【文章內(nèi)容簡介】 前進方向上的最小投影寬度大于車寬，前端（小端）應(yīng)比同側(cè)輪胎外緣寬出約 200mm，后端（大端）應(yīng)比同側(cè)輪胎外緣寬出約400mm。這種寬度出量是為了保證在作業(yè)過程中除雪車能給自己開辟前進的道路，從而保證其作業(yè)質(zhì)量。 通過查閱國內(nèi)道路標準，可知各種公路車道寬度約 30003750mm，但普遍采用 3750mm 的較多。除雪車作業(yè)時，鏟板的寬度必須小于或等于 3750mm，才不會影響其他車輛的通行。而且除雪寬 度 BL，即除雪鏟在除雪車前進方向上的最小投影寬度，必須大于或等于 2936mm（車寬 +大小端的輪緣距）。因此除雪鏟板寬度必須大于 mm2629mm60s i n2936s i n ???? FBLL ?，可初步確定除雪鏟板寬度 B 為3700mm。根據(jù)公式（ 32）進行檢驗： B= xeqF （ 32） 重慶理工大學 除雪汽車設(shè)計 12 式中： Fe—— 推雪車額定牽引力 (N)，烏尼莫克 U4000 的額定牽引力為 39kN； B—— 推雪寬度，單位 mm； xq—— 推雪鏟的水平比切力，可選 20— 100N/cm，此次選取 100N/cm。 將數(shù)據(jù)代入公式（ 32）可得 B=390cm=3900mm，所以雪鏟寬度 B 取 3700mm滿足要求。 （ 3）雪鏟鏟板特征 雪鏟鏟板一般呈一端大一端小的空間螺旋錐形，為了保證清雪寬度常采用不對稱安裝。鏟板前端高度 FH一般取 1000mm，后端高度 RH取 1400mm 且要利于排雪。為防止飛雪影響駕駛員視線，雪鏟一定要有一定量的固定前伸部分。 雪鏟鏟板切削刃參數(shù)選擇 切削刃和與其連接在一起的鏟板是推雪鏟的主要工作部分。為了設(shè)計性能良好的除雪鏟，必須對切削刃和鏟板加以分 析。 除雪車雪鏟主要應(yīng)用于清除新降積雪，新降雪的密度隨其結(jié)構(gòu)、氣象條件以及降雪氣溫的不同而變化，其密度值一般在 20～ 800kg/m 之間。通過比較認為松土和積雪的物理機械性質(zhì)較為接近，參考較為成熟的推土鏟切削刃設(shè)計理論可知，對于松土和積雪，一般認為切削角c?取 30176。時切削刃強度和切削阻力組合最佳。但推土鏟的切削角c?通常以 55176。為宜。除雪車雪鏟切削對象是新降雪，同時除雪車為保護路面大多采用輪式行走機構(gòu)，所能提供的最大牽引力較履帶式行走機構(gòu)小，而且工作速度要求較高，所以應(yīng)盡量減小工作時的切削阻力。除雪車的工作路面較 為平整，適合地形變化需要的后角略小。因此綜合考慮，除雪鏟鏟刃切削角c?選擇為 30176。切削刃厚度取 20mm 左右，除雪深度為 100mm，切削刃是易損件，由于積雪路面情況復雜多變，為避免鏟刃局部受損而更換整個鏟刃板，通常把鏟刃設(shè)計成多塊刃板組合而成，可以翻轉(zhuǎn)調(diào)換使用，延長使用壽命。 雪鏟材料 除雪鏟的主要工作部分是切削刃和與其聯(lián)接在一起的鏟板。切削刃是直接切雪的零件，應(yīng)有足夠的耐磨性、強度、和剛度。切削刃是易損件，因此它與鏟板之間設(shè)計為可拆分段聯(lián)接。適宜的鏟體自重利于增大鏟體作用于路面的線壓力，因此除雪車并 不刻意追求降低雪鏟的總質(zhì)量，且今年來鏟體質(zhì)量有增大的趨勢。重慶理工大學 除雪汽車設(shè)計 13 但必須考慮行車穩(wěn)定性和所用載重車前后軸的承荷能力，通常情況下除雪車雪鏟工作裝置的總質(zhì)量限制在 500～ 800kg。