多用途作业车除雪设计_除雪汽车设计
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多用途作业车除雪设计（供参考）
工作装置的特点
犁板式的特点
犁板式除雪车安装有犁板式除雪装置，这种除雪装置最大的特点是结构简单、造价低、性能可靠。除雪作业时以直线运动为主，应用广泛，是除雪车中保有量最大的类型。按犁板体结构又分为单向犁式、V型犁式、刮雪板式、侧翼板式及犁板式综合除雪车。单向犁式除雪车，其除雪装置为单向犁式，一般都配置于除雪车前端，又称前雪铲或前铲，主要用于清除新降积雪，除雪速度较高。V型犁式除雪车，其主要结构及工作原理与单向犁式除雪车基本类似。V型犁的结构左右对称，在除雪作业中向两边同时排雪。V型犁受力对称，推力大；但结构相对复杂，排雪性能不好，作业速度较单向犁低，所用机车牵引力大。刮雪板式除雪车，安装有刮雪板除雪装置，作业对象是一定程度的压实雪层。由于作业对象雪质较硬，所以刮雪装置的设计较为坚固，结构尺寸也较小。为合理利用车辆自身重力，刮雪板一般都以固定角度安装于所用底盘车中部靠近整车重心的位置，因此又称中铲。侧翼板式除雪车，在除雪车的侧面装有侧翼板，侧翼板又称侧铲，主要进行加大除雪宽度或阶梯作业等某些特殊除雪作业。犁板式综合除雪车是为增加除雪作业种类，把单向犁或V型犁、刮雪板、侧翼板按使用需求进行组合，安装在同一辆行走车辆上。这种除雪车适应能力强，对行走车辆的功率要求较大。
旋切式的特点
旋切式除雪车的除雪装置结构比较复杂。装有抛雪转子的旋切式除雪车可将积雪抛出几十米远，适于厚积雪清除。旋切式除雪车分为压磙式、转子式、螺旋转子式等类型。
压磙式除雪车配备的压磙除雪装置适用于清除坚硬的冰雪。单螺旋转子式除雪车和转子式除雪车是两种常见的配有抛雪转子的旋切式除雪车，工作装置由集雪装置、抛雪转子、抛雪筒及连接装置组成。集雪装置将雪从两边向中间运送至叶片呈辐射状的抛雪转子，在高速旋转叶片离心力作用下，沿叶片表面运动至转子壳体顶部开口处抛出，由抛雪筒导向合适区域。
其它类型的特点
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其它类型的除雪车主要有铲剁式、锤击式、扫雪与吹雪式及运雪车、融雪剂洒布车等。在机场等一些场合还常常把各种形式的除雪装置搭配成综合式除雪车以获得满意的除雪效果。
方案的提出与比较
方案一：犁板式工作装置
首先分析犁板式，它主要分为单向犁式、V型犁式、刮雪板式、侧翼板式及犁板式综合除雪。
图3.5 单向犁式
由于犁板式的结构简单，造价低，性能可靠，我们进行了大量的分析，其中由于我们的作业车主体应该行驶在铁路线上，清除的是轨道上作业车前面的积雪，所以刮雪板式、侧翼板式不能满足要求，我们首先排除了可能，从性能上来分析我们认为V型犁式比单向犁式的性能要好，因为它的阻力分流，对动力要求比较小，但是我们设计的除雪车要在铁路上工作，如果是复线，将会出现把一条铁路上的积雪清除到另一条铁轨上去，所以这种工作装置的应用范围是单线的线路。如果是单向犁式，我们设计的除雪装置可以通过一定的装置来更改犁板的角度，我们就可以实现复线的同时除雪。因为大部分的铁路是单向行驶，即靠左行驶，我们可以把我们除雪装置的除雪方向设计成与车辆行驶方向相同就可以避免调整犁板角度的麻烦。
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图3.6 V型犁式
