路面除雪机器人机械系统设计

摘要因为我国北方冬季温度较低所以降雪不仅持续时间长而且降雪量也比较大,如果道路上的积雪不能够得到及时且有效的清除,那么城区道路交通的安全将会受到极为严重的影响,给居住在当地的人民群众尤其是老人们的日常生活以及工作中带来了很多不便。因此制造多功能电动除雪车是非常有必要的，同时也有很大的实用性。不仅能够的提高相映地区的经济发展，还能够提高当地居民的幸福指数。有着具有重要性的指导意义。各种清雪驱动装置使用性能的整体好坏在除雪机的除雪驱动能力的整体强弱上起到决定性的作用,因此深入地研究不同清雪的工具装置与对应的性能是不可缺少的，由于高速清除浮动积雪的集风装置大多是螺旋式的清雪扫除工具，它不仅拥有高速转动的滚筒风机，而且抛雪风机大部分都是需要联合安装才能使用。它的运作原理是利用螺旋式集雪筒，通过装置自动收集积雪，然后由电动机上的螺旋齿轮转动从而带动抛雪筒，将路上的积雪清理到一边或者是运上雪车。风机收集积雪所花费的的大量时间被极大的节省了,这种清洗运雪车是比较高效率的本文主要从通风积雪的机械物理性质和机械工作特点这两方面入手来分析，和提出对机械式通风除雪的几种解决方案,并且对机械除雪传动机构应用中的集雪螺旋桨和集雪传动机构的机械工作性和原理特点进行针对性的实例分析,在进行理论实例通过分析得出基本的结论关键词:电动除雪机、螺旋式、联合安装、机械物理性质。1概述1.1电动路面除雪机设计的目的和含义1.1.1能够准确无误的清除积雪的重要性我国的冬季比其他季节持续时间长的地区是东部北方地区,每一年的冬季都会出现有较大幅度降雪增长,其中一些降雪时间较长的部分北方地区还会形成严重的雪灾,会严重影响到城市社会经济生产力和生活出行,特别多的是由于社会不断的发展我国是民经济和工业也在不断地快速发展，所以高速公路等高级地段的公路行驶里程的快速增加,冬季城市里人们的日常出行生活受到路面上积雪的巨大影响,特别是在冬季大雪和雨夹雪这样特别恶劣的寒冷天气,甚至出于安全性的考虑大部分城市高速公路常常会采取限速的方式行驶，积雪严重的情况下甚至不得不临时封闭数天,对城市交通和城市经济社会的发展造成了很严重的影响和制约,这引起了各个地方政府对于道路积雪清除的高度重视。怎样才能够干净并且高效率的清除相关道路上的积雪，保证城市道路通畅，保证相关地区居民能够安全顺利的出行。这将成为冬天城市道路上安全出行的问题。并且积雪也给当地的居民生活带来了一定的困扰，使他们出行不便。所以清除到面上的积雪是刻不容缓的事情。持续的降雪后所产生的冰雪使得路面较为光滑，导致汽车轮胎与地面的摩擦力减小，因此汽车很容易打滑。对于一些大城市来说，一旦到了冬天，对于汽车都有严格的车速限制，但还是不能高效的解决车祸的发生。想要高效的解决冬季交通事故问题还是要找到问题的核心，那就是路面。目前为止，用于解决路面冰雪方法有人工铲雪、机器铲雪。使用人工除雪会消耗大量的人力物力，且效率低下，不便于交通路面除雪；使用机器铲雪虽然效率较人工除雪高，但铲雪过程中不能达到理想的路面清洁效果，且易遗留少量的冰雪在地面上，造成地面湿滑，反而容易造成交通危险。因此,寻找一种同时有着比较高工作效率,成本又比较低的清洁积雪的处理方法就已经成为当务之急。大型电动汽车设备占用小道积雪清理汽车除雪道路占用大型道路上进行积雪的处理，需要占用很大的道路面积。这影响了道路的交通，可能导致交通堵塞。在小型的城市道路或者是小区、公园等狭小的地方进行积雪的处理，要比其他大型道路处理积雪时耗用更多的时间，人力，物力实际使用情况是我们主要针对的,首先实地调查现场以及设计咨询、严格执行设计方案思考,进行小型车辆电动汽车占用路面积雪小道清理除雪道路清理电动设备小道总体系统结构设计,该电动路面除雪机主要是根据我国现有的手扶除雪机的设计思路，构思出了我的电动路面除雪机的设计思路，根据这个思路，我的脑海里已经具备了除雪机的雏形。有了整体思路的指引，然后再各个方面攻坚克难，我认为该电动路面除雪机的设计会通过一步步的努力走向成功。可能我各方面专业基础不是特别扎实，在各个问题上完成起来会很艰难，所以我会尽更大的努力去完成这个设计，这个设计的可行性还是很高的。1.1.2主要除雪方法目前清雪采用的主要方式有：①犁式除雪机；②旋切式除雪机；③化学除冰法(1)犁式除雪机犁式滑坡除雪机主要用途适用于未经压实的雪区积雪,特别针对是积雪密度较小的新加坡降雪区积雪,是目前使用最广泛的一种除雪处理机械主要是因为其操作价格低、效率高、工作可靠。犁刀的工作形式主要包括有各种v形方型犁、u形方型犁、单向方形犁和各种侧翼式刀铲等。国外的新型犁式犁刀除雪机,大多数设备具有减速避让自动功能,此外,还具备可以轻松实现立式犁刀自动升降以及犁刀作业方向角度的自动变化。犁式传动除雪机械它是国外市场使用较早的一种除雪传动机械。早在1943年,日本就已经开始把犁式v型除雪犁装在汽车载重重型卡车上并应用于大型道路斜坡除雪。