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COMMINUTION INANON-CYLINDRICAL ROLL CRUSHER*P.VELLETRI and D.M.WEEDON Dept. of Mechanical accepted 4 September 2001)Velletri and Weedon, 2000 P. Velletri and D.M. Weedon, Preliminary investigations into a roll crusherwith non-cylindrical rolls, Proc. Minprex 2000 International Congress on Mineral Processing and Extractive Metallurgy, AIMM, Melbourne (2000), pp. 321328.ABSTRACTLow reduction ratios and high wear rates are the two characteristics most commonly associatedwith conventional roll crushers. Because of this, roll crushers are not often considered Jor use inmineral processing circuits, and many of their advantages are being largely overlooked. This paperdescribes a novel roll crusher that has been developed in order to address these issues.Referred toas the NCRC (Non-Cylindrical Roll Crusher), the new crusher incorporates two rolls comprised ofan alternating arrangement of plane and convex or concave surfaces. These unique roll profilesimprove the angle of nip, enabling the NCRC to achieve higher reduction ratios than conventional roll crushers. Tests with a model prototype have indicated thar even for very hard ores, reductionratios exceeding l0:l can be attained. In addition, since the comminution process in the NCRCcombines the actions of roll and jaw crushers there is a possibility O that the new profiles maylead to reduced roll wear rates. 2001 Elsevier Science Ltd.All rights reserved.Keywords: Comminution; crushingINTRODUCTIONConventional roll crushers suffer from several disadvantages that have led to their lack ofpopularity in mineral processing applications. In particular, their low reduction ratios (typically limited to about 3:1) and high wear rates make them unattractive when compared to other types ofcomminution equipment, such as cone crushers. There are, however, some characteristics of rollcrushers that are very desirable from a mineral processing point of view. The relatively constantoperating gap in a roll crusher gives good control over product size. The use of spring-loaded rollsmake these machines tolerant to uncrushable material (such as tramp metal). In addition, rollcrushers work by drawing material into the compression region between the rolls and do not rely on gravitational feed like cone and jaw crushers. This generates a continuous crushing cycle,which yields high throughput rates and also makes the crusher capable of processing wet andsticky ore.The NCRC is a novel roll crusher that has been developed at the University of Western Australiain order to address some of the problems associated with conventional roll crushers. The newcrusher incorporates two rolls comprised of an alternating arrangement of plane and convex orconcave surfaces. These unique roll profiles improve the angle of nip, enabling the NCRC toachieve higher reduction ratios than conventional roll crushers. Preliminary tests with a modelprototype have indicated that, even for very hard ores,reduction ratios exceeding 10:I can beattained (Vellelri and Weedon, 2000). These initial findings were obtained for single particle feed.where there is no significant interaction between particles during comminution. The current workextends the existing results by examining multi-particle comminution in the NCRC. It also looksat various other factors that influence the performance of the NCRC and explores the effectiveness of using the NCRC for the processing of mill scats.PRINCIPLE OF OPERATIONThe angle of nip is one of the main lectors effecting the performance of a roll crusher.Smaller nip angles are beneficial since they increase the likelihood of particles beinggrabbed and crushed by the rolls. For a given feed size and roll gap, the nip angle in aconventional roll crusher is limited by the size of the rolls. The NCRC attempts toovercome this limitation through the use of profiled rolls, which improve the angle ofnip at various points during one cycle (or revolution) of the rolls. In addition to thenip angle, a number of other factors including variation m roll gap and mode ofcomminution were considered when selecting the roll profiles. The final shapes of theNCRC rolls are shown in Figure I. One of the rolls consists of an alternating arrangement of plane and convex surfaces, while the other is formed from analternating arrangement of plane and concave surfaces. The shape of the rolls on the NCRC result in several unique characteristics. The most important is that, for a given particle size and roll gap, the nip angle generated m the NCRC will not remainconstant as the rolls rotate. There will be times when the nip angle is much lower than it would befor the same sized cylindrical rolls and times when it will be much higher. The actual variation innip angle over a 60 degree roll rotation is illustrated in Figure 2, which also shows the nip anglegenerated under similar conditions m a cylindrical roll crusher of comparable size. These nipangles were calculated for a 25ram diameter circular particle between roll of approximately200ram diameter set at a I mm minimum gap. This example can be used to illustrate the potentialadvantage of using non-cylindrical rolls. In order for a particle to be gripped, the angle of nipshould normally not exceed 25 . Thus, the cylindrical roll crusher would never nip this particle,since the actual nip angle remains constant at approximately 52 . The nip angle generated by theNCRC, however, the below 25 once as the rolls rotate by (0 degrees. This means that thenon-cylindrical rolls have a possibility of nipping the particle 6 times during one roll revolution.EXPERIMENTAL PROCEDURE The laboratory scale prototype of the NCRC (Figure 3) consists of two roll units, each comprisinga motor, gearbox and profiled roll. Both units are mounted on linear bearings, which effectivelysupport any vertical component of force while enabling horizontal motion. One roll unit ishorizontally fixed while the other is restrained via a compression spring, which allows it to resist avarying degree of horizontal load. The pre-load on the movable roll can be adjusted up to a maximum of 20kN. The two motors thatdrive the rolls are electronically synchronised through a variable speed controller, enabling the rollspeed to be continuously varied up to 14 rpm (approximately 0.14 m/s surface speed). The rollshave a centre-to-centre distance ,at zero gap setting) of I88mm and a width of 100mm. Bothdrive shafts are instrumented with strain gauges to enable the roll torque to be measured.Additional sensors are provided to measure the horizontal force on the stationary roll and the gapbetween the rolls. Clear glass is fitted to the sides of the NCRC to facilitate viewing of thecrushing zone during operation and also allows the crushing sequence to be recorded using a high-speed digital camera. Tests were performed on several types of rocks including granite, diorite, mineral ore, mill scatsand concrete. The granite and diorite were obtained from separate commercial quarries; the formerhad been pre-crushed and sized, while the latter was as-blasted rock. The first of the ore sampleswas SAG mill feed obtained from Normandy Minings Golden Grove operations, while the millscats were obtained from Aurora Golds Mt Muro mine site in central Kalimantan. The mill scatsincluded metal particles of up to 18ram diameter from worn and broken grinding media. Theconcrete consisted of cylindrical samples (25mm diameter by 25ram high) that were prepared inthe laboratory in accordance with the relevant Australian Standards. Unconfined uniaxialcompression tests were performed on core samples (25mm diameter by 25mm high) taken from anumber of the ores. The results indicated strength ranging from 60 MPa for the prepared concreteup to 260 MPa for the Golden Grove ore samples.All of the samples were initially passed through a 37.5mm sieve to remove any oversized particles.The undersized ore was then sampled and sieved to determine the feed size distribution. For each trial approximately 2500g of sample was crushed in the NCRC. This sample size was chosen onthe basis of statistical tests, which indicated that at least 2000g of sample needed to be crushed inorder to estimate the product P80 to within +0.1ram with 95% confidence. The product wascollected and riffled into ten subsamples, and a standard wet/dry sieving method was then used todetermine the product size distribution. For each trial, two of the sub-samples were initially sieved.Additional sub-samples were sieved if there were any significant differences in the resultingproduct size distributions.A number of comminution tests were conducted using the NCRC to determine the effects ofvarious parameters including roll gap, roll force, feed size, and the effect of single andmulti-particle feed. The roll speed was set at maximum and was not varied between trials asprevious experiments had concluded that there was little effect of roll speed on product sizedistribution. It should be noted that the roll gap settings quoted refer to the minimum roll gap. Dueto the non-cylindrical shape of the rolls, the actual roll gap will vary up to 1.7 mm above the minimum setting (ie: a roll gap selling of l mm actually means 1-2.7mm roll gap).