所以我们提出了方案一：采用犁板式工作装置，其设计样式我们将两种装置都设计出来以满足不同的线路的需要。其主要思路如下：我们的犁式除雪机械安装于我们的作业车的前端，在作业车的带动下，除雪装置随着作业车向前运动，除雪犁推动积雪运动，由于挤压积雪移动到铁路两边，从而使铁路线上的积雪清除。对于犁板式除雪装置，我们设计成可以满足最大除雪高度为1.5米的装置，它可以满足中国大部分的情况。犁式除雪方案其主要动力传递路线如图3.7所示。
图3.7犁式除雪的动力传动
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作业车主体部分，我们设计成五个部分：司机室、动力室、传动部分、液压部分和车厢。司机室设有操纵台，操纵台上安装有司机控制器、空气制动机制动阀、各操纵按钮、仪表和信号显示装置等。司机室还设有司机座椅、暖风机、电风扇等设备。为便于瞭望，司机室前方和两侧均设有玻璃窗，前方玻璃窗外面设有刮雨器，侧窗可以手动起落。动力室主要装有柴油机和发电机组以及为它服务的空气滤清器、燃油滤清器、燃油输送泵、启动机油泵、冷却水系统的管路和阀类等。传动部分主要是把柴油机的动力传递给工作装置、行走装置和液压泵站的装置，主要有减速器、传动杆、液压变矩器等。液压部分是主要是把机械动力转化为液力并传递给工作装置的部分，主要包括液压泵、液压马达、液压阀、以及一些液压管等。车厢位于作业车的最后面，它主要用于存放和安装其它工务部门的作业机械来实现多用途作业，主要包含有小型捣固装置、放线装置、小型起重装置、立杆装置、涂油装置、清扫装置等。
方案二：旋切式工作装置
旋切式除雪车分为压磙式、转子式、螺旋转子式等类型。
图3.8旋切式工作装置
压磙式除雪装置适用于清除坚硬的冰雪，但对于铁路而言大部分是松散的积雪，并且一般积雪深度比较厚，而压磙式一般是清除压实的薄积雪，而一般机车都自带有清除障碍物的装置，一般在积雪深度小于30mm的时候，是不会影响列车的正常运行，而压磙式的特点是清除的比较薄而清除的比较干净，这对于铁路是完全没有必要的，所以我们认为它不适合铁路上的除雪要求，我们将排除这种工作装置。而旋切式是积雪从前方不断进入集雪器中，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处，随车体的前进而进入转子室，在转子叶片的带动下，被不断沿抛雪筒抛出到指定位置。在没有转子机构的抛雪器中，积雪同时受到螺旋轴高速旋转带来的吸附力和切线向上的离心力的双重作用，从而沿抛雪筒预定方向被抛掷到指定位置 西南交通大学本科毕业设计(论文)第5 页(路边或随行运输车辆)，这样就清理出一定宽度的通道。这种工作完全满足我们对积雪清除的要求，还避免了对线路造成二次积压的情况，有利于减少工作量，提高效率。
我们提出方案二：采用旋切式工作装置，其结构为旋切式，对于没有特殊要求的线路我们可以将雪抛到线路两边几十米远的地方，而在没有开阔场地或线路密集的线路，在作业时作业车可以携带若干辆污土输送车，来运送积雪。它的工作装置悬挂于作业车前端，并且在司机室前面有一个提升装置，它可以使工作装置在一定范围内实现升降，从而可以清除比较深的积雪。其主要动力传递过程如图3.9所示：
3.9 旋切式动力传递路线图
对于作业车主体部分，其主要部分与犁式除雪机相同，其不同点就是犁式装置不需要作业车另外提供动力，只需要列车随着作业车行驶。而旋切式除雪装置的工作，其转子和抛雪器的工作需要另外的动力，所以就需要将柴油机提供的动力的一部分来供给工作装置。其通过液压泵站把机械传动转化为液力传动，然后通过液压管道来提供给工作装置，来实现吸雪和抛雪的作业。另外由于旋切式工作装置需要上下运动，也需要一部分动力，它的来源也是通过液压泵站来提供以实现其上下运动，来清除深度不同的积雪。如果采用污土输送车，同样由液压泵站分流出一部分液压力给污土输送车，带动传送带使前面的积雪输送到后面的车厢内。
