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清雪车设计毕业设计论文
摘要
我国北方冬季时间长降雪量大，如果不及时清除积雪，将严重影响交通安全，给人们日常生活带来诸多不便。
多功能清雪车的研制，有重要的实用价值，对国民经济的发展有重要意义。
清雪车清雪能力的强弱很大程度上取决于清雪装置性能的好坏，所以深入研究清雪装置的结构和性能是非常必要的。
用于清除浮雪的装置主要为螺旋集雪装置，一般与高速旋转的风机、抛雪筒联合使用。
雪被螺旋集雪装置收集并通过风机旋转带动从抛雪筒抛到路边或者运雪车上，节省了收集雪的时间，清雪效率较高。
本文基于对积雪的物理机械特性分析，提出机械式除雪的几种方案，并针对离心扬雪式除雪机构，分别对除雪机构中的螺旋集雪机构和离心排雪机构的工作原理进行分析，在理论分析的基础上得出结论。
关键词：
清雪车；螺旋集雪；离心扬雪
Abstract
WinterlastsforalongtimeinthecoldareasofnorthernChina.Agreatamountofsnowfallsthereeachyear.Therefore,iftheaccumulatedsnowcannotberemovedandcleanedintime,itwillseverelyaffectthesafetyofthetransportationandbringoutalotofinconveniencestothepeople’sdailylife.Themanufactureofthemulti-functionalsnow-movingmachinewillbefoundofimportantandpracticalvalueinforminggoodtransportationandhygieneenvironmentinwinter.
Thesnowclearingcapacityofthesnow-removerdependsonthepropertiesofsnowclearingdevice,soitisnecessarytostudythestructureandpropertiesofsnowclearingdevicedeeply.Thedevicemainlyusedforclearingfloatingsnowisspiralsnowcollection,whichisgenerallyusedwithhighspeedrotatingfanandsnowthrowingcylinder.Snowiscollectedbyspiralsnowcollectionandthrewtoroadsideorsnowtruckthroughsnowthrowingcylinderdrivenbyrotatingfan,whichcansavetime,andtheefficiencyishigh.
Thethesisworksoutabasicprojectonthemultifunctionalnow-movingmachinethroughthestudyofthephysicsmechanicalharactersofthesnow.ItlaysgreatemphasisonthestudyofCommunitythrowingsnowmachine.
Keywords:
Snow-RemoveMachine;Helix-Collectsnow;Communitythrowingsnow.
第1章绪论
1.1选题的意义
（1）及时清除积雪的必要性
