【文章內(nèi)容簡介】 很難破碎成塊 狀的冰層。即可用刀刃切入的方法促使其橫向變形，故破冰作業(yè)的第一步是使刀片切入冰層，隨切入深度的增加，刀片的楔形截面對冰層產(chǎn)生擠壓作用，促使冰層橫向位移和變形，進而脆性斷裂、破碎、剝離。冰層被剝離和分裂后，故破冰作業(yè)的第二步是使圓筒狀滾輪碾壓被分割開的冰層，滾輪在自轉(zhuǎn)和拖拉機牽引滾動前進下，將塊狀的冰層徹底碾壓成散碎的冰塊，以利于刮雪鏟在不損傷路面的前提下干凈清除路面上的積冰。由于我國幅員遼闊，加上各地氣候不一，所以在考慮到不同路面對清理有不同要求時， 該 設(shè)計還將滿足以下幾點要求： 1） 本裝置配有的傳動嚙合 離合 器 可以有效的調(diào)整進行作業(yè)部件的數(shù)量，以致達到調(diào)整工作幅寬的作用 ； 2） 在破冰作業(yè)過程中，不可避免地會遇到障礙物，并且考慮到路面、冰層的不平 整因素，本裝置配有的阻尼彈簧可以有效的起到避讓、緩沖和增壓作用 ，保證不損壞路面； 3） 針對路面冰層的厚薄 與堅實程度 的不同 ，本機具 的配重裝置可以通過調(diào)節(jié)配重的重量來調(diào)整刀片和 滾輪在作業(yè)時對冰層的壓力。達到在不損傷路面的情況下有效清理路面 ； 配重裝置 設(shè)計為可變?nèi)萘康男问健? 4） 圓盤破冰耙和 碾壓滾輪 的設(shè)計， 使得 工作針對對象更廣。在可以 清 除路面冰層 的情況下，平時還可用來壓實、平 整路面，實現(xiàn)了一機多用，有效的節(jié)約了設(shè)計和制造成本。 結(jié)構(gòu)簡 圖如 61 所示： 圖 61 破冰碾冰組合裝置的結(jié)構(gòu)簡圖 ， ， ， ， 12 平行四桿聯(lián)動機構(gòu) 的設(shè)計 采用 平行四桿 聯(lián) 動機構(gòu) 設(shè)計的 破冰碾冰組合裝置 ， 主要工作部件 具有隨地面 仿形 和阻尼的功能 ， 可以根據(jù)路面狀況調(diào) 整 壓強和工作 角度，能有效應(yīng) 解決 路面不平整 和 出現(xiàn) 工作死角 等 問題。 既 保障 不損傷路面 ， 還 降低功率消耗 ， 可 提高 了除冰 效率。 平行四桿聯(lián)動機構(gòu)如圖 62 所示： 圖 62 平行四桿聯(lián)動機構(gòu) ， ， 如圖 62 所示，采用平行四桿聯(lián)動機構(gòu)設(shè)計的破冰碾冰組合裝置，有以下三種狀態(tài)： 1)當機 具進行轉(zhuǎn)移，被拖拉機提升起來時，整個組合裝置如平行四邊形 AB1C1D 所示 ,圓盤破冰耙和 碾壓滾輪 均未與地面接觸，機具能快速移動 。 2)當機具作業(yè)時，整個組合裝置如平行四邊形 AB2C2D 所 ,。破冰碾冰組合裝置與冰層接觸，在阻尼機構(gòu)的配合作用下，具有隨地面仿形和阻尼的功能 。 3)當該組合裝置不需工作時，被提升不接觸路面，如平行四邊形 AB3C3D 所示 ,有效地保護了圓盤破冰耙和 碾壓滾輪 。 4)當作業(yè)遇到障礙物時，破冰碾冰組合裝置能有效避障（如圖 63 所示），保護了破冰耙和滾輪，提高了作業(yè)效率。 圖 63 平行四桿聯(lián)動機構(gòu)的避障 13 四個轉(zhuǎn)動副之間通過軸瓦相配合，有效保證了轉(zhuǎn)動靈活、不卡死。 各桿具體結(jié)構(gòu)如圖64 所示： 圖 64 各桿具體結(jié)構(gòu) 圓盤破冰耙 圓盤破冰耙的工作過程 圓盤破冰耙在工作時（圖 65），刀刃口垂直于地面。在拖拉機的牽引力的作用下破冰圓盤耙滾動前進。并在耙、配重的重力和冰層的反作用下切入冰層一定的深度。