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1、多功能路面清雪車的整體布置設(shè)計(jì) 摘要 中國北方冬季時(shí)間長，降雪量大，如果不及時(shí)清除積雪，將嚴(yán)重影響 交通安全， 給人民日常生活帶來諸多不便。多功能清雪車的研制，將對城 市在冬季有一個良好的 交通和衛(wèi)生環(huán)境，保障道路的暢通，減少交通事 故，滿足高速公路、普通公路、市區(qū) 道路養(yǎng)護(hù)的需要，有重要的實(shí)用價(jià) 值，對國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有重要意義。 針對北方的特殊氣候，本文設(shè)計(jì)了一款能及時(shí)地清除高速路以及機(jī)場 路的多功能 清雪車。在分析積雪物理的基礎(chǔ)上 , 選擇了適合北方氣候的專 用底盤 , 并對多功能清雪 車進(jìn)行了整體布置設(shè)計(jì) ,確定了為實(shí)用性高、造價(jià) 低并且可以及時(shí)清除浮雪的犁式清雪 車為

2、設(shè)計(jì)目標(biāo)，其優(yōu)點(diǎn)是側(cè)鏟與前鏟 可以同時(shí)作業(yè)，以增加清雪的作業(yè)寬度。本文重 點(diǎn)對清雪車的側(cè)鏟和前鏟 進(jìn)行了設(shè)計(jì)。并對側(cè)鏟、前鏟共同作業(yè)時(shí)整車的受力情況， 側(cè)鏟對整車作 業(yè)穩(wěn)定性有所影響進(jìn)行了分析。 本文設(shè)計(jì)的側(cè)鏟與前鏟同時(shí)作業(yè)的多功能路面清雪車，可以提高作業(yè) 效率。計(jì)算 結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的多功能路面清雪車方案可行、鏟形選擇 正確，前鏟和側(cè)鏟的結(jié) 構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)合理。 關(guān)鍵詞 清雪車；前鏟；中鏟 The design of the road multifunctionalsnowmoving vehicle for the overall Abstract Winter last

3、s for a long time in the cold areas of northern China. A great amount of snow falls there each year. Therefore, if the accumulated snow cannot be removed and cleaned in time, it will severely affect the safety of the transportation and bring out a lot of inconveniences to the people dsaily life. Th

4、e manufacture of the multifunctional snow-moving machine will be found of important and practical value in forming good transportation and hygiene environment in winter, in ensuring the unblocked roads, in reducing the traffic accidents, in meeting the needs on the maintenance of superhighways and c

5、ommon highways .it is of great significance to the development of the national economy. The special climate for the North, to design a timely removal of high-speed road and the Airport Road snow-moving vehicle. This paper snow-moving machine to the overall layout, in the physical properties of snow

6、 on the basis of the choice of using the chassis for the northern climate, the multi-purpose vehicles snow-moving vehicle to the overall layout design, multi-function- defined Snow vehicles for practical, low cost and can promptly remove floating snow plow, so that the side with a spade shovel opera

7、tions at the same time can increase operating width. focus on the car side spade a spade and the former design. And side spade, shovel before the of the force vehicle, the vehicle side of spade work and have an impact on the stability of the analysis. ncy. The result of the research has shown :It i

8、s viable for the basic project of the multifunctional snow-moving vehicle ;It is correct to choose the plough type of shovel as the side shovel and front shovel ;It is reasonable of the design of structure parameter . Key words ： snow-moving vehicle ； front shovel ； side shovel 日錄 摘要 I Abstra

9、ct II 第 1 章 緒論 6... 1.1 清雪車研究的目的及意義 6.. 1.2 清雪車研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 7.. 1.2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 7.. 1.2.2 國外研究現(xiàn)狀 9.. 1.2.3 發(fā)展趨勢 9.. 1.3 清雪車的分類 1..0 1.4 論文的研究內(nèi)容 1..1 第 2 章 多功能路面清雪車選型和底盤布置 1. 3 2.1 積雪的性質(zhì) 1..3. 2.1.1 積雪的密度 1..3 2.1.2 積雪的抗壓強(qiáng)度 1..3 2.1.3 積雪的硬度 1..4 2.1.4 積雪的濕度 1..5

10、2.1.5 積雪的摩擦系數(shù) 1..5 2.2 多功能清雪車的清雪裝置選擇 1.7 2.2.1 清雪裝置選定 1..7 2.2.2 犁式清雪裝置 1..8 2.2.3 底盤參數(shù)選定 1..9 2.3 本章小結(jié) 2..1. 第 3 章 犁式清雪裝置的設(shè)計(jì) 2..2 3.1 側(cè)鏟的設(shè)計(jì) 2..2. 3.1.1 側(cè)鏟鏟板基本參數(shù) 2..2 3.1.2 側(cè)鏟材料、鏟刃結(jié)構(gòu)參數(shù) 錯誤！未定義書簽。 3.1.3 側(cè)鏟鏟板參數(shù)設(shè)計(jì) 錯誤！未定義書簽。 3.1.4 側(cè)鏟主要結(jié)構(gòu) 錯 . 誤！未定義書簽。 3.1.5 側(cè)鏟其它結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)

