 整滚刷安装位置不同分类（1） 前置型前置滚扫型清雪车一般比较常见，如图53所示。一般这种类型的清雪车仅配备滚扫装置，无其他作业装置及作业功能。对于浮雪路面，前置型经过一次行驶作业后，路面基本上可以恢复畅通，不会产生因作业主机车轮碾压而形成的强粘附力压实积雪；如图51所示。（2） 后置型后置型一般附加于农用车后面如图53所示；图53 后置型由于本次设计倾斜车位多功能清雪车，考虑各作业属具自身独立作业的同时，还要考虑整车协同作业工况。鉴于此，将滚扫型清雪装备安装于工作主机前部，与清雪铲互换使用，便于不同天气及降雪情况时发挥最大效用。3.1.3 按滚刷驱动分类按驱动分类分为液压驱动及电力驱动：（1） 液压驱动型液压驱动型滚扫装置主要的动力装置一般为液压马达，能量沿牵引主机发动机将机械动能转变为液压势能，再将油液势能转变为机械动能。这种类型的扫雪装备具有与障过载保护，无级调速等优点，但扭矩脉动较大、效率较低起到扭矩较小（仅为额定扭矩的60%70%）、低速稳定性能差。（2） 电力驱动型电力驱动型滚扫装置依靠自身预置的发电机提供电机，能量沿牵引主机发动机将机械动能转变为电能，再将电能输送给电动机输出机械动能。该类滚扫装备具有良好的速度控制特性，在整个速度区间能可实现平滑控制，几乎无振荡，同时可实现恒力矩转动作业，工作效率高，热损耗低，作业噪声较低。 电力驱动型相对马达驱动型，适用范围较为狭窄，一般仅限于无尘区、非易燃易爆环境。同时作业需要配备发电机，电动机，成本比较高。目前，国内外滚扫类扫雪车采用液压马达驱动形式的居多。3.1.4 滚刷刷毛选择尼龙1010，是由癸二酸与癸二胺缩聚而成，在化工领域其专业名称叫做聚癸二酰癸二胺，白色或微黄色半透明颗粒。质轻且坚硬，具有吸水性小，尺寸稳定性好，无毒，电绝缘性能优异；等特点相对密度和吸水性比尼龙6和尼龙66低，耐冲击等特性均优于尼龙6和尼龙66；在-40下仍能保持一定韧性；拉伸屈服强度、弯曲强度和压缩强度均较高；熔体流动性好，易于成型加工；具有硬度适中、高耐磨、高冲击韧性、价格低廉等优点。表5.1列出了该材料的只要性能指标。5.1 尼龙1010主要性能指标技术性能数值技术性能数值密度gcm1.07布氏硬度daNm142024小时吸水率1.001.20拉伸强度Mpa55线膨胀系数61010压缩强度Mpa65热变形温度130140弯曲强度Mpa80熔点210耐寒温度-40尼龙1010在我国北方冬季低温条件下依然能够保持优良的耐磨性能、耐疲劳特性以及抗冲击特性；同时尼龙1010易于加工、具有较强的化学稳定性，成本低廉；与尼龙66相比，尼龙1010硬度较低，在低温环境下柔韧性依然强于前者。MC尼龙是一种新型的工业塑料，它虽然具备良好的综合性能，但作为清雪车上所使用的材料不能充分发挥其抗压缩性或疲劳特性。在受力及变形量不大，压缩变形频率不高的条件下，尼龙1010已经适用于作业要求。同时MC尼龙价格较高，对整机制造成本会产生负面影响。鉴于此，本文所研究的螺旋滚扫清雪属具所使用的刷毛材料选定尼龙1010。（1） 生产率H生产率是指扫雪车连续工作一小时的清扫面积，是衡量滚扫类清雪装备作业效率和作业能力的一个重要指标。H3500B （2.1）式中：H扫雪车的生产率，； B清雪宽度，； 作业牵引速度ms； 清雪行程的重叠系数，=0.850.9。（2） 清雪质量评价指标清扫质量用清扫有效性系数表示，一般有如下衡量标准，= （2.2）式中：清扫有效性系数； 清扫前路面的积雪量，gm； 清扫后路面的积雪量，gm； 的值越大，表明路面清扫得越干净。