小型路面扫雪机的结构设计

济南大学泉城学院毕业设计题目小型路面扫雪机的结构设计专业机械设计制造及其自动化班级机设07Q2学生马传磊学号20073006066指导教师蔡冬梅二〇一一年五月二十日1前言1.1选题的意义中国有句古话叫做“瑞雪兆丰年’，冬季一场大雪能带来明年的好收成.但是积雪给城市交通带来巨大的麻烦，尤其是我国的北方地区。

我国北方气候寒冷、冬季时间较长，降雪量较大，常会引起塞车、交通事故、行人摔伤等一系列问题，我们的环卫工作人员在大雪后忙于清除主干道等主要路面的积雪，而对于一些非大型机械车辆行驶的路面很难及时的清理，对过往的路人很不方便。

尤其是在一些校园，厂矿企业或居民小区内的小型路面积雪得不到相关部门的及时清除，来往的路人很不方便，甚至出现意外事故，给人们的户外生活带来不便。

目前我国对于较窄路面的清雪方式仍然是依靠人力，用铁锹和扫帚等工具将积雪清理，清雪效率较低，所以，我们准备设计这种针对小型路面除雪的小型机械，提高积雪的清扫效率，为过往的行人带来方便，同时减少了不必要的事故发生，能在大雪后为紧张的环卫部门减轻了一定的压力。

1.2国内外研究现状扫除冰雪机械在国外已有几十年的历史，其技术先进，现在已经有成型产品在广泛应用。

现在，清雪机械的发展迅速，已经在市场上流通的清雪机主要有铲刮式除雪机系列，抛扬式除雪机系列，刷扫式扫雪机系列，击振式破冰除雪机系列等，但仍以大型车辆带动清雪装置实现清理积雪的任务。

虽然它们整机性能稳定，但是造价都很高，并且不适合学校、单位等住宅小区内路面的清雪工作。

现在市场上的扫雪机按工作方法来分主要有两种类型：第一种为抛雪式扫雪机。

它利用高速旋转的叶片将雪旋进扫雪机，再沿导管抛运到车上的储雪箱中。

这冲机器最突出的特点是：宽幅、高效、采用大功率主机，在北欧国家使用较广。

第二种是先将积雪收集，再利用输送带向后传送、装车。

这种机器在俄罗斯较常见。

目前国内有几家单位正在进行扫除冰雪机械和扫雪机的研发，产品已进入市场。

1.3本文主要任务根据目前已有的清雪设备设计出一种适用于学校、社区、工厂的小型清雪装置，能实现集雪、运雪抛雪功能.要进行合理的方案论证和结构设计，并对主要零件进行设计计算校核。

(1)根据国内外资料进行方案设计，进行比较优化，从中选出最优方案。

(2)具体进行各个工作部分的设计，确定其基本尺寸，安装方式。

2扫雪机设计方案分析比较2.1总体方案的几种组合及比较方案一:利用吹风的方式，从鼓风机里吹出的高速气流将积雪吹到路边，吹雪式清雪车运行速度较高，有很高的生产率，但它只适用于新鲜雪，对于压实的积雪或冰层无能为力，只能在机场、桥梁和高速路上应用，成本很高，不适合开发小型产品。

方案二:利用一个置于清雪车前部的铲子，随着清雪车的不断前进，将积雪推至路的一边。

推移式清雪车只能将积雪推到路边，不具备集雪能力，且只适用于新鲜雪或破碎后的压实雪，效率较低，容易划伤地面。

方案三:利用机械传动的方式，由集雪器先将积雪搅碎，并输送至一个高速旋转的叶轮，将其抛到路边。

螺旋转子式清雪车适用范围广，无论是松散雪、压实雪清雪效果和效率要比前两方案好，而且这种方案设计，设计出的产品体积小、成本低，适用于道路窄的地方。

因此选用第三种方案。

2.2小型清雪车工作原理简述2.2.1基本结构目前小型机械式清雪车主要由原动机、传动装置、集雪装置、抛雪装置、行走系统和操作系统组成。

原动机可以采用电机或发动机，目前大多采用汽油机或柴油机；集雪装置用来收集积雪，主要采用推雪铲或螺旋状搅龙；抛雪装置是将收集的积雪抛到路的一侧或收集装置中。

主要的方式有抛雪叶轮和鼓风机两种。

行走装置是来实现机器的前进，有手推式和自走式两种;操作装置主要控制设备的运转。

2.2.2工作原理工作时原动机提供动力，经带传动到行走系统和工作部分。

积雪由集雪装置收集到一个腔体内，再由抛雪装置清除出机体内，抛雪叶轮利用高速旋转时的离心力将积雪抛出。

这样在原动机的带动下，清雪车不断的前行，能实现连续的清除积雪。

小型机械清雪机的结构示意图如下：图2.1扫雪机的结构示意图2.3 原动机的选择和具体的实施方式由于本清雪机主要用于室外的小型路面，所以动力机体积不能太大且不适用电动机，我们选用的是微型汽油机。

本课题的设计需求大约是每小时扫雪量为10002m ,以积雪密度250kg/m 3,积雪厚度以20cm 计算，每小时的扫雪量为：kg m kg m m 4323105.7/2503.0100.1×=×××在抛雪叶轮的作用下，抛雪扬程为3m,那么雪排出的初速度为4m/s,7.5×104kg ×10N/kg ×4m/s ÷3600=833w集雪搅龙在积雪的作用下阻力为20N,那么集雪搅龙消耗的功率为:W s r N 1320/10714.33.020=×××× 其中lOr/s 是搅龙转速。