拿俄罗斯新公司产品的mk0-812-2型高速犁式道路除雪机来举例,这种犁式除雪机在其基础上在车型上采用了mmt3-80/82型犁式拖拉机,其使用功能主要有道路除雪、清除道路垃圾和清理砂堆,不仅仅可以广泛用于城市街道、人行道,也同样可以应用于高速公路和其他建筑工地的道路除雪;犁机工作原理装置主要有两块推土板、犁刀和犁车圆盘铲及刷,除雪板的宽度:推土板2500mm;推土犁刀2500mm;犁刀圆盘铲和刷1800mm。(2)旋切式除雪机旋切式自动除雪机一般都拥有五种主要的功能。分别是能够自动加快切削，推移，集中，和加速抛光以及反射。但功能越多他所拥有的结构就越复杂。旋切式多功能特点主要有如下几种旋切式镗刀切削自动除雪机镗刀风扇型又可以分别细分为单级式和单的双轴单级式两种,其中单级式又分别可以被细分为单轴切削自动铳刀型和双轴切削镗刀风扇型,双轴单级式又分别可以细分为单的双轴自动旋转螺旋铣削镗刀切削风扇型及单级式的双轴自动旋转螺旋铣削镗刀切削风扇型。世界生产除雪旋切式自动除雪机的主要生产国家主要有俄罗斯、我国以及日本所生产的除雪机器技术比较成熟，并且产品的使用性能一直处于世界的领先水平。日本的高速除雪机器一般是行走采用旋切式传动除雪机,作业除雪速度一般为70km/h,该轴式除雪机主要采用高速四轮驱动作业方式,利用传动盘式齿轮制动,全长宽度为7790mm,机宽2490mm,最大累计除雪作业宽度2490nini,发动机最大功率220kw,最大累计除雪作业速度70km/h,最大累计除雪量3000t/h。放眼全世界,各个国家的寒冷积雪地区冬季积雪路面上都可能存在不同承受程度的雪地积雪或者结冰。所以研究我国路面冷冻除冰处理技术尤其具有十分重要的学术意义。工业人工自动清除、机械化自动清除和工业智能化自动清除这三个发展阶段是路面粉尘除冰处理技术的研究发展及其历程的主要经历。人工处理除雪法和铲雪清冰法主要用途是用于指我们依靠一种专业技术人力用简单的一种机械劳动工具将拖拉车铲起来就可以能轻松完成的对普通路面上面的积雪和冰雪的及时处理清除。人工除冰高温冷冻除冰和水处理的方法这也可能是最早期、最原始的一种除冰或是处理水的方法。虽然就清除高速道路上的冰雪比较彻底这一项来说人工除雪作业有明显的优点,但是不仅持续时间长、劳动强度大、效率低,耗费大量的的作业人力、物力和其他施工者的时间,而且作业时还可能会严重影响高速道路上的车辆通行及其他道路上人行车安全这些都是人工除雪作业不可避免地。目前,人工进行冰雪除雪制冰法主要广泛适用于公路小规模和堆积大量冰雪的大范围路段临时人工清除或针对公路重点难点偏远地区重要路段范围堆积大量冰雪的临时人工清除。但是，机械化的除冰技术随着科技水平的不断提高，交通建设的飞速发展，理所当然的应运而生。目前，常用的除冰法以化学除冰法、热力除冰法和机械除冰法这三种机械化除冰技术为主。(1)化学除冰法通过撒盐或布硅酸盐类化学除雪剂作用来有效降低其对冰雪融化危害的方法是化学冰雪除冰法除雪是一种主要依靠。主要是为了降低北方冰雪的局部冰点这是其工作原理。化学积雪除冰的方法是目前国际上比较常用的一种路面上积冰雪层的清除技术手段。化学积雪除冰的方法不仅可以直接用来有效清除高速路面上的结冰,也同时可以用来清除浮游积雪,在一定的道路交通运输环境安全管理技术条件下,化学品道路清除堆积冰雪处理方法不仅利于可以有效的快速安全清除掉在城市道路上的堆积冰雪,城市道路安全交通运行状况也得到了很大的改善,城市道路上的交通运输环境管理效率也得到了很大的提升。但是我们使用一些化学反应物理比如除冰或者冷冻的方法的时候化学物理负作用也比较明显,主要的负作用可以体现在:①除冰防冻效果不好受室内环境条件温度变化影响较大,且常常存在反复高温结冰融化现象;②容易造成使用沥青的路面层严重脱落,路面大或小面积沥青破损;③对于桥梁结构有一定的腐蚀作用,致使其结构耐久性减弱;④直接接触腐蚀了机动专用汽车的安全轮胎及其专用车辆制动底盘,可以极大地提高其安全性能和机动汽车的正常使用寿命;⑤同时可能还会造成路边地区土壤和水中的无机盐分物质含量明显增加,土壤板结从而变得粗糙硬化贫瘠;⑥旱灾可能直接造成我国城市绿地的严重黄化,树木甚至濒临灭绝枯死,甚至可能会严重影响高速公路附近的其他农作物正常生长;⑦会造成环境和水体的污染,危害到野生动物的安全与生命健康。近年来,尽管目前市面上已经有一系列无毒性和不属于具有任何耐腐蚀性的绿色环保型天然除雪剂,例如无微生物型的可溶性和抗降解型的天然除雪剂等,它们对于自然环境和野生动植被的健康危害大大幅度减小,但却并未完全彻底地予以根除。(2)热力除冰法热微波除雪方法主要是利用大量的天然热能，促进冰冻冰雪的快速融化，消除冰冻冰雪的各种危害。可以大致分为热力微波式高速加热、红外线式高速加热、喷气式柴油发动机高速加热等几种常用类型。①采用微波加热。利用一种微波通过穿透式冰雪来加热路面,使得一层接近于路面的冰雪完全融化,消除了路面和其他冰雪之间的相互结合作用力,从而使二者完全分离,达到了清除冰雪的目的;②采用红外线加热。