冰雪道路清理联合作业机设计说明书(编辑修改稿)

冰雪道路清理联合作业机设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

很难破碎成块 状的冰层。 即可用刀刃切入的方法促使其横向变形，故破冰作业的第一步是使刀片切入冰层，随切入深度的增加，刀片的楔形截面对冰层产生挤压作用，促使冰层横向位移和变形，进而脆性断裂、破碎、剥离。 冰层被剥离和分裂后，故破冰作业的第二步是使圆筒状滚轮碾压被分割开的冰层，滚轮在自转和拖拉机牵引滚动前进下，将块状的冰层彻底碾压成散碎的冰块，以利于刮雪铲在不损伤路面的前提下干净清除路面上的积冰。 由于我国幅员辽阔，加上各地气候不一，所以在考虑到不同路面对清理有不同要求时， 该 设计还将满足以下几点要求： 1） 本装置配有的传动啮合 离合 器 可以有效的调整进行作业部件的数量，以致达到调整工作幅宽的作用 ； 2） 在破冰作业过程中，不可避免地会遇到障碍物，并且考虑到路面、冰层的不平 整因素，本装置配有的阻尼弹簧可以有效的起到避让、缓冲和增压作用 ，保证不损坏路面； 3） 针对路面冰层的厚薄 与坚实程度 的不同 ，本机具 的配重装置可以通过调节配重的重量来调整刀片和 滚轮在作业时对冰层的压力。 达到在不损伤路面的情况下有效清理路面 ； 配重装置 设计为可变容量的形式。 4） 圆盘破冰耙和 碾压滚轮 的设计， 使得 工作针对对象更广。 在可以 清 除路面冰层 的情况下，平时还可用来压实、平 整路面，实现了一机多用，有效的节约了设计和制造成本。 结构简 图如 61 所示： 图 61 破冰碾冰组合装置的结构简图 ， ， ， ， 12 平行四杆联动机构 的设计 采用 平行四杆 联 动机构 设计的 破冰碾冰组合装置 ， 主要工作部件 具有随地面 仿形 和阻尼的功能 ， 可以根据路面状况调 整 压强和工作 角度，能有效应 解决 路面不平整 和 出现 工作死角 等 问题。 既 保障 不损伤路面 ， 还 降低功率消耗 ， 可 提高 了除冰 效率。 平行四杆联动机构如图 62 所示： 图 62 平行四杆联动机构 ， ， 如图 62 所示，采用平行四杆联动机构设计的破冰碾冰组合装置，有以下三种状态： 1)当机 具进行转移，被拖拉机提升起来时，整个组合装置如平行四边形 AB1C1D 所示 ,圆盘破冰耙和 碾压滚轮 均未与地面接触，机具能快速移动。 2)当机具作业时，整个组合装置如平行四边形 AB2C2D 所 ,。 破冰碾冰组合装置与冰层接触，在阻尼机构的配合作用下，具有随地面仿形和阻尼的功能。 3)当该组合装置不需工作时，被提升不接触路面，如平行四边形 AB3C3D 所示 ,有效地保护了圆盘破冰耙和 碾压滚轮。 4)当作业遇到障碍物时，破冰碾冰组合装置能有效避障（如图 63 所示），保护了破冰耙和滚轮，提高了作业效率。 图 63 平行四杆联动机构的避障 13 四个转动副之间通过轴瓦相配合，有效保证了转动灵活、不卡死。 各杆具体结构如图64 所示： 图 64 各杆具体结构 圆盘破冰耙 圆盘破冰耙的工作过程 圆盘破冰耙在工作时（图 65），刀刃口垂直于地面。 在拖拉机的牵引力的作用下破冰圆盘耙滚动前进。 并在耙、配重的重力和冰层的反作用下切入冰层一定的深度。 耙片在滚动时，在耙片刃口和曲面的综合作用下，进行切 入冰层、挤压冰层。 在本装置中，采用两组耙结构，并且使两组耙的刃口方向反向安装，在冰层的滑移作 用下有效的保证了工作面积。 工作示意图： 图 65 圆盘破冰耙工作示意图 圆盘破冰耙的受力分析 圆盘破冰耙作业时， 受力分析如 图 66： 图 66 圆盘破冰耙的受力分析 14 圆盘破冰耙作业时，每个耙组上的所受的冰层阻力可归纳为两个非汇交力 N 和 R，见图 力平行于耙组轴，并通过位于地面垂直的耙片直径上的某一点 C。 C 点与耙组轴线的距离 E 与冰层性质、切入冰层深度等有关。 R 力可假设为位于耙组中间一个耙片的刃口平面上，并通过轴心，与地面成 a 角。 将 N、 R 两力进行分解与合成，在合成时，假设将力移至耙组轴向处，可得 Rx、 Ry 和 Rz 三个力和一个力偶 NE。 其中 Rx 为圆盘耙在前进方向的牵引阻力。 功能基本参数 1)刀片的工作深度 h 由图 61 可知，刀片的工作深度与拖拉机牵引速度 Vm、设备配重 G、阻尼弹簧压力 P、冰层物理性质等因素有关。 当配重 G、弹簧压力 P 越大时，刀片对冰层的压力也越大，切割深度 h 也越大。 由于路面积冰一般都属于薄冰，又由于冰层物性的决定，所以 Vm、冰层状况对切割深度 h 的影响较小。 综上所述刀片的工作深度主要 由 配重 G、弹簧压力 p 决定。 当 G、 p 增大时，切割深度 h 也增大。 反之， h 减小。 2)刀片端点的切削速度 v 为防止刀片刮伤路面，刀片自身无回转速度。 