耙片在滾動時，在耙片刃口和曲面的綜合作用下，進行切 入冰層、擠壓冰層。 在本裝置中，采用兩組耙結(jié)構(gòu)，并且使兩組耙的刃口方向反向安裝，在冰層的滑移作 用下有效的保證了工作面積。 工作示意圖： 圖 65 圓盤破冰耙工作示意圖 圓盤破冰耙的受力分析 圓盤破冰耙作業(yè)時， 受力分析如 圖 66： 圖 66 圓盤破冰耙的受力分析 14 圓盤破冰耙作業(yè)時，每個耙組上的所受的冰層阻力可歸納為兩個非匯交力 N 和 R，見圖 力平行于耙組軸，并通過位于地面垂直的耙片直徑上的某一點 C。 C 點與耙組軸線的距離 E 與冰層性質(zhì)、切入冰層深度等有關(guān)。 R 力可假設(shè)為位于耙組中間一個耙片的刃口平面上，并通過軸心，與地面成 a 角。將 N、 R 兩力進行分解與合成，在合成時，假設(shè)將力移至耙組軸向處，可得 Rx、 Ry 和 Rz 三個力和一個力偶 NE。其中 Rx 為圓盤耙在前進方向的牽引阻力 。 功能基本參數(shù) 1)刀片的工作深度 h 由圖 61 可知，刀片的工作深度與拖拉機牽引速度 Vm、設(shè)備配重 G、阻尼彈簧壓力 P、冰層物理性質(zhì)等因素有關(guān)。當配重 G、彈簧壓力 P 越大時，刀片對冰層的壓力也越大，切割深度 h 也越大。由于路面積冰一般都屬于薄冰，又由于冰層物性的決定，所以 Vm、冰層狀況對切割深度 h 的影響較小。 綜上所述刀片的工作深度主要 由 配重 G、彈簧壓力 p 決定。當 G、 p 增大時，切割深度 h 也增大。反之， h 減小。 2)刀片端點的切削速度 v 為防止刀片刮傷路面，刀片自身無回轉(zhuǎn)速度?？吭O(shè)備的配重 G、拖拉機牽引速度 Vm 的 作用下滾動前進，進行切割冰層。所以刀片端點的 切削速度 v 就等于拖拉機的牽引速度Vm。 3)切割冰的有效面積 s 由圖 65 可知，刀片切割冰的有效面積 s，由耙組兩相鄰刀片間距 d、刀片切割速度v決定。而整個切割冰面積 S 則由耙組數(shù)、刀片數(shù)決定。 即 s=d? v。 S=n? s. 其中 n為相鄰刀片間距數(shù)。即 n=總刀片數(shù) N=10，即 n=9. 碾壓滾輪 的 設(shè)計 碾壓滾輪 的工作過程 碾碎冰塊條件 滾輪（如圖 61 所示）是否能正常碾碎冰塊，與機組前進速度 Vm 和滾輪回轉(zhuǎn)角速度 ? 的選擇有密切的關(guān)系。在整個工作過程中，必須使?jié)L輪絕對速度指向下方，即使?jié)L輪端點絕對水平速度 Vx﹤ 用 ? 判斷滾輪是否能正常碾碎冰塊。當 ? ﹥ 1時，可正常碾碎。 2mmR nRvv??? ?? 式中 R — 滾輪邊緣 端點轉(zhuǎn)動半徑； ω — 滾輪 旋轉(zhuǎn)角速度； n — 滾輪 轉(zhuǎn)速； 15 Vm— 機組前進速度。 設(shè)計參數(shù)：滾輪外緣端點轉(zhuǎn)動半徑 R=245mm。 滾輪轉(zhuǎn)速 n=140r/min。 機組前進速度 v=12km/h. 帶入公式計算： 2mmR nRvv??? ?? =﹥ 1 所以，選擇的機組前進速度 Vm 和滾輪回轉(zhuǎn)角速度 ? 滿足碾碎冰塊條件。 碾壓滾輪 邊緣端點的運動軌跡 方程 根據(jù) 碾壓滾輪 的工作過程可知，滾輪邊緣端點的絕對軌跡是由機組前進運動和滾輪的回轉(zhuǎn)運動合成的。這種合成運動的軌跡為擺線，隨著這兩種速度的不同，擺線的形狀也不一樣。 設(shè)以滾輪的軸心為坐標原點，機組前進方向為橫坐標 X 軸的正方向，縱坐標 Y 軸以碾冰深方向為正向，并以滾輪半徑與前進方向相重合為起始位置，則滾輪邊緣端點的運動軌跡的參數(shù)方程為： ? cossinmx v t R ty R t ????? 