【文章內(nèi)容簡(jiǎn)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(duì)冰層產(chǎn)生擠壓作用，促使冰層橫向位移和變形，進(jìn)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(kāi)的冰層，滾輪在自轉(zhuǎn)和拖拉機(jī)牽引滾動(dòng)前進(jìn)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(guó)幅員遼闊，加上各地氣候不一，所以在考慮到不同路面對(duì)清理有不同要求時(shí)， 該 設(shè)計(jì)還將滿(mǎn)足以下幾點(diǎn)要求： 1） 本裝置配有的傳動(dòng)嚙合 離合 器 可以有效的調(diào)整進(jìn)行作業(yè)部件的數(shù)量，以致達(dá)到調(diào)整工作幅寬的作用 ； 2） 在破冰作業(yè)過(guò)程中，不可避免地會(huì)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(duì)路面冰層的厚薄 與堅(jiān)實(shí)程度 的不同 ，本機(jī)具 的配重裝置可以通過(guò)調(diào)節(jié)配重的重量來(lái)調(diào)整刀片和 滾輪在作業(yè)時(shí)對(duì)冰層的壓力。達(dá)到在不損傷路面的情況下有效清理路面 ； 配重裝置 設(shè)計(jì)為可變?nèi)萘康男问健? 4） 圓盤(pán)破冰耙和 碾壓滾輪 的設(shè)計(jì)， 使得 工作針對(duì)對(duì)象更廣。在可以 清 除路面冰層 的情況下，平時(shí)還可用來(lái)壓實(shí)、平 整路面，實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用，有效的節(jié)約了設(shè)計(jì)和制造成本。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 圖如 61 所示： 圖 61 破冰碾冰組合裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 ， ， ， ， 12 平行四桿聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu) 的設(shè)計(jì) 采用 平行四桿 聯(lián) 動(dòng)機(jī)構(gòu) 設(shè)計(jì)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(qiáng)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(wèn)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(dòng)機(jī)構(gòu)如圖 62 所示： 圖 62 平行四桿聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu) ， ， 如圖 62 所示，采用平行四桿聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的破冰碾冰組合裝置，有以下三種狀態(tài)： 1)當(dāng)機(jī) 具進(jìn)行轉(zhuǎn)移，被拖拉機(jī)提升起來(lái)時(shí)，整個(gè)組合裝置如平行四邊形 AB1C1D 所示 ,圓盤(pán)破冰耙和 碾壓滾輪 均未與地面接觸，機(jī)具能快速移動(dòng) 。 2)當(dāng)機(jī)具作業(yè)時(shí)，整個(gè)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(jī)構(gòu)的配合作用下，具有隨地面仿形和阻尼的功能 。 3)當(dāng)該組合裝置不需工作時(shí)，被提升不接觸路面，如平行四邊形 AB3C3D 所示 ,有效地保護(hù)了圓盤(pán)破冰耙和 碾壓滾輪 。 4)當(dāng)作業(yè)遇到障礙物時(shí)，破冰碾冰組合裝置能有效避障（如圖 63 所示），保護(hù)了破冰耙和滾輪，提高了作業(yè)效率。 圖 63 平行四桿聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)的避障 13 四個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副之間通過(guò)軸瓦相配合，有效保證了轉(zhuǎn)動(dòng)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(pán)破冰耙 圓盤(pán)破冰耙的工作過(guò)程 圓盤(pán)破冰耙在工作時(shí)（圖 65），刀刃口垂直于地面。在拖拉機(jī)的牽引力的作用下破冰圓盤(pán)耙滾動(dòng)前進(jìn)。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(dòng)時(shí)，在耙片刃口和曲面的綜合作用下，進(jìn)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(pán)破冰耙工作示意圖 圓盤(pán)破冰耙的受力分析 圓盤(pán)破冰耙作業(yè)時(shí)， 受力分析如 圖 66： 圖 66 圓盤(pán)破冰耙的受力分析 14 圓盤(pán)破冰耙作業(yè)時(shí)，每個(gè)耙組上的所受的冰層阻力可歸納為兩個(gè)非匯交力 N 和 R，見(jiàn)圖 力平行于耙組軸，并通過(guò)位于地面垂直的耙片直徑上的某一點(diǎn) C。 C 點(diǎn)與耙組軸線(xiàn)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(gè)耙片的刃口平面上，并通過(guò)軸心，與地面成 a 角。將 N、 R 兩力進(jìn)行分解與合成，在合成時(shí)，假設(shè)將力移至耙組軸向處，可得 Rx、 Ry 和 Rz 三個(gè)力和一個(gè)力偶 NE。其中 Rx 為圓盤(pán)耙在前進(jìn)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(jī)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(dāng)配重 G、彈簧壓力 P 越大時(shí)，刀片對(duì)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(duì)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(dāng) G、 p 增大時(shí)，切割深度 h 也增大。反之， h 減小。 2)刀片端點(diǎn)的切削速度 v 為防止刀片刮傷路面，刀片自身無(wú)回轉(zhuǎn)速度。靠設(shè)備的配重 G、拖拉機(jī)牽引速度 Vm 的 作用下滾動(dòng)前進(jìn)，進(jìn)行切割冰層。