我国北方地区冬季较长，每年都会有较大降雪过程，部分地区还会形成雪灾，给社会生产生活带来很大影响，特别是近年来随着国民经济与社会的快速发展，高速公路和高等级公路里程与日俱增，冬季道路积给人们出行带来了诸多不便，尤其在大雪和雨夹雪天气，大部分高速公路出于安全考虑常采取限速行驶甚至不得不关闭数天，严重影响交通并制约经济发展，城市道路的清雪问题已经越来越引起各级政府部门的关注和重视，我认为如何快速高效清除道路积雪、保障道路和社区群众的正常出行、提高行车安全、行走方便成为目前冬季道路养护的主要问题。
所以，过多的降雪常常来不及得到及时有效的清除，给城市交通和人民生活带来了许多不便。
因此，寻找一种既有较高效率，成本又比较低的清雪方法就成为当务之急。
（2）主要除雪方法
目前清雪采用的主要方式有:
①传统的人工清雪技术；②在道路上撒施化学物质融化冰雪；③靠各种清雪机械清除积雪。
人工清雪功效低、浪费人力、作业成本高、占有路面时间长且必须在白天工作，不安全因素多，易发生交通事故，给过往车辆、行人带来极大不便。
融雪剂清雪是一种靠热作用或撒布化学药剂使冰雪融化的方法。
主要用于冬季机场、公路、广场、停车场、铁路、城市街道等，起到清雪及防冻作用，但同时也对城市环境产生了不可忽视的危害，融雪剂所需费用较高，易对道路和周围环境造成污染，而且气温过低时将失去作用，也不利于保护车轮胎，因此，这种方法的使用范围受到一定影响。
清雪机械是通过机械对雪的直接作用进行推扫或铲除，主要分为犁式除雪机械和螺旋转子机械两大类，二者之和占发达家清雪机械总数的80%以上。
现今，传统人工清雪法和污染较大的融雪剂清雪法已经不能满足需要，迫切需要性能良好、自动化程度较高以及方便灵活的机械来替代。
即雪后需要效率高、省时、省力的浮雪清除设备。
用于清除浮雪的装置主要为螺旋集雪装置，一般与高速旋转的风机、抛雪筒联合使用。
雪被螺旋集雪装置收集并通过风机旋转带动从抛雪筒抛到路边或者运雪车上，节省了收集雪的时间，清雪效率很高。
但目前我国螺旋集雪装置的清雪效率和发达国家相比还有一定差距，需要深入研究并进一步提高。
本文研究的主要目的是通过对螺旋集雪装置结构性能的研究，分析影响其集雪性能的结构参数，设计一种小型手扶抛扬式清雪车，进一步优化结构以实现螺旋集雪装置快速高效的清雪作业，用于单位、家庭或社区道路、庭院积雪的清除，从而减少因积雪引起的经济损失和安全问题。
通过本题目设计，也能够进一步理解《机械设计》、《内燃机原理》、《工程机械》等专业课程知识，掌握专用机械设计的原理和方法。
1.2扬雪机国内外的发展
据了解，国内外的研究概况及发展趋势——利用机械清雪是把人从繁重的扫雪工作中解放出来的一种最好的途径，并大大提高了清雪效率和速度。
因此，科学工作者一直在探索如何研制出安全、可靠和实用的清雪机械。
近几十年来，国外除雪车发展非常迅速，种类越来越多，各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。
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，这后来发展成犁式除雪机。
早在1943年日本就开始把V型犁式除雪器装在载重卡车上用于除雪，经过多年的发展，国外犁式除雪机已具有较高的技术水平，如俄罗斯新产品KO一812一2型犁式除雪机便是其中的优秀产品之一。
国内小型清雪车真正的研制和开发是从80年代以后，随着改革开放的不断深入，道路的不断升级与新建，各种机动车辆猛增而开始的，这些研究单位集中在中国的东北地区，先后有十几种样机被生产出来，在除雪作业中发挥了一定作用。
但国内的除雪机械目前还存在一些问题，如作业速度低，整机利用率低、成本高，避让功能不理想，对路面保护能力差。
当路面凹凸不平时，除雪机作业会对路面造成损坏。
虽然除雪机对路面的破坏程度目前还没有一个衡量标准，但国内的除雪机械在路面的仿形能力、对路面保护等方面，与国外相比还存在一定的差距。
