雪地救援铲雪车设计开题报告.docx
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雪地救援铲雪车设计开题报告
【开报】
【题告】
(届)
雪地救援铲雪车设计
所在学院
专业班级
机械设计制造及其自动化
学生姓名
指导教师
完成日期
一选题的背景和意义
选题的背景:
中国北方大部分地区,每年有3~5个月的降雪期,道路积雪给交通运输及人民日常生活带来许多困难,有时甚至阻断交通。
近几年来高等级公路里程不断增加,及时有效地清除路面积雪已成为亟待解决、刻不容缓的问题,这对于提高车辆的运输效率、避免重大交通事故的发生,具有很大的社会经济效益。
目前,国内除雪作业多由人工或其它代用机械完成,其劳动强度大,作业效率低。
进口外国先进的除雪设备,造价高且不适合中国国情;而用其它的代用机械如平地机进行除雪作业,则又浪费实用设备且对路面具有破坏性。
所以,尽快开发出适合中国国情的低成本、高效率、且宜大面积推广应用的除雪设备,是一项艰巨而紧迫的任务。
目前,像在沈阳这种城市积雪越来越严重,道路上交通堵塞,给人们带来很多不便,尤其在过年时,人们常为不能及时回家和家人团聚共度春节而烦恼,而且交通事故由此引起的越来越多,因此急需除雪机械设备来改善这一情况。
本课题是根据市场需求而确定的研究课题,对生产和生活有很大的实际意义。
选题的意义:
我国北方大部分地区,每年有很长的降雪期,道路积雪给交通运输及人民日常生活带来许多不便。
尤其冻结在道路上的积雪与薄冰,采用传统除雪机用推刮的办法无法清除,为此不得不耗费大量人力物力进行人工铲除。
采用机械方法清除是一项急需解决的难题。
就目前国内除雪机械来看,大多数功能单一,或只能清除积雪、或只能破除积冰[1]。
国外的除雪机功能较全,但结构复杂,造价昂贵,且大多不适合国内的道路状况。
因此开发研制适合我国道路情况的集破冰除雪于一体的设备,具有十分重大的意义。
国外的除雪机功能较全,但结构复杂,造价昂贵,且大多不适合国内的道路状况。
因此开发研制适合我国道路情况的集破冰除雪于一体的设备,同样具有十分重大的意义
二、研究目标与主要内容(含论文提纲)
研究目标:
在ZL30型装载机的前端安装除雪装置。
采用斜刃式除雪装置,使冰雪在破冰刀刃的作用下破碎。
压磙与ZL40型装载机大臂相连。
设计出包括铲及其连接机构。
画出全部图纸:
装配图、部件图、零件图、总明细表。
设计时要保证相应构件的可靠性,所以要进行相应的力学分析、设计计算、方针模拟等。
并要求用计算机软件对重要部件进行详细的运动学和动力学分析。
设计相关的软件。
通过这次设计,要不仅温习好大学四年所学的大不分的理论知识,还要培养工程实际应用的能力,锻炼实际的动手和全局的驾御能力。
对装载机和除雪机械有更深的认识,加强在此方面的设计能力
主要内容:
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。
具体研究主要内容如下。
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。
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。
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。
各主要零件的校核验算
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
三、拟采取的研究方法及技术路线等
研究方法:
采用新旧技术相结合的方法。
因为有关装载机和除雪机构的研究在我国已经有了一定的进展------即使和发达国家相比还很落后-----在很多领域。
但近几年我们引进了很多先进的技术,特别是除雪机械方面的,加上我们的有关装载机和其他工程机械的研究知识,将这两方面的知识有机地结合起来,实现新的突破,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。
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
四本课题国内外研究概况
目前,世界各个国家除冰雪的方法中,应用最普遍的是溶解法和机械法。
溶解法是依靠热作用或撒化学药剂使冰雪融化。
其优点是除净率高,但是它的成本很高。
而且容易造成环境污染。
虽然环保型融雪药剂已经问世,对环境和植被的影响减少了,但是并未彻底根除。
因此使用范围受到一定限制。
机械法是通过机械作用直接作用解除冰雪危害。
虽然除净率较低,但是对环境和植被无任何影响。
能实现冰雪的异地转移。
应用范围比较广。
因此,笔者认为:
清除冰雪必须以机械法为主,以溶解法为辅助,才能达到快速和环保的除雪效果。
我国对除雪机械的开发、生产都比较晚,因此还处于起步阶段。
目前,我国的城市道路和公路冬季除雪大部分仍沿用传统的养护方式,即人工作业和小型的除雪机械相结合的方式。
高速公路和一级公路开始使用大型专用除雪机械,进行冬季养护。
但是,除雪机械在数量和品种规格上还很少,所以除雪设备大部分依赖进口。
机械化程度和总体水平远远落后于发达国家。
只是最近几年国内的厂家才参照国外的先进技术研制了适合我国国情的除雪机械
五、中外文参考文献目录(理工科专业应在10篇以上,文科类专业应在15篇以上,其中外文文献至少2篇。
)
[1]简国明,铲雪机台数的数学模型,数学的实践与认识,2002,32(6):
885-890
[2]同济大学数学教研室主编,高等数学(第三版),北京:
高等教育出版社,1988.4[3]高存厚,陆季挺,道路冰雪清除方法及其运用,山东交通科技,2000
(2)。
[4]魏玉新,李雷,冰雪清除法与产品开发,机械工程师,1999(3)。
[5]张长荣,除雪机配用车辆的选择与应用,建筑机械化,2000
(1)
[6]姬光才,日本除雪机械的发展及现状,筑路机械与施工机械化,1996
(1)。
[7]田普跃,国外道路除雪机械技术发展概况,专用汽车,2001(4)。
[8]王国安,除雪机械结构原理和计算要点,建筑机械化,1995
(1)。
[9]崔宪江译1除雪机械,北京:
人民交通出版社,1988
[10]Tan,Han-Shue:
Bougler,Benodicte,Snowplowsteeringquidencesystemusingroadwaymarkers-problemformulationandsolutionconcept,VehileSystemDynamics,1999;32
(1).
