多功能清雪车总体布置设计.doc

摘 要
本设计为多功能清雪车，能够清除浮雪、厚雪、薄冰、轧实的冰雪，可有效清除0～25cm厚浮雪和0～10cm厚的轧实冰雪，达到见黑路面效果。可广泛用于市政道路、高速公路、普通公路、机场等地。
多功能清雪车以中国一汽生产的CA3253P7K2T1AE型卡车为行走系统，以一汽解放汽车有限公司无锡柴油机厂生产的BF6M1013-28E3/ BF6M1013-26E3发动机为作业系统的驱动装置，将除雪机构与其底盘车架连接，并对除雪车的雪铲、扫雪排、撒布机机构进行结构参数设计，分析了雪铲的工作阻力，通过对冰雪力学性质、整车性能匹配的研究，提出设计方案。
本文的主要工作如下：
（1） 调研分析机械清雪的重要性能及可行性。结合国内外目前的研究状况，明确清雪机械的发展趋势，确定研究方向。
（2） 研究积雪的物理机械性能。
（3） 铲车型号的选择及铲的设计。确定铲的参数，选择适合型号车。
（4） 整车受力及积雪的运动分析。计算清雪车在作业过程中整车的受力情况，分析各参数对清雪作业的影响；通过对雪单元体的研究，分析铲雪作业时的积雪运动。
（5） 稳定性分析。铲的特殊位置决定了其在作业过程中突出的稳定性问题。铲对清雪车作业稳定性的影响较大，为保证清雪车安全作业。

关键词：除雪铲；撒布机构；扫雪排；滚雪刷；轨道升降机构

Abstract
This design for the multi-purpose clear sleighs, can eliminate floats the snow, the glazed frost, rolls over the solid snow and ice, but eliminates 0~25cm to float the snow and 0~10cm thick effectively thick rolls over the solid snow and ice, achieved sees the black road surface effect.But widely uses in places such as municipal administration path, highway, common freeway, airport.
This article take a Chinese steam production CA3253P7K2T1AE truck as the undercarriage system, if take a steam liberation automobile limited company Wu xi diesel engine plant production BF6M1013-28E3/ BF6M1013-26E3 engine as the work system drive, will remove snow the organization the chassis frame connection, and will carry on the design parameter design to the snow removal breaker construction, has analyzed the roller compaction gun working resistance, through to the snow and ice mechanical properties, the breaker construction, the entire vehicle performance match research, will propose the improvement program.

Keywords: shovel snow removal And cloth institutions sweep row rolling snow brush rail lifting mechanism

目 录
摘 要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 研究的目的及意义 1
1.2 国内外研究现状和发展趋势 2
1.2.1 路面除冰技术的发展历程 2
1.2.2 国外路面除冰设备的研究现状 4
1.2.3 国内路面除冰设备的研究现状 5
1.2.4 路面除冰雪技术的发展趋势 7
1.3 本章小结 8
第2章 路面压实冰雪物理力学性质 9
2.1 冰雪的成因与分类 9
2.1.1 路面冰雪分类 9
2.1.2 路面压实冰雪的成因 10
2.1.3 影响因素 10
2.2 路面压实冰雪力学性质 12
2.2.1 抗压强度 12
2.2.2 抗切强度 13
2.2.3 相关系数 14
2.3 压实冰雪破坏准则 15
2.4 本章小结 18
第3章 清雪车分类及特点 19
3.1 清雪车分类 19
3.1.1 按工作装置特点分类 19
3.1.2 按整车特点分类 22
3.2 本章小结 22
第4章 前雪铲板空间曲面设计 23
4.1 清雪铲前铲设计 23
4.2 清雪铲铲板曲面结构参数确定 26
4.2.1 推雪铲设计 26
4.2.2 独立壁障装置设计 29
4.3 本章小结 31
第5章 清雪车部件设计 32
5.1 滚雪刷设计 32
5.1.1 卧式滚扫刷刷毛排布形式分类 32
5.1.2 整滚刷安装位置不同分类 33
5.1.3 按滚刷驱动分类 34
5.1.4 整滚刷刷毛选择 35
5.2 扫雪排设计 36
5.3 撒布机设计 37
5.4 油路设计 38
5.5 本章小结 39
第6章 整车受力分析 41
6.1 清雪铲受力分析 41
6.1.1 除雪铲除雪阻力计算 41
6.1.2 除雪铲行驶阻力计算 41
6.1.3 除雪阻力、附着力和除雪功率的计算 42
6.2 理论计算 42
6.2.1 牵制除雪铲功率计算条件 42
6.2.2 除雪阻力计算 44
6.3 形式阻力计算 46
6.4 除雪阻力计算 47
6.5 除雪功率计算 48
6.6 车辆侧向稳定性分析 48
6.7 本章小结 49
结 论 50
致 谢 51
参考文献 52