红外线加热板是一种利用柴油机作为燃料进行加热的装置。它利用其热辐射效应快速融化路面上的积雪;③喷气式柴油发动机。利用喷气型柴油发动机所产生排出的各种高温气体加热后的气流可用来将飘在路面上的各种冰雪气体进行高速加热,从而可以达到快速消除路上冰雪的主要目标。尽管采用热力除冰的方式清除积雪的速度快,安全性也比较好,但是这种方式的费用相对较大。(3)机械除冰法机械除冰方法是指通过利用机械设备对于冰雪的直接影响而使其产生或者减少对于冰雪的危害,按照其工作的原理大致可以细化为:①小波震荡式。振动型主要原因是由于利用水的冰和土或水在这种振动的相互作用下,小幅度迅速地发生变形,从而直接引起一种脆性或者脆的断裂。振动轮带动其内部振动是由于外部振动马达的动力作用而直接带动的,使之向物体表面的切削刀具上滚动切入、挤压从而形成冰雪。振动式的道路机械的特点是处理工作效率很高,清除和快速减轻道路噪音都比较好,对整体路面结构造成的巨大损害能够有效地完全避免。但是,振动式的冲床机械结构复杂,造价高。②使用铲子的捣法为切割式或绞碎式。铲雪切剁式除雪是一种人工模仿自然人工制雪除冰,利用了压实的雪使冰雪坚硬而脆,不耐任何外力和自然冲击等多种物理化学特点。电动工作刀具铲雪机由多组电动工作机械刀具配合组成的可以在电动曲轴机的带动下上下左右往复运动,对于路面上没有被完全压实的冰雪还可以同时进行一次具有周期性的快速切割和二次劈碎。铲车机剁式的铲车不仅工作效率不太理想,而且很容易直接破坏泥泞路面,所以在应用领域也就因此受到了很多限制。③大力推剪切式。除冰驱动铲结构是各种通用推切型除霜制冰器驱动装置中最为常见的一种结构。铲刃机车可以在冰雪压力的强大作用下将其彻底切入多余冰雪层,彻底清除车上积存的多余冰雪是在传动牵引车辆和传动主机车的推动下完成。除冰加料斗的主体结构相对来说比较简单,技术上相对成熟,工作效率也相对比较高。但是由于其正常工作的时候阻力较大,除冰除雪铲无法能够及时清除一些积存较大冰雪的物体硬度也就因此受到了很大的能力限制,这就非常需要一台能够具有较大传动功率的电力牵引车和风力发电机。止滑除匕外,铲刃的外力摩擦和机械磨损也相对来说比较严重,给汽车路面结构造成了一定不同程度的腐蚀损坏。而且当冰雪路面的温度起伏和峰值温度波动不明显时,除冰处理铲所能清除的除冰效果就可能会因此受到很大影响。④系统采用的是高速碾压驱动模式。压实的刀具冰雪脆性高,容易碾压发生切削断裂等是碾压式切削充分利用的特点,通过在切削滚筒上面直接安装一块楔形组合型切削刀片,依靠其最大自重及机械主机之间的相互协调作用压力将一个楔形状的刀具全部碾压切入整个冰雪层。随着切入材料的切削深度的持续增加,楔型切削刀具可能会对整个冰雪层内壁进行过度挤压,导致整个冰雪层内壁发生过度脆性改变地形而断裂、破碎,并与其他光滑路面相互摩擦剥离。要想较为容易的实现一机多用需要使用机械降温除冰的方法,这种方法可以做到不必再需要额外的使用任何人工化学处理药剂,化学污染也几乎没有,这样就能够做到有效的保护环境和动植物的健康生长,还有极大利于春天前后进行当地土壤排水养护和建筑防墙,所以它在国内的市场应用最为广泛。使用人工来清理积雪不仅工作效率低下、大量人力被浪费，而且所需要的时间成本也很高，所以就导致了占用道路路面进行积雪的清除工作时间相对来说较长且经常需要在白天进行清雪工作,不安全的危险因素也比较多,容易因为道路被占用而导致发严重的交通事故经常发生，因此给车辆和行人都带来了许多安全出行的问题。融雪剂别名是清雪药剂它能够使得的冰雪完全停止融化主要是通过依托热力的作用或者通过撒布含有化学物质的清雪药剂来除雪。能够应用于大多数冬季需要除雪的场主要有民用公路，广场，停车位，机场，城市的中心街道等等。它不仅能够防水清雪还能够防风降雨降温防冻的重要作用,但是对整个城市周围的环境设施会产生一种严重危害让人不可忽略,所以如果要使用融雪剂产品那么使用之后要求针对周围环境保护所花的费用比较高，并且使用之后会对道路和过往车辆的轮胎，四周的环境产生重度地污染。当冬季的温度太低时将来也会逐渐丧失保护作用,也就是会变得更加有利于安全性和保护您的汽车和车辆轮胎,因此,这种安全治疗轮胎方法的实际性和使用也会有很多大的限制。确定它的影响。清洁除雪清洁机械主要用途是泛泛指通过两种机械在雪中的直接旋转运动相互作用而可以进行的清洁推雪清扫或除雪铲除,主要种类可以将其划分区别为转动犁式清洗除雪清洁机械与转动螺旋式专用转子转动清洁除雪清洁机械两者三大类,二者的市场比例约为占发达国家除雪清洁机械产品种类市场总量的80%以上。在现在,无论是传统的人工清洁除雪法还是对周围环境资源污染较为严重的天然天然融雪剂已经不能完全将积雪清除，因此我们需要急切的研制出具有良好性能，能够运用自动化技术水平也较为高超以及人工操作方便灵活等先进技术手段设备来加以取代。