其他方案设想
对于其他除雪方式，铲剁式、锤击式主要用于清除已经压实的积雪或者已经被碾压成冰的积雪，而在铁路上一般不会出现这种情况，即使存在，如果采用这种方式清除，将会产生很大的震动和冲击，可能会改变轨距等参数，还可能会对 西南交通大学本科毕业设计(论文)第6 页 钢轨造成创伤，对列车的正常运行产生不利影响，所以我们认为这种方式不适合铁路的除雪，我们舍弃了这种方案。而扫雪式是对积雪彻底清除的除雪方式，其一般用来对残留的积雪彻底清除，具有除雪深度薄，除雪彻底的特点，而在铁路上和吹雪在铁路上一般是积雪深度达到30mm才会影响列车的通行，我们没有必要清除的那么彻底。并且那样工作效率又太低了，铁路上列车运行时间的间隔一般比较短，如果效率过低就会造成不利的影响。吹雪式除雪机械是利用其产生的巨大风力来实现积雪的清除，这种方式一般需要的动力比较大，适合清除不叫松散的积雪，线路上的积雪虽然是比较松散，但是一般都比较深，才用这种方式，其工作效率会比较低，可能会影响除雪时间，对列车的正常运行造成影响，所以我们对这些除雪方式放弃考虑。
动力装置：动力装置主要分为两种，一种是电动机，另一种是内燃机。电动机已经是应用最多的一种动力来源，但是它又一个缺陷，那就是你能源需要外部供应，我们的作业车是属于维修作业，在十分恶劣的情况下工作的，如果断电，就会影响我们的作业。而内燃机就不会受这些因素的影响，并且可以在非常恶劣的条件下工作。而内燃机又分为柴油机和汽油机，柴油机虽然效率比较低，但是它可以提供相当大的动力，并且对工作环境的适应性比较强，而汽油机对工作环境的清洁度要求比较高，所以我们选用柴油机。
行走机构：工程机械的行走方式共有四种：轮式、履带式、轨行式和走行式。轮式适合用于路面或平地作业，具有运行速度快等特点，但是轨道一般没有现成的平地，所以轮式不适合，而履带式的作业速度比较慢，虽然可以适应比较恶劣的环境，但是铁路线路除雪对速度有一定的要求，故否定。而我们的工作范围发生在铁路上，我们可以利用现有资源采用轨行式的机构来实现行走，并且工作速度可以在很高的范围内。由于我们的工作对象特点，我们采用轨行式的行走机构来实现我们的作业。
方案的选择
通过上面的对比分析，我们初步筛选了几种总体方案，其中比较适合铁路除雪作业的方案如上，但是它们均存在一定的问题，由于我们设计的是一种多用途机械，于是我们认为可以采取两种除雪方式来适应不同的线路情况，这样可以融合两种方案的优缺点，尽可能的发挥除雪车的作用。
除雪车的除雪作业效果不仅取决于所装配除雪装置的结构，还取决于机动车底盘的性能及其与工作装置间相关参数的匹配是否协调。只有正确选择机动车底盘并合理匹配工作装置的性能参数，才能使设备的技术经济指标得到充分发挥，完善整机性能。西南交通大学本科毕业设计(论文)第7 页
提升装置的设计
提升装置的原理
由于旋切式工作装置的直径有限，而积雪的深度是不变的，当遇到比较深的积雪的情况下，旋切式就满足不了工作要求，为了更好的适应不同的情况，我们设计的旋切式工作装置是可以根据情况来提升工作装置来实现作业的，本提升装置就是要满足在机械深度在3米以下的时候，通过此装置来实现提升进行除雪。
本装置主要是来进行上下提升来实现工作装置的工作的，对此，根据装载机的铲斗提升装置设计原理，初步设计出几种连杆机构来实现工作要求。
方案一：本机构是一个八杆机构组成的工作装置，其机构形式如图4.1所示：
八杆机构提升装置各结构形式
本机构的优点是能够获得较好的举升平动性能，连杆机构的传动比比较大，可以适当减小连杆机构的尺寸，可以改善司机的视野。但是机构比较复杂，工作装置的放平性能比较差。