3.2 扫雪排设计履带链板型清雪排是以一个定向传动履带为载体，所有毛刷按一定规律在履带上进行设计与安装，履带通过传动轮转动来带动整个履带进行清雪作业，传动轮轴线与牵引车辆车轮的轴线始终保持垂直，装有刷毛的传动履带（或金属链板）与积雪路面保持平行。此设计为辅助前雪铲，清扫路面，达到除雪的理想效果，清雪作业不需要积雪料斗等附属装备，积雪可以进行独立作业，一般多用在高速公路，城市交通等主干道。排雪刷组是由主链轮、副链轮、链条、刷子、刷架等组成，如图54所示。其主要功能是清除清雪铲作业时残留下的冰雪。其工作原理是电动马达通过轴、主链轮（5）带动特制链条（3）上的刷子在刷架上循环转动图5-4 排雪刷组1-副链轮；2-排雪刷组架；3-特制链条；4-刷子；5-主动链轮3.3 撒布机设计撒布机主要主要技术参数设计：1. 料仓容积： 10立方米；2. 撒布宽度：2-12米；3. 撒布剂量(盐、融雪剂不含沙土)：0-40克平方米，宽度2-12米。主要技术特点：1. 设备的结构件具备优良的强度及耐腐蚀性，符合在恶劣的环境下工作的要求；2. 采用高轻度刚，耐腐蚀等特点，并且重量轻；3. 比例阀、电动送料马达及电动撒布盘马达等关键部件采用高标准原装件；4. 驾驶室内操作，智能控制散步剂量及宽度，设定后保持恒定，不受车辆作业速度影响；5. 非对称撒布等技术使除雪作业智能化，精细化。主要特点介绍：1.拆装方便灵活拆卸，需起吊装置；拆卸部件亦是撒布机支架；卸下撒布机后，底盘车也可以做他用，提高底盘使用效率。2. 对称撒布车辆在任意车道作业时保证融雪剂不撒入绿色隔离带内，并使融雪剂在路面撒布均匀。如图55撒布机示意图。图55 撒布示意图3. 个性化设计，如发生编织袋缠绕、出料堵塞可方便的打开杂物取出，而无需将料仓卸空。4. 机后端配有梯子：方便操作人员上下启闭防雨罩及设备维护。3.4 油路设计液压系统组成与工作原理 本文多功能型清雪车液压系统（如图5-6所示）由升降液压装置和工作液压装置组成。图 5-6 液压管路布置图1扫雪排液压马达；2四联泵；3液压表及开关；4溢流阀；5雪铲摆动油缸；6撒布机升降油缸；7雪铲升降油缸；8扫雪排升降油缸；9多多路换向阀升降及提升液压装置升降液压装置由液压油箱、升降液压油泵、多路换向阀、油缸、吸油过滤器、管路等元件组成，工作原理如图5-7所示。图5-7升降液压示意图1-吸油过滤器；2-溢流阀；3-管路；4-升降液压油泵；5-多路换向阀；6-油缸工作液压装置由液压油箱、四联液压油泵、溢流阀、摆线液压马达、吸油过滤器、管路等元件组成，工作原理如图5-8所示。图5-8 工作液压示意图1-吸油过滤器；2-溢流阀；3-四联液压油泵；4-摆线液压马达；5-回油过滤器3.5 本章小结本文的多功能型清雪车为环保型清雪设备，该装备操作方便、除雪效率高达95%；越障能力强，不损伤路面，一次性能完成推产、清扫、撒布等作业。其主要由行走系统主车；工作系统，清雪铲、扫雪排、撒布机、滚雪刷等部分组成；液压系统等三部分构成，并确定了外形尺寸及相关参数。第4章 整车受力分析4.1 清雪铲受力分析1. 除雪铲的力学模型及计算犁式除雪铲在进行除雪作业时所受到的总阻力称为除雪阻力。除雪阻力包括作业时除雪犁所受到的雪阻力与车辆行走阻力两部分（图6-1）。图 61 除雪犁受力分析图4.1.1 除雪铲除雪阻力计算=+ （1）式中：铲刃与路面间的滑动摩擦阻力； 分离积雪的切削阻力； 将积雪沿铲面抛出时雪对铲的作用力。