为此，各国均投入一定的人力、物力、财力研制、开发性能优越的除雪机械，并大量推广机械除雪以代替人工除雪，加快机械化的进程。
尽管中国的北方地区的冬季降雪期可达3～4个月，但有关资料表明冬季实际降雪次数并不太多，最多也仅为十几次而已，如果除雪车的除雪功能单一，这就大大提高了除雪作业的成本，增加了公路养护部门的负担。
此外雪车的避让功能不理想。
在除雪过程中，常常因遇路障而使主机或者除雪装置损坏，国内现有的犁式除雪机械，大部分在回避路障方面的能力较差。
90年代初我国的沈大高速公路上也引进了德国产的乌尼莫克道路综合养护车，辅机备有犁式除雪器。
国内犁式除雪机的研究也取得一定的成绩，先后研制了一些成功的产品，如西安公路研究所研制的L9280型除雪机，吉林交通科学研究所研制的CL一3.6，CL一3.5型系列除雪机，以及哈尔滨林业机械研究所研制的CBX一216综合破冰除雪机等。
犁式除雪机出现以后，又出现了将用合成材料制成的指向圆周不同方向的棒装在滚筒上作为清雪专用器械，但只对没冻的积雪效果好，直到后来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。
旋转式除雪机一般具有切削、集中、推移和抛投的功能，具有结构复杂、功能多的特点。
德国和日本是生产旋转式除雪机的主要国家，技术成熟，其产品性能居世界领先水平。
国内己研制成功的旋转式除雪机主要有吉林工业大学等单位研制的CX一30型除雪机，哈尔滨林业机械研究所研制的CBX一216型城市道路破冰机，吉林交通科学研究所研制的CBX一1600型除雪机等等。
除雪机在国外已经发展了几十年，特别是在瑞典、芬兰等北欧国家已经相当成熟。
中国除雪机械的研制起步较晚，建立道路气象系统，除雪机械应向小型化、高速度的方向发展，向多功能、机一电一液一体化的方向发展，同时注意提高安全性和舒适性，打破专利封锁、加强技术合作。
也只有这样我国才能加快发展速度，缩短与世界先进水平之间的差距。
与其它类型的除雪机械相比，抛雪式除雪机一般具有对积雪的切削、集中、推移和抛投功能，其应用较广，是一种现代化、高效率的除雪机械。
自80年代起，逐渐在北美，北欧和日本北海道地区得到广泛的应用。
在我国大型清雪车在部分地区还可以见到，但大部分是推移式的，先进的抛投式少之又少，且是进口产品，价格昂贵，维修不便。
在除雪作业中，除雪机机身的大小及除雪速度是影响交通的两个重要因素，机身过大，除雪机占道影响交通；速度过低，影响车流通畅，同时狭窄路面的除雪也要求机身体积不宜过大。
而相应的适用于中国国情的企事业单位清雪、城市次干道以下各级道路清雪和环卫人员用的小型产品更是几乎见不到。
国内有关这方面的研究很少，据了解目前国内没有厂家在生产小型抛投式清雪机。
所以对这种小型的除雪机的研究、设计和开发必然有很大的现实意义。
根据哈尔滨花园邨宾馆新引进的扬雪车的用后调查，德国凯驰（karcher）手推机依然很重，这就使推车人很费力。
雪车转向不是十分灵便，拐角处依然操作不便。
为了快速、高效、方便地清理及不妨碍交通，今后的除雪机械必然要向小型化、高速度而又更人性化的方向发展。
1.3小型手扶式清雪车简介
本设计针对，大型设备清理占路面积大、影响交通，窄小街道、小区、机关大院、公园等小道大面积场所清雪费工费力的情况，经过实地调查咨询及严格思考，进行小型手扶清雪设备结构设计。
该设计结合吉林大学、大连铁道学院多功能除雪车科研项目、德国凯驰（Karcher）的扬雪机图片信息、及哈尔滨花园邨宾馆的实机参照，对离心扬雪式清雪车的设计理论进行分析，得出相应结论，在此基础上对离心扬雪式清雪车进行总体结构设计、动力学分析、传动系统设计及应用ProE实体绘图。
1.4小型手扶式清雪车的结构及原理