[11]DebbieL.Feldman,DevelopingTechnologyImprovesSnowandIceControl,PublicWorks,1999,130(4)
六、研究的整体方案与工作进度安排(内容、步骤、时间)
研究的整体方案:
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
表2.5雪的切削阻力系数k0
雪的状态
雪的密度ρC
(g/㎝3)
雪的温度(OC)
-1~-3
-4~-22
低于-22
天然状态
松软的
弱密实的
小粒冰雪形成密实的
大粒冰雪形成密实的
0.12~0.18
0.20~0.28
0.30~0.36
0.28~0.35
0.7~1.8
2.0~4.0
3.0~6.0
4.0~7.0
0.2~0.8
1.5~3.0
4.0~7.0
3.0~6.0
0.4~1.2
2.0~5.0
5.~10.0
5.0~9.0
人工状态
弱密实的
密实的
很密实的
0.30~0.40
0.45~0.52
0.55~0.65
5.0~12.0
10.0~25.0
20.0~35.0
8.0~25.0
15.0~40.0
30.0~80.0
5.0~35.0
30.0~80.0
70.0~130.0
表2.6轮胎与冰雪路的附着系数
雪的状态
轮胎类型
附着系数φC
密实冻结的雪
密实冻结的雪
密实解冻的雪
压实的冻结雪
压实的解冻雪
解冻的雪
低压胎
高压胎
低压和高压胎
高压胎
高压胎
低压胎
0.20~0.35
0.20~0.25
0.10~0.20
0.209
0.176
0.06~0.08
表2.7行驶阻力系数
雪的状态
雪的密度
g/㎝3)
阻力系数f
轮胎
履带
松软的
松软潮湿的
轻碾压的
碾压的
冰雪
0.15~0.25
0.15~0.25
0.25~0.35
0.4~0.6
0.7
0.2~0.25
0.3
0.15~0.2
0.08~0.1
0.06~0.08
0.2
0.2
0.1
0.05
0.07~0.1
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。
其主要性能参数如下:
额定斗容量(m3)2.1
额定装载质量(㎏)4000
整机操作质量(㎏)12500
轴距(㎜)3020
轮距(㎜)1980
最大崛起力(kN)136.0
最大牵引力(kN)110.5
水平通过半径(mm)6322
转向半径(mm)5686
发动机型号X6110ZG3-22
标定1h功率(kW)113.9
额定转速(r/min)2200
行驶速度(km/h)Ⅰ:
14.46Ⅱ:
46.35
最大爬坡能力(°)30
车体最大转向角(°)左、右各38
本次设计基本方案如图2.2所示,由托架、带有刀刃的碾压滚组成的冰雪清除工作装置替换铲斗,碾压滚上的滚刀破冰,司机控制滑靴调节滚刀切入深度,以免损伤路面。
图2.2路面冰雪清除机方案
动力机在行走的过程中带动碾压滚滚动。
碾压滚滚动时,由于碾压滚上带有刀齿,碾压滚靠自身的重量,附着在冰雪面上,刀齿切入经碾压后形成的很厚的冰或冰雪混合物后,对其产生挤压切削破碎作用。
装载机是一种用途十分广泛的工程机械,它的优点之一是可按实际需要更换工作装置。
将清除冰雪装置换上后,即变成了路面冰雪清除冰机械。
本次设计选用ZL40E装载机作为动力机,将路面清除冰雪装置替换铲斗后即为路面冰雪清除机。
路面冰雪清除机的关键部件是它的工作装置。
该装置由两部分组成,即:
托架和带有刀刃的碾压滚。
碾压滚与托架连接,托架与装载机动臂和转斗拉杆相连。
利用装载机的牵引力推动碾压滚滚动。
碾压滚形状呈圆柱形,碾压滚上用螺栓有一定数量的刀齿,刀齿与圆柱面形成一定的角度。
装载机启动前,碾压滚
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