學(xué)
2017屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
文獻(xiàn)綜述
設(shè)計(jì)題目： 小型路面除冰裝置設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名： 張 班級(jí)： 機(jī) 班
學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師：
路面除冰裝置的現(xiàn)狀研究
張
( )
摘 要： 小型路面除冰裝置的設(shè)計(jì)可有效地解決目前所面臨的困境，它將人工控制與自動(dòng)控制相結(jié)合，可以針對(duì)不同的街道進(jìn)行清雪除冰作業(yè)，可有效地減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，還可利用其機(jī)械化作業(yè)的優(yōu)勢(shì)有效地提高除冰效率。小型機(jī)械在制造成本與應(yīng)用范圍較廣，能夠大面積推廣，具有較好的發(fā)展前景和應(yīng)用價(jià)值。本文設(shè)計(jì)的小型路面除冰裝置主要用于小區(qū)、校園和公園等道路不寬的場(chǎng)所。
關(guān)鍵詞：半自動(dòng)化 掃冰絞龍 刨冰輪 冰鏟 輕型
一、前言
在冬季，我國(guó)的降雪面積比較大。冰雪的及時(shí)清理一直是我國(guó)研究的一大難題，主要是因?yàn)楸┪锢硇再|(zhì)變化范圍較大，如密度和硬度；路面冰雪與外界結(jié)合緊密，所以含有大量雜質(zhì)物，形成了難以測(cè)量的混合物。我國(guó)的除冰雪機(jī)械起步較晚，在技術(shù)上比發(fā)達(dá)國(guó)家落后一些。針對(duì)目前北方大部分城市除冰作業(yè)任務(wù)主要靠人工或大型機(jī)械設(shè)備輔助作業(yè)，但我國(guó)很多街道存在過(guò)于狹窄的現(xiàn)狀，則需要人工作業(yè)、用鐵锨、鎬頭破碎冰層后集中裝車(chē)運(yùn)走或者等待氣溫轉(zhuǎn)高自然融化，勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低，而且容易損壞路面，狹窄的街道、小區(qū)限制了大型機(jī)械的工作，只能依靠人工作業(yè)來(lái)解決目前面臨的困境。
我國(guó)北部地區(qū)冬季較長(zhǎng)，降雪量大，每年有大量的降雪，降雪導(dǎo)致路面的摩擦系數(shù)較其它季節(jié)明顯降低。這使車(chē)輛行駛、制動(dòng)困難, 容易引發(fā)交通事故。冬季的降雪通常會(huì)以浮雪、積雪和積冰3種形式滯留于路面[1]。往往由于清冰不及時(shí)造成積冰以及積冰等問(wèn)題，阻礙了交通運(yùn)輸行業(yè)的發(fā)展甚至還可能對(duì)行人以及車(chē)輛安全帶來(lái)一定的隱患。另外我國(guó)由于技術(shù)的落后，大型裝備制造業(yè)的發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們的需求，在除冰工作中主要靠人工作業(yè)為主，浪費(fèi)大量的人力物力。并且由于冬季天氣寒冷造成底部結(jié)冰的現(xiàn)狀，也增加了工人在除冰過(guò)程中的勞動(dòng)強(qiáng)度，并且我國(guó)老齡化不斷程度不斷加深，多重弊端的限制需求一種小型機(jī)械化裝備來(lái)滿足目前的除冰的要求[2]。
二、國(guó)內(nèi)主要除雪去冰方式
（一） 機(jī)械除冰
除冰機(jī)械的種類(lèi)很多，可按工作原理、使用范圍、底盤(pán)形式和行走方式的不同進(jìn)行分類(lèi)。
1） 按工作原理分類(lèi)
根據(jù)除冰機(jī)械工作原理的不同可以將其分為推移式、螺旋拋投式、滾壓式、鏟剁式、錘擊式5 種類(lèi)型，實(shí)際使用中人們又習(xí)慣將除冰機(jī)分為犁式和螺旋式兩種類(lèi)型[3]。
犁式除冰機(jī)主要用于清除未經(jīng)壓實(shí)的積雪，特別是密度較小的新降積雪，由于犁式除冰機(jī)價(jià)格低、效率高、工作可靠，所以使用廣泛。國(guó)內(nèi)的犁式除冰機(jī)大多具有避讓功能，此外還可以實(shí)現(xiàn)犁刀升降以及作業(yè)角度的變化。
螺旋式除冰機(jī)一般具有切削、集中、推移和拋投等功能，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但功能多，有單級(jí)式和雙級(jí)式兩種類(lèi)型，其中單級(jí)式又分為銑刀型和風(fēng)扇型，雙級(jí)式則分為單軸螺旋風(fēng)扇型和雙軸螺旋風(fēng)扇型[4]。
2）按照除冰機(jī)械的用途可將其分為泛用除冰機(jī)、人行道除冰機(jī)、鐵道除冰機(jī)和高速公路除冰機(jī)4 種類(lèi)型。
3） 按底盤(pán)分類(lèi)根據(jù)除冰機(jī)械的底盤(pán)不同可把除冰機(jī)分為專(zhuān)用底盤(pán)除冰機(jī)和通用底盤(pán)除冰機(jī)兩種類(lèi)型。
4）按行走機(jī)構(gòu)分類(lèi)根據(jù)除冰機(jī)械的行走機(jī)構(gòu)差異可將其分為輪胎式除冰機(jī)和履帶式除冰機(jī)兩種類(lèi)型。
（二） 融冰除雪
融雪劑除雪也是目前廣泛采用的一種除雪方式。融雪劑多為鈉基，除雪機(jī)理是降低冰點(diǎn)，加速積雪的融化，使其清除起來(lái)比較容易[5]。然而使用融雪劑會(huì)給環(huán)境帶來(lái)污染，腐蝕車(chē)輛、路面和橋梁，早在20 世紀(jì)60 年代初，美國(guó)和加拿大在路面撒氯化鈉鹽粉，使得原始設(shè)計(jì)壽命為50 年的路面和橋梁結(jié)構(gòu)，在不到10 年時(shí)間里就遭到了嚴(yán)重的破壞[6]。長(zhǎng)期大量使用融雪劑除對(duì)植物的損害外對(duì)水源的影響也很大，含有大量融雪劑的殘雪最終會(huì)通過(guò)各種渠道進(jìn)入江河或地下，造成水體污染，這種污染的持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)，影響范圍更廣[7]。因此，融雪劑的使用量應(yīng)嚴(yán)格控制，合理使用，用量越少越好。就未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)看，融雪劑的使用將會(huì)受到越來(lái)越嚴(yán)格的限制，使用量及使用范圍將非常有限。
熱融法除雪是一種利用熱能將雪加熱融解的方法，利用火焰、電加熱等方法的除雪技術(shù)研究?jī)H見(jiàn)于資料。一種利用退役噴氣式飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的除冰裝置在機(jī)場(chǎng)有應(yīng)用，發(fā)動(dòng)機(jī)的強(qiáng)大熱氣流直接將冰汽化，可快速清除大范圍積冰。但這種方法能耗很大，僅適合一些特殊的場(chǎng)合[8]。
三、目前國(guó)內(nèi)除冰機(jī)械存在的主要問(wèn)題
盡管幾十年來(lái)國(guó)內(nèi)的許多研發(fā)和管理單位在除冰機(jī)械的研制與技術(shù)引進(jìn)上做了許多工作，但迄今為止，除冰機(jī)械并沒(méi)有大面積推廣使用，其主要原因如下。
1）作業(yè)速度低
目前國(guó)外犁式除冰機(jī)的最大除冰速度可達(dá)50km/h，旋切式除冰機(jī)最大速度達(dá)70km/h[9]。20 世紀(jì)90 年代初期，吉林省交通科學(xué)研究所研制的CBX-1600 型除冰機(jī)，集離心沖擊破碎、圓周旋切和彈簧儲(chǔ)能沖擊破碎三種切削功能于一體，性能優(yōu)越，是國(guó)內(nèi)技術(shù)水平較高的除冰機(jī)械。但其最大除冰速度僅為2.15km/h，與國(guó)外同類(lèi)除冰機(jī)械相比，作業(yè)速度很低[10]。
2）整機(jī)利用率低、成本高
盡管我國(guó)北方地區(qū)冬季降雪期可達(dá)3~4 個(gè)月，但降冰次數(shù)并不多，如果除冰機(jī)功能單一只能用來(lái)除冰，那么機(jī)器在一年中大部分時(shí)間處于閑置狀態(tài)，這就大大提高了除冰作業(yè)的成本，增加了公路養(yǎng)護(hù)部門(mén)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。
3） 避讓功能差