清雪车由车体和安装在它上面的汽油机（原动机）、变速箱、传动装置、集雪器以及安装在集雪器上的抛雪器组成。
小车以一定速度行走时，积雪从前方不断进入集雪器中，集雪器由反向安装的双向螺旋轴、推雪板和挡板组成，由于螺旋轴的高速旋转，积雪被切碎并通过双向螺旋的横向位移迅速集中于集雪器中部抛雪转子室的入口处，随车体的前进而进入转子室，在转子叶片的带动下，不断沿抛雪筒抛到预定位置。
所以要合理的设计计算集雪器、抛雪器等的参数。
螺旋转子式（抛投式除雪机中最常见的一种）除雪机是利用前部安装的螺旋式铣削集雪器进行切削，然后将切削下的雪屑靠两端反向安装的集雪螺旋输送并集中于推雪板中部的转子抛雪器的入口处，由于除雪机向前运动使积雪不断增加，在压差的作用下，雪屑被连续送入高速旋转的抛雪转子室内（有些螺旋转子式除雪机没有转子结构，只有抛雪筒），在转子叶片的带动下，被不断沿抛雪筒抛出。
1.5本章小结
本章主要针对小型手扶式清雪车的国内外发展情况，自身的结构及工作原理等情况进行系统的分析与概括,通过我国实际情况来说明此次毕业设计的可行性。
第2章总体方案设计
2.1设计车体
车体的作用是固定连接集雪器、汽油机等零部件，并具备行走功能。
其主体采用IOmm的低碳钢板焊制而成，并包括扶手，车轮等附件。
车体前段连接集雪器，中间固定汽油机座，各部分设计应考虑如何满足简单、实用、美观、操纵灵便等要求，并且车体的宽度不应超过集雪器的宽度。
除此之外，考虑到实际应用，还应注意避免划伤路面、减小自重、过载保护等问题。
2.2动力系统设计
本车原动机选用汽油发动机，因其油损少，连续作业时间长，噪音低，更适合机关大院、居民区及人口流动较大的地方使用。
考虑到本机器的整体性能及使用寿命等参数，选用国产江动系列汽油发动机，经性能比较，初步选用型号JF168的发动机。
其尺寸、性能参数见表2-1。
表2-1江动牌系列微型发动机JF168型
型式
单缸四冲程
最大输出功率转速（kw/rmn）
5.5/3600
外形尺寸（mm）
387×330×360
启动方式
反冲式手拉起动/电起动
润滑方式
无铅汽油
点火方式
晶体管点火
耗油量（ml）
270
缸径/行径（mm）
68×45/2.68×1.77
净重（kg）
15
主要特点
该机输出方式灵活，配套用途广泛。
2.3传动系统设计
2.3.1传动方案的设计
传动方案一
发动机——链传动——中间轴——链传动——集雪器
考虑到车身突然遇到障碍物影响传动系统，甚至使集雪螺旋因受过大阻力，仍要继续旋转被破坏，所以传动系统中考虑有带传动做过载保护。
传动方案二
发动机——带传动——中间轴——链传动——集雪器
本方案中尽管有过载保护，但是车整体单向受力并且积雪效率不如变速高，当雪较大时，车行驶速度应该低些；挡雪量较小时，车可以行驶快些，当清雪不彻底时，就要发回重新清扫一遍，所以考虑第三方案，加变速箱。
传动方案三
车的传动路线如下所示：
发动机——带传动——中间轴——锥齿轮——锥齿轮——集雪器
链传动——变速箱——链传动——车轮
图2-1传动路线图
与前两种机型相比，车体体积适中，结构也比较简单。
车体上部安装汽油机:
车体前面连接集雪器:
后面有推手;内部有加强肋板。
总机长约1820mm，宽约820mm，高约1150mm，重约102kg，轮子直径选为300mm，可见机型3具有机型2优越的除雪性能，还具备机型1轻便的优点，的确优于其它机型。
2.3.2传动系统的设计
传动系统选用第三方案，由于发动机转速2500r/min,车由人推动，基于人行走速度限制，车轮转速要求在50转/min左右,而通常带传动传动比要求不得大于7，通常选择3到4越小越好，齿轮传动传动比范围同带传动，这样总体就要降速，传动比达到50左右。
总体传动方案：
集雪器
锥齿轮
锥齿轮
带传动
发动机
变速箱
链传动
车轮
链传动
（2）带传动的参数设计见表2-2、表2-3
