除雪車的設(shè)計(jì)說明

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1、 目錄 摘要5 關(guān)鍵詞5 Abstract5 Key words5 引言5 1 除雪車的概述6 1.1 除雪車的技術(shù)概況6 1.2課題背景7 1.3除雪車的發(fā)展歷史7 1.3.1目前除雪工作現(xiàn)狀7 1.3.2除雪車的發(fā)展趨勢8 1.4除雪車的研究目的和研究意義8 1.5除雪車的分類與特點(diǎn)8 1.6 本章小結(jié)9 2除雪車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9 2.1浮雪鏟的設(shè)計(jì)9 2.1.1 相關(guān)概念與名詞解釋9 2.1.2 浮雪鏟鏟板曲面結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇10 2.1.3 雪鏟的鏟板空間形狀選擇10 2.1.4 雪鏟鏟板切削刃參數(shù)選擇11 2.1.5 雪鏟材料11 2.2

2、 破冰掃雪裝置的設(shè)計(jì)12 2.2.1 破冰掃雪裝置的概述12 2.2.2 齒輪的設(shè)計(jì)12 2.2.3 其他裝置的設(shè)計(jì)13 2.3本章小結(jié)14 3 除雪車彈性避讓裝置14 3.1 概述14 3.2 避讓裝置的選擇15 3.3 圓柱螺旋拉伸彈簧的設(shè)計(jì)15 3.4 本章小結(jié)15 4 智能控制模塊16 4.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊的設(shè)計(jì)16 4.2 驅(qū)動(dòng)舵機(jī)模塊的設(shè)計(jì)17 4.3 控制舵機(jī)的程序18 4.4輔助裝置模塊18 4.5本章小結(jié)19 5結(jié)論20 參考文獻(xiàn)21 附錄21 致22

3、1 / 24 除雪車的設(shè)計(jì) 機(jī)械電子工程專業(yè)學(xué)生 于濤 指導(dǎo)教師 摘要：本設(shè)計(jì)是以ST89C51單片機(jī)控制電機(jī)以與舵機(jī)來實(shí)現(xiàn)快速破冰除雪。先以浮雪鏟去除上層浮雪、積雪，利用獨(dú)有的齒輪切割將冰雪分割成小塊，對已破碎和殘留的冰雪利用毛刷將小塊冰雪清掃出路面工作區(qū)。對為了防止融化后的水再次結(jié)冰，在清掃完碎冰后，采用大功率多級離心式鼓風(fēng)機(jī)將路面的這些少量冰雪吹到路邊。并且使用了避讓裝置，減少對除雪車和路面造成的損傷，還利用了太陽能電池給除雪車提供動(dòng)力，減少資源的使用。次設(shè)計(jì)可減少相對環(huán)境危害，減少路面破壞，更能一次性破冰除雪，減小道路安全隱患! 關(guān)鍵詞：齒輪；除雪車；浮雪鏟

4、；毛刷；鼓風(fēng)機(jī) Design Of snow removal vehicle Student majoring inmechatronicengineeringYu Tao Tutor Yang Guilin Abstract:The design is based on ST89C51 single-chip microcomputer to control the motor and actuator to realize fast ice snow. To remove the floating snow shovel snow, snow, use distinctive

5、 gear cutting and cut into small pieces of broken, and the residual ice use brush to clean out patches of snow and ice road area. In order to prevent the melted water freezes again, in cleaning the ice, using high-power multistage centrifugal blower will pavement these few snow blown to the roadside

6、. And the use of the avoidance device, reduce the snowplows and pavement damage, also use solar cells to snow removing vehicle provides power, reduce the use of resources. Design can reduce the relative environmental hazards, reduce the pavement damage, can one-time ice-breaking snow, reduce road sa

7、fety! Key words:Gear wheel；Snow removal vehicle；Snow-shovel；Hairbrush；Blower 引言 冰雪災(zāi)害，是指因長時(shí)間大量降凍雨或降雪造成大圍積雪結(jié)冰成災(zāi)的自然現(xiàn)象。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，在社會(huì)財(cái)富日益增多的同時(shí)，導(dǎo)致發(fā)生冰雪災(zāi)害的危險(xiǎn)性也在增多，其危害性也越來越大。我國北方大部分地區(qū)，每年有3～5個(gè)月的降雪期，道路積雪給交通運(yùn)輸與人民日常生活帶來許多不便。尤其凍結(jié)在道路上的積雪與薄冰，采用傳統(tǒng)除雪機(jī)用推刮的辦法無法清除，為此不得不耗費(fèi)大量人力物力進(jìn)行人工鏟除。采用機(jī)械方法清除是一項(xiàng)急需解決的難題。就目