國(guó)內(nèi)已有的犁式除冰機(jī)械大部分回避路障的能力較差，在除冰過(guò)程中常常因遇路障而使主機(jī)或除冰裝置損壞。吉林省交通科學(xué)研究所與磐石縣公路管理段聯(lián)合開(kāi)發(fā)的CL-2.4 型公路除冰器安裝有避讓裝置和防止過(guò)度避讓鎖鏈，可以保證其在除冰作業(yè)過(guò)程中避讓路障，防止主機(jī)或除冰器損壞。該裝置技術(shù)水平居國(guó)內(nèi)領(lǐng)先地位，達(dá)到了20 世紀(jì)90 年代國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品水平，但因各種原因在國(guó)內(nèi)沒(méi)有得到推廣應(yīng)用。
4）對(duì)路面保護(hù)能力差
除冰機(jī)在凹凸不平的路面作業(yè)時(shí)會(huì)對(duì)路面造成破壞，雖然目前除冰機(jī)對(duì)路面的損壞程度還沒(méi)有一個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)，但國(guó)內(nèi)的除冰機(jī)械在路面仿形能力及對(duì)路面保護(hù)等方面與國(guó)外機(jī)型相比還存在一定差距。
在針對(duì)目前除冰過(guò)程中的不利現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)的一種小型清冰除冰機(jī)，該機(jī)克服了一般大型除冰設(shè)備功能單一、除冰性能欠缺的問(wèn)題，有效地在較窄的街道上除去路面的積雪和積冰，并且為了在工人在操作過(guò)程中更加靈活方便，在設(shè)計(jì)過(guò)程中將半自動(dòng)裝置安裝在機(jī)械裝備上，可以滿足機(jī)械裝備在較平坦的路面上可以自動(dòng)行走除冰，可有效地減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。將除冰、除雪及清掃路面等功能結(jié)合起來(lái)，大大提高了設(shè)備的利用率。該機(jī)成本低、體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，適用于小區(qū)、校園、駕校訓(xùn)練場(chǎng)等場(chǎng)所的積冰清掃工作，具有廣闊的市場(chǎng)前景和應(yīng)用價(jià)值。
參 考 文 獻(xiàn)
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6
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）
小型路面除冰裝置設(shè)計(jì)
學(xué) 生 姓 名：
指導(dǎo)教師： 講師
合作指導(dǎo)教師：
專(zhuān)業(yè)名稱： 機(jī)械設(shè)計(jì) 化專(zhuān)業(yè)
所在學(xué)院： 機(jī)械與動(dòng) 院
2017 年 6 月
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第一章 引言 1
1.1 背景及選題意義 1
1.2 小型路面除冰裝置的發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.3 除冰裝置存在的缺陷 2
1.4 除冰裝置的研究方向和特點(diǎn) 3
1.5 研究?jī)?nèi)容及方法 3
第二章 整體設(shè)計(jì)規(guī)劃 4
2.1 系統(tǒng)工作原理 4
2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)安排 4
2.3 除冰裝置的整體設(shè)計(jì) 5
2.4 章末總結(jié) 6
第三章 總體設(shè)計(jì)方案及參數(shù) 7
3.1 動(dòng)力參數(shù) 7
3.2 動(dòng)力傳動(dòng)解析 7
3.3 帶傳動(dòng)參數(shù)計(jì)算 8
3.4 整體結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì) 11
3.5 章末總結(jié). 12
第四章 各零部件的設(shè)計(jì)方案及參數(shù) 13
4.1 除冰車(chē)車(chē)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 13
4.2 除冰車(chē)扶手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 13
4.3 螺旋集拋器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 14
4.4 拋冰筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 15
4.4.1 拋冰筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15
4.4.2 拋冰筒參數(shù)分析計(jì)算 16
4.5 螺旋葉片和碎冰鋸齒的設(shè)計(jì) 17
4.6 章末總結(jié) 18
第五章 關(guān)鍵零件校核 19
5.1 鍵的校核 19
5.2 軸承的選擇及校核 20
5.3 集拋器主軸的校核 20
5.4 螺旋葉片和碎冰鋸齒的校核 22
第六章 結(jié)論與建議 23
致 謝 24
參考文獻(xiàn) 25
摘 要
小型路面除冰裝置的設(shè)計(jì)可有效地解決目前所面臨的困境，它將人工控制與自動(dòng)控制相結(jié)合，可以針對(duì)不同的街道進(jìn)行清雪除冰作業(yè)，可有效地減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，還可利用其機(jī)械化作業(yè)的優(yōu)勢(shì)有效地提高除雪效率。小型機(jī)械在制造成本與應(yīng)用范圍較廣，能夠大面積推廣，具有較好的發(fā)展前景和應(yīng)用價(jià)值。現(xiàn)在的除冰除雪機(jī)種類(lèi)繁多，國(guó)內(nèi)的大多數(shù)以靜碾壓裂式和柔性鏈條擊打式為主，而在大部分經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)的地區(qū)更是以人工除冰這種傳統(tǒng)的方式為主，本次設(shè)計(jì)的是剁鏟式，通過(guò)前端碎冰鋸齒的旋轉(zhuǎn)來(lái)進(jìn)行碎冰作業(yè)。主要用于小區(qū)、校園和公園等道路不寬的場(chǎng)所。
關(guān)鍵詞：破冰，螺旋，傳動(dòng)，碎冰鋸齒，絞龍
Abstract
The design of the small pavement de-icing device can effectively solve the current difficulties faced by the combination of artificial control and automatic control．It can be carried out for different streets of snow de-icing operations and effectively reduce the labor intensity of workers．But also using the advantages of its mechanized operations to effectively improve the snow removal efficiency. Small machinery in the manufacturing cost and application of a wide range is to a large area to promote with good prospects for development and application value. Now a large number of deicing snow removal machines, most of the domestic static crushing and flexible chain hit the main type, and in most of the economically underdeveloped areas is the traditional way of artificial deicing in the traditional way , This design is chopped shovel, through the front of the ice-cut rotation of the ice to do crushing operations. In this paper, the design of small pavement de-icing device is mainly used for residential, campus and park and other places are not wide.