38

第1章 绪论
1.1 研究的目的及意义
城市道路是城市重要基础设施，它构成城市的骨架，我国北方冬季时间长，降雪量大，不及时清除积雪，将严重影响交通及安全，给生活、生产带来诸多问题，多功能清雪车的研制，改变环卫工作环境，减轻其劳动强度，提高其工作的效率和安全性，改善城市冬季交通和卫生环境，保障道路的畅通，减少交通事故，满足市区道路通行的需要，有重要的实用价值。
近几十年来，国外除雪车发展非常迅速，种类越来越多，各种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。
在国外，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，这后来便发展成犁式除雪车。早在1943年日本就开始把V型犁安装在载重卡车上用于除雪。
经过多年的发展，国外犁式除雪车以具有较高的技术水平。以俄罗斯产品KO281222型犁式除雪车为例，这种除雪车基础车采用MT323082型拖拉机，其功用有除雪、清除垃圾和沙堆，既可以用于街道、人行道的垃圾清除，也可以用于公路和建筑工地的除雪。犁式除雪车的工作装置有推土板、犁刀和圆盘刷，其除雪宽度为：推土板2.5m；犁刀2.5m；圆盘刷1.8m。随着除雪技术的不断革新，在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。
我国的除雪机械开始于20世纪80年代后期，相关研究单位主要集中在东北、西北和华北地区，先后有十几种型号除雪车研制成功。
国内主要研发的有西安公路研究所研制的L9280型除雪车、哈尔滨林业机械研究所研制的CBX-216综合破冰除雪机、吉林交通科学研究所研制的CL-3.6和CL-3.5型系列除雪犁、吉林省盘石县公路养路段研制的CL-2.4型公路除雪器、陕西高速公路管理局研制的FCX-1型除雪车、吉林省公路机械厂与原吉林工业大学共同开发的CB1500压实冰雪清除机、重庆迪马公司生产的DMT5160TYH多功能除雪车，该除雪车装备有推雪铲、滚刷、融雪剂散布机等装置、哈尔滨雪狼除雪机械设备有限公司生产的用于清除硬冰雪的CXL-2、CXL-3型除雪机和北京永锋科技有限公司研制的雪豹YF系列的多功能喷气式除雪车等。
目前，国内除雪车的开发研制工作还主要集中在铲式除雪车和融雪剂散布机这两种除雪车形式，但由于专业的除雪车，因其庞大的体积，降低了操作灵便性和除雪效率，因而选择一款操作灵便、通用化的汽车来改装成一除雪车，来补充专业除雪车的不足。
1.2 　国内外研究现状和发展趋势
1.2.1 路面除冰技术的发展历程
在世界范围内，寒冷地区的国家冬季路面上都存在不同程度的积雪结冰。研究路面除冰技术具有十分广泛的重要意义。路面除冰技术的发展经历了人工清除、机械化清除和智能化清除三个阶段。
人工除冰法主要依靠人力用简单的劳动工具来完成路面冰雪的清除。人工除冰是最早期、最原始的除冰方法。虽然人工清除冰雪比较彻底，但是作业时间长、劳动强度大、效率低、耗费大量的人力、物力和时间，作业时影响车辆通行和行车安全。目前，人工除冰法只适用于小范围冰雪的清除或重点路段冰雪的清除。
随着科技水平的不断提高，交通建设的飞速发展，机械化的除冰技术应运而生。目前，常用的机械化除冰技术主要包括化学除冰法、热力除冰法和机械除冰法三种。
（1）化学除冰法
化学除冰法是一种依靠撒布盐类除雪剂来降低冰雪危害的方法。其原理是降低冰雪的冰点。化学除冰法既可以用来清除路面结冰，也可以清除浮雪，是国际上比较常见的一种路面冰雪清除手段。
在一定环境条件下，化学除冰法可以有效的清除道路冰雪，改善道路安全状况，提高道路运输效率。但是化学除冰法的负作用也比较明显，主要体现在：
① 除冰效果受环境温度影响较大，存在反复结冰现象；
② 造成沥青路面脱层，路面大面积破损；
③ 对桥梁的结构存在着腐蚀性，使桥梁结构的耐久性下降；
④ 腐蚀机动车辆的轮胎及车辆底盘，大大降低其性能和使用寿命；
⑤ 造成路边的土壤盐分增加，土壤板结硬化贫瘠；
⑥造成城市绿地黄化，树木枯死，甚至影响道路附近农作物的生长；
⑦ 造成水体污染，危害动物生命和人类健康。
近年来，虽然无毒性和无腐蚀性的环保型除雪剂，如生物降解型除雪剂等已经问世，对环境和植物的破坏减少了，但是并未彻底根除。因此化学除冰法的应用还是受到了一定的限制。
（2）热力除冰法
热力除冰法利用热能使冰雪融化，消除冰雪危害，分为微波加热、红外线加热、喷气发动机加热等类型；