也就是说,即在每年下雪结束后所可能需要的处理效率变得更好、省时、又更具有防护力量的大型浮动冰雪灾害消除处理设施。螺旋式自动集雪器,一般情况下来说可以和用于高速旋转的吹风机、抛雪机和套筒等等进行直接联合。积雪的运送采用高速螺旋式电动集雪器等传动装置对其进行积雪收集和通风带动,然后通过电动风机的高速旋转将其通风带动从雪车抛雪筒中快速甩出运送到路边或专用运送积雪的雪车上,这样雪车收集路上积雪所需要的时间成本被大大的压缩了,就算是清扫持续降雪道路的效率也很理想。然而,在现在来说由于我国的新型螺旋桨式集雪处理装置与发达国家地区相比仍然还存在着一定的技术差距所以在高速清雪中的效率有些不太理想,这就仍然需要我们不断进行更加深入的技术研究和进一步进行改善。本文相关课题设计研究的主要学术意义就仅仅在于通过对汽车螺旋旋转集雪器及配套集雪装置的车体结构刚性特点问题进行深入研究,分析一些同时可能甚至会直接对清雪系统正常运行造成一定的影响，改变了清雪系统的管理性能。生产一种较为小的手扶式清雪车，有利于实现用户将螺旋式积雪器和配套积雪装置综合利用，提高除雪的效率。这一发明主要用于庭院建筑中的除雪，或者是家附近道路的除雪。或者是小型企业单位的除雪。行清除,从而有效降低和大大减少由于道路积雪所造成导致的各种必要经济损失和组装安完整的积雪问题。1.2国内外研究现状在目前为止我国大多数的高速公路在冬季降雪都会同时受到公路积雪的严重破坏影响,大部分的高速公路一年中只有一年的平均公路降雪持续时间才至少能够同时长达达到十多天,东北、西北的某些偏远地区,其平均公路降雪持续时间甚至至少可以同时长达达到3~4个人每月,而且公路积雪的冰层厚度甚至可以同时长达十到几百毫米。目前,我国的工业除雪设备机械正朝着走向小型化,高速度化的方向不断迈进。在日常进行专用在出除雪机工作状态下，除雪机的整个机身的大小与他所转动的速度，都会给道路交通带来重要的影响，可能导致交通堵塞影响因素,车身太大和专用除雪机在运转时的速度太低,除雪机的每个驾驶员都很有可能会严重占用交通道路,从而直接影响道路交通。目前国内高速公路行政主管部门虽然已经在一定的程度上完全改善了其除雪的方式,从最初的人工除雪这种方式发展到现代化的机械除雪这种方式,除雪的效果和对于除雪的效率都得到了加强,但是由于除雪设施老旧,技术落后,有的甚至还只能选择临时更换或者重新安装的除雪设施,因此对于除雪的效果和对于除雪的效率并不是非常理想。在高速公路上,因为人工除雪效率比较低，工作时间较长，占用交通路段比较久，容易导致安全事故的发生。并且这一方法不能够对高速公路积雪进行及时有效的处理。因此现有的道路管理机构所拥有的除雪设备不能够及时有效地满足将积雪完全处理。除雪装置亟待改进。国内对于除雪机动车辆的研究工作起步比欧美发达国家要晚,是自深化改革和开放后才缓慢地开始。现在各大高速公路都已经开始采用自己专门的除雪机对其进行清洁,除雪的效果及其对除雪速度让人满意的是，与欧美这些发达国家相比，我国所拥有的除雪车种类和规模都偏少,除了一些汽车未能建立起完整的产品,同时这些汽车的生产技术水平远远落后发达国家。近几年以来,一部分高速公路行政管理相映的单位与相关的部门，在做出不断的调整并且向从国引进先进的除雪车确实保障了高速公路的畅通,但是这些除雪机动车仍具有较强的区位和地域特点,国外除雪机动车也都是根据国外的自然环境气候、路面情况、社会和经济条件等多个方面情况来进行设计制造的,因此这些除雪机动车的整体综合应用和经济效益并非十分理想。同时国外的先进机械除雪器和机动车价格昂贵,这也在当时无形之中大大程度增加了国外除雪机和发动车的运营成本。所以我们迫切需要自行研究设计开发一种能够符合我们这个国家的特殊地域经济性质文化特征的新型除雪电动汽车。我国的新型除雪除冰汽车在设计生产线和制造过程工艺、技术、智能化等各个方面都与欧美发达国家汽车相比,仍然可能存在一些显著差距。目前国内很多高速公路交通运营商和管理部门单位都往往是直接从国外国家引入国外先进的小型除雪专用汽车,比如国外引入一辆采用德国公司生产的ssjetbroom小型除雪专用汽车大约只需要60万欧元,其价格昂贵,且国外除雪专用汽车在所使用的材料成本和汽车保养管理费用中的成本也都相对偏高,因此远远地要低于了国内除雪专用汽车的一般预算保养费用。所以现在研究如何开发设计生产和推出一种能够符合现代我国各个不同地域气候特点的先进新型除雪除尘汽车就已经变得十分的有必需。相对于国外的除雪汽车，我国的除雪汽车技术还不不够成熟，除雪车的种类和规格都比较少，除雪汽车才可能形成一个完整的系列。除雪时,能够根据实际的道路和情况,选用自己对应的除雪车，不仅在除雪上的效果好，而且还能够提高社会经济的发展，保证市民能够健康安全的生活。目前的除雪主要是由于机械式除雪器为主过一些汽车底盘进行改装制作而成,拆卸及安装均非常方便,能够真正做到"即装即用"的使用效果,不但实现了汽车的多用途,而且也极大地提高了汽车车辆的使用经济性。