材質(zhì)選擇時兼顧經(jīng)濟性，切削刃材料時除考慮耐磨性、韌性、經(jīng)濟性等因素外，須考慮工作溫度對其物理特性的影響，表 32為幾種常用鋼材的力學性能和退火硬度。除連接零件外，除雪工作裝置大部分零件材質(zhì)選擇 Q235 鋼。而切削刃一般選取 65Mn 調(diào)質(zhì)鋼。 表 32 常用鋼材的力學性能和退火硬度 鋼號 力學性能 退火硬度 HB≤ abMP? asMP? 20Mn2 785 590 187 Q235 375～ 460 ≥ 235 45 600 355 197 40Cr 520 980 207 65Mn 735 430 229 除雪鏟的力學模型及計算 犁板式除雪車的清雪阻力是其在清雪作業(yè)時所受到的總阻力，包括雪鏟受到的雪阻力和車輛的行走阻力兩部分。除雪鏟所受的阻力 Fp可圖 34所示的坐標進行分解。 c? z X 前進方向 Y 圖 34 單向推雪鏟的受力坐標 Fa 除雪鏟 Ff Fc 除 雪鏟 ? 重慶理工大學 除雪汽車設(shè)計 14 除雪阻力計算 清雪鏟所受到的阻力 Fp 可由下式求得： Fp=Ff+Fc+Fa (34) 式中 Ff—— 鏟刀與路面間的滑動摩擦阻力， N； Fc—— 分離積雪的切雪阻力， N。 Fa—— 將積雪沿鏟板面拋出時雪對鏟板的作用力， N。 Fp也可按圖 行分解： Fp=Fpx+Fpy+Fpz (35) 式中 Fpx—— 前進方向分力， N。 Fpy—— 側(cè)向分力 ， N； Fpz—— 垂直分力， N。 按上述坐標對 Ff、 Fc、 Fa進行分解則有： Ff=Ffx (36) Fc=Fcx+Fcy+Fcz (37) Fa=Fax+Fay (38) 式中 Ffx， Fcx， Fax—— 前進方向分力， N； Fcy， Fay—— 側(cè)向分力， N。 Fcz—— 垂直分力， N。 于是可分別計算鏟體在三個坐標軸方向上所受阻力的代數(shù)和。 前進方向上的阻力 Fpx： Fpx=Ffx+Fcx+Fax ? ? ????? ???? 222c22cpfpx 2cossinsing ???? SSMF (39) ? ? N]53c o i 230c o s 53s i n30s i [ 22222 ???????? ???????=2326N 重慶理工大學 除雪汽車設(shè)計 15 側(cè)向阻力 Fpy： Fpy=Fcy+Fay ????? ???? 2coscossinsin 2c2cpy SSF ?? (310) N]53c o s53s i 230c o s53c o s53s i n30s i [ 22 ???????????? =561N 垂直方向阻力 Fpz： czpzFF? ppz .89 MF? (311) ??= 式中 f?—— 鏟刃和路面的摩擦因數(shù)（鋼鐵與壓實雪的摩擦因數(shù)為 ）； Mp—— 推雪鏟總質(zhì)量， kg（雪鏟總質(zhì)量為 800kg）； S—— 清雪斷面積，2m（ S= =2m）； θ —— 雪鏟的行進角，（行進角為 53176。）； c?—— 雪鏟的切削角，（切削角為 30176。）； ?—— 雪鏟的行進速度， m/s（為除雪車的行進速度 ）； ρ —— 雪的密度， kg/3m（松散雪的密度為 80kg/3m）； K—— 鏟刀口形狀系數(shù)（前鏟 K=1） 。 ?—— 雪的平均抗斷應(yīng)力，新雪的平均抗切應(yīng)力?=0， Pa. 