① 微波加热。利用微波穿透冰雪加热路面，使得贴近路面的冰雪融化，消除了路面和冰雪之间的结合力使二者分离，达到清除目的；
② 红外线加热。使用柴油作为燃料加热红外线加热板，利用其热辐射作用使路面上的冰雪迅速融化；
③ 喷气发动机加热。利用喷气式发动机排出的高温热气流对路面冰雪进行加热使其融化以达到清除目的。
虽然热力除冰法清除冰雪速度快，安全性好但该方法往往耗能较大，费用较高，所以其适用范围也受到很大限制。
（3）机械除雪法
机械除雪法通过机械装置对冰雪直接作用来消除冰雪危害，按其工作原理可以分以下几种形式。
①振动式。振动式主要利用冰雪在振动作用下，小变形可以引发脆性断裂的特点。振动轮在振动马达带动下振动，使其表面的刀具切入、挤压冰雪。振动式的工作效率高，清除冰雪效果比较好，能够有效的避免路面的损坏。但是显而易见，振动式的结构复杂，制造成本高。
②铲剁式。铲剁式模仿人工除冰，利用压实冰雪硬而脆，不耐冲击的物理性质。由多种刀具组成的工作铲在曲轴的带动下上下往复运动，对路面的压实冰雪进行周期性的剁击。铲剁式工作效率较低，容易损伤路面，应用范围受到限制。
③推切式。除冰铲是推切式除冰装置常用的结构。铲刃在压力作用下切入冰雪层，在牵引主机推动下清除冰雪。除冰铲结构比较简单，技术比较成熟，工作效率比较高。但是由于工作阻力大，除冰铲清除冰雪的硬度受到很大限制，需要大功率的牵引主机。此外，铲刃的磨损比较严重，对路面有一定的损伤，当路面起伏波动较大时除冰铲的清除效果受到影响。
④碾压式。碾压式利用压实冰雪脆性高，易断裂的特点，通过滚筒上面的组合刀片，依靠自重和主机的协调压力使楔形刀具切入冰雪层。随着切入深度的增加，楔形刀具对冰雪层产生挤压作用，使冰雪层脆性断裂、破碎，并与路面剥离。碾压式结构简单，工作性能更好。
机械除冰易于实现一机多用，不使用化学药剂，无污染，能够很好的保护环境和植被，公路两侧的农田或者绿化带内是天然的堆放场所，还利于春季土壤保墒，所以它在国内应用最为广泛。
随着人们对路面除冰技术研究的不断深入，出现了一类更为先进的除冰技术--智能化除冰技术。智能化除冰技术着眼于借助路面的某些特殊功能阻止路面积雪形成或者融冰除冰，目前主要包括自应力弹性路面技术、导电铺面融冰技术、太阳能—土壤蓄热融冰雪技术。
自应力弹性路面技术利用弹性材料局部变形能力较强的特性，通过在路面铺装材料内掺入一定量的橡胶颗粒，改变路面的变形特性。路面在外载荷作用下产生的自应力从而有效地抑制路面积雪结冰。
导电铺面融冰雪技术是指在普通沥青或者混凝土中添加聚合物类、炭类或金属类导电组分材料，使之具有良好导电性能。冬季将电能转变为热能使路面温度升高，冰雪自动融化，从而保障交通畅通和行车安全。
太阳能—土壤蓄热融冰技术是指在道路中铺设太阳能采集系统，在地下土壤中设置能量储存系统，将太阳能收集并储存。降雪时将能量提取至路面，提高路面的温度融化冰雪
1.2.2 国外路面除冰设备的研究现状
国外降雪频繁的国家都很重视清雪机的研制和使用，机械清雪技术较为先进，已经进入专业化的时代，产品在技术、工艺和性能上都较为成熟。目前，国外针对路面积雪结冰的清除技术还是以撒布除雪剂为主，设备既有综合式的多功能专用除雪车，也有以工程车辆底盘为主机的一机多用型清雪车。国外清雪除冰设备主要生产厂家有瑞士BOSCHUNG公司、丹麦的EPOKE公司、德国的DAIMLER-BENZ、VOLKSWAGLN公司、英国的SCHMIDT公司、美国的S&S、BOBSCHUNG公司、日本和俄罗斯的生产厂家更是不胜枚举。
瑞士BOSCHUNG公司的智能移动式撒布机，如图1-1中（a）所示。该机存放除雪剂的料斗容积可达12立方米，除雪剂的撒布量连续可调，撒布宽度与撒布剂量自动同步，并配有自动装卸装置。
日本冬季降雪频繁、其清雪机械的技术水平处于世界领先地位。
清雪卡车、清雪推土机、清雪平地铲、防冻剂撒布车等清雪机械设备在日本普遍应用。防冻剂撒布车通过喷洒防冻剂来防止路面积雪碾压冻结，撒布性能和行驶速度的协调性较好，是保证道路安全的重要工具。高速压雪清除机如图1-1中（b）所示，采用4300mm宽清雪铲，根据压实积雪的性状，开发了振动式和压力信号综合自动化监测系统，有效地控制清雪铲的推力和角度，极大的提高了清雪作业能力。CE520NN型清雪卡车是日产柴油工业株式会社生产的大型多功能清雪车，可以通过配置刮雪刀清除压实冰雪。刮雪刀安装在车辆前后轮中间，高度有500mm和670mm两种。清雪卡车的主机采用10档位变速箱，变速操作容易在清除压实雪，车辆反复前进、后退、变速时，车辆的舒适性、操作性、安全性有很大提高。