美国的两条高速公路一般都除雪是分别采用了由美国s&s公司专门自主生产的两种集成式自动除雪重型机车,该两种类型的集成除雪机车还配备了各种有线式推雪板、扫雪机和滚动毛刷、吹雪机和风机等多种除雪装置,能够同时自动完成多种除雪功能。该机的高速行走随地消耗驱动功率约仅仅为160kw,吹雪式暖风机的随地消耗驱动功率约为140kw,能同时随地进行吹雪推、扫、吹及水雾喷洒冷冻融雪剂等多种作业。又比如包括美国瑞士boschung公司企业自主设计研发的综合除雪专用汽车、美国纽约军事专用机场和美国芝加哥奥黑尔国际机场目前广泛公众采用的当前最为最广受公众欢迎的就是美国除雪制造品牌ambm等综合性能除雪专用汽车,其中各种综合除雪汽车系统的综合性能均已经完全得到了相当优良。与此同时由由美国的普利美业(meyer)有限公司、斯文森(swension)公司、钻石(diamond)有限公司以及来自德国的davolkswagen公司、daimler-be公司所自主开发的高速除雪除冰汽车,其产品功能众多,技术也已经取得相当的成熟,除冰除雪汽车的高速除雪除冰效果也已经是非常好。1.3电动路面除雪机的结构及原理除雪机的组成部分较为复杂除，主要包括电动机，除雪器，抽血气，传动装置等四个重要的组成部分。除雪时除雪机按照固定的速度行进除雪，需要清除的积雪被除雪机吸入到，反方向安装的双螺旋轴，和推雪板和挡雪板的集雪器中。由于螺旋总在不断高速地运转，所以吸进去的积雪被快速的被切碎，经过双向螺旋横向移到中部的抛雪转中，在转子的带动下，将切碎的积雪抛到指定的位置。因此这需要通过计算机算出相映的的参数。保证高效率的除雪。但是螺旋式除雪机，先是利用前面的螺旋将积雪切削，然后将切削好的积雪送入到抛雪器口。利用积雪增加所产生的压差，带动反方向的螺旋桨转动，从而将机器内的积雪抛出去。1.4本章小结文章节简单介绍了国内外的各种除雪方法，然后主要针对小型电动路面除雪机的应用情况及自身在其结构和工作原理这两个方面的特点，综合进行了系统的研究与概括,通过对比小型路面除雪机和其他除雪方式的优缺点来阐述证明了这是一次具有可操作性的设计

2总体方案设计2.1设计车体车体的主要作用就是固定除雪车相映的部件，如几许去，汽油机等等并且将他们互相连接起来。采用材料为10mm的低碳钢板焊接成主体,其中的配套附件主要包含了扶手,车轮等。车体的前段与集雪器相连,中间必须固定有一个汽油发动机座,各个组件的设计的时候要达到一定的要求，首先考虑的是实用，美观，简单，易操作等问题。还要求整个车体不能够大于集雪器。解决了这些问题之后，他应该考虑的是实际操作中中出现的问题，最为重要的是应该重视防止划破道路和怎样降低自重防护这些问题。从压实冰雪产生和形成的原因中我们可以清楚地看到,压实冰雪的特殊性能不但会受到温度、水分等方面的影响,还会与外部的压力、路面上的杂质等各种环境因素相互联系有关。(1)温度所以当室内气温温度超过0°c时,路上的层层积雪就自然会自动开始慢慢进行快速融化,水分也就不断性地流失。水分对冰冻土壤来说几乎是整个冷却和继续冻结土壤过程中必须不可或缺的重要成分组成的一部分。当固体路面的冰冻温度达到接近0°c时,压实的固体冰雪内部、压实的液体冰雪和其他固体路面之间的固态水分就可能会逐渐开始迅速凝聚,由固态液体向其他固态水分过渡。随着地球温度的下降持续不断升高,路面和未被压实整块冰雪之间边界处的冰层泥浆被化成水分迅速凝聚而湿度加剧,二者之间的相互黏结使冰层粘粘强度不断得到提高,并将压实的整块冰雪与压实路面紧密连接结合在了一起。但是当外界温度持续下降至达到了一定的温度界限后,温度的持续减弱再也不是无法从压实的表层冰雪内部部分获取更多的冰雪水分,界面之间的相互黏结应力层数和强度不再也没有所谓的增大,界面仍然一直处于一个保持系统均衡的发展状态。(2)压力压力流动是汽车形成冰雪路面后被压实形成冰雪的重要动力条件,冰雪所需要承受的物理压力流动状态及其流动情况都与被重力压实后形成冰雪的特殊物理性质特征有着直接的密切关系。压力过度升高会直接导致冰雪路面上堆积冰雪的水分聚集面积密度和冰雪抗拉力的强度可能都会大幅提高,这主要原因是由于所有的需要同时施加的冰雪压力一方面可能会直接使得地上积雪被水分压实,另一方面的施加压力也可能会将其水分集中施加到冰雪界面上,使得冰雪界面附近的地上冰雪涂层与地下路面之间的冰雪接触更加紧密,水分往地下涂层渗透到冰雪表面就可能会因此加剧。渗入流体到冰雪路面的其他冰雪流体水分也因受冻结而膨胀,大大地大幅增加了冰雪防洪堤对冰雪路面"抓固"的保护作用,增加了其形成整体的冰雪防洪作用强度。但是在许多现实情况中,冰雪本体承受的化学压力质量大小和其运动次数都已经无法精确地直接测得,所以其压实的质量冰雪在无机物理学和有机化学上还是必须具备较高的质量随机性。(3)冻结时间系统在一个特定的温度下,其平衡取决于冻融的时间。