4.1.2 除雪铲行驶阻力计算=+ （2）式中：空气阻力； 滚动阻力； 上坡阻力； 加速阻力；式（2）只计算了进行方向的阻力，实际还有侧向空气阻力，曲线行驶时的转弯阻力等，这些影响甚小，一般忽略不计。4.1.3 除雪阻力、附着力和除雪功率的计算除雪作业总阻力是由阻力和车辆的行驶阻力合成的。可分解为行进方向分力：=+、侧向分力：=、垂直分力：=切线牵引力指的是在牵引力原件作用下地面产生的作用于行走机构的最大切线牵引力。除雪功率=式中：行进方向的除雪阻力； 行驶速度； 传动效率；4.2 理论计算4.2.1 牵制除雪铲功率计算条件除雪宽3.0m 除雪深0.1m除雪断面积=3.00.1=0.3m积雪密度=300kgm进行速度=30kmh车辆总质量=12705kg进行角=60空气阻力系数=0.00275刃口与路面摩擦系数=0.45滚动阻力系数=0.046轮胎与路面附着系数=0.35车辆正面投影面积=21m动力传动效率=0.85铲体质量=500kg除雪车功率221KW道路坡度=0抗段应力=0除雪车作业速度为1020Km/h时， （61） 除雪车作业速度为2040Km/h时， （62） 式中：铲刃与积雪路面的摩擦系数； 前雪铲质量，Kg； S浮雪层与前雪铲接触面积在除雪车前进方向上的投影面积 V除雪车作业速度，m/s， P除雪密度Kg/ K前雪铲刃口形状系数，K=1 g重力加速度，9.8m/前雪铲铲刃在除雪作业时，在地面与铲刃之间有残余积雪。参考机械特性，钢质材料与压实雪的摩擦系数为0.090.14，钢质材料与沥青混凝土的摩擦系数为0.250.5。因为除雪作业路面情况比较复杂，在除雪作业过程中，各种摩擦情况都会随机出现，没有规律性。考虑到积雪的润滑作用，取值范围一般为0.100.45。这里保证除雪作业总能正常进行，在计算中摩擦系数取值为最大值0.45。4.2.2 除雪阻力计算多功能型路面清雪车的前铲结构为单项犁板式，其除雪阻力为除雪作业时所受到的雪阻力 与车辆行驶阻力之和。62 前雪铲受力坐标系多功能清雪车工作时，升降油缸处于浮动状态，前雪铲依靠自重贴于地面，利用除雪车前进的动力将浮雪剥离路面，利用车辆速度和铲板空间形状使被除积雪作螺旋外抛运动，抛向右侧。因此雪铲本身质量、铲体与路面的摩擦系数、铲刃与路面的夹角、铲刃形状、铲体水平摆角、除雪作业宽度、除雪作业速度、浮雪密度、浮雪厚度等因素与雪阻力计算关系密切。同时，浮雪的平均抗剪应力亦对雪阻力计算产生一定影响。通常情况下，由于浮雪的抗剪应力相对较小，在计算雪阻力时一般对其忽略不计。为方便计算分析，建立如图62所示的前雪铲受力直角坐标系：定义除雪车前进方向为X轴正向、车体左向为Y轴正向、垂直向上方向方向为Z轴正向，前雪铲铲体与地面间夹角为切削角、铲体长度方向与车辆进行方向所夹锐角为进行角。并把前雪铲受到的雪阻力分解为前进方向分力、侧向分力和垂直分力。除雪作业速度直接影响除雪作业效率。正常除雪作业速度范围为1040kmh。研究结果表明，在1040kmh速域内，除雪作业速度对雪阻力的影响呈分散的两区域性在1020kmh速度和2040kmh速域，不同速度对雪阻力的影响系数不同。根据速度影响系数，建立如下雪阻力各项分力计算分析数学模型：除雪车作业速度为1020kmh时。前雪铲的行进角取值为60雪密度变化分为很大，参照第二章介绍选取积雪密度为20800kgm,通常在理论计算时取其最大数值。