8、前國除雪機(jī)械來看，大多數(shù)功能單一，或只能清除積雪、或只能破除積冰。國外的除雪機(jī)功能較全，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)昂貴，且大多不適合國的道路狀況。因此開發(fā)研制適合我國道路情況的除雪的設(shè)備，具有十分重大的意義。 針對上述情況，本設(shè)計(jì)充分利用ST89C51單片機(jī)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)、舵機(jī)模塊和除雪裝置實(shí)現(xiàn)快速有效的破冰除雪。該設(shè)計(jì)還利用太陽能電池實(shí)現(xiàn)無污染節(jié)約能源來提供動(dòng)力，用浮雪鏟將路面上的積雪推到非工作區(qū)，切割齒輪和毛刷配合除去積雪下的冰，最后用鼓風(fēng)機(jī)吹掉破碎的冰雪。并且采用了避讓裝置減少對除雪車和路面帶來的破壞。將破冰除雪功能整合在一起，形成了功能強(qiáng)大的多功能除雪車，在保證路面不受損傷，環(huán)境不受破壞的前提下，

9、提高了除雪效率。 1 除雪車的概述 1.1 除雪車的技術(shù)概況 除雪車是用于清除路面冰雪，保障車輛、飛機(jī)和行人安全的冬季路場養(yǎng)護(hù)專用設(shè)備[7]。 近幾十年來，國外除雪車發(fā)展非常迅速，種類越來越多，各生產(chǎn)廠商在采用新技術(shù)、新材料、新工藝的同時(shí)，不斷提高產(chǎn)品競爭力。目前，國外除雪車的主要發(fā)展趨勢如下： （1）開發(fā)高性能專用底盤。普通采用液力距器、動(dòng)力換擋裝置和全自動(dòng)電液控制系統(tǒng)?？稍诔┸囎鳂I(yè)時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速檔功能，使作業(yè)速度自動(dòng)適應(yīng)除雪作業(yè)的負(fù)荷變化，不僅減輕了司機(jī)的負(fù)擔(dān)，還能保證高速除雪的要求。 （2）研發(fā)配置于普通底盤的除雪屬具，提高機(jī)器的使用效率，拓寬機(jī)器的使用圍。研制高效的消除堅(jiān)

10、硬冰雪裝置、拓寬作業(yè)裝置、滑雪裝置、高雪堤處理裝置、藥劑撤布裝置等多種作業(yè)裝置、并對已有除雪裝置結(jié)構(gòu)、鏟板形狀、除雪切入角、葉片形狀的進(jìn)化優(yōu)化設(shè)計(jì)，使除雪屬具結(jié)構(gòu)簡單、受力合理、操作方便、提高使用壽面、經(jīng)濟(jì)性和安全性。 （3）研制具有仿形能力的避讓機(jī)構(gòu)，保護(hù)路面與除雪工作裝置，提高除雪車的路面適應(yīng)能力，向高速度、智能化、機(jī)電液一體化方向發(fā)展。 （4）國外很重視除雪車的工作對象——雪的研究。為了提高設(shè)計(jì)水平，他們對雪的物理性質(zhì)進(jìn)行較深入的研究。他們認(rèn)為只有掌握了雪的特性，才能在設(shè)計(jì)上充分利用理論進(jìn)行指導(dǎo)，擺脫目前主要靠實(shí)驗(yàn)校核機(jī)械性能的做法。 我國除雪技術(shù)研究起步較晚，始于20世紀(jì)80年代

11、后期，相關(guān)研究單位主要集中在東北、西北河華北地區(qū)，先后有幾十種型號的除雪車研制成功。最近幾年，一些廠家參照國外的先進(jìn)技術(shù)，研制出適合我國除雪作業(yè)急需的犁板式和轉(zhuǎn)子式除雪車以與拖式撒鹽車等車型，但與世界先進(jìn)國家除雪車發(fā)展相比，產(chǎn)品數(shù)量與性能差距較大，遠(yuǎn)不能滿足道路除雪要求。我國北方廣區(qū)每年都有3~5個(gè)月的降雪期，幾十萬公里的道路存在積雪清除問題。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和高等級公里的不斷增加，開發(fā)適合我國多雪地區(qū)的除雪車，加強(qiáng)對冰雪性質(zhì)和除雪機(jī)理的研究，建立完善的道路氣象信息系統(tǒng)十分必要。 1.2課題背景 我國北方地區(qū)冬季一般為5~6個(gè)月時(shí)間，、、等省份的個(gè)別地區(qū)甚至長達(dá)8個(gè)月之久，每年都有幾

12、次較大降雪過程，部分地區(qū)還會(huì)形成雪災(zāi)，給人民生產(chǎn)生活、交通運(yùn)輸與交通安全帶來很大影響。據(jù)統(tǒng)計(jì)2008年1月13日起，罕見的冰雪天氣襲擊省，黔東南遭受1984年以來最大的冰雪災(zāi)害。黔東南州下轄的7個(gè)縣供電陸續(xù)出現(xiàn)中斷，累計(jì)受災(zāi)戶數(shù)達(dá)12.98萬多