11、錯誤！未定義書簽。 3.2 前鏟的設(shè)計(jì) 錯 . 誤！未定義書簽。 3.2.1 前鏟的基本參數(shù) 錯 . 誤！未定義書簽。 3.2.2 前鏟的鏟板設(shè)計(jì) 錯 . 誤！未定義書簽。 3.3 本章小結(jié) 錯 .. 誤！未定義書簽。 第 4 章 多功能路面清雪車的整車力學(xué)分析 錯誤！未定義書簽 4.1 側(cè)鏟清雪阻力計(jì)算 錯 . 誤！未定義書簽 4.2 前鏟清雪阻力計(jì)算 錯 . 誤！未定義書簽 4.3 整車行駛阻力 錯 . 誤！未定義書簽 4.4 整車行進(jìn)清雪阻力 錯 . 誤！未定義書簽 4.5 最大切線牽引力 錯 . 誤！未定義書簽 4.6 前鏟

12、和側(cè)鏟清雪消耗功率 錯誤！未定義書簽 4.7 最大切線牽引力與清雪阻力分析 錯誤！未定義書簽 4.8 本章小結(jié) 錯 .. 誤！未定義書簽 第 5 章 整車行駛的穩(wěn)定性計(jì)算 錯誤！未定義書簽 5.1 側(cè)翻穩(wěn)定性分析 錯 . 誤！未定義書簽 5.2 清雪車在水平面內(nèi)的穩(wěn)定性分析 錯誤！未定義書簽 5.2.1 車輛繞左前輪偏轉(zhuǎn)滑移分析 錯誤！未定義書簽 5.2.2 車輛繞左后輪偏轉(zhuǎn)滑移分析 錯誤！未定義書簽 5.2.3 車輛繞右后輪偏轉(zhuǎn)滑移分析 錯誤！未定義書簽 5.2.4 車輛繞整車質(zhì)心偏轉(zhuǎn)滑移分析 錯誤！未定義書簽 5.3 本章小結(jié)

13、 錯 .. 誤！未定義書簽 結(jié)論 錯 .. 誤！未定義書簽 致謝 錯 .. 誤！未定義書簽 參考文獻(xiàn) 錯 .. 誤！未定義書簽 附錄 A 錯 .. 誤！未定義書簽 附錄 B 錯 .. 誤！未定義書簽 1 章 緒論 1.1 清雪車研究的目的及意義 近年來，高速公路、城市高架橋、飛機(jī)場大量興建，汽車、火車、飛 機(jī)的數(shù)量 和速度不斷提高。如何改善道路、機(jī)場的運(yùn)行狀況，提高安全性 成為目前交通所面 臨的主要問題。其中，道路積雪是北方地區(qū)冬季行車安 全的最大隱患。路面積雪能 中斷交通，使汽車、飛機(jī)剎車失靈，尤其高速 公路路面積雪，對交通的危害更加突 出。在大雪

14、和雨夾雪天氣條件下，大 部分高速公路出于安全考慮采取限速行駛甚至 不得不關(guān)閉數(shù)天，嚴(yán)重制約 經(jīng)濟(jì)發(fā)展。特別是在雪后氣溫變化較大、積雪不能得到 及時(shí)的清除使路面 結(jié)冰的情況下，交通安全受到極大威脅 [1]。 公路（包括城市道路）和機(jī)場冬季養(yǎng)護(hù)最重要的作業(yè)內(nèi)容是有效地清 除道路上 的積雪和冰，保障交通工具和行人安全。道路冰雪清除直接關(guān)系 著社會生產(chǎn)、人民 生活、交通安全、環(huán)境保護(hù)等諸多相關(guān)問題，因此道路 冰雪清除技術(shù)成為冬季降雪 國家研究的重要課題。 我國是個幅員遼闊的大國，地跨熱帶和溫帶，其中溫帶占國土的 1/3 左右。這 些地區(qū)每年有不同程度的降雪，尤其在緯度較高的北方地區(qū)每年

15、 僅有 4-5 個月的。 我國的東北、華北和內(nèi)蒙古東北部的部分地區(qū)，屬于寒 溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬季 的降水量少且主要為降雪。這些地區(qū)由于冬季 的積雪和積冰常常造成嚴(yán)重的交通堵 塞，在有些路面如坡道、彎道、交叉 路口、機(jī)場跑道等，路面積雪則影響更為嚴(yán) 重，常常引發(fā)交通事故。因 此，如何能在降雪后迅速、有效的清除積雪，保證道路 暢通一直是困擾政 府和交通部門的問題，也是各企業(yè)單位的一個難題。 由于目前我國清雪方法比較原始，主要是人工法，基本上是人海戰(zhàn) 術(shù)，不但浪 費(fèi)了較大的人力和物力，而且清雪的效率低，往往雪還沒清理 完，就被來往車輛壓 實(shí)，增加清雪難度。所以，過多的降雪常常不能

16、有效 地清除，給城市交通和人民生 活帶來了許多不便 [2] 。因此，尋找一種既有 較高效率，成本又低的清雪方法就成為 當(dāng)務(wù)之急 . 。 1.2 今年年初，我國南方 14個省市遭遇了百年不遇的暴風(fēng) 雪，積雪問題難以快速解決，阻礙了交通、影響了各 地人民 回家過年，初期道路積雪由人民解放軍上路人 工清理，動用 了大量人力，后期加入我國軍隊(duì)自行研 制的多功能路面清雪 車后，清雪速度大大提高，減少 了人力，路面積雪問題快速 解決。清雪車研究現(xiàn)狀及 發(fā)展趨勢 1.2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 中國除雪機(jī)械的研制起步較晚，真正的研制和開發(fā)是從 80年代以 后，隨著改革開放的不斷深入，道路的不斷升級