图1-1国外路面除雪设备
1.2.3 国内路面除冰设备的研究现状
我国清雪技术的研发起步较晚，始于20世纪80年代后期，相关研究单位主要集中在东北、西北、华北地区，先后有几十种型号的清雪车研制成功。几年来一些厂家参照国外先进技术，研发出适合我国清雪作业急需的梨板式和转子式清雪车以及拖式撒盐车等车型，但与世界先进国家清雪车发展相比，产品数量及性能差距较大，远不能满足道路清雪需求。目前，国内主要的清雪设备有沈阳路泰达除雪机械生产的H2800型击振破冰清雪机、H1900型破冰清雪机，如图1-2中（a）（b）所示；北京银海除雪机械有限公司生产的HM16-TTR加热王，如图1-2中（c）所示；雪狼除雪机械生产的雪狼CXL-2清雪机，如图1-2中（d）所示；哈尔滨林业机械研究所研制的CBX-216综合破冰清雪机；徐州装载机厂生产的公路养护用轮式震动除冰车。

（a）H2800型击振破冰清雪机 （b）H1900型破冰清雪机

（c）HM16-TTR加热王 （d）雪狼CXL-2清雪机
图1-2 国内道路除雪设备
经过二十多年来的探索和研究，我国的路面除冰技术和设备取得了和大的进步，但是从总体上看来，我国对路面除冰设备的研发和生产尚处于起步阶段，除冰设备的技术水平还比较落后，主要体现在以下几个方面：
（1） 技术水平低。除冰设备在结构设计、制造、设备使用管理和维护等方面都存在问题。
（2） 品种类型不全。目前，不少种类的路面除冰设备在我国还是一片空白，尤其是用于路面压实冰雪的大型设备。
（3） 避让功能不理想。我国现有的除冰设备大部分避障能力较差在除冰作业中，常常因为避障不及时导致作业属具或者牵引主机的损坏。
（4） 对路面养护能力差。在作业路面凹凸不平时，除冰设备容易对路面造成破坏。
1.2.4 路面除冰雪技术的发展趋势
目前，路面除冰技术的主要发展趋势
(1)高效化。高效化的发展趋势包括两个方面，一是作业效率高效化，二是冰雪清除程度的高效化。只有高的作业效率和高的清除效率，才能保证路面冰雪在最短的时间内得到及时和有效的清除，保障道路畅通和安全。
  (2)低耗化。统计资料表明，冰雪清除设备在清除路面冰雪时的能量消耗成本占总成本的80%以上。降低能量消耗，是降低冰雪清除成本的直接和有效的方法。
  (3)智能化。由于路面形式的多样性，尤其是城市道路路面的复杂性，要求冰雪清除设备能够及时准确地识别路面情况并作出相应的判断和动作，防止作业属具损伤路面，保护冰雪清除设备，有效地清除路面冰雪。
  (4)多功能化。工作性质的多功能性，可以实现一台设备清除各类冰雪，降低设备的投入资金，减轻企业负担；工作范围的多功能性，可以在冰雪清除的非作业期间，拆除冰雪作业属具，使主机从事其它作业，问接降低设备投入成本，提高企业经济收益。
  (5)环保化。冰雪清除设备的环境保护，包括设备主机对环境的影响和冰雪清除方法对环境的影响两个方面。设备主机对环境的影响，通常包括噪声和尾气，因此，选取符合环保标准的主机是关键。
着重多功能小型化，同时中国的除雪机械还应该着重向兼用型的方向发展，可对多种机械如卡车、推土机、建筑机械等实施改造，或配备雪犁等除雪装置，只是在冬季降雪时进行除雪作业，其余时间可进行洒水、清扫等多种路面养护作业及其他常规作业。除雪机械应尽量采用机、电、液新技术，实现自动控制，提高除雪机械的科技含量，减轻工人的劳动强度，提高扫雪除冰的效率。