Keywords: Break the ice, Spiral, drive, broken ice sawtooth, auger
I
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第一章 引言
第一章 引言
1.1 背景及選題意義
我國(guó)北部區(qū)域冬天較為漫長(zhǎng)，而且持續(xù)低溫每年都伴有較大的降雪，冰和雪的及時(shí)清理一向是國(guó)內(nèi)研究的一大瓶頸，其主要原因是冰雪的密度和硬度等物理性質(zhì)相對(duì)不穩(wěn)定；路面上的積雪與地面貼合緊密，所以含有很多的雜質(zhì)，進(jìn)而結(jié)合成了難以測(cè)量的混合物[1]。伴隨整個(gè)冬季的積雪和濕滑的地面已然成為交通擁堵甚至導(dǎo)致嚴(yán)重的交通事故的重要因素之一。
國(guó)內(nèi)的路面除冰裝置起步較晚，與發(fā)達(dá)國(guó)家相比技術(shù)上要落后許多。對(duì)于我國(guó)北部的大部分城市街道路面的除冰清雪工作仍由人工作業(yè)占主體，大型的機(jī)器設(shè)備輔助完成作業(yè)，并且大部分街道均存在過(guò)于狹窄的狀況，只能依托人工作業(yè)、用電鎬、鐵楸等錘碎積雪和冰殼后集中起來(lái)統(tǒng)一運(yùn)走或者等待氣溫轉(zhuǎn)高自然融化[2]，勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低，而且容易損壞路面，狹窄的街道、小區(qū)限制了大型機(jī)械的工作，大型的機(jī)器設(shè)備的發(fā)展已經(jīng)不足以滿足當(dāng)前的人們需求了。僅能依靠人工除冰作業(yè)來(lái)解決當(dāng)前所面臨的窘境，天氣寒冷造成積雪底部結(jié)冰的情況，也增加了工人在完成除冰過(guò)程中的體力消耗和勞動(dòng)強(qiáng)度，而且我國(guó)老齡化情況在逐漸加深，多重弊端的限制下需求一種小型的路面除冰裝置進(jìn)而滿足街道小區(qū)的除冰需求。
1.2 小型路面除冰裝置的發(fā)展現(xiàn)狀
除冰裝置的前身是除雪裝置，當(dāng)人們?cè)谕瓿闪藱C(jī)械除雪工作的基礎(chǔ)之上，漸漸的意識(shí)到了，真正現(xiàn)實(shí)生活中冰存在的比例遠(yuǎn)大于雪。國(guó)外對(duì)于除冰車(chē)的研究已經(jīng)有十多年了，他們的公路街道等大型的公共區(qū)域已經(jīng)具備非常完善及時(shí)的除冰設(shè)備[3]。近些年，國(guó)內(nèi)經(jīng)過(guò)技術(shù)和設(shè)備的引進(jìn)在除冰裝置的機(jī)械制造和研究上有了很大的提升在這一領(lǐng)域也取得了較為迅速的發(fā)展。
通過(guò)對(duì)資料的查閱和整理，路面除冰裝置大致可以分為：剁鏟型、靜碾壓裂型、激振型、柔性鏈條捶打型以及熱融型這五種類(lèi)型：
（1）剁鏟型
動(dòng)力由原動(dòng)機(jī)輸出動(dòng)力至曲軸，曲軸由多個(gè)具有刀刃的除冰鏟組成，在曲軸的帶動(dòng)下上下剁鏟對(duì)冰層進(jìn)行敲擊，不過(guò)機(jī)構(gòu)的聯(lián)接方式多采用柔性聯(lián)接，其目的是可以對(duì)凹凸不平的冰面進(jìn)行韌性補(bǔ)償減少對(duì)道路表面的損傷。
（2）靜碾壓裂型
該種除冰裝置的類(lèi)型是目前應(yīng)用最為普遍也是相對(duì)較為成熟的方式之一，它的工作原理是將前端除冰裝置加裝液壓設(shè)備，依托液壓裝置的壓力和龐大除冰筒的自重，經(jīng)過(guò)筒壁上的刀具增大壓強(qiáng)和剪切力將冰雪碾碎。該種方式多用于大型場(chǎng)所，因工作原理的限制只能應(yīng)用到平坦的路面，這樣才能將對(duì)路面的損傷降到最低。
（3）激振型
主機(jī)動(dòng)力裝置提供動(dòng)力給震動(dòng)馬達(dá)，馬達(dá)帶動(dòng)偏心塊的高速旋轉(zhuǎn)，由此產(chǎn)生的激振力傳給拋冰筒，使得拋冰筒對(duì)于地表冰層既有上下震動(dòng)的剪切力又有水平方向上的推移力。震動(dòng)以及揉搓的雙層作用將圓筒上的凸塊擠壓破壞冰層達(dá)到碎冰除冰的目的[4]。后續(xù)進(jìn)行改裝升級(jí)，為滾筒加裝升降機(jī)構(gòu)，再加上調(diào)速馬達(dá)可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速間接調(diào)整激振幅度的大小，這使得這一類(lèi)型的除冰車(chē)能夠適應(yīng)多種厚度冰層的工作環(huán)境。但是，迄今為止路政單位并沒(méi)有關(guān)于除冰裝置的道路保護(hù)與界定道路損壞程度的具體法律條文，而這種激振方式除冰的施行要比常規(guī)重物碾壓路面的破壞程度還要大，容易對(duì)街道瀝青、砂石、方磚的結(jié)構(gòu)造成永久性的破壞，所以激振型的除冰裝置也備受大家的爭(zhēng)議。
（4）柔性鏈條捶打型
查閱相關(guān)介紹，捶打型的除冰裝置的設(shè)計(jì)來(lái)源是南方有些古村用來(lái)和面的裝置，裝置結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，在滾筒或滾輪上安裝柔性的特制鏈條，筒或輪的轉(zhuǎn)動(dòng)甩動(dòng)鏈條鞭打冰層，使得冰的表面結(jié)構(gòu)被破壞脫離與路面的粘附。
（5）熱融型
熱融型的除冰裝置只是在相關(guān)資料中查閱得到，利用火焰或者高溫對(duì)薄冰進(jìn)行輔助的速融，進(jìn)而達(dá)到除冰的目的。不過(guò)有資料顯示在機(jī)場(chǎng)有用退役下來(lái)的噴氣式飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)作為熱源[5]，快速對(duì)影響飛機(jī)起落的情況進(jìn)行緊急處理，這種方法局限性太大，僅適用于機(jī)場(chǎng)等平坦寬敞的較薄冰層的處理場(chǎng)合。
1.3 除冰裝置存在的缺陷
國(guó)內(nèi)的除冰裝置的研發(fā)已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，但是照比發(fā)達(dá)國(guó)家，我們的發(fā)展空間還有很大。相關(guān)的研發(fā)部門(mén)在除冰機(jī)械上進(jìn)行了許多次技術(shù)改革付出了很大心血，但目前來(lái)講路面除冰方面無(wú)論是大型機(jī)械還是小型裝置仍然沒(méi)有得到大面積的推廣和使用，總結(jié)原因歸結(jié)為一下幾點(diǎn)：
（1）裝置的制造成本高，使用頻率低。一臺(tái)小型除冰裝置裝配結(jié)束投入使用，最大化來(lái)講每年的使用概率為四分之一，而這四分之一當(dāng)中積雪成冰的概率和需要快速清冰的概率又很低。這使得路政部門(mén)或?qū)W校購(gòu)入一臺(tái)除冰車(chē)常年處于閑置狀態(tài)，而沒(méi)有得到充分的利用增加了相關(guān)部門(mén)的額外支出，同時(shí)也映射了另一種原因：除冰裝置的功能過(guò)于單一。它導(dǎo)致了這臺(tái)裝置僅僅是發(fā)生了惡劣天氣狀況的情況下才能夠拿出來(lái)被使用。
（2）除冰車(chē)種類(lèi)不足，使用場(chǎng)合過(guò)于局限。對(duì)于除冰車(chē)這種使用單一的情況，更加的需要種類(lèi)的多樣化來(lái)發(fā)展應(yīng)用市場(chǎng)，對(duì)于許多領(lǐng)域和環(huán)境的碎冰除冰我國(guó)目前的研究還是處于空白的狀態(tài)，這樣也就無(wú)法滿足多樣化市場(chǎng)的需求[6]。