17、與新建，各種機(jī)動車輛猛 增而開始 的，這些研究單位集中在中國的東北地區(qū)，先后有十幾種樣機(jī)被 生產(chǎn)出來，在除雪作 業(yè)中發(fā)揮了一定作用。例如，西安公路研究所研制的 L9280型除雪機(jī)，吉林交通科學(xué) 研究所研制的 CL-3.5, CL-3.6型系列除雪 犁，以及哈爾濱林業(yè)機(jī)械研究所研制的 CBX-216綜合破冰除雪機(jī)等。犁式 除雪機(jī)出現(xiàn)以后，又出現(xiàn)了將用合成材料制成的指向圓周不同方向排列的 棒裝在滾筒 上作為清雪專用器械，但只對沒凍的積雪效果好，宜到后來出 現(xiàn)了連續(xù)快速的大型旋 轉(zhuǎn)式清雪機(jī)后，清理積雪的工作才變得簡單。國內(nèi) 已研制成功的旋轉(zhuǎn)式除雪機(jī)主要有 吉林工業(yè)大學(xué)等單位研制的 C

18、X-30型除 雪機(jī)，吉林交通科學(xué)研究所研制的 CBX-1600型除雪機(jī)等等13， 國內(nèi)常見的幾種清雪車如圖 1-1? 1-6所示。這些除雪機(jī)械在莫一方 面的性能具有一定優(yōu)勢。 圖1-1軍用掃雪車 圖1-2雪龍牌QZ-B型清雪機(jī)  圖1-3迪馬公司生產(chǎn)的雪鏟車 圖1-4迪馬多功能除雪車 圖1-5AD5100TCS 型除雪撒布車 圖1-6吉林省公路機(jī)械廠生產(chǎn)的犁式清雪車 目前國內(nèi)公路事業(yè)正以較快的速度發(fā)展，近年來東部地區(qū)公路事業(yè)的 發(fā)展。比 較迅猛，有的年份公路里程成倍增長。這些地區(qū)也是降雪較多 的地區(qū)，全國需要清雪 的公路里程約占全國一半左右。隨著交通

19、運(yùn)輸M的 迅猛增長，冬季降雪后及時(shí)清雪越 來越成為一個不能忽視的問題。因此， 對高效率低成本清雪機(jī)械的需求將會呈現(xiàn)猛漲 趨勢，如果高效的多功能清 雪車研制成功，將會給生產(chǎn)廠家?guī)砭薮蠼?jīng)濟(jì)效益。按目 前國內(nèi)的經(jīng)濟(jì)狀 況，假設(shè)一個中小城市對多功能清雪車的保有M為 10臺，大型城市 保有M為20臺，則全國降雪較多地區(qū)將會擁有幾千臺多功能清雪車 [4] o此種需求 將會為社會帶來相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。 1.2.2 國外研究現(xiàn)狀 1.2.3 除雪機(jī)在國外已經(jīng)發(fā)展了幾十年，特別是在瑞典、芬蘭等 北歐 國家已經(jīng)相當(dāng)成熟。在國外，最初的清雪機(jī)械是采用 推土機(jī)或裝載 機(jī)，利用其推土板和裝載斗將積雪

20、集中在一 起，后來發(fā)展成犁式除雪 機(jī)。就開始把 V型犁裝在載重卡 車上用于除雪，經(jīng)過多年的發(fā)展， 國外犁式除雪機(jī)已具有 較高的技術(shù)水平，如俄羅斯新產(chǎn)品 KO-812-2 型犁式除雪 機(jī)便是其中的優(yōu)秀產(chǎn)品之一?？v發(fā)展趨勢 近幾十年來，國內(nèi) 外清雪車發(fā)展非常迅速，種類越來越多，各生產(chǎn)商 在采用新技術(shù)、新材料、新工藝的 同時(shí)，不斷提高產(chǎn)品的作業(yè)性能和操作 性能，以適應(yīng)冬季清雪提出的更高要求并提高 產(chǎn)品的競爭力。目前國內(nèi)外 清雪車的主要發(fā)展趨勢如下： 1、開發(fā)高性能專用清雪車底盤，普遍采用液力變矩器、動力換擋裝 置和自動電 液控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動變換擋功能，使作業(yè)速度自動適應(yīng)清雪 車作業(yè)的負(fù)荷

21、變化[4] O 2、研發(fā)配置于底盤的清雪屬具，提高機(jī)器的使用效率，拓寬機(jī)器的 使用范圍。 研制高效的清除堅(jiān)硬冰雪裝置、拓寬作業(yè)裝置、滑雪裝置、高 雪堤處理裝置、藥劑撒 布裝置等多種作業(yè)裝置，并對已有清雪裝置的結(jié) 構(gòu)、鏟板形狀、切入角、葉片形狀等 進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使清雪屬具結(jié)構(gòu)簡 單、受力合理、操作方便、提高其使用專命、經(jīng)濟(jì) 性和安全性。 3、研制具有仿行能力的避讓機(jī)構(gòu)，保護(hù)路面和清雪工作裝置，提高 清雪車的路 面適應(yīng)能力，向高速度、智能化、機(jī)電一體化的方向發(fā)展。 4、加強(qiáng)冰雪力學(xué)性質(zhì)的分析研究，建立道路氣象系統(tǒng)，及時(shí)準(zhǔn)確掌 握路面溫 度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、冰雪性質(zhì)等方面的信息，為靈