估计整机重量为200kg ，与路面的摩擦系数取0.2，前进速度约为lm/s,那么前进消耗的功率为:200×10×0.2=400w整机消耗的功率为:834w+1320w+400w=2554w根据以上数据分析以及考虑到功率的磨损等消耗，选用了凯马KM170F 柴油机表2.1 KM 170F 柴油机参数首先是由一个传动带将柴油机的动力传给一动力轴，经过一个锥齿轮和带传动分别将动力传给抛雪叶轮和搅雪轮。

结构简图如下：图 2.2 小型清雪机得传动原理图1.搅雪轮2.聚雪斗3.抛雪筒4.抛雪轮5.动力机6.带传动7.减速器 8.链传动 9.变速器 10.锥齿轮 11.行走轮2.3.3集雪装置的设计本设计采用的是带状螺旋集雪轮，这样的设计能对积雪有很好的破碎作用，不至于发生堵塞的情况。

基本机构如下：边的绞龙旋向正好相反，将两边的雪集中到中央，传递到抛雪轮下，在抛雪轮的高速旋转下将雪抛出。

3小型清雪机的设计计算和校核3.1带传动计算（1）确定工作的功率由于清雪机的整体载荷变化不大，所以我们取系数 K A =1.0 则 P ca =K a P=1.0×3.6KW=3.6KW 公式中：p a 为计算功率，单位为 kw k a 为工作情况系数 p 为传动的额定功率 （2）选择带型由于p ca =3.6kw ,小带轮转速为3600r/min,选择A 型带。

（3） 确定带轮的基准直径 d 1d ,d 2d1）初选小带轮的基准直径。

经过查表选取小带轮的基准直径为 d 1d =80mm, 2）确定大带轮的基准直径 d 2d =80×1.8=144mm 查表选择大带轮的基准直径为140mm （4）验算带速V=3.14d 1d n=3.14×0.08×60r/s=15m/s ＜35m/s （5）确定中心距a 和带的基准长度 L 0根据公式 0.7（d 1d ＋d 2d ）＜a 0＜2（d 1d ＋d 2d ）得 154mm ＜a 0＜440mm 初步确定中心距300mm,基准长度L ,=()()ad d d a 4d 2π221221+++=949.3mm取基准长度为 L d =900mm实际中心距则为 a=a 0＋2_dd L L ′=276mm （6）验算主动轮上的包角1α1α=180o ×ad d d d 12_×57.3=167.5o ＞1200 所选择的包角符合标准。

（7） 计算带的根数z计算带的根数的公式为Z=lcak k p p p α)00(∇∇+由d 1d =90mm,转速n=3600r/min 查表得p 0=1.64kw 。

根据n=3600r/min i=1.8 和A 型带 查表的0p ∇=0.5kw 查表的 k α=0.98, k l =0.87.于是 p r =(1.64+0.5)×0.98×0.87=1.824 Z=r ca p p =824.16.3=1.97≈2 取 z=2备注： k α 考虑包角不同时的影响系数 K l 考虑带的长度不同的时候的影响系数 P 0 单根A 带的基本额定功率0p ∇ 计入传动比的影响时，单根A 型带额定功率的增量 （8）确定单根v 带的初拉力的最小值f 0min经查表的单根A 型带的单位长度质量为0.1kg/m,所以 （f 0）min =500ααzvk k p ca )_5.2(+ qv 2=500×98.0152)87.0_5.2(6.3××＋0.1×152=122.3N应使带的实际初拉力F 0＞(F 0)min（9）计算压轴力 F p压轴力的最小值为（ F p ）min =2z （f 0）min sin 21α=2×2×122.3×sin 25.167=486.3N公式中 z 带的根数 F 0单根带的预紧力 1α主带轮上的包角3.2链传动的计算扫雪机上由减速器到变速器之间的传动方式选用的是链传动的方式，故要对其进行设计计算 （1）选择链条齿数确定链条传动速比 i=1.4 查表的小链轮的齿数为z 1=25 则 大链轮的齿数 z 2=25×1.4=35＜120 符合要求（2） 确定计算功率因为链传动工作平稳，查表选择传动系数为 k a =1.1 ,计算功率为 P c =k a p=1.1×0.4kw=0.44kw（3） 初定中心距a 0,取定链节数l p初定中心距a 0=(30～50)p 取a 0=40pL p =p a 02＋221z z +＋(π2_12z z )20a p =p p 402×＋23525+＋(π225_35)2p p 40=110.1L P 取偶数 110 节（4） 确定链节距首先确定系数 K Z ,K L ,K P 查表得小链轮的齿轮系数为k z =1.34 由图查得k l =1.09 选单排链，得k p =1.0 所需传递的额定功率为P 0=pl z c k k k p =0.109.134.14.0××kw =280w 选择滚子链型号为12A ， 节距p=19.06mm（5） 确定链长和中心距链长L=l p p/1000=2.09m 中心距a= 4p[(l p －221z z +)＋212221)2_(8_)2_(πz z z z l p +]=406.19[(110－23525+)+22)225_35(8_)23525_110(π+]mm =602.25mma ＞550mm 符合设计要求。

中心距的调整量应该大于2p a Δ＞2p=2×19.06=38.12mm实际安装中心距为 a `=a －a Δ=602.25－38.12=564.13mm（6） 求作用在轴上的力链速V=6000011p z n =100006.19252××=1.02m/s工作拉力f=1000p/v=1000×0.4/1.02=392.16N链传动的工作平稳，取压轴力系数为K Q =1.2 则轴上的压力为 F Q =FK Q =392.16×1.2=470.6N（7） 选择润滑的方式根据链速为1.02m/s,链节距19.06mm 选择油浴和飞溅润滑方式。