表2-2带传动尺寸参数
带型
普通A型带
弹性滑动率
=0.02
直径
80mm
大带轮基准直径
轴间距
A=476.5mm
基准长度
1318mm
带速V
V=8.37m/s
小带轮包角a
169.46
额定功率p1
1.01kw
额定功率增量
△p1
0.24kw
带根数z
5
单根带的预紧力F0
99.66N
表2-3带传动的参数
带型
普通V带
设计功率
5.5KW
传动比i
2
小带轮基准直径
80
带基准长度
1180mm
大带轮基准直径
156.8
带速
V=8.37m/s
单根带轮传递功率
P=1.01kw
小带轮包角
a=169.46
额定功率增量
△p=0.24
带的根数
Z=6
带轮基准宽度
B=11.0
单根V带预紧力
F0=107.85N
（2）链传动的参数设计见表2-4
表2-4链传动参数
链型
08B
截距
12.7
传动比
4
链节数
256
小链轮齿数
25
大链轮齿数
100
小链轮分度圆直径
101.33
大轮分度圆直径
404.32
小链轮齿顶圆直径
108.37
齿顶圆直径
412.26
（3）链传动2的设计参数
设计过程与链1相同，传动比i=4，截距P=9.525,型号06B，大链轮分度圆直径d2=254.74mm,齿顶圆直径da2=260mm,齿根圆直径df2=248.39;小链轮分度圆直径d1=63.92mm,齿顶圆直径da1=68,齿根圆直径df1=57.57mm。
考虑到缓冲、减震、过载保护、原动机等对传动装置的要求，采用单排滚子链（链号为O6B）传动和带（普通v带A型）传动。
在有转子机构的机型中，因为多了转子传动装置比较复杂，设计时应考虑到集雪器和抛雪器相互牵制，必要时可设计圆锥减速器或蜗轮蜗杆以满足传动的要求。
应该注意的是，设计时要合理安排传动路线，考虑调整重心的位置，尽量使重心位于轮子略前方附近。
汽油机应置于整机中央位置，通过传动装置带动集雪螺旋和抛雪转子旋转，实现预定功能。
（4）锥齿轮的设计
由于系统总体有传动比要求，此处锥齿轮传动分别取1:
1、1:
2,经计算总结得锥齿轮参数如下表2-5：
表2-５ 锥齿轮参数
参数名称
齿轮1
齿轮2
齿轮3
轮4
齿数Z
20
20
20
40
模数m
3
3
注：
啮合时两齿轮轴线垂直放置
2.4本章小结
本章主要研究制定了小型手扶式清雪机的总体设计方案,在此基础上对清雪机的车体、动力系统和传动系统进行设计并得出结论。
第3章各系统设计
3.1原动机的选用
考虑到本机对动力源的要求，这里采用江动牌系列微型发动机中的JF168型，其尺寸、性能参数见表2-1。
3.2变速箱的设计
类型:
二级变速一级换向
结构设计:
①齿轮、轴及轴承组和设计:
小齿轮、大齿轮和低速轴分开制造，利用平键作周向固定。
轴上零件利用轴肩、轴套和轴承作轴向固定。
两轴均采用深沟球轴承，承受轴向载荷的作用。
轴承利用齿轮浸入油池溅起的稀油润滑。
结构见图变速箱装配图。
输入轴设为花键轴，其上有一二联滑块，当拨快作用在其上时，其与输出轴上齿轮分别啮合，从而实现换挡换向功能。
输出轴端一端通过链传动与发动机相连，另一端通过另一链传动与车轮相连，其上有三个直齿轮，两端齿轮靠轴肩和套筒定位，另一个齿轮轴肩和弹性挡圈定位。
箱体壁上装一齿轮轴——陏轮，当其于二联滑块啮合并且同时与输出轴的输出端啮合时，实现换向功能。
具体位置见图3-1。
图3-1变速箱下箱体结构
3.3集雪器的设计
（1）集雪器结构设计
集雪器亦称为螺旋集雪器，配置在整机前方，左右对称旋向相反，是对路面积雪的切削元件和将积雪向中央集拢的传送工具，使雪从集雪器中部流入抛雪转子。
它由三部分组成:
双向螺旋轴（集雪螺旋）、轴承结构、挡板及推雪板等。
双向螺旋轴是一根安装两段反向螺旋的轴，安装在挡板中形成半封闭，由原动机通过传动装置带动高速旋转。