22、活、高效 地使用清雪車及提高 清雪車的設(shè)計(jì)水平提供基本依據(jù)。 1.3 清雪車的分類 目前主要的清雪方式有三種：融雪清雪、機(jī)械清雪和綜合式清雪。各 種清雪方 式都有其自身的特點(diǎn)，給用片提供了多種選擇。上述幾種清雪機(jī) 械的作業(yè)范圍見表 1-1。 表1-1各種機(jī)型適應(yīng)的清雪厚度 mm 雪厚 < 100 100-300 > 300  機(jī)型 犁板式、掃滾式 犁板式 旋切式 清雪車由清雪工作裝置和機(jī)動車底盤兩個部分組成。分類方法主要有 兩種：一 種是按工作裝置的特點(diǎn)分類；另一種是按工作裝置與整體機(jī)構(gòu)特 點(diǎn)分類。清雪車按 工作裝置的特點(diǎn)分為犁板式、旋切式及其他類型。

23、 1、犁板式清雪裝置 常見犁板式清雪機(jī)械如圖1-7,該機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，清雪裝置懸掛于車輛 前端，靠 L彈黃保護(hù)機(jī)枸 車輛的推動完成清雪作業(yè)，車輛底盤可選用裝載機(jī)、卡車等。 犁板式清雪機(jī)械裝置除具有避障機(jī)構(gòu)外，犁板背面還設(shè)有蝶形雪鞋 （也可稱為雪橇）或輪子，以起到仿形的作用，保持犁刃與路面的間隙， 同時(shí)可以 犁體 連接機(jī)構(gòu) 減少犁刃的磨損；犁體與車輛的掛接方式采用多點(diǎn)錢接，這樣既 可以自動適應(yīng)路面 的起伏，又可以起到支撐作用，使車輛僅承受來自犁板 的單向推力；運(yùn)輸狀態(tài)時(shí)犁 板可抬升一定高度。犁板式清雪裝置還具有價(jià) 格低廉、性能可靠、適用范圍廣等特 圖1-7犁板式清雪裝置

24、點(diǎn)，應(yīng)用最為廣泛⑸。 2、旋切式清雪裝置 旋切式工作裝置的結(jié)構(gòu)相對比較復(fù)雜，典型結(jié)構(gòu)如圖 1-8 ,清雪作業(yè) 時(shí)，集雪裝置高速旋轉(zhuǎn)收集積雪，被收集的積雪在吹雪裝置的作用下脫離 作業(yè)場 地，實(shí)現(xiàn)清雪作業(yè)。旋切工作裝置對雪質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)，可對多種類型 的積雪作業(yè)。該 裝置可與專用底盤配套，也可與裝載機(jī)和有液壓動力的汽 車配套使用 圖1-8旋切式清雪裝置 i+l雪筒 nr 1 轉(zhuǎn)子式清雪裝置是具有拋雪轉(zhuǎn)子的旋切式清雪裝置，具工作裝置主要 包括集雪 器、連接裝置、拋雪轉(zhuǎn)子以及拋雪筒等 ⑼。轉(zhuǎn)子式清雪裝置的作 業(yè)過程為集雪器將雪送至拋雪子，轉(zhuǎn)子作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，積雪在離心

25、力的 作用下沿 轉(zhuǎn)子殼體頂部被拋出，由拋雪筒導(dǎo)向合適位置。 3、掃滾式清雪裝置 掃滾式清雪裝置主要有自行式和牽引式兩種 [5]。掃滾式清雪裝置一般 安裝，如圖1-9。最初的機(jī)型只是靠特制的刷子進(jìn)行掃雪作業(yè)，能夠較徹 底地清除薄 且松散的積雪?，F(xiàn)代掃滾式清雪裝置一般都配有高壓空氣裝置 幫助吹雪⑹，能夠?qū)? 現(xiàn)較厚積雪的清除作業(yè)。掃滾式清雪裝置即使路面凹 凸不平，也能將雪和水完全清 除，且清除效率較高。 發(fā)動機(jī) 圖1-9掃滾式清雪裝置 4、其它類型清雪裝置 其他類型的清雪裝置主要有鏟剁式、錘擊式、融雪劑撒布車等。在機(jī) 場等場合 還有把多種形式的清雪裝置搭配使用的綜合式清雪機(jī)

26、械 ⑹。 1.4 論文的研究內(nèi)容 根據(jù)清雪車的功能、分類和基本構(gòu)成，本文對清雪車進(jìn)行了整體布置 設(shè)計(jì)，重點(diǎn)研究了下述內(nèi)容： 1 、了解機(jī)械清雪的重要性及可行性。結(jié)合國內(nèi)外目前的研究狀況， 明確清雪機(jī) 械的發(fā)展趨勢。 2、研究積雪的物理機(jī)械性能。積雪作為清雪裝置的主要作業(yè)對象， 其自身的性 能對研究工作具有十分重要的意義。 3、清雪裝置設(shè)計(jì)。對清雪裝置的前鏟和側(cè)鏟進(jìn)行布置設(shè)計(jì)，使裝置 的功能優(yōu)化 從而使裝置使用效率提高。 4、整車受力及積雪的運(yùn)動分析。計(jì)算清雪車在作業(yè)過程中整車的受 力情況，分 析各參數(shù)對清雪作業(yè)的影響。 5、穩(wěn)定性分析。側(cè)鏟的特殊位置決定了其在作業(yè)過程中