1.3 　本章小结
本文结合哈尔滨市城市道路情况，参照吉林北欧多功能清雪机进行设计，主要研究以下几个方面内容：
（1）副发动机和除冰装置的结构形式；分析路面压实冰雪的物理力学性能和破坏准则，为清雪车的相关设计、分析计算奠定基础。
（2）研究清雪车的结构和整车性能。确定本文选用牵引装置。
（3）研究清雪车清雪铲工作机理。对清雪铲结构和参数进行设计；对清雪铲的切线阻力进行分析计算。

第2章 　路面压实冰雪物理力学性质
2.1 　冰雪的成因与分类
2.1.1 路面冰雪分类
日本冰雪协会雪质分类委员会经过对道路雪质调查，得出路面冰雪分类,本文节选出一部分，如表2.1所示。
表2.1 路面压实冰雪分类表
分类
状态
特征
雪粒状态
密度/ ㎏·
新雪
结晶状
刚下的雪

100左右
粉雪
粉状
车辆带起的由新雪雪片分裂而成的小颗粒雪粉积存物
直径为0.05～0.3mm相互没有连接的圆粒
270～410
压雪
板状
被压过的积雪
雪粒直径为0.05～0.3mm相互连接的圆粒
450～750
冰雪
板状
压雪渗进水以后又冻结，厚度在1mm以上
雪粒直径为0.05～2mm的多结晶冰，含有粒径0.1～0.5mm的气泡
750～900
冰膜
薄
冰
膜
冻结的水膜在地面或积雪上，厚度在1mm以下
雪粒直径为0.1～0.4mm的多结晶冰，含有粒径0.01～0.1mm的气泡

2.1.2 路面压实冰雪的成因
根据我国气候及交通状况，结合表2.1，将路面压实冰雪的形成原因归纳为以下三个方面：
（1）碾压。冬季路面降雪经过车辆和行人的碾压，密度较小的新雪被压实，形成高密度的压实雪。
（2）反复融冻。冬季由于昼夜温差变化，路面降雪在一段时间内出现反复的融化、冻结，在路面上形成坚硬的冰雪层。
（3）冻雨。冻雨是初冬或冬末春初时节的一种灾害性天气现象。冻雨落在路面上，随即冻结成光滑的冰层。随着雨量的增大，冰层也越结越厚。
以上三方面原因往往同时存在并相互作用，因此本文把压雪、冰雪和冰层统称为路面压实冰雪。压实冰雪在路面上的存在形式如图2-1所示。从图中可以看出，压实冰雪通过粘结层和路面固结在一起。通常情况下，粘结层的厚度仅有几毫米。