（3）對(duì)路面損傷比較嚴(yán)重。在除冰裝置的種類(lèi)介紹當(dāng)中，每種類(lèi)型的除冰車(chē)基本都提到了對(duì)路面造成的損傷程度。這也是干涉路面除冰裝置能否被大面積使用的最主要因素。除冰車(chē)基于成本考慮沒(méi)有被設(shè)計(jì)的非常智能，所以它對(duì)路面上的障礙物或者是原有損傷不能夠自行的作出判斷，導(dǎo)致其避讓的功能幾乎為零，該缺點(diǎn)使得它在工作過(guò)程中對(duì)地面標(biāo)識(shí)和路面凹凸都以平整路面或者冰雪層處理[7]。如果該除冰裝置的功率很大，那以上這種現(xiàn)象可以說(shuō)對(duì)公路、街道的使用壽命造成致命損害。
1.4 除冰裝置的研究方向和特點(diǎn)
通過(guò)以上對(duì)路面除冰裝置的研究以及對(duì)當(dāng)前各個(gè)類(lèi)型的除冰車(chē)優(yōu)缺點(diǎn)的總結(jié)，明確了本次設(shè)計(jì)的研究方向，將本次設(shè)計(jì)的除冰裝置的特點(diǎn)定位為小型、便捷、成本低，適用的場(chǎng)合定位為的小區(qū)街道、校園林蔭和公園小路等道路不寬的場(chǎng)所，在功能上定位為集碎冰、集冰、集雪、拋冰于一體的多功能化小型路面除冰裝置。
在完成最基本的碎冰工作外，為避免出現(xiàn)以上存在的功能單一導(dǎo)致除冰裝置被閑置的情況。現(xiàn)將碎冰和集冰裝置進(jìn)行動(dòng)力分割，針對(duì)路面僅有積雪的情況，可以將碎冰裝置暫停供應(yīng)動(dòng)力，盡讓拋冰筒工作來(lái)完成單純的除雪工作；而且面對(duì)不同的冰雪聚集厚度，除冰裝置也需要具備“特殊情況，特殊對(duì)待”的功能，除冰車(chē)都不能始終保持同一轉(zhuǎn)速來(lái)完成所有工作，無(wú)論是從耗能角度還是實(shí)用性的角度這都是違背科學(xué)和常理的[8]。故此本次設(shè)計(jì)的除冰裝置具有離合調(diào)速的功能，來(lái)擴(kuò)展其使用范疇。
1.5 研究?jī)?nèi)容及方法
以上內(nèi)容分別綜合了小型路面除冰裝置國(guó)內(nèi)外研究的狀況以及現(xiàn)有各種各類(lèi)型的除冰裝置的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)這次自己想要設(shè)計(jì)的除冰車(chē)進(jìn)行了總結(jié)以及簡(jiǎn)單的分析，根據(jù)實(shí)際的情況并綜合科學(xué)的理論分析進(jìn)而來(lái)說(shuō)明了本次設(shè)計(jì)的可行性。
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畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第二章 整體設(shè)計(jì)規(guī)劃
第二章 整體設(shè)計(jì)規(guī)劃
2.1 系統(tǒng)工作原理
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，從機(jī)械的工作原理為切入點(diǎn)逐步完成機(jī)器整體的設(shè)計(jì)。首先它的基本模型是手扶式推車(chē)，具有的功能是碎冰、集冰。其次無(wú)論是碎冰裝置還是收集碎冰的機(jī)構(gòu)都需要有動(dòng)力的支持，結(jié)構(gòu)安排上碎冰裝置在前，集冰裝置在后，考慮到車(chē)整體的協(xié)調(diào)性和合理性，發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)量相對(duì)較大，故三個(gè)模塊的工作原理如下圖所示。
2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)安排
由于工作的需要，應(yīng)該考慮到兩種情況：
第一種情況是路面積雪有無(wú)形成冰層，當(dāng)路面結(jié)冰很?chē)?yán)重時(shí)就需要除冰車(chē)全功率工作，破冰裝置和拋冰裝置同時(shí)運(yùn)行；當(dāng)路面落雪后尚未結(jié)冰或者輕微結(jié)冰時(shí)，此時(shí)的清除工作不包含碎冰，僅依托集冰筒和拋冰裝置就能夠完成此時(shí)的工作；那么在結(jié)構(gòu)的安排上就需要加入在無(wú)冰路面移動(dòng)時(shí)破冰刀鋸可以脫離路面的裝置——離合控制器。
第二種情況便是清掃時(shí)周邊環(huán)境風(fēng)力的大小，因?yàn)榇笱┻^(guò)后的天氣不一定都是“雨過(guò)天晴”。而除冰過(guò)程中風(fēng)力的大小對(duì)拋冰筒能否正常拋冰起決定性地作用與倘若逆風(fēng)拋冰，拋冰的高度會(huì)和理論值相差甚遠(yuǎn)，所以拋冰筒的拋冰方向不能是固定不變的，故在裝置的安排上加入了可改變順逆風(fēng)拋冰的機(jī)構(gòu)——螺旋絲杠控制桿。
2.3 除冰裝置的整體設(shè)計(jì)
路面除冰車(chē)的整體設(shè)計(jì)思路均來(lái)源于生活實(shí)際，將俯視圖近似看做長(zhǎng)方形，考慮到工作環(huán)境的不寬敞所以長(zhǎng)方形設(shè)計(jì)的修長(zhǎng)一些，方便在小面積范圍內(nèi)的清冰除雪作業(yè)。綜合考慮車(chē)身整體的協(xié)調(diào)性以及重心偏移設(shè)計(jì)原則，發(fā)動(dòng)機(jī)放至在后輪的前方以避免“前傾”情況的出現(xiàn)并且方便手推式移動(dòng)時(shí)更加省力。之所以沒(méi)有將其十分向后設(shè)置或者在后面掛載，是因?yàn)橐环矫嬉胶馄票忼X的重量另一方面還有要中和車(chē)斗在滿載時(shí)的配重。
對(duì)于帶輪傳動(dòng)方面，分別對(duì)動(dòng)力傳輸?shù)娜N方式：中間傳動(dòng)、雙側(cè)傳動(dòng)以及單側(cè)傳動(dòng)進(jìn)行了比較，因?yàn)橐奖闫票b置的啟停和皮帶的更換，故選擇了單側(cè)傳動(dòng)的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。考慮到工作時(shí)的波動(dòng)性較大以及帶輪和皮帶對(duì)工作環(huán)境的要求并不是十分苛刻[9]，同時(shí)也為了皮帶拆卸的方便故沒(méi)有對(duì)裸露在外面的四個(gè)帶輪安裝防護(hù)罩。小型路面除冰車(chē)通過(guò)帶傳動(dòng)帶動(dòng)破冰裝置運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)而完成預(yù)設(shè)的破冰功能的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下圖所示。
圖4 各部位零件
2.4 章末總結(jié)
以上內(nèi)容從除冰裝置的工作原理出發(fā)，在滿足結(jié)構(gòu)的合理性基礎(chǔ)之上分別布置了碎冰鋸齒、汽油機(jī)和螺旋集拋器等結(jié)構(gòu)的位置。通過(guò)目前除冰車(chē)存在的弊端分析，揚(yáng)長(zhǎng)避短，設(shè)置離合裝置和螺旋杠桿這兩種簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)來(lái)增強(qiáng)除冰車(chē)的應(yīng)用范圍和拓寬其工作環(huán)境。整體的設(shè)計(jì)特點(diǎn)不僅僅是小巧便捷、制造成本低，還考慮到成品的美觀性和協(xié)調(diào)性。綜合科學(xué)理論知識(shí)、生活實(shí)踐和前人經(jīng)驗(yàn)來(lái)使得本次的設(shè)計(jì)接近完美。
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第三章 總體設(shè)計(jì)方案及參數(shù)
第三章 總體設(shè)計(jì)方案及參數(shù)
3.1 動(dòng)力參數(shù)
通過(guò)對(duì)本次設(shè)計(jì)方案中的負(fù)載和發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的對(duì)比，本次設(shè)計(jì)選擇的是GX270型汽油發(fā)動(dòng)機(jī).具體的參數(shù)請(qǐng)查詢表1。