所以刀片端點(diǎn)的 切削速度 v 就等于拖拉機(jī)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(gè)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(jì) 碾壓滾輪 的工作過(guò)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(jī)組前進(jìn)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(gè)工作過(guò)程中，必須使?jié)L輪絕對(duì)速度指向下方，即使?jié)L輪端點(diǎn)絕對(duì)水平速度 Vx﹤ 用 ? 判斷滾輪是否能正常碾碎冰塊。當(dāng) ? ﹥ 1時(shí)，可正常碾碎。 2mmR nRvv??? ?? 式中 R — 滾輪邊緣 端點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)半徑； ω — 滾輪 旋轉(zhuǎn)角速度； n — 滾輪 轉(zhuǎn)速； 15 Vm— 機(jī)組前進(jìn)速度。 設(shè)計(jì)參數(shù)：滾輪外緣端點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)半徑 R=245mm。 滾輪轉(zhuǎn)速 n=140r/min。 機(jī)組前進(jìn)速度 v=12km/h. 帶入公式計(jì)算： 2mmR nRvv??? ?? =﹥ 1 所以，選擇的機(jī)組前進(jìn)速度 Vm 和滾輪回轉(zhuǎn)角速度 ? 滿(mǎn)足碾碎冰塊條件。 碾壓滾輪 邊緣端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡 方程 根據(jù) 碾壓滾輪 的工作過(guò)程可知，滾輪邊緣端點(diǎn)的絕對(duì)軌跡是由機(jī)組前進(jìn)運(yùn)動(dòng)和滾輪的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)合成的。這種合成運(yùn)動(dòng)的軌跡為擺線(xiàn)，隨著這兩種速度的不同，擺線(xiàn)的形狀也不一樣。 設(shè)以滾輪的軸心為坐標(biāo)原點(diǎn)，機(jī)組前進(jìn)方向?yàn)闄M坐標(biāo) X 軸的正方向，縱坐標(biāo) Y 軸以碾冰深方向?yàn)檎?，并以滾輪半徑與前進(jìn)方向相重合為起始位置，則滾輪邊緣端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡的參數(shù)方程為： ? cossinmx v t R ty R t ????? 式中 t — 時(shí)間。 碾壓滾輪 基本參數(shù)的設(shè)計(jì) 為滿(mǎn)足總體設(shè)計(jì)要求及與破冰耙相協(xié)調(diào)，在本裝置中設(shè)計(jì)為 2 組滾輪。每組滾輪都由鏈輪傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)（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(dāng)只需要一組滾輪工作時(shí)，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(mǎn)足了應(yīng)對(duì)不同工作幅寬的要求。 碾壓 滾輪 無(wú)縫鋼管做成，兩端用擋板經(jīng)過(guò)焊接密封，用圓鋼在無(wú)縫鋼管外壁繞成單線(xiàn)螺紋狀，并焊接固定。工作時(shí)通過(guò)螺紋狀的圓鋼碾壓冰塊，即保證了對(duì)冰塊有一定的壓力，又確保了不會(huì)對(duì)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(jì)中：無(wú)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(jì) 在破冰作業(yè)過(guò)程中，不可避免地會(huì)遇到障礙物，和路面不平整問(wèn)題。如不能解決避讓障 礙物問(wèn)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(dòng) 機(jī)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(dāng)遇到障礙物和路面不平整時(shí) 彈簧被壓縮，圓盤(pán)破冰耙和 碾壓滾輪 通過(guò)連桿 繞機(jī)架上的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而繞 過(guò)障礙物，待碾壓滾輪越過(guò)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(jī)架一端還高度可調(diào)，當(dāng)該組破冰裝置不需要工作時(shí)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(jì) 設(shè)計(jì)要求及結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求 路面清除裝置主要用來(lái)清除已被破碎的冰雪，除冰鏟為主要工作部件，應(yīng)滿(mǎn)足以下要求： 1)清除壓實(shí)冰雪時(shí)必須保證除冰鏟能夠有效地壓入冰雪中，通過(guò)鏟的運(yùn)動(dòng)使冰雪與地面分離，但除冰鏟的切入力又不能太大，否則會(huì)破壞地面或?qū)⒅鳈C(jī)撐起，影響機(jī)組的附著動(dòng)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(yùn)動(dòng)的切削過(guò)程。產(chǎn)生滑移的條件是，側(cè)切刃上各點(diǎn)的切削速度方 向與法線(xiàn)之間的夾角大于與被切物體之間的摩擦角。刃口曲線(xiàn)上任意一點(diǎn)的切削速度方向與法線(xiàn)之間的夾角稱(chēng)為該點(diǎn)的滑切角（又稱(chēng)動(dòng)滑切角），其相對(duì)速度（圓周速度）方向與法線(xiàn)之間的夾角稱(chēng)為靜滑切角。因此，所謂良好的滑切性能，就是指刃口曲線(xiàn)上任意一點(diǎn)的動(dòng)滑切角應(yīng)大于冰雪與刃口之間的摩擦角?；屑仁×τ植粫?huì)產(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(dòng)，用雙螺母鎖住可將除冰鏟 3 固定于機(jī)架；除冰鏟 3 可繞絲桿 2轉(zhuǎn)動(dòng)使除冰鏟能夠根據(jù)除雪量的多少來(lái)調(diào)節(jié)角度，絲桿 2用雙螺母固定于機(jī)架；鏟刃 4 可切入冰雪將冰雪與地面分離， 鏟刃通過(guò) 沉頭 螺釘連接于除冰鏟且比除冰鏟稍長(zhǎng)以填補(bǔ)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：