在冷却体系没有完全进行热量均衡之前,冻结的时间和速度与其对应的压实冰雪强度呈现非线性的增长关系,冻结的时间愈长,其对应的压实冰雪强度也愈高。当系统处于一个热量均衡状态后,强度趋于均匀并且不再产生变动。由此可以看出,路面上压实冰雪的产生和形成是一个系统内散失的热量,水分在空气中凝固而结冰。冻结的时间和其对压实的冰雪强度影响有着直接关系。(4)路面杂质在各类大型高速公路上的路面上,不可避免地可能会吸附有各类化学杂质,比如汽车粉尘、泥砂、碎石以及颗粒物。当冰冻路面和压实的黏结冰雪层之间一个有限的空隙中可能存在着较多的空隙杂质时时那'这些空隙杂质就已经起到了大量凝聚和吸水结核的抗冻效果,水的大量凝聚会导致使杂质结冻不均匀,增大了杂质黏结冰雪层的抗冻强度。一般来说,黏结在冰层的流体力学性能对其要求远远不能高于其他没有压实层的冰雪。2.2动力系统设计 考虑到绿色环保，连续工作时间较长，是否有噪音等问题，我们决定用电动机作为电源来完成这一实验。相对于内燃机更更有利于被用在人口相对流动较大的地方。由于考虑到整体性能和机器使用寿命等问题。我们初步选用了下图所提到的电动机。2.3传动系统设计（1）传动方案的设计传动方案一中间轴的动力依靠电动机带传输，中间轴再通过链传动传动到集学器上。由于除雪机在室外工作，有可能会出现突发情况或者突然遇到障碍物而影响传动系统,或者存在较硬、较厚的积雪导致除雪机集雪器的螺旋装置承受了过大的传动阻力,但仍需要继续高速旋转工作，这样就有可能导致除雪机被损坏，所以在汽车传动系统中我们应该仔细考虑汽车是否在没有带动力传动的这种情况下需要做一个防止过载的安全保护。传动方案二电动机通过带传动将动力传递到中间轴，中间轴再通过链传动传动到集学器上。图2-1传动路线图和第一个整体设计方案车身相比,第二次设计的车体方案更好，它的体积适中,结构也相对简单。分别安装了两台相同的电动机在车体上，分别设计了一到两个集雪器连接到整个车体的前面:设置了一个电动的推手在车体的后面;内部分别设置的还有一个加固用的肋板。总体的机身设计长度大约1820mm,宽度大约820mm,高度大约1150mm,重量大约102kg,轮子的旋转直径大小可以通过挑选确定为300mm,可见该款新设计方案2既不仅具有了原设计方案1优越的通风除雪除尘效果,又同时具备轻便等其他优点,的确重量要远远大大超过了原设计方案1。（2）传动系统的设计本次传动系统选用的是第二种设计方案,因为本次设计选用的是一台电动机，它的的转速960r/min,而除雪机的动力方式是由人工推动,考虑到对人的行走速度有所限制,而通常的带传动和减速比的要求是不得超过7,所以选择3至4级传动比，因为对于本次选用的机构而言，越小的传动比它的效率就齿轮转动与减速比相对范围大概等于带传动。这时整体上就需要降低运作的速度，所以转速一般为50。相对的参数如图所示。表2-1带传动尺寸参数带型普通A型带弹性滑动率直径轴间距带速V额定功率p1带根数z80mmA=476.5mmV=8.37m/s1.01kw5大带轮基准直径基准长度小带轮包角a额定功率增量单根带的预紧力F01318mm169.460.24kw99.66N表2-2带传动的参数带型普通V带设计功率5.5KW传动比i带基准长度带速小带轮包角带的根数单根V带预紧力21180mmV=8.37m/sa=169.46Z=6F0=107.85N小带轮基准直径大带轮基准直径单根带轮传递功率额定功率增量带轮基准宽度80156.8P=1.01kw△p=0.24B=11.0因为设计过程中考虑到过载缓冲、减震、过载安全防护、以及电动机等对动力传动机械设备的各种特殊性能等要求,本次设计采用了一排单或双排传动滚子链(其中一排滚子链号分别为a5o6b)的组合传动和一排减速带(普通带为v-s传动带a型)的组合传动。在一些已经具有新型转子齿轮传动牵制机构的特种车辆或者设备,因为使用了比较复杂的传动装置装在转子上，所以在车辆设计时就非常应该要充分考虑齿轮集雪器和齿轮抛雪器之间的相互传动牵制,必要时还甚至可以考虑选择已经设计好的圆锥齿轮减速器或新型蜗轮传动蜗杆装置来用以满足这种齿轮转子传动的基本要求。首先需要特别注意的一点就是,在我们进行整车设计的过程时候一定首先要能够做到适量的调整四轮转动时的速度和运作的线路，不能使车的重心处于轮子前面，这就需要调整传送带相映的重心位置汽油机宜雪器放置于一个车辆的尾部中央固定位置,通过一个抛雪传动的零部件高速带动一个集雪器的螺旋和一个抛雪传动转子的高速旋转,实现一个车辆预定的集雪功能。2.4本章小结本章节主要解决的问题是通过对路面除雪机的研究，从中找到路面除雪机的总体设计建议，以及对其中存在的各种可能出现的问题做出有效的解决办法，同时对除雪机器人整体的机构、动力系统、传动方案在此基础上进行了总体的研究和设计。