方案二：本机构是一个六杆机构组成的工作装置，由动臂、摇杆、机架和工作装置组成，其机构形式如图4.2所示：
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六杆机构提升装置的机构形式
本机构的优点是工作装置直接与摇臂相连，易于设计成两个平行四边形机构，工作装置平移性能好，同八杆机构比较，机构简单，司机视野好，缺点是连杆机构传力比小，使油缸活塞行程较大，由于油缸前置，使提升装置的整体重心外移，增大了提升装置的前悬量，影响整机的稳定性和行驶时的平稳性；工作装置不易自动放平。
方案三：本方案是有一个平行四边形机构组成，其结构形式如图4.3所示：
提升机构原理图
本机构的优点是机构简单，司机视野开阔，工作装置自动放平功能比较好，并且可以避免构件的干涉。
本工作装置的主要作用是用来使工作装置的上下运动，并且在运动的过程中，其工作装置不可以发生旋转，否则就会使工作装置不能很好的完成除雪任务。鉴于此，根据以上几种方案的分析，从机构和复杂程度，以及工作装置对其的要求和性能情况，西南交通大学本科毕业设计(论文)第9 页 选用方案三。因为本装置不需要工作的旋转，只需要一个自由度的设计就可以满足工作要求，而前两个方案是两个自由度，它是通过对工作装置的调整来实现工作装置只做竖直运动，即通过油缸的调整来实现，然而工作装置在运动的过程中，其角度的旋转是个变化的过程，就要根据变化来进行实时的调整，我们可以采用工作装置的自动放平功能来实现其功能。而第三个方案是一个只具有一个自由度的机构，它是根据平行四边形机构的特殊性来设计。在运动过程中，它可以使工作装置上下移动，而工作装置不会发生旋转，故可以很好的满足要求，并且结构简单，易于实现，但是在实现的过程中，存在安装的问题。根据对比分析决定采用方案二的改进方案，即将液压缸改装在连接在车体上的连杆上，其工作原理如图4.4所示：
改进六杆提升装置
对于这种结构在运动的过程中，会使工作装置的角度发生变化，即发生旋转，造成旋切叶片不能直接接触积雪，而是工作挡板接触积雪，使工作不能正常进行，对于这种情况，我们可以采用自动放平功能。工作装置任意位置放平是指动臂提升到任意位置时，都保持铲斗平放(即=o)。由工作装置的轨迹公式：
90121r（4-4）
知0时工作装置自动放平
29011（4-5）
根据角度运动关系可以得出动臂角和摇臂角的关系如图4.5所示，考虑到装载机油缸供油的特点及实际应用，要实现如图表所示完全的一一对应控制关系，是不现实 西南交通大学本科毕业设计(论文)第10 页 也无必要的。在实践操作中可以允许铲斗有±5°的水平度，然后充分考虑反转六杆机构自身角度特性后，可以采用分段补给方式。
任意放平位置θ和β的关系
提升装置工况确定
根据提升装置的工作原理，本提升装置需要的结构主要有：两个连杆和一个推动装置，根据工作情况，除雪机械需要把轨枕最高面30毫米以上的机械清除，所以工作装置的最低工作位置应该是轨枕最高面至其上30毫米的区域，根据工务要求初步选定选定最低点为轨枕最高面10毫米的地方。本作业车的最大除雪深度确定为三米，所以本提升装置的最高提升高度应该在距离轨枕最高面三米的地方。旋切式除雪装置的转子直径设计为1.4米，而提升装置是安装在工作装置的中间位置，所以提升装置的的最低和最高工作区域应该各除去0.7米，所以提升装置的最低地点为距离轨枕最高面710毫米的地方，最高点为距离轨枕最高面2300毫米的地方。提升装置的极限工作位置如图4.6所示：
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工作装置的极限位
提升装置平面 西南交通大学本科毕业设计(论文)第12 页