靠设备的配重 G、拖拉机牵引速度 Vm 的 作用下滚动前进，进行切割冰层。 所以刀片端点的 切削速度 v 就等于拖拉机的牵引速度Vm。 3)切割冰的有效面积 s 由图 65 可知，刀片切割冰的有效面积 s，由耙组两相邻刀片间距 d、刀片切割速度v决定。 而整个切割冰面积 S 则由耙组数、刀片数决定。 即 s=d v。 S=n s. 其中 n为相邻刀片间距数。 即 n=总刀片数 N=10，即 n=9. 碾压滚轮 的 设计 碾压滚轮 的工作过程 碾碎冰块条件 滚轮（如图 61 所示）是否能正常碾碎冰块，与机组前进速度 Vm 和滚轮回转角速度  的选择有密切的关系。 在整个工作过程中，必须使滚轮绝对速度指向下方，即使滚轮端点绝对水平速度 Vx﹤ 用  判断滚轮是否能正常碾碎冰块。 当  ﹥ 1时，可正常碾碎。 2mmR nRvv  式中 R — 滚轮边缘 端点转动半径； ω — 滚轮 旋转角速度； n — 滚轮 转速； 15 Vm— 机组前进速度。 设计参数：滚轮外缘端点转动半径 R=245mm。 滚轮转速 n=140r/min。 机组前进速度 v=12km/h. 带入公式计算： 2mmR nRvv  =﹥ 1 所以，选择的机组前进速度 Vm 和滚轮回转角速度  满足碾碎冰块条件。 碾压滚轮 边缘端点的运动轨迹 方程 根据 碾压滚轮 的工作过程可知，滚轮边缘端点的绝对轨迹是由机组前进运动和滚轮的回转运动合成的。 这种合成运动的轨迹为摆线，随着这两种速度的不同，摆线的形状也不一样。 设以滚轮的轴心为坐标原点，机组前进方向为横坐标 X 轴的正方向，纵坐标 Y 轴以碾冰深方向为正向，并以滚轮半径与前进方向相重合为起始位置，则滚轮边缘端点的运动轨迹的参数方程为：  cossinmx v t R ty R t  式中 t — 时间。 碾压滚轮 基本参数的设计 为满足总体设计要求及与破冰耙相协调，在本装置中设计为 2 组滚轮。 每组滚轮都由链轮传动驱动（如图 61 所示），并且中间轴上的链轮（图 61 中所示的 链 轮 1）都可由啮合器控制。 当只需要一组滚轮工作时，只需将与之相配合的啮器啮合，即可选择工作的滚轮，有效的满足了应对不同工作幅宽的要求。 碾压 滚轮 无缝钢管做成，两端用挡板经过焊接密封，用圆钢在无缝钢管外壁绕成单线螺纹状，并焊接固定。 工作时通过螺纹状的圆钢碾压冰块，即保证了对冰块有一定的压力，又确保了不会对路面造成损伤。 碾压滚轮 示意图如图 67 所示： 图 67 碾压滚轮 的基本结构 16 在本 设计中：无缝钢管 D=219mm， L=580mm。 圆钢 D=13； 导 程 S=P=29mm.。 弹簧阻尼器 的设计 在破冰作业过程中，不可避免地会遇到障碍物，和路面不平整问题。 如不能解决避让障 碍物问题，设备极易破坏，并影响正常工作。 在本装置中除了用平面四杆联动 机构根据路面仿形调整角度外，各组 碾压滚轮 还配有一阻尼弹簧。 该弹簧阻尼器有以下功能： 1)当遇到障碍物和路面不平整时 弹簧被压缩，圆盘破冰耙和 碾压滚轮 通过连杆 绕机架上的轴转动，从而绕 过障碍物，待碾压滚轮越过障碍物后，弹簧恢复原形，破冰耙和 碾压滚轮 继续正常破冰。 2) 弹簧阻尼器 连机架一端还高度可调，当该组破冰装置不需要工作时将 弹簧阻尼器 提高并固定，啮合器分离，该组破冰装置即可不工作、并且与路面不接触。 主要部件 弹簧阻尼器 示意图如图 68 所示： 图 68 阻尼弹簧 器 7. 路面清除装置的设计 设计要求及结构形式的设计 设计要求 路面清除装置主要用来清除已被破碎的冰雪，除冰铲为主要工作部件，应满足以下要求： 1)清除压实冰雪时必须保证除冰铲能够有效地压入冰雪中，通过铲的运动使冰雪与地面分离，但除冰铲的切入力又不能太大，否则会破坏地面或将主机撑起，影响机组的附着动力； 2)有良好的滑切性能。 滑切是指被切物体沿刃口切向有滑移运动的切削过程。 产生滑移的条件是，侧切刃上各点的切削速度方 向与法线之间的夹角大于与被切物体之间的摩擦角。 刃口曲线上任意一点的切削速度方向与法线之间的夹角称为该点的滑切角（又称动滑切角），其相对速度（圆周速度）方向与法线之间的夹角称为静滑切角。 因此，所谓良好的滑切性能，就是指刃口曲线上任意一点的动滑切角应大于冰雪与刃口之间的摩擦角。 滑切既省力又不会产生粘刀现现象。 17 结构形式 1 为丝杆可沿弧形滑槽滑动，用双螺母锁住可将除冰铲 3 固定于机架；除冰铲 3 可绕丝杆 2转动使除冰铲能够根据除雪量的多少来调节角度，丝杆 2用双螺母固定于机架；铲刃 4 可切入冰雪将冰雪与地面分离， 铲刃通过 沉头 螺钉连接于除冰铲且比除冰铲稍长以填补两片除 冰 铲之间的缝隙，铲刃磨钝或破损后可方便更换，节省材料和成本。 图 71 除冰装置整体结构示意图 ， ， ， 4. 铲刃 铲刃具体结构如图 72所示：。