图2-1压实冰雪存在形式示意图
2.1.3 影响因素
由压实冰雪形成原因可以看出，压实冰雪的性能不仅受温度、水分的影响，还与外界压力、路面杂质、路面表面特性因素有关。
（1） 温度
①　 温度影响积雪中水分的析出和冻结
当温度高于0℃时，路面积雪开始融化，水分不断增多。水分是冻结不可缺少的重要因素。当路面温度接近0℃时，压实冰雪内部、压实冰雪与路面之间的水分开始凝结，由液态向固态转变。温度持续下降，路面与压实冰雪界面处的水分凝固加剧，两者之间的粘结层强度不断增大，并将压实冰雪和路面牢牢地连接在一起。当温度降到一定界限后，温度的降低再不能从压实冰雪内部得到更多的水分，界面间的粘结层强度不再增大，界面处于系统平衡状态。
②　 温度影响冻结速度
温度变化的快慢会影响冰雪的冻结速度，而冻结速度的变化影响冻结压实冰雪的结晶形态。不同结晶形态的冰雪，其性能变化很大。
由此可见，温度是影响路面压实冰雪性能的重要因素，对压实冰雪与路面的粘结起着关键作用。路面压实冰雪和粘结层的性能是随温度不断变化的。
（2）压力
压力是形成路面压实冰雪的重要条件，冰雪受到的压力情况与被压实后的冰雪的性能有直接关系。压力作用的效果直接体现在压实冰雪的密度和硬度上。
①压力影响水分的析出
降雪在压力作用下，会有一定的雪花转化为水。压力作用的次数越频发，降雪转化为水的数量就越多。
②压力影响压实冰雪的密度和强度
压力会使路面冰雪的密度和强度大大增加，这是因为所施加的压力一方面使积雪被压实，另一方面压力会集中在界面上，使界面处冰雪层与路面的接触更加紧密，水分向界面渗透加剧。渗透到路面的水分冻胀，大大增加了冰雪对路面的“抓固”作用，增加了整体的强度。
在现实情况中，冰雪受到的压力大小和次数均无法准确衡量，所以压实冰雪的性能仍有很大的随机性。
（3） 冻结时间
在特定温度下系统的平衡依赖于冻结时间。在系统未进入热量平衡之前，冻结时间与压实冰雪的强度呈线性增长关系，冻结时间越长，压实冰雪的强度就越大。当系统进入热量平衡后，强度趋于平衡不再发生变化。
由此可见，路面压实冰雪的形成过程是系统散失热量，水分凝固结冰的过程。冻结时间与压实冰雪的强度有直接的关系。
（4） 路面表面特性与杂质
① 路面表面特性
压实冰雪性能受到路面表面特性的影响，主要包括路面的粗糙度和表面湿润性等表面特性与导热性、热膨胀性等材料热特性。
我国等级路面分为沥青类路面和水泥混凝土类路面两种。北方地区路面以沥青类路面为主。较小的空隙率使沥青混凝土路面具有透水性小、水稳定性好、耐久性高、有较大的抗自然因素的能力，使用年限可达15～20年以上。沥青混凝土路面表面粗糙度大、抗水性好、比热小、热膨胀系数小，压实冰雪与沥青路面的冻结十分坚固。
② 路面杂质
在各种公路的路面上，不可避免的存在各种杂质，比如粉尘、泥沙、碎石颗粒物等。这些杂质的存在对路面压实冰雪的性能也有重要影响。
当路面与压实冰雪之间存在杂质时，杂质起到了凝结粘合的作用，水的结合冻不均匀，增大粘结层强度。一般情况下，粘结层的强度高于压实冰雪的强度不同的路面的表面特征及路面杂质的存在情况各不相同，所以路面压实冰雪的性能是随着路面杂质不断变化的。
2.2 路面压实冰雪力学性质
2.2.1 抗压强度
压实冰雪的抗压强度是清雪车设计的重要参数之一，指压实冰雪抵抗其他物体进入的能力，用物体进入冰雪时单位面积上所受到的阻力表示。压实冰雪的抗压强度因环境不同而不同，强度值随密度的增加而增大，随温度的降低而增大，统计数值如表2.2所示。

表2.2 压实冰雪的抗压强度
冰雪类型
冰雪的密度 (kg/)
-1～-20时抗压强度的 范围（MPa）
压雪
450～750
0.2～1.67
冰雪
750～900
0.9～2.94
冰层
900左右
1.0～4.0
2.2.2 抗切强度

B=
式中 F—推雪车额定牵引力，N；
B—推雪铲宽度，cm；
对于新降积雪，查阅国内外除雪车的相关资料，推雪铲铲刃的水平比切力选20～100N∕cm即可满足工作要求。
③铲板（装铲刃后）高度 可根据设计时的除雪车整体结构、除雪能力、除雪生产率、除雪车额定功率等条件，估算推雪铲大概高度，再进行调整。
本设计使用的底盘车辆型号为CA3253P7K2T1AE，采用︱︱类渐开线型铲板，小端设计高度初定为920mm，大端高度初定为1100mm。
2.2.3 独立壁障装置设计
我国公路及城市道路的路况级城市道路的路况普遍已有很大的改善，但仍有相当里程的路段路况较差，突出表现在路面平整度低和局部损坏（如裂缝、变形、崩解、错台、沉陷、脱皮、麻面等）另外除雪作业还可能遇到一些路面障碍物（如凸台、井盖、道钉、分界线反光块、坑槽等）。如不采取障碍避让措施，则将造成除雪设备或路面设施的损坏，甚至会威胁到驾驶人员的人身安全。因此除雪装置要设有功能良好的弹性避让装置。
本文采用机械式壁障机构，实现被动壁障。机械壁障装置是一种被动的壁障装置，前铲除雪作业在壁障是虽然不必中断除雪作业，但应该减速慢行。
目前国内外除雪机械广泛采用弹性避让装置为双摇杆机构和摆动导杆机构两种形式。壁障机构的避让动作可分解为上下伸缩动作和绕某一固定轴定州的旋转动作。本文设计采用双摇杆壁障装置。
双摇杆机构如图4—6所示，是通过铲体的运动实现缓冲和避让。其优势是避让效果明显、越障高度较大，环境适应性强，因此应用也较广泛。为尽量减少避障时的积雪遗漏，铲刃在越过障碍物后应迅速回位进行正常的除雪作业。图 4—6中虚线表示推雪铲在壁障动态过程中的避让位置，铲刃作向上和回缩运动。