行駛阻力計算 行駛阻力 Fm 由下式求得： jiramFFFFF ???? 式中 Fa—— 空氣阻力 ,N。 Fr—— 滾動阻力 , N； Fi—— 上坡阻力， N。 Fj—— 加速阻力， N。 重慶理工大學 除雪汽車設(shè)計 16 即 ? ?? ?MMagMMAF eera ?????? ????? sincos 112m (312) 式中 a?—— 空氣阻力系數(shù)（烏尼莫克 U4000 取值 ）； A—— 犁板式除雪車正面投影面積，2； ?—— 犁板式除雪車與空氣的相對速度， km/h； r?—— 滾動阻力系數(shù)（輕碾壓雪與輪胎間， r?=+）； M—— 除雪車總質(zhì)量， kg； 1—— 除雪車有效 質(zhì)量， kg， 1M=MMp； e?—— 道路坡度角； a—— 加速度， m/2s； ?—— 犁式除雪車旋轉(zhuǎn)部分回轉(zhuǎn)當量， kg。 由于除雪車的行駛阻力與一般汽車的行駛阻力計算方法相同，犁式除雪阻力的影響因素很多，計算復雜，但可用經(jīng)驗公式（ 313）進行估算： ?SNF ?= 80=11926N （ 313） 式中： RN—— 除雪阻力比， m（ RN=2? +=）； S—— 除雪斷面面積， （ S= ）； ρ —— 雪的密度， kg/3（松散雪的密度為 80kg/3m）； 除雪作業(yè)總阻力 Fs 由推雪鏟所受的阻力 Fp和車輛的行駛阻力 Fm 合成， Fs可分解為行進方向、側(cè)向和垂直方向三個分力。 行進方向分力 Fsx=Fpx+Fm =（ 2326+11926） N=14252N (314) 側(cè)向分力 Fsy=Fpy=561N (315) 垂直方向分力 Fsz=Fpz= (316) 重慶理工大學 除雪汽車設(shè)計 17 切線牽引力計算 這里引入切線牽引力 Fk 的概念。切線牽引力是指在牽引元件作用下，地面產(chǎn)生的作用于行走機構(gòu)上、平行于地面并沿著行駛方向的總推力。 冰雪路面所能提供的最大附著力可由下式求得： ? ?pzgFMF???=（ 5340 ） =15572N (317) 式中 —— 附著系數(shù)，一般為 ~,取 。 因此，作用于行走機構(gòu)的最大切線牽引力為 ? ?pzFMgFF ??? ??maxk= (318) 為使犁板式除雪車能正常作業(yè)，其最大切線牽引力必須大于或等于外部阻力之和，即 NFNF SX 1 4 2 5 21 5 5 7 2k m a x ??? 在一般情況下，有發(fā)動機轉(zhuǎn)矩所決定的最大牽引力maxcM大于附著力?，發(fā)動機功率應(yīng)適當?shù)膬洹? 除雪功率的計算 除雪 功率 P由下式求得： ??sxFP? (319) ?? =131435W≈ 132kW 式中 P—— 除雪功率， kW； sxF—— 行進方向的除雪阻力， 14252N。 ?—— 行走速度， 30m/s； ?—— 傳動效率，機械傳動取 ?=。 重慶理工大學 除雪汽車設(shè)計 18 發(fā) 動機功率校核 根據(jù)上面的計算可知sxk FF max，而且除雪車初選發(fā)動機的功率 160kW大于除雪功率 132kW，所以除雪車可以正常作業(yè)。 本章小節(jié) 本除雪車的除雪鏟采用 II類漸開線型鏟板，鏟刃切削角為 30176。，切削刃厚度為 10mm；推雪鏟行進角為 53176。，除雪鏟前端高度為 1000mm，后端高度為 1400mm，鏟板寬度為 3700 mm，有效除雪寬度大于車寬 600mm，符合設(shè)計及道路通