27、突出的穩(wěn)定 性問題。側(cè) 鏟對清雪車作業(yè)穩(wěn)定性的影響較大，需慎重考慮，才能保證清 雪車安全作業(yè)。 第2章多功能路面清雪車選型和底盤布置 2.1 積雪的性質(zhì) 積雪的物理學(xué)性質(zhì)及其形成特點(diǎn)在相當(dāng)大的程度上決定著路面積雪的 清除方 法。選擇合理有效的清雪方法和裝置，首先要了解掌握積雪的主要 性質(zhì)。同時(shí)，在設(shè) 計(jì)計(jì)算清雪機(jī)械的清雪阻力、附著力、清雪功率等相關(guān) 問題時(shí)，也必須了解和掌握積 雪的物理學(xué)性質(zhì)⑹。 2.1.1 積雪的密度 雪的密度是指單位體積積雪的質(zhì)積雪密度是決定清雪機(jī)械設(shè)計(jì)與 使用方法 的重要依據(jù)之一。由于雪是水的固態(tài)形式，所以其密度值等于在 融化后所得水的質(zhì)

28、M 與融化前積雪體積的比值。雪的晶體極微小，雪片宜 徑通常為0.5~2.0mm,而柱狀雪 品的長度僅為 0.5~1.0mm。只有在極其精 密的天平上才可稱出雪花的質(zhì)因此在 無風(fēng)天氣里降雪，雪花均勻地平 鋪，各個雪花彼此的枝角抵觸，密度較小 ⑹；而在 有風(fēng)天氣的降雪，雪花 在風(fēng)的作用下堆積較為密實(shí)，其密度值相對較大。雪的密度變化范圍很大 ⑹。一般情 況下密度p=1?800kg/m3各類積雪密度情況如表 2-1。 表2-1雪的密度 雪的狀態(tài) 密度（kg/m3） 新下的雪（無風(fēng)） 10~100 新下的雪（有風(fēng)） 130?200 未密實(shí)的雪 200?400 密實(shí)的雪 40

29、0?600 冰雪混合 600~800 冰 900 雪的密度宜接影響清雪機(jī)械作業(yè)時(shí)受到阻力的大小，所以對雪密度的 研究將會 為清雪機(jī)械的設(shè)計(jì)提供非常重要的依據(jù)，多功能清雪車側(cè)鏟和前 鏟主要用于清除新降 積雪和未壓實(shí)積雪，密度一般在 10? 300kg/m3之間 2.1.2 積雪的抗壓強(qiáng)度 抗壓強(qiáng)度 積雪的抗壓強(qiáng)度是指積雪抵抗其它物體侵入能力的一個指標(biāo)。積雪的 用剛體侵入積雪受到的阻力來衡其定義為該剛體單位面積上 所受到的阻力。積雪 的抗壓強(qiáng)度是清雪機(jī)械有關(guān)計(jì)算中又一個重要參數(shù)。 積雪的抗壓強(qiáng)度隨密度的變化而變化。當(dāng)雪的密度 p <400kg/m3時(shí)，雪的 抗壓強(qiáng)度很小

30、，當(dāng)雪的密度 p >400kg/m3時(shí)，雪的抗壓強(qiáng)度將隨積雪密度 的增加而急劇增加。止匕外，積雪的抗壓強(qiáng)度和溫度也有關(guān)系?？箟簭?qiáng)度隨 溫度的降 低而提高，且積雪的密度越大，溫度降低使積雪抗壓強(qiáng)度增加的 越快⑹。不同溫度 下雪的切削阻力系數(shù)如表 2-2。 表2-2雪的切削阻力系數(shù)Ko,KPa 雪的狀態(tài) 雪的密p kg/m3 雪的溫度C -1? -3 -4? -22 -22 天然狀態(tài) 松軟的雪 120?180 0.7~1.8 0.2~0.8 0.4~1.2 弱密實(shí)的雪 200~280 2.0~4.0 1.5~3.0 2.0~5.0 小粒冰雪形成密

31、實(shí)的雪 300?360 3.0~6.0 4.0~7.0 5.0~10.0 大粒冰雪形成密實(shí)的雪 280~350 4.0~7.0 3.0~6.0 5.C~C.C 人工狀態(tài) 弱密實(shí)的雪 300~400 5.0? 12.0 8.0~25.0 5.0~35.0 密實(shí)的雪 450~520 10.0? 15.0~40.0 30.0~80.0 很密實(shí)的雪 550~650 20.0~35.0 30.0~80.0 70.0~130.0 2.1.3 積雪的硬度 積雪的硬度是積雪物理機(jī)械性質(zhì)的主要指標(biāo)之一。密度很低的新雪硬 度也很 小，而經(jīng)過壓實(shí)的

32、積雪，例如經(jīng)過狂暴的風(fēng)吹雪搬運(yùn)的雪堆，具硬 度就會很高，人 在上面行走也不會留下較明顯的痕跡。一般來說：新雪為 片狀，密度在3100kg /m 左右，沒有硬度；而堅(jiān)實(shí)的硬雪，具硬度值最高 可達(dá)到170kPa o雪的硬度可分四 級。第一級為松散雪，使用除拇指外的四 指不費(fèi)力就可以插入雪層。第二級為稍硬 雪，一個指頭可以插入。第三級 為堅(jiān)雪，是用樹枝等硬物可插入。第四級為堅(jiān)實(shí) 雪，與冰的性能相似。測 M雪的硬度有專門的儀器，一般常用的是沖力硬度計(jì)。這 種硬度計(jì)的上端 有活動的金屬祛碼，根據(jù)祛碼的重M和高度下降值以及硬度計(jì)被打 入雪層 的深度，可計(jì)算出雪層的硬度。測M步驟是：先挖一個雪坑，在平

