路面冰雪除雪机设计(4)

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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、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。指导老师邓洪超老师在我国装载机技术和除雪机械的研究方面走在前列。对我国这方面的情况很了解，是这方面的专家。有很深的理论和实践知识，为本课题的研究奠定了很好的理论和实证基础。本人对于装载机和除雪机械也有一定的认识，相信一定能在邓老师的指导下顺利完成课题的研究。并取得优异的毕业设计成绩！同时为我国在此领域的研究作出自己应有的贡献！

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

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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。

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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。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如图2.1所示的关系，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 状 态 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 密 度（g/cm） 3[4]

0.10～0.15 0.20～0.30 0.34～0.42 0.40～0.60 0.60～0.75 0.90

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1㎡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?c载入表2.6。

行驶阻力系数，一般较外摩擦系数大，因为它不仅产生摩擦，而且还挤压

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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/cm） 3当温度由-1～-20C时雪的硬度（kPa） O松 软 的 弱密实的 密 实 的 很密实的

小于0.25 0.26～0.35 0.36～0.50 0.51～0.60 小于50 60～100 210～2000 380～3000

图2.1 雪的硬度与密度和温度的关系

2.2 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

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表2.3 内摩擦系数μ雪的密度 （g/㎝） 0.12 0.20 0.30 0.40 0.47 0.56 32 O雪 的 温 度（C） 0附近 0.24 0.30 0.35 0.40 0.42 0.45 -1 ～-6 0.29 0.33 0.39 0.44 0.47 0.50 -10以下 0.34 0.36 0.46 0.50 0.53 0.57

表2.4 外摩擦系数（对钢）μ雪的密度 （g/㎝） 0.1 0.2 0.3 0.4 0.45 0.50 31 O 雪 的 温 度（C） -2～-4 0.10 0.085 0.07 0.055 0.048 0.025 -16 ～-30 -1～0 0.18 0.11 0.09 0.075 0.056 0.040 0.14 0.097 0.08 0.065 0.048 0.033

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，能够与铲斗互换，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，实现装载机的多功能使用。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。 本文确定ZL40E装载机作为动力机进行分析研究和计算。

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

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