螺旋轴的结构见图3-2，3-3。
图3-2带叶轮的螺旋轴
图3-3不带叶轮的螺旋轴
螺旋集雪器的工作原理是，雪在螺旋叶片推力作用下受挤压到一定程度，当集雪螺旋旋转时，在雪层上切割出一条雪带，并沿轴向移动至转子前方。
螺旋集雪器的带式刀片一般双向对称式，在螺旋中部留有一定空间，以减小雪流入转子时的阻力。
在无转子结构的机型中，集雪螺旋集切雪、集雪、抛雪三大功能于一体，因此多采用图3-3结构;在有转子结构的机型中，集雪螺旋只完成切雪、集雪功能，由抛雪转子完成抛雪功能，故多采用图3-2结构。
=
+l
dr
其中L为螺旋沿轴向长度，60V/n考虑清雪机自行速度时雪进入集雪器每秒转过的弧长，V清雪机自行速度（m/s）,n螺旋轴转数。
经螺旋轴推移并挤压的雪，将对螺旋叶片产生阻力。
实际计算时，可设雪对单位面积上的压力与雪的变形阻力f相平衡。
并假设雪为连续流体媒介，各方向变化速度相同且均匀。
则除雪生产率Q=l·h·V。
那么集雪器所耗功率为
公式中D为螺旋直径，其它符号如前所述。
注:
雪的变形阻力f（即雪的抗压强度）可由实验求出，它和积雪的密度和抗压强度有关。
为增加集雪能力，同时也为了加工更加方便，集雪螺旋轴采用一条薄钢板焊在轴上。
除雪宽度要求不小于500毫米，这里可取600毫米左右;螺旋最大直径通常约为它的一半左右;在整个除雪宽度上应至少存在一个螺距;由螺旋直径和螺距可确定螺旋角的值（确定后可观察螺旋角的值是否合理，如不合理可适当的调整螺旋直径和螺距的值，直到合理为止）。
除此之外，集雪螺旋的转速Nj必须满足生产率的要求，换言之巧必须满足nj>4x60lhV带入数据计算后，nj要求大于152.6r/n。
总之，集雪螺旋转数越大，集雪能力越强，但转速也不宜过大，所以综合结构、功率、集雪能力等方面的要求适当选取nj的值。
根据结构选取螺旋，螺距为500毫米，轴径为30毫米，钢板宽50毫米，厚5毫米，以及其它参数的值。
如图3-4所示，集雪器的挡板底部安有支撑板，以防集雪螺旋划伤地面及保护集雪螺旋免受车体重的压力。
图3-4带支撑板的集雪机构
3.4抛雪器的设计
1.无转子机构抛雪器的设计
小型机型通常没有转子机构，抛雪器只起对雪的导向作用，此时抛雪器简称为抛雪筒。
如图3-3所示，为减小雪在其中运动时的阻力，抛雪筒的直筒部分与集雪器的上挡板制成一个零件，连接处以圆角光滑过渡，且材料选用高光洁度、高韧性的玻璃钢。
抛雪筒处于集雪器中部，方向应与挡板的半封闭圆筒相切，这个方向雪可以得到充分的初速度后从此抛出。
抛雪筒轴线应处于集雪螺旋轴螺旋面中部，这样雪在离开集雪器进入抛雪筒时可少受阻力。
为提高抛雪距离，抛雪筒出口处有椭圆状的光滑开口以保证雪在离开抛雪筒转弯时少受阻力。
根据力学原理，相同的初速度只有在45度斜上抛时抛的距离最远，故扬雪角取45度最合理。
速度只有在45度斜上抛时抛的距离最远，故扬雪角取45度最合理。
2.有转子机构抛雪器的设计
与无转子机构的抛雪器相比，这种抛雪器在结构上多了抛雪转子，相应的集雪器推雪板上在与抛雪器相对处增加了转子室。
因此，这种抛雪器较为复杂，但它的抛雪功能更优越。
工作原理:
如图3-6所示工作时，雪随着机体的前进和集雪器的自身旋转被粉碎并从左右向中间集中，然后由于高速旋转着的转子产生内外气流速度压力差以及车体的继续前进双重作用而进入转子壳体的风扇室内，并迅速充满转子室。
抛雪转子旋转产生离心力使雪沿转子径向叶片端部移动，并被推压到转子室内的圆弧表面，随转子叶片作旋转运动到达抛雪口时便被抛出。
图3-5挡雪板-抛雪器
图3-6带转子叶片的集雪-抛雪器
图3-7抛雪转子计算简图
抛雪转子的计算
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