表1 HONDA GX270型發(fā)動(dòng)機(jī)基本參數(shù)
3.2 動(dòng)力傳動(dòng)解析
除冰車(chē)打火工作，汽油機(jī)開(kāi)始提供原動(dòng)力至帶輪，當(dāng)離合裝置壓緊皮帶后經(jīng)由帶傳動(dòng)將動(dòng)力傳給組合螺旋集拋器開(kāi)始高速旋轉(zhuǎn)開(kāi)始集冰拋冰作業(yè)，然后再次通過(guò)帶傳動(dòng)再將動(dòng)力傳送給破冰裝置。
工作部分安裝了螺旋葉片和碎冰鋸齒，螺旋葉片和碎冰鋸齒是兩套旋向相反且平行的，冰層被碎冰鋸片呈一定角度切割所提供的水平方向和豎直方向上的剪切力破壞。經(jīng)過(guò)第一套碎冰鋸齒的切割后還會(huì)存在較大面積的冰塊，故設(shè)置兩套旋向相背的螺旋葉片，將剩余的冰雪成功破碎完成碎冰工作。
隨著車(chē)體向前移動(dòng)，被打碎的冰層先后與螺旋集拋器接觸，集拋器的高速旋轉(zhuǎn)為與其接觸的碎冰提供了較大的離心力而后進(jìn)入拋冰筒，但碎冰旋轉(zhuǎn)至出冰口被成功拋出，完成拋冰工作。需要指出的是，針對(duì)不同面積的冰層，拋冰筒可以改變拋冰方向，進(jìn)而決定是否將碎冰拋進(jìn)車(chē)斗還是路面一側(cè)。
由于漲緊輪的存在，汽油機(jī)打火啟動(dòng)，此時(shí)的拋冰裝置和碎冰鋸齒均未開(kāi)始工作。這樣的設(shè)計(jì)一方面是出于除冰車(chē)需要移動(dòng)至工作區(qū)域才開(kāi)始工作；另一方面防止汽油機(jī)啟動(dòng)時(shí)負(fù)載過(guò)大，影響汽油機(jī)的使用壽命[10]。
圖6 漲緊輪作用圖
3.3 帶傳動(dòng)參數(shù)計(jì)算
主動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)速=3600r/min,從動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)速=1800r/min，傳動(dòng)比i=2。
（1）確定計(jì)算功率
V帶傳遞的功率為 =5.5KW （1）
式中：——最終所需的功率，KW
g ——重力加速度，g=9.8N/Kg
F——激振力，KN,F=4KN
f ——振動(dòng)頻率，HZ,f=33HZ
V帶的滑動(dòng)率=0.01
工作機(jī)載荷性質(zhì)：載荷變化較大
（2）
（3）
（4）
，
（5）
基準(zhǔn)長(zhǎng)度 ,
（6）
（5）驗(yàn)算
（7）
得=0.95，查表8-2得帶長(zhǎng)修正系數(shù)=0.87，于是
=（+）=2.28KW （8）
=2.89
故根數(shù)取值為3。
,所以
=41N （9）
式中：=1.00，==0.45KW，=9.42m/s （10）
帶的實(shí)際初拉力應(yīng)滿足
（11）
查機(jī)械手冊(cè)可得該輪采用實(shí)心輪[12]，具體尺寸如下。
表2 帶輪輪槽截面尺寸 (mm)
槽
A 11 3.00
10.0
12±0.3
16
由于輪槽數(shù)z=3,所以B=3f=48。=96mm。
表3 帶傳動(dòng)的參數(shù)(mm)
90mm
帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度
900mm
188mm
帶的根數(shù)
3.4 整體結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)
車(chē)體離地高度為10mm，扶手的高度774mm，車(chē)身寬為420mm，總車(chē)長(zhǎng)1860mm，拋冰筒高度為200mm。車(chē)身整體設(shè)計(jì)的藍(lán)本是手推車(chē)以及叉車(chē)，綜合考慮碎冰鋸齒的震蕩、車(chē)斗的負(fù)載和車(chē)身整體配重，車(chē)體采用5 板材進(jìn)行焊接，軸承座與車(chē)身鋼板接口緊密切合、分別用螺栓與車(chē)身緊密連接減少碎冰工作時(shí)的震蕩影響增加了強(qiáng)度和穩(wěn)定性[13]，并且軸承之間具有互換性為后期的維護(hù)提供了良好的條件。汽油機(jī)側(cè)面和底面雙面固定，確保動(dòng)力穩(wěn)定輸出。
圖7 除冰車(chē)仿真圖片
3.5 章末總結(jié).
以上內(nèi)容對(duì)總體的設(shè)計(jì)方案及參數(shù)進(jìn)行了分析，分別對(duì)動(dòng)力參數(shù)、動(dòng)力傳動(dòng)的原理以及帶傳動(dòng)的詳細(xì)計(jì)算過(guò)程進(jìn)行了剖析，要知道在滿足機(jī)械的實(shí)用目的的基礎(chǔ)之上，盡可能節(jié)約成本，盡可能降低對(duì)環(huán)境的污染做到“綠色”機(jī)械才是機(jī)械設(shè)計(jì)所追求的。所以對(duì)除冰車(chē)的車(chē)身結(jié)構(gòu)外形，動(dòng)力的輸出與傳遞，鋸齒碎冰裝置等各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了深入的考究和合理化的設(shè)計(jì)。在此過(guò)程中，也學(xué)習(xí)到了原動(dòng)機(jī)選擇上的注意事項(xiàng)以及選擇帶傳動(dòng)為整體設(shè)計(jì)過(guò)程所帶來(lái)的便利。值得提出的是本次設(shè)計(jì)在帶傳動(dòng)過(guò)程中加入了離合，在改變拋冰筒的拋冰方向上加入了蝸桿，詳細(xì)的說(shuō)明會(huì)在后面寫(xiě)出。
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第四章 各零部件設(shè)計(jì)方案及參數(shù)
第四章 各零部件的設(shè)計(jì)方案及參數(shù)
4.1 除冰車(chē)車(chē)體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案
參照國(guó)內(nèi)的現(xiàn)有除冰裝置的實(shí)例和對(duì)整體設(shè)計(jì)參數(shù)的分析[4]，對(duì)各個(gè)零部件的放置和安排又有了更僅一步的優(yōu)化。從損耗的角度考慮，取消了拋冰筒與碎冰裝置間用螺母連接的設(shè)計(jì)，而是采用12.6號(hào)槽鋼對(duì)新車(chē)架進(jìn)行整體的焊接，保證了車(chē)體結(jié)構(gòu)的基本使用壽命。發(fā)動(dòng)機(jī)底盤(pán)固定架與扶手根部在放置汽油機(jī)空間充足以外還留有了一定的距離，為的是讓整體車(chē)身看起來(lái)更加的協(xié)調(diào)和對(duì)稱。
圖8 車(chē)體及拋冰筒三維渲染圖
4.2 除冰車(chē)扶手結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案
除冰車(chē)扶手是決定小型路面除冰裝置舒適度的重要體現(xiàn)部分，高低粗細(xì)的設(shè)計(jì)都需要綜合以往生活經(jīng)驗(yàn)來(lái)的設(shè)定，最后將其直徑設(shè)定為4cm加上海綿質(zhì)地的扶手把套可以給人以最佳的操控舒適度。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)類(lèi)似山地自行車(chē)車(chē)把，工作時(shí)會(huì)有向前運(yùn)動(dòng)的震蕩力扶手向前彎曲一定角度更利于控制小車(chē)工作[15]，無(wú)論是推、拉除冰車(chē)都能夠順利完成具有更高的操控性，并且能夠滿足不同身高的工人作業(yè)。
扶手的設(shè)計(jì)如下圖。
圖9除冰車(chē)扶手
4.3 螺旋集拋器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案