图4—6 双摇杆壁障机构
双摇杆壁障机构考虑到铲体在工作时会对铲刃造成损伤及破坏，需要更换的原因，所以铲刃本设计为铲体与铲刃分离设计如图4—7所示。

图4—7 壁障铲刃
1、弹簧支架 2、连接销 3、主铲体 4、连接销 5、独立铲刃
2.3 本章小结
本设计使用的底盘车辆型号为CA3253P7K2T1AE。通过分析，采用︱︱类渐开线型铲板。 有上述确定铲小端高度定为900mm，大端高度定为1000mm。铲刃切削角δ=30°；铲板宽度为3000mm;推雪铲在工作时与前进方向夹角为θ=60°，除雪宽度为L在行进方向上的有效投影,本设计中除雪宽度=3000mm。所用改装车最大宽度为2455mm，有效除雪宽度大于车宽555mm，符合实际道路通行要求。

第3章 　清雪车部件设计
3.1 滚雪刷设计
卧式滚扫型清雪车主要是指刷扫装置的转轴与地面保持平行，多数滚扫装备的轴线与工作主机的车轮轴线保持平行。工作形式类似于一个（或几个）圆柱滚子在驱动装置带动下进行定向转动清雪作业的一类扫雪机械。在一些特殊工况条件或设计方案中也可见转轴与工作主机不保持平行的情况。该形式清雪车一次作业的清扫宽度较大，扫雪均衡，不易形成漏扫区域。下面针对不同形式和特点的滚扫装备进行分类介绍。
3.1.1 卧式滚扫刷刷毛排布形式分类
（1） 直列排布式
直列排布式指滚筒上各排毛刷均沿滚筒轴线方向平行排布，目前国内多数滚扫型清雪车的扫雪滚均采用这种排布形式，如图5—1中所示滚扫装备即为直列排布形式清雪车。

图 5—1 直列滚扫式清雪车
（2） 螺旋排布式
螺旋排布式滚扫式指滚筒上刷毛沿滚筒圆周呈螺旋排布，本文说要设计的清雪属具就是这种清雪装备。图5—2中所示为一种小型螺旋滚扫式清雪车

图 5—2 螺旋滚扫式清雪车
3.1.2 整滚刷安装位置不同分类
（1） 前置型
前置滚扫型清雪车一般比较常见，如图5—3所示。一般这种类型的清雪车仅配备滚扫装置，无其他作业装置及作业功能。对于浮雪路面，前置型经过一次行驶作业后，路面基本上可以恢复畅通，不会产生因作业主机车轮碾压而形成的强粘附力压实积雪；如图5—1所示。
（2） 后置型
后置型一般附加于农用车后面如图5—3所示；

图5—3 后置型
由于本次设计倾斜车位多功能清雪车，考虑各作业属具自身独立作业的同时，还要考虑整车协同作业工况。鉴于此，将滚扫型清雪装备安装于工作主机前部，与清雪铲互换使用，便于不同天气及降雪情况时发挥最大效用。
3.1.3 按滚刷驱动分类
按驱动分类分为液压驱动及电力驱动：
（1） 液压驱动型
液压驱动型滚扫装置主要的动力装置一般为液压马达，能量沿牵引主机发动机将机械动能转变为液压势能，再将油液势能转变为机械动能。这种类型的扫雪装备具有与障过载保护，无级调速等优点，但扭矩脉动较大、效率较低起到扭矩较小（仅为额定扭矩的60%～70%）、低速稳定性能差。
（2） 电力驱动型
电力驱动型滚扫装置依靠自身预置的发电机提供电机，能量沿牵引主机发动机将机械动能转变为电能，再将电能输送给电动机输出机械动能。该类滚扫装备具有良好的速度控制特性，在整个速度区间能可实现平滑控制，几乎无振荡，同时可实现恒力矩转动作业，工作效率高，热损耗低，作业噪声较低。
电力驱动型相对马达驱动型，适用范围较为狭窄，一般仅限于无尘区、非易燃易爆环境。同时作业需要配备发电机，电动机，成本比较高。目前，国内外滚扫类扫雪车采用液压马达驱动形式的居多。
3.1.4 滚刷刷毛选择
尼龙1010，是由癸二酸与癸二胺缩聚而成，在化工领域其专业名称叫做聚癸二酰癸二胺，白色或微黄色半透明颗粒。质轻且坚硬，具有吸水性小，尺寸稳定性好，无毒，电绝缘性能优异；等特点相对密度和吸水性比尼龙6和尼龙66低，耐冲击等特性均优于尼龙6和尼龙66；在-40℃下仍能保持一定韧性；拉伸屈服强度、弯曲强度和压缩强度均较高；熔体流动性好，易于成型加工；具有硬度适中、高耐磨、高冲击韧性、价格低廉等优点。表5.1列出了该材料的只要性能指标。