3各系统设计3.1电动机的选用a由于机器人工作时，对动力源所产生的声音有有相映的要求，因此我们使用三相异步电动机，它的型号是型号1.1-6。3.2集雪器的设计(1)集雪器结构设计能够将集雪器安装在整个电动机集雪器的前面与电动集雪器的旋向相反它是左右对称旋转方向。它是对路面雪块进行高速切割的元件，是对雪进行高速输送的工具，当路面上的雪在除雪机的作用下向整机中心聚集时，路面上的雪通过集中式抛雪机的中部流入随后直接输送到电动抛雪机的转子上。它是由双向推雪螺杆传动轴（含集雪双向螺杆）、轴承传动结构、挡板和双向推雪传动模块这三个主要部分组合而成的。一根传动轴上可同时安装两段反向旋转螺杆就是指双向旋转螺杆曲轴传动。当它安装在两个挡板上面时，将形成一个半封闭轴。轴的高速旋转是由齿轮原动机通过双向传动控制设备的旋转引起的。为了尽量彻底克服国内目前普遍存在着积雪利用率低,成本高,作业持续时间快,除雪工作效率低,对于积雪路面的安全保护除雪能力相对较差甚至具有毁坏性的路面,避让系统功能并不理想,大多数除雪避让系统功能单一,或者是至少只能能够彻底清除路上积雪、或者是至少只能彻底完全破除路上积冰,而且由于其相对复杂的结构，过于贵造价，并且在国内的交通道路中是不能够使用的。依据这样的实际情况如果发生在高速道路上的一块土壤内部存在大量积雪和快速融冻的人工冰雪,采用高于传统的电动除雪机或者使用强力推刮这种古老的除雪方法，不能够将积雪干净清除，所以需要花费大量的经费，请人工进行铲雪本次除雪设计主要采取振、铲两种方式组合的传动方式连续传动清除道路积雪,振振和铲清除装置内部采取柔性分立式传动结构,柔性传动链条交互相连,以便于实现不同的冰雪变形和对路面中堆积冰雪的连续清除,提高了道路冰雪的除净清理效果。螺旋轴的结构见图3-2。图3-1不带叶轮的螺旋轴在旋转螺旋桨和旋转叶片之间强烈的推力相互作用下，雪被重力挤压到一定厚度度。当螺旋转子转动螺旋收雪器时，在一定的雪面和冰层上自动切断螺旋雪带，并沿雪带轴线快速移动，然后移动到螺旋转子的前部，这就是螺旋转子集雪器的主要处理功能和工作原理概述。对于螺旋履带集雪机的清雪叶片一般都是双向对称型的。在设计叶片的时候，通常在装置中设置有所对应的运动空间。有效降低雪从径向齿轮滑入轴向转自所拥有的运动阻力。当前，在不同材料组成的发电器具中，集雪聚合螺杆仅完成截雪集雨的主要功能。目前所拥有的抛雪转子除雪器，大多都是采用的如图结构所示的类型，这种除雪机器主要有三大功能，如集流，集雪，截雪等。由于集雪抛掷聚合螺杆机械完成了聚合抛掷雪的主要功能，故多数机型采用了类如下表的图3-1结构。Nj=VZL表示所对应螺旋沿轴方向的长度，速度为60v/n时候应当考虑到机器自动运动时所对应的轴向速度，相当于在进行除雪时每秒钟所转动的弧长。v解除了机器自动运行时速度问题，n表示螺旋。带沿线的自行轴向速度转动系数。通过经过带螺旋旋转轴向向的叶片高速推移和重力挤压后的大量冰雪,会对未经螺旋轴向向叶片运动造成一定的运动阻力。在实际进行测量压力计算时,可以通过假定在冰雪对于一个给定单位面积地表和其面积的平均压力和它们在这个单位面积地表上的压力变形和其阻力f和f相等于平衡。并且还假定以冰雪液体作为一种连续的高速流体运动传播媒介,各个运动方向之间的速度和加速度变动应该都是同等变动并且均匀的变动。在除雪后相映的工业总生产率所对应的系数为Q=l·h·v。则相对应集雪器的消耗功率。 Nj（3-2）相对应的公式中D表示为螺旋的直径,其他相对应的符号如前所述。如图3-2所示，为了有效的防止集雪螺旋划伤地面，还为了保护集雪螺旋免受车体的压力防止对其造成损伤，因此把支撑板安装在集雪器的挡板底部。图3-2集雪机构有支撑板3.3抛雪器的设计因为本次的抛雪器带有滑桶的设计，所以不需要带转子。一般的小型集雪机都不会带有转子，他的抛雪器只是将发挥出转子对雪指引的功能，所以将简单地设计称之为转子抛雪器滑桶。结构如外形如下图所示，目的是减小积雪在运动的时候所产生的阻力，减轻机器人的负担。而且能够将落体集雪筒和落体集雪器上部挡板有效的连接起来,并在两个连接点之间分别采用一个圆角光滑的连接过渡,且连接材质一般选用优良的高光洁度，材料柔韧性强。降雪槽的起点一般它的方向起点应该和挡雪板的四边形圆柱光滑的相切挡板完全控制初雪速度后，不同方向的初雪产物可迅速抛出。而且整个抛雪筒的路径轴线图和位置方向应该必须是直接在整个集雪器对应的螺旋面轴中部位置，这样的目的是使在集雪离开整个装置的时候减少路径上就很有可能会少了许多。为了有效提高这个抛冰式雪的移动距离,在这个抛冰式雪筒的出口处特别设置了一个形状呈类似椭圆形的大型光滑玻璃开口,以便于保护落下来的这些雪状物能够在直接离开这个抛雪筒的整个转道和弯道上少不会承受任何阻力。依据现代所拥有的流体动力学相映的原理，在拥有相同的初始方向移动时的速度仅仅因为是在沿着45度的倾斜角向上抛出。直到背抛物体距离地面最远。所以在抛雪时上抛45度最为合适。只有当抛和扬雪角在45度左右倾斜时所扬抛出来的雪在距离上才是最远,故扬和抛雪角距离采取45度倾斜是最有效率的。