33、整的剖 面 上從上到下依次分層測M。雪的硬度由其密度和狀態(tài)決定，各種狀態(tài)積 雪的硬度數(shù) 值如表2-3。 表2-3雪的硬度 雪的狀態(tài) 雪的密度，kg/m3 當(dāng)密度由-1~20時(shí)雪的 硬度kPa 松軟的 小于250 小于50 弱密實(shí)的 260~350 60~100 密實(shí)的 360~500 210~2000 很密實(shí)的 510~600 380~3000 2.1.4 積雪的濕度 積雪的濕度是積雪性質(zhì)的又一個指標(biāo)。雪層中的水包括雪品表面的薄 膜水和重 力水等。雪層保持薄膜水的限度叫做該雪層的最大持水能力，它 和雪的密度、雪品 的形狀及其在雪層中的排列狀況

34、有關(guān)，一般不超過雪層 重M的50%重力水在雪層中 變化很大，最大時(shí)可以充滿雪層的全部空 隙，融雪階段積雪的狀況既是如此⑹。各 類積雪最大持水能力如表 2-4 表2-4各類積雪的最大持水能力 雪的狀態(tài) 最大持水能力，kg/m3 新下的雪（無風(fēng)） 550~500 新下的雪（有風(fēng)） 550~320 未密實(shí)的雪 300~210 密實(shí)的雪 240~140 冰雪混合 200~120 冰 100~50 積雪的含水狀況也可以分為四個等級。第一種為干雪，完全無水，不 能聚集成 塊。第二種為潮雪，雪層中分離不出水，但卻可以成塊。第三種 為濕雪雪層中可以 明顯的看出有水的存

35、在。第四種為水濕雪，稍微用力即 可擠壓出水各種濕度的雪 中，最不穩(wěn)定的是水濕雪。 2.1.5 積雪的摩擦系數(shù) 雪的摩擦性質(zhì)決定了它的摩擦系數(shù)。積雪的摩擦分為內(nèi)摩擦和外摩 擦，內(nèi)摩擦 是指積雪內(nèi)部雪與雪間的摩擦；外摩擦指積雪與其它物之間的 摩擦。積雪的內(nèi)外摩 擦系數(shù)根據(jù)其狀態(tài)而不同，見表 2-5和表2-6。路面 上降雪后，大大降低了路面的使用性能。對冬季養(yǎng)護(hù)道路的機(jī)械進(jìn)行牽引 計(jì)算時(shí)， 必須了解機(jī)械沿著各種冰雪路面行走時(shí)的附著系數(shù)、行駛阻力系 數(shù)等。輪胎與冰雪 路面間的附著系數(shù)見表 2-7 ;行駛阻力系數(shù)一般比外摩 擦系數(shù)大，因?yàn)闄C(jī)械不僅與積雪產(chǎn)生摩擦，而且還存在對積雪的擠壓

36、 各類積雪的內(nèi)外摩擦系數(shù)和輪胎與冰路面的附著系數(shù)如表 2-5、2-6 和2-7。履帶式車輛的行駛阻力系數(shù)見表 2-8。 表2-5內(nèi)摩擦系數(shù) 雪的密度 kg/m3 雪的溫度，C 0附近 -1 ~-6 -10以下 120 0.24 0.29 0.34 200 0.30 0.33 0.36 300 0.35 0.39 0.46 400 0.40 0.44 0.50 470 0.42 0.47 0.53 560 0.45 0.50 0.57 表2-6外摩擦系數(shù)（對鋼） 雪的密度 kg/m3 雪的溫度，C -2~-4 -16

37、~-30 -1~0 100 0.10 0.14 0.18 200 0.085 0.097 0.11 300 0.07 0.08 0.09 400 0.055 0.065 0.075 450 0.048 0.048 0.056 500 0.025 0.033 0.040 表2-7輪胎與冰雪路面的附著系數(shù) 雪的狀態(tài) 輪胎類型 附著系數(shù) 密實(shí)凍結(jié)的雪 低壓胎 0.20~0.35 密實(shí)凍結(jié)的雪 島壓胎 0.20~0.25 密實(shí)凍結(jié)的 低壓和高壓胎 0.10~0.20 壓實(shí)的凍結(jié)雪 島壓胎 「 0.209 壓實(shí)的解凍

38、雪 島壓胎 0.176 解凍的雪 低壓胎 0.06~0.08 表2-8行駛阻力系數(shù) 雪的狀態(tài) 雪的密度 kg/m3 阻力系數(shù) 輪胎 履帶 松軟的 150~250 0.2~0.65 0.2 松軟潮濕的 150~250 0.6 0.2 輕碾壓的 250~350 0.15~0.4 0.1 碾壓的 400~600 0.08~0.15 0.05 冰雪 700 0.06~0.08 0.07~0.1 上述研究內(nèi)容主要包括積雪的密度、硬度、抗壓強(qiáng)度、濕度、摩擦系 數(shù)等。以 上參數(shù)的研究，主要為更好地了解雪這一特殊介質(zhì)的各種性質(zhì)， 為多功能清雪車的