除雪機(jī)中拋雪的裝置通常是用絞龍和呈90度角設(shè)置的扇葉相結(jié)合，絞龍將雪匯集至軸中心，再由扇葉的帶動(dòng)下將雪卷起送出拋雪筒。而拋冰與其最大的不同是密度和物理狀態(tài)，所以不需要扇葉的旋轉(zhuǎn)將冰拋出，而是采用螺旋狀的集拋器來(lái)同時(shí)完成收集碎冰和拋出碎冰的功能。螺旋狀的集拋器由主軸及向主軸中間呈一定角度扭曲的鋼帶構(gòu)成，兩條鋼帶距離最遠(yuǎn)的部分用鋼板連接以起到支撐、加固以及最大限度拋冰的作用[16]。加固的鋼板之所以沒(méi)有聯(lián)接實(shí)心板材而是鏤空設(shè)置，其主要目的是防止反向作用力過(guò)大而達(dá)不到預(yù)想的集冰效果。螺旋集拋器結(jié)構(gòu)更加具體直觀的感受，如下圖所示。
圖10 集冰絞龍
圖11集冰絞龍和拋冰筒
工作原理：冰層在前段鋸齒的切割下被打碎，隨即除冰裝置使用者向前推移，被敲碎的碎冰與螺旋集拋器相接觸，在車(chē)體移動(dòng)和集拋器高速旋轉(zhuǎn)的雙重作用下碎冰沿筒壁作高速離心運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)诌_(dá)拋冰口時(shí)較為強(qiáng)烈的離心力迫使碎冰順著光滑的筒壁被拋出，完成整個(gè)集冰拋冰的工作。
4.4 拋冰筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案
4.4.1 拋冰筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
其實(shí)拋冰筒這一描述不夠準(zhǔn)確，它兼顧的是兩個(gè)作用：收集匯攏和高速拋冰。根據(jù)集拋器的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)可以知道，碎冰與集拋器接觸后雙旋的鋼帶在角度的作用下，使得碎冰均向中心聚集，那么拋冰筒的位置就應(yīng)該設(shè)置在集冰筒的中間。而拋冰筒的切口的角度，決定碎冰在作離心運(yùn)動(dòng)是脫離中心的時(shí)間。如果角度過(guò)小拋冰距離很遠(yuǎn)但拋冰效率不高，作切面圖可以看出角度越小其單位時(shí)間內(nèi)拋冰體積越??；相反，如果切口角度過(guò)大，雖滿足了單位時(shí)間的拋冰量，但大角度的滑移使得離心力的作用逐漸變小，到不到預(yù)想的拋冰高度，綜合理論分析，最后選定的理想工作角度為45度。
（a） (b)
圖12 拋冰筒
4.4.2 拋冰筒參數(shù)分析計(jì)算
1.碎冰脫離螺旋葉片和碎冰鋸齒后，緊跟著進(jìn)入拋冰筒在的集拋器的迫使下作離心運(yùn)動(dòng)，受筒壁的限制作圓周運(yùn)動(dòng)，此時(shí)的速度為。
， （12）
2.碎冰離開(kāi)拋冰筒的速度
碎冰經(jīng)由集拋器加速，具有一定的初速度和離心力，到拋冰筒的出口時(shí)，代入公式中， 螺旋集拋器主軸的鉛垂距離[17]。
3. 拋冰距離計(jì)算
做直角坐標(biāo)系遠(yuǎn)點(diǎn)選擇為拋冰筒45度角出口,
（13）
（14）
設(shè)，得，解得，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式知c的值很小，可忽略不計(jì)，所以按照級(jí)數(shù)展開(kāi)后可知：
（15）
（16）
將的數(shù)值帶入式中，計(jì)算出拋冰的最大距離：
（17）
采用計(jì)算有風(fēng)度時(shí)候拋冰距離X[18]。通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式可知，圓周速度高的轉(zhuǎn)子其產(chǎn)生的離心力大。這里要特殊說(shuō)明的是，對(duì)于本次拋冰距離的計(jì)算是基于將碎冰理想化為小正方體均勻受力來(lái)進(jìn)行計(jì)算的。因?yàn)橥ㄟ^(guò)查閱相關(guān)資料，并沒(méi)有查到對(duì)碎冰具體計(jì)算分析的實(shí)例。
4.5 螺旋葉片和碎冰鋸齒的設(shè)計(jì)
通常，碎冰鋸齒與油鋸等類(lèi)似是螺旋葉片最容易磨損的部分。開(kāi)始階段，鋸齒的外側(cè)被磨成刃口狀，工作原理與刀鋸類(lèi)似，呈一定角度的鋸齒在高速旋轉(zhuǎn)下具有非常大的剪切力，達(dá)到碎冰的工作目的。但慢慢地鋸齒的刃口越磨越小，直至無(wú)法運(yùn)輸，嚴(yán)重影響運(yùn)轉(zhuǎn)效果。所以在材料的選擇上采用型號(hào)為JX9的硬質(zhì)合金，其硬度 ,抗彎強(qiáng)度 ，完全滿足碎冰的需求，同時(shí)也增加了除冰車(chē)是使用壽命，間接降低了日后維護(hù)的成本。
(a) (b)
圖13 碎冰鋸齒
圖14鋸齒與冰雪接觸的簡(jiǎn)圖
4.6 章末總結(jié)
以上是對(duì)小型路面除冰裝置的各個(gè)零部件的設(shè)計(jì)想法和具體的參數(shù)分析，其中涉及了車(chē)體外形結(jié)構(gòu)比例和美觀度的設(shè)計(jì)、扶手舒適度的考慮、除冰裝置和螺旋集拋器的科學(xué)數(shù)據(jù)分析。更加具體闡述了，整體的設(shè)計(jì)想法和方案，并附帶三維實(shí)體的渲染圖片加以表述。同時(shí)確定了除冰裝置的尺寸數(shù)據(jù)裝置離高約10mm，扶手至發(fā)動(dòng)機(jī)座的垂直高度為774mm，小車(chē)寬為420mm，前輪至扶手末端長(zhǎng)1860mm，拋冰筒高200mm。
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 第五章 關(guān)鍵零件校核
第五章 關(guān)鍵零件校核
5.1 鍵的校核
（1）鍵的選擇
根據(jù)鍵連接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、使用要求和工作條件選擇普通平鍵，并且是圓頭平鍵[19]。鍵材料選用45號(hào)鋼。由于輸出軸的軸徑d=20mm，查表6-1得鍵寬b×鍵高h(yuǎn)=10x8mm，鍵長(zhǎng)L=56mm。
(2) 普通平鍵鏈接強(qiáng)度的計(jì)算：
查閱手冊(cè)知：連接時(shí)強(qiáng)度條件為：
（18）
式中：；
mm；
l——；這里L(fēng)為鍵的公稱長(zhǎng)度，mm；b為鍵的寬度，mm；
d——軸的直徑，mm；
—— MPa,見(jiàn)表6-2；
此時(shí)有：
（19）
又；；；查表6-2得取。
代入式符合要求 （20）
鍵的標(biāo)記為：鍵10×8 GB/T 1096-2003。
5.2 軸承的選擇及校核
其大量生產(chǎn)，價(jià)格最低?？紤]以上諸多因素都特別符合要求，所以決定選用深溝球軸承[20]。由于軸承都是成對(duì)支承，所以軸承徑向載荷, 軸承轉(zhuǎn)速,又由于該機(jī)構(gòu)屬于短時(shí)間或間歇式工作的的機(jī)械，間斷使用不會(huì)導(dǎo)致十分嚴(yán)重的損耗，所以假設(shè)使用壽命,直徑可在20~27mm范圍內(nèi)選擇 ，機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有強(qiáng)大沖擊。
（1）計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷
（21）
式中：P——軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷，KN
——載荷系數(shù)，按照表13-6，由于受到強(qiáng)大沖擊，所以=1.8~3.0，取=3.0，
——徑向載荷，KN，=2KN
則有P=6KN
（2）計(jì)算基本額定動(dòng)載荷
（22）
式中：C——基本額定動(dòng)載荷KN
P——軸承的載荷，KN, 此時(shí)P=6KN
——指數(shù)。對(duì)于球軸承，
——預(yù)期計(jì)算壽命，h，=5000h
n ——軸承的轉(zhuǎn)速，r/min，n=1800r/min
解得C=50.61KN.