对于工作原理，根据图所分析得出了，由于除雪器运动和集雪器前身的转动，所以将导致比较大的雪块被切割后向中间的积雪箱聚集。再加上车体向前运动将雪快速地传送到抛雪口，并迅速地抛出。图3-3挡雪板-抛雪器图3-4抛雪转子计算简图作为抛雪式的高速转子，它的基本设计工作方法我们可以直接参考到图3-4,参数包括装卸角度、叶片的外径R，抛雪时所用的时间，最大的抛雪重量，对应的运输能力，抛雪时的距离。装置中转子的速度代表旋转时表面的速度即被壳体下雪后抛入转子齿轮的冰的旋转速度，等于落在转子叶片顶部的雪的一个圆弧圆。从雪块转子抛出的速度取消应的绝对值时，应该等于进入住口时其他雪块的平均速度，这些速度都是取矢量值转子的卸载角，这个指的是路面除雪机工作时，从一个叶片顶端开始抛雪直至两个叶片之间的存雪完全被甩掉(也就是说,雪块在a点上的运动直至a点的时间内,叶片旋转过来的角。按照雪块是一种无黏合力的分散小颗粒输送物料所需要的最有效量和条件。 φX（3-3）1-3.4抛雪器性能参数的分析计算（1）分析计算无转子机构抛雪器的参数雪随着集雪器沿着整个圆周转动直到雪装满整个抛雪筒时所对应的的转动速度,可以将其近似定义为集体抛雪器从整个圆周转动到圆圈进入整个抛雪筒时的转动速度。 Voy（3-4）由上面的公式能够看出V与EQα，n,S有关。（2）抛雪筒将雪抛出时的速度雪块离开集雪螺旋时。由抛雪器抛出时所获得的速度为u0，则 u0（3-5）上述的公式中，H表示抛雪筒的出口和集雪器中心轴所对应的垂直间距。ψ表示为雪在抛出时和桶壁摩擦因而导致的能量损失所对应的系数由于学本身质量很轻，所以在计算最合适抛雪距离时应该考虑到风的影响。通过转子后，由于机械致密化，抛出的雪变成圆形、粉状或小颗粒。在空气中，流体高速运动，因为它的速度不是很快，运动过程中产生的阻力大小可以确定。在这种情况下，阻力值与运动速度的一次方成正比。设F=m.g.c.u，c表示阻力系数。以降雪槽出口作为原点，建立直角坐标。在X，y，Z坐标中，根据牛顿定律： X=u0cosβ y=u（3-7）当雪被抛出抛雪口时开始计时，当t=0,其中0为抛雪筒扬雪角，则公式的解为y。=0,y=公式中e作为自然对数底。一般会按斯托克斯阻力定律来计算，因为把将清雪机处理后的雪团和颗粒当做是类球体，就是球以1确定的速度在粘带带体上运动的时候，所受到的阻力f一般表示为：f=6πξau上式中a表示雪块所对应的的半径。ξ表示空气的粘滞系数。ξ的表示空气的内在属性。一般温度在零度以下时，可取0.00016泊。假设设F=f，即m=6πξau，将式子解开之后有:c=4.5ξr-1a从中很明显的能够看出cg值较小。所以可把公式展成级数，然后就能推出以下关系。x=u0cosβ⋅t-y=u0sinβ⋅t-使公式中的y=0，然后把公式中第三项省略，就能得到到达地面的时间是： t=2u0sin雪块在运动过程中会因为空气的摩擦从而产生较强的阻力,从而使得实际上抛雪的距小于了理论数值。实践表明,转子在圆周上的旋转速度就会变得更加迅猛,这一点的差别也就会变得更加巨大。3.5机器性能参数计算计算除雪机器人的消耗功率抛雪器在工作时的消耗功率 N=rQηf⋅代入数据:N通过公式可以知道： Ns=1η带入数据：Ns（2）性能分析除雪机所对应的生产率一般为。由10即生产率等于雪层厚度。3.6本章小结(1)这一章节主要研究的内容是，通过研究来制定路面除雪机器人的各种系统结构和设计。(2)在此研究的基础上,分析了路面除雪机器人的几个重要零配件(例如集雪器、抛冰机等)，主要针对它的总体结构及其关键的性能参数,通过以上分析确定了主体的设计思路和方向。(3)通过现场的实地考察以及结合理论对设计方法进行研究,最终选择出一个合适的车体大小为的总体外形尺寸。

4校核4.1链轮校核校核轴上的链轮，把轮的输入功率设定为2888KW，把齿轮的转速设定为n选择40Cr作为齿轮的材料，调质处理后将齿轮的硬度增加到241HB～286HB，选取平均值为260HB。Z1=78，Z2=78,b=20，m=2.5,d1=195mm接触疲劳极限：δδ这次设计精度等级选取6级精度计算出齿间载荷分配系数KHa εα=1.88-3.2×1Z Zτ（4-2）由此得出：K计算相关的齿向载荷分布系数K=1.17 （4-3A=1.17，B=0.16，C=0.61用上面的结果来计算载荷系数K：K= =1.5×1.2×1.36×1.17 (4-4) =2.86 确定弹性系数Z总工作时间：我这次设计路面除雪机器人它的使用寿命为10年，每一年工作的时间为300天，工作时间占比为百分之五十。重合度系数：： Yε=0.25+0.75ε齿间载荷分配系数：经过查阅《机械零件设计手册》表12.10得出 KFα=通过查阅机械零件设计手册图12.14得K载荷系数K： K=KA⋅齿形系数： YF应力修正系数Ysa1：经过查阅《机械零件设计手册》12.22得出，Ysa1=1.56，Ysa2=1.72。弯