39、設(shè) 計(jì)提供了重要依據(jù)。 2.2 多功能清雪車的清雪裝置選擇 目前，國內(nèi)清雪車主要配備犁板式清雪裝置和旋切式清雪裝置，應(yīng)用 較廣泛的 屬犁板式清雪裝置，此類裝置最大的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低、 性能可靠。清雪作業(yè) 時(shí)以宜線運(yùn)動為主，是清雪車中保有M最大的類型。 按犁板體結(jié)構(gòu)又可分為單向犁 式、 v型犁式、刮雪板式、側(cè)翼板式及犁板 式綜合清雪車[4] 0 2.2.1 清雪裝置選定 對于路面冰雪的清除，人們曾嘗試了各種清除原理和方案，這些原理 和方案有 的已在實(shí)際中應(yīng)用，有的則還在探索和完善中。例如，對于清除 未被壓實(shí)的浮雪，犁 式清雪機(jī)和轉(zhuǎn)子式清雪機(jī)已有應(yīng)用，二者分別采用了 推移

40、和旋切的原理。相比之下， 犁式清雪車具有造價(jià)低、結(jié)構(gòu)簡單和應(yīng)用 范圍廣等特點(diǎn)。 多功能清雪車清雪裝置包擴(kuò)前鏟、側(cè)鏟和中鏟。其中側(cè)鏟采用車身側(cè) 面掛接的 方式與底盤連接，可以和前鏟同時(shí)作業(yè)，加大單次作業(yè)寬度，提 高作業(yè)效率。目前， 國外已有相關(guān)研究。例如，俄羅斯生產(chǎn)的新型清雪車 就帶有側(cè)鏟，可與前鏟同時(shí)作 業(yè)。根據(jù)北方地區(qū)的天氣特點(diǎn)，本文主要研 究，所以本文擬設(shè)計(jì)一種針對未被壓實(shí)的 浮雪清除的犁式清雪車。 2.2.2 犁式清雪裝置 1 、前鏟 清雪車的最佳作業(yè)時(shí)機(jī)和最經(jīng)濟(jì)的清雪作業(yè)方式是利用犁板式清雪裝 置清除剛下的新雪。前鏟是清雪車廣泛配備的一種犁板式清雪工作裝置， 通過可拆

41、 卸固定連接方式安裝與清雪車底盤前端，前鏟導(dǎo)板的形狀一般呈 復(fù)雜的空間曲面， 可對新雪、粉雪、粒雪、壓雪、冰水混合物等采用高速 推進(jìn)方式，利用曲面旋移原 理清離路面。適宜的鏟體自重利于增大鏟體作 用于路面的線壓力，因此清雪車并不 可以追求降低前鏟的總質(zhì)量，且近年 來鏟體質(zhì)量有增大的趨勢。但必須考慮行車穩(wěn) 定性和所用載重車前后軸的 承載能力，通常情況下清雪車前鏟工作裝置的總質(zhì)量限 制在 900~1000kg 。 材質(zhì)選擇時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性，除連接零件外，大部分零件材質(zhì)選擇 Q235 鋼。 選取切削 刃材料時(shí)除考慮耐磨性、韌性、經(jīng)濟(jì)性等因素外，需考慮工作溫 度對其物理特性的 影響，一般

42、選取 65Mn 調(diào)質(zhì)鋼 [5]。 2、中鏟 清除壓實(shí)積雪的前提是鏟刃能夠壓入比較堅(jiān)硬的積雪，以及雪鏟具有 足夠的強(qiáng)度把壓實(shí)的積雪從道路附著面剝離、破碎。通常情況下，雪鏟自 重?zé)o法滿 足這一要求，必須借助車重使鏟刃線壓力達(dá)到 70N/m 左右時(shí)才能 進(jìn)行壓實(shí)雪的刮雪作業(yè)。 因此出現(xiàn)了配置與車輛重心附近的中置犁板式清 雪裝置， 簡 稱中鏟。 中鏟主要用于清除一定硬度的壓實(shí)積雪，所以設(shè)計(jì)得較為堅(jiān)固，結(jié)構(gòu) 尺寸也較 小。中鏟切削角 9 c 一般取值在 70左右，行進(jìn)角 B —般取值 60 , 部件材質(zhì)選取 Q235 鋼，切削刃材質(zhì)選取 65Mn 調(diào)質(zhì)鋼并把切削刃設(shè) 計(jì)為分段可更換的形

43、式 [6] 。 因司機(jī)在駕駛室內(nèi)看不到中鏟的工作狀況，鏟 體過寬會影響車輛的通過性及其安全 性；鏟體過窄則造成清除的積雪排落 在輪胎下，使車輛顛簸，影響清雪效果，因此中 鏟清雪寬度應(yīng)大致與輪胎 外緣平齊。壓實(shí)雪被中鏟從地面剝離后比較容易向外排出， 因此排雪用鏟 板形狀一般選用簡單圓柱面。 中鏟提升后的最小離地面間隙應(yīng)不小于底 盤 后橋通過高度， 并不與底盤其他部件發(fā)生干涉， 在此基礎(chǔ)上盡量加大中鏟 高度值。 中鏟在清雪作業(yè)時(shí)受較大的沖擊載荷， 并將此沖擊載荷傳遞至底 盤大梁， 因此在選擇 車輛底盤時(shí)必須核算底盤大梁承受沖擊載荷的許用范 圍。 3、側(cè)鏟 側(cè)鏟裝在清雪車的側(cè)面，主要