式中 t — 時間。 碾壓滾輪 基本參數(shù)的設(shè)計 為滿足總體設(shè)計要求及與破冰耙相協(xié)調(diào)，在本裝置中設(shè)計為 2 組滾輪。每組滾輪都由鏈輪傳動驅(qū)動（如圖 61 所示），并且中間軸上的鏈輪（圖 61 中所示的 鏈 輪 1）都可由嚙合器控制。當只需要一組滾輪工作時，只需將與之相配合的嚙器嚙合，即可選擇工作的滾輪，有效的滿足了應(yīng)對不同工作幅寬的要求。 碾壓 滾輪 無縫鋼管做成，兩端用擋板經(jīng)過焊接密封，用圓鋼在無縫鋼管外壁繞成單線螺紋狀，并焊接固定。工作時通過螺紋狀的圓鋼碾壓冰塊，即保證了對冰塊有一定的壓力，又確保了不會對路面造成損傷。 碾壓滾輪 示意圖如圖 67 所示： 圖 67 碾壓滾輪 的基本結(jié)構(gòu) 16 在本 設(shè)計中：無縫鋼管 D=219mm， L=580mm。 圓鋼 D=13； 導(dǎo) 程 S=P=29mm.。 彈簧阻尼器 的設(shè)計 在破冰作業(yè)過程中，不可避免地會遇到障礙物，和路面不平整問題。如不能解決避讓障 礙物問題，設(shè)備極易破壞，并影響正常工作。在本裝置中除了用平面四桿聯(lián)動 機構(gòu)根據(jù)路面仿形調(diào)整角度外，各組 碾壓滾輪 還配有一阻尼彈簧。 該彈簧阻尼器有以下功能： 1)當遇到障礙物和路面不平整時 彈簧被壓縮，圓盤破冰耙和 碾壓滾輪 通過連桿 繞機架上的軸轉(zhuǎn)動，從而繞 過障礙物，待碾壓滾輪越過障礙物后，彈簧恢復(fù)原形，破冰耙和 碾壓滾輪 繼續(xù)正常破冰 。 2) 彈簧阻尼器 連機架一端還高度可調(diào)，當該組破冰裝置不需要工作時將 彈簧阻尼器 提高并固定，嚙合器分離，該組破冰裝置即可不工作、并且與路面不接觸。 主要部件 彈簧阻尼器 示意圖如圖 68 所示： 圖 68 阻尼彈簧 器 7. 路面清除裝置的設(shè)計 設(shè)計要求及結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計 設(shè)計要求 路面清除裝置主要用來清除已被破碎的冰雪，除冰鏟為主要工作部件，應(yīng)滿足以下要求： 1)清除壓實冰雪時必須保證除冰鏟能夠有效地壓入冰雪中，通過鏟的運動使冰雪與地面分離，但除冰鏟的切入力又不能太大，否則會破壞地面或?qū)⒅鳈C撐起，影響機組的附著動力； 2)有良好的滑切性能 。 滑切是指被切物體沿刃口切向有滑移運動的切削過程。產(chǎn)生滑移的條件是，側(cè)切刃上各點的切削速度方 向與法線之間的夾角大于與被切物體之間的摩擦角。刃口曲線上任意一點的切削速度方向與法線之間的夾角稱為該點的滑切角（又稱動滑切角），其相對速度（圓周速度）方向與法線之間的夾角稱為靜滑切角。因此，所謂良好的滑切性能，就是指刃口曲線上任意一點的動滑切角應(yīng)大于冰雪與刃口之間的摩擦角?；屑仁×τ植粫a(chǎn)生粘刀現(xiàn)現(xiàn)象。 17 結(jié)構(gòu)形式 1 為絲桿可沿弧形滑槽滑動，用雙螺母鎖住可將除冰鏟 3 固定于機架；除冰鏟 3 可繞絲桿 2轉(zhuǎn)動使除冰鏟能夠根據(jù)除雪量的多少來調(diào)節(jié)角度，絲桿 2用雙螺母固定于機架；鏟刃 4 可切入冰雪將冰雪與地面分離， 鏟刃通過 沉頭 螺釘連接于除冰鏟且比除冰鏟稍長以填補兩片除 冰 鏟之間的縫隙，鏟刃磨鈍或破損后可方便更換，節(jié)省材料和成本。 圖 71 除冰裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖 ， ， ， 4. 鏟刃 鏟刃具體結(jié)構(gòu)如圖 72所示：