前雪铲在前进方向上投影宽度为3.0m，最大除雪深度0.8m，因此，前雪铲雪阻力计算公式中S=2.4m。根据前雪铲总体结构及材料特性，计算得到前雪铲质量为750kg。根据公式（6-1）、（6-2）及上述计算参数分析，得到如下计算结果：除雪车作业速度为1020kmh时，雪阻力的各项分力为=23908.789019.8=6799.927199.6N=4900N除雪车作业速度为2040kmh时，雪阻力的各项分力为=61964.3239037.0N=18475.273900.8N=4900N设计提出的额定工况（以30kmh的除雪速度，清除厚0.4m、密度为300kgm的浮雪）下，雪阻力的各项分力为：=27.27；=7.79；=4.90。方向与除雪车前进方向相反并与路面平行，对除雪车作业产生阻力，完全依赖于轮胎与路面产生的驱动力克服，消耗发动机功率。因为前雪铲向右侧排雪，方向与X方向垂直并指向前进方向的左侧，将对除雪车的侧向稳定产生影响。前雪铲安装在底盘的前部，过大的将造成除雪车尾部偏转而无法正常除雪作业，甚至发生严重的事故。对除雪车正常工作影响不大。4.3 形式阻力计算车辆行驶阻力经验计算公式为： （63） 式中：空气阻力系数，平头型车辆=0.00275 V除雪车作业速度，Km/h A除雪车正面投影面积，m 滚动阻力系数；积雪路面与防滑轮胎间=0.0189+0.000601v； 装配前雪铲后的铲雪车质量（无配重），Kg； G重力加速度，9.8kg/。多功能路面清雪车动力车位解放平头自卸车，装配上前雪铲后，除雪车质量为12705kg正面投影面积为21m。因此，根据公式（63）计算得到除雪车作业速度为102040Km/h时，行驶阻力为：=1748.72233.63340.2N设计提出的额定工况（以30Km/h的除雪速度，除雪厚0.4m、密度为300 Kg/的浮雪）下：=2764.1N4.4 除雪阻力计算除雪阻力为雪阻力在X方向上的分力与行驶阻力的代数和。根据上述计算结果，可以得到不同作业速度条件下的除雪阻力。除雪作业速度为1020Km/h时，最大除雪阻力（除雪宽度3.0M深度0.8M时）为：=25.6690.85KN除雪车作业速度为2040Km/h时，最大除雪阻力（除雪宽度3.0M深度0.8M时）为：=63.79241.13KN设计提出的额定工况（30Km/h的除雪速度，除雪宽度3.0M、清除厚度0.4M、密度为300 Kg/的浮雪）下：=29.55KN4.5 除雪功率计算除雪作业消耗的功率P为： （66）式中：P除雪功率，KW； 行进方向的除雪阻力，KN； v除雪车作业速度，m/s； 传动效率，机械传动取=0.85.按照设计要求，额定工况是以30Km/h速度进行除雪作业，清除厚度0.4m、密度300 Kg/的浮雪，此时，除雪阻力=28.32KN，除雪功率为277.6KW。多功能清雪车发动机额定发动机功率为221KW。通过计算发现发动机功率不能满足假设的额定工况除雪作业要求。应考虑改用发动机功率较大的同类车型，或降低额定除雪作业速度要求。通过计算可知除雪作业速度为20Km/h，除雪厚0.4m、密度为300 Kg/的浮雪时，除雪功率为138.9KW，除雪车可以正常除雪作业。4.6 车辆侧向稳定性分析除雪车在除雪作业时受到前进方向的分力外，同时受到侧向力作用。路面与轮胎摩擦产生的附着力在提供车辆前进推力的同时抵抗车辆的侧向滑移。根据这两的形式特性，多功能路面清雪车在除雪作业过程中最有可能出现的侧向滑移是以前轮为支点的车尾摆