5.1 尼龙1010主要性能指标
技术性能
数值
技术性能
数值
密度∕g·cm
1.07
布氏硬度∕daN·m
14～20
24小时吸水率∕％
1.00～1.20
拉伸强度∕Mpa
55
线膨胀系数∕％
6～10×10
压缩强度∕Mpa
65
热变形温度∕％
130～140
弯曲强度∕Mpa
80
熔点∕℃
210
耐寒温度∕℃
-40

尼龙1010在我国北方冬季低温条件下依然能够保持优良的耐磨性能、耐疲劳特性以及抗冲击特性；同时尼龙1010易于加工、具有较强的化学稳定性，成本低廉；与尼龙66相比，尼龙1010硬度较低，在低温环境下柔韧性依然强于前者。MC尼龙是一种新型的工业塑料，它虽然具备良好的综合性能，但作为清雪车上所使用的材料不能充分发挥其抗压缩性或疲劳特性。在受力及变形量不大，压缩变形频率不高的条件下，尼龙1010已经适用于作业要求。同时MC尼龙价格较高，对整机制造成本会产生负面影响。鉴于此，本文所研究的螺旋滚扫清雪属具所使用的刷毛材料选定尼龙1010。
（1） 生产率H
生产率是指扫雪车连续工作一小时的清扫面积，是衡量滚扫类清雪装备作业效率和作业能力的一个重要指标。
H＝3500B·· （2.1）
式中：H—扫雪车的生产率，；
B—清雪宽度，；
—作业牵引速度m∕s；
—清雪行程的重叠系数，=0.85～0.9。
（2） 清雪质量评价指标
清扫质量用清扫有效性系数表示，一般有如下衡量标准，
= （2.2）
式中：—清扫有效性系数；
—清扫前路面的积雪量，g∕m；
—清扫后路面的积雪量，g∕m；
的值越大，表明路面清扫得越干净。
3.2 扫雪排设计
履带链板型清雪排是以一个定向传动履带为载体，所有毛刷按一定规律在履带上进行设计与安装，履带通过传动轮转动来带动整个履带进行清雪作业，传动轮轴线与牵引车辆车轮的轴线始终保持垂直，装有刷毛的传动履带（或金属链板）与积雪路面保持平行。此设计为辅助前雪铲，清扫路面，达到除雪的理想效果，清雪作业不需要积雪料斗等附属装备，积雪可以进行独立作业，一般多用在高速公路，城市交通等主干道。
排雪刷组是由主链轮、副链轮、链条、刷子、刷架等组成，如图5—4所示。其主要功能是清除清雪铲作业时残留下的冰雪。其工作原理是电动马达通过轴、主链轮（5）带动特制链条（3）上的刷子在刷架上循环转动图5-4 排雪刷组
1-副链轮；2-排雪刷组架；3-特制链条；4-刷子；5-主动链轮
3.3 撒布机设计
撒布机主要主要技术参数设计：
1. 料仓容积： 10立方米；
2. 撒布宽度：2-12米；
3. 撒布剂量(盐、融雪剂不含沙土)：0-40克∕平方米，宽度2-12米。
主要技术特点：
1. 设备的结构件具备优良的强度及耐腐蚀性，符合在恶劣的环境下工作的要求；
2. 采用高轻度刚，耐腐蚀等特点，并且重量轻；
3. 比例阀、电动送料马达及电动撒布盘马达等关键部件采用高标准原装件；
4. 驾驶室内操作，智能控制散步剂量及宽度，设定后保持恒定，不受车辆作业速度影响；
5. 非对称撒布等技术使除雪作业智能化，精细化。
主要特点介绍：
1.拆装方便
灵活拆卸，需起吊装置；拆卸部件亦是撒布机支架；卸下撒布机后，底盘车也可以做他用，提高底盘使用效率。
2. 对称撒布
车辆在任意车道作业时保证融雪剂不撒入绿色隔离带内，并使融雪剂在路面撒布均匀。如图5—5撒布机示意图。

图5—5 撒布示意图
3. 个性化设计，如发生编织袋缠绕、出料堵塞可方便的打开杂物取出，而无需将料仓卸空。
4. 机后端配有梯子：方便操作人员上下启闭防雨罩及设备维护。
3.4 油路设计
液压系统组成与工作原理
本文多功能型清雪车液压系统（如图5-6所示）由升降液压装置和工作液压装置组成。

图 5-6 液压管路布置图
1—扫雪排液压马达；2—四联泵；3—液压表及开关；4—溢流阀；5—雪铲摆动油缸；6—撒布机升降油缸；7—