（3）按照設(shè)計(jì)手冊(cè)其范圍內(nèi)沒(méi)有適合的軸承，所以改選為四個(gè)軸承支承，則由于
C=25.305KN。查表選取的6306軸承
5.3 集拋器主軸的校核
轉(zhuǎn)矩為： （23）
，
（24）
（25）
：
（26）
（27）
，得
（28）
（29）
（30）
總彎矩：
（31）
計(jì)算軸上的應(yīng)力：
（32）
所以校核結(jié)果安全。
5.4 螺旋葉片和碎冰鋸齒的校核
螺旋葉片和碎冰鋸齒是整個(gè)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，它的工作直接影響的碎冰的效果。
節(jié)距P：相鄰兩鋸齒上對(duì)應(yīng)點(diǎn)間的水平距離；
葉片外徑D：根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸來(lái)定。
計(jì)算其下料尺寸：
（33）
式中：L── 外螺旋線實(shí)長(zhǎng)（mm）；
l ── 內(nèi)螺旋線實(shí)長(zhǎng)（mm）；
h ── 葉片高（mm）；
r ── 葉片展開(kāi)里口徑（mm）；
── 切口角度（度）
C ── 切口弦長(zhǎng)（mm）
P ── 節(jié)距（mm）
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 結(jié)論與建議
第六章 結(jié)論與建議
結(jié)論：本次對(duì)于小型路面除冰裝置的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)到了30多個(gè)零件其中也囊括標(biāo)準(zhǔn)和非標(biāo)準(zhǔn)零件。可以說(shuō)從大四上學(xué)期期末開(kāi)始，學(xué)校的畢業(yè)設(shè)計(jì)就已經(jīng)逐步展開(kāi)了，歷時(shí)這么多月，期間確實(shí)有許多讓自己反省的東西，四年的大學(xué)生活自己真正不用去查找資料而能夠確定的知識(shí)點(diǎn)和公式有多少。不過(guò)通過(guò)這次對(duì)于小型除冰機(jī)械的研究上受益匪淺，無(wú)論是鍵、帶輪等小知識(shí)點(diǎn)上，還是從汽油機(jī)的合理選擇上，都拓寬了知識(shí)面，并且對(duì)office、AutoCAD、UG10.0以及Diagram Designer等軟件都有了更深的了解和更加熟練的操作，相信著在以后的職業(yè)生涯中將是重要的鋪墊。本次設(shè)計(jì)首先是對(duì)除冰裝置在國(guó)內(nèi)的情況和特點(diǎn)進(jìn)行了了解和綜合，然后結(jié)合國(guó)外較為先進(jìn)的案例，綜合分析國(guó)內(nèi)外在路面除冰裝置上的優(yōu)缺點(diǎn)，再加上自己對(duì)有效綠色除冰的一些構(gòu)思和生活經(jīng)驗(yàn)，整合成了本次的設(shè)計(jì)——小型路面除冰裝置。應(yīng)用AutoCAD完成了除冰車(chē)的裝配、部裝和零件圖并且利用大學(xué)期間所學(xué)習(xí)的UG軟件完成了小型除冰裝置的運(yùn)動(dòng)仿真。
建議：由于所掌握的知識(shí)點(diǎn)不充分和經(jīng)驗(yàn)不足，本次設(shè)計(jì)也是存在不足之處，例如：在小車(chē)空載時(shí)移動(dòng)，破冰鋸齒和絞龍不能及時(shí)停止工作，這使得移動(dòng)起來(lái)還是較為笨拙，不夠便利；目前除冰裝置的共性問(wèn)題不能根據(jù)冰層厚度來(lái)隨時(shí)調(diào)整破冰裝置的高度；在漲緊輪的設(shè)計(jì)當(dāng)中，原本的設(shè)計(jì)是離合器裝置，但帶傳動(dòng)過(guò)程中打滑是造成皮帶壽命縮短的主要原因，違背了機(jī)械設(shè)計(jì)的合理性，雖更改為漲緊輪，仍不夠完善；車(chē)斗本來(lái)是在設(shè)計(jì)當(dāng)中，后來(lái)由于配重以及碎冰厚度的綜合考慮取消了車(chē)斗，希望通過(guò)日后的知識(shí)的完善能夠?qū)④?chē)斗進(jìn)行改進(jìn)和加裝。
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 致謝
致 謝
時(shí)間匆匆的過(guò)去，原本數(shù)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)也接近尾聲。雖然是寥寥萬(wàn)字，但是卻傾注了很多人的操勞和心血，最要感謝的就是我的指導(dǎo)老師老師老師，從選題，課題研究和論文撰寫(xiě)方面都給了我很大的幫助，在設(shè)計(jì)最開(kāi)始的時(shí)候遇到的瓶頸也都是老師一一進(jìn)行講解指導(dǎo)，所以本次設(shè)計(jì)才能順利的完成。牛老師有著非常紳士的性格對(duì)于我們?cè)谄綍r(shí)學(xué)習(xí)中所出現(xiàn)的不足總是敦敦教誨，他淵博的知識(shí)也是我們航行的指明燈，當(dāng)我們遇到瓶頸的時(shí)候他總能為我們找到一條適合我們的路線，指引我們不會(huì)迷茫，能夠在設(shè)計(jì)之初選到牛老師作為我的指導(dǎo)老師成為他的學(xué)生是我的幸運(yùn)也是我的榮幸。感謝我的指導(dǎo)老師，在論文寫(xiě)作及答辯準(zhǔn)備階段給予的無(wú)私幫助和日夜的指導(dǎo)，他兢兢業(yè)業(yè)的工作精神、一絲不茍的科學(xué)態(tài)度、以誠(chéng)待人的品格令我十分敬佩。生活中牛老師不僅僅是我的老師，我還將他看做親人和長(zhǎng)者，在他的每次畢設(shè)小組研討會(huì)上我都能夠?qū)W到許多新的知識(shí)。他的三維實(shí)體建模的軟件的應(yīng)用能力也始終是我學(xué)習(xí)過(guò)程中的榜樣，與此同時(shí)也要感謝他在多屆大創(chuàng)中帶領(lǐng)我完成項(xiàng)目，接觸機(jī)械產(chǎn)業(yè)和設(shè)計(jì)當(dāng)中新鮮的事物。在這里，還是要由衷的說(shuō)上一句：感謝您！
大學(xué)生涯也接近尾聲了，有回憶也有遺憾。四年時(shí)光轉(zhuǎn)眼即逝，希望自己以后面對(duì)任何生活瑣事或者工作任務(wù)都不會(huì)再像大學(xué)這般拖泥帶水，珍惜每一刻時(shí)光，做好每一件有意義的事
同時(shí)，還要感謝教育和幫助過(guò)我的各位老師、同學(xué)，正是有你們的幫助我的畫(huà)圖水平才能有穩(wěn)步的提升，雖然我現(xiàn)在的畫(huà)圖整體能力還是處于一個(gè)很低的水平，相信在以后的學(xué)習(xí)和應(yīng)用過(guò)程中會(huì)很大的提高。在本設(shè)計(jì)中我也是第一次系統(tǒng)的學(xué)習(xí)三維繪圖軟件UG，之前就有學(xué)習(xí)過(guò)其他的繪圖軟件但都是大體了解，這次能夠繪圖的完成老師給予了我很大的幫助，很多不會(huì)的技巧都是老師給我解答的。尤其是在各個(gè)零件進(jìn)行裝配的時(shí)候，有很多的約束限制，很多時(shí)候我都會(huì)漏掉一些，但是這些錯(cuò)誤都不會(huì)逃過(guò)老師的眼睛，老師一一對(duì)其進(jìn)行指正并指導(dǎo)我進(jìn)行修改。
感謝老師在百忙之中對(duì)我的論文進(jìn)行閱讀和評(píng)審。
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 參考文獻(xiàn)
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