44、用于加大清雪寬度或某些特殊作業(yè)。側(cè) 鏟多用來和前鏟一同工作，以加大清雪寬度，有時(shí)也用于人行道清雪等其 他清雪作 業(yè)。側(cè)鏟清雪寬度一般取 2.5mm 左右，鏟板通常設(shè)計(jì)為利于排雪 的復(fù)雜的錐狀空 間曲面，小端高度 0.6m 左右，大端高度 0.8m 左右。側(cè)鏟 相對于車架是懸臂結(jié) 構(gòu)，對整車的穩(wěn)定性影響很大，設(shè)計(jì)時(shí)要驗(yàn)算底盤大 梁單點(diǎn)集中力條件下的抗彎強(qiáng) 度及清雪作業(yè)最大負(fù)荷條件下的整車側(cè)向穩(wěn) 定性⑺。側(cè)鏟工作動作包括升降和繞前 端鉸接點(diǎn)轉(zhuǎn)動。升降裝置一般采用 液壓驅(qū)動。 2.2.3 底盤參數(shù)選定 當(dāng)側(cè)鏟與前鏟共同作業(yè)時(shí)首先是確定動力機(jī)。由于我國僅東北部地區(qū) 冬季降雪 時(shí)間較長

45、，其它地區(qū)降雪較少，南部大部分地區(qū)基本無降雪。所 以，根據(jù)我國的經(jīng) 濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，不宜單獨(dú)設(shè)計(jì)專用清雪動力機(jī)。因該種動 力機(jī)采用一機(jī)一用的方式， 機(jī)械閑置時(shí)間過長，造成資源浪費(fèi)。為此，本 文以冬季掛接清雪裝置進(jìn)行作業(yè)，其 余時(shí)間卸掉清雪裝置進(jìn)行其它作業(yè)的 思想來選取動力機(jī)。 根據(jù)易于控制成本、易于改裝和在下雪天駕駛員的視野較好等特點(diǎn)， 選用一汽 CA3168P1K2BT型6X4平頭柴油自卸車底盤作為動力機(jī)。這樣 冬季清雪時(shí)掛接清 雪裝備，進(jìn)行清雪作業(yè)；其它季節(jié)卸下清雪裝備，作為 自卸車進(jìn)行運(yùn)輸?shù)茸鳂I(yè)，實(shí) 現(xiàn)一機(jī)多能。以 CA3168P1K2BT1型6X4平 頭柴油自卸車為設(shè)計(jì)車 型，

46、CA3168P1K2BT1型6X 4平頭柴油自卸車的最 小離地間隙為250mm ,大梁離 地高度為780mm，底盤外形尺寸如圖2-1。 圖2-1CA3168P1K2BT1型自卸車底盤外形尺寸 CA3168P1K2BT1底盤的主要參數(shù)如下：重M參數(shù)見表 2-9;性能參數(shù) 見表 2-10;發(fā)動機(jī)參數(shù)見表 2-11 o 表2-9重M參數(shù) 質(zhì) i 參 數(shù) kg 車輛型號 CA3168P1K2BT1 載質(zhì)M 8000 整備質(zhì)M 6570 軸荷 前軸 2990 中、后軸 3580 允許最大質(zhì)M 18490 允許最大軸荷 前軸 4000 中、

47、后軸 18000 性 能 參 數(shù) 車輛型號 CA3168PIK2BT1 最圖車速，km/h 85 最大爬坡角度，。 43 制動距離，滿載，車速 30 km/h < 43 最小轉(zhuǎn)彎直徑，m 17 限定條件下的燃油消耗，L/100km 28 加速行駛車外最大噪聲 dB, A 88 最大續(xù)駛里程，km 600 表2-11發(fā)動機(jī)的主要參數(shù) 型號 CA6110ZLA 發(fā) 型式 宜列八缸、四沖程、水冷式、宜噴式、 廢氣 渦輪增壓式柴油發(fā)動機(jī) 動 壓縮比 17 機(jī) 工作溶劑 7.127L 最大扭矩，1600r/mi n時(shí) 930N

48、? m 額定功率，2300r/min時(shí) 192kw 最低燃油消耗率 208g/kw? h 氣缸著火順序 1-5-3-6-2-4 車架性能參數(shù)為邊梁式?jīng)_壓釧接結(jié)構(gòu)。縱梁前部為變斷面，中、后部 為等宜斷 面最大斷面尺寸為 斷面高280mm、翼面寬90mm、板料厚8mm,中部內(nèi)側(cè)帶有 5mm厚加強(qiáng)板，平衡懸掛處有 12mm厚加強(qiáng)板：中 橫梁、后鋼板彈簧、前后橫梁 與縱梁為腹板連接結(jié)構(gòu)。車架前端備有雙拖 鉤。后端裝有插銷式拖鉤。 2.3 本章小結(jié) 本章主要對積雪的一些物理機(jī)械性能進(jìn)行研究。主要內(nèi)容包括積雪的 密度、硬 度、抗壓強(qiáng)度、濕度、摩擦系數(shù)等。以上參數(shù)的研究，主要為更 好地了解雪這一特 殊介質(zhì)奠定了基礎(chǔ)，上述研究參數(shù)對多功能清雪車的鏟 的設(shè)計(jì)提供了重要依據(jù)。其 次對清雪車底盤進(jìn)行了選取，正確的機(jī)動車底 盤與工作裝置的選取可使各性能參數(shù) 之間合理匹配，使設(shè)備的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指 標(biāo)得到充分發(fā)揮。 第3章 犁式清雪裝置的設(shè)計(jì) 3.1 側(cè)鏟的設(shè)計(jì) 3.1.1 側(cè)鏟鏟板基本參數(shù) 側(cè)鏟鏟板（安裝鏟刃）與雪犁形狀相似，大致為左端小、右端大的曲 面形 板。側(cè)鏟鏟板的相關(guān)參數(shù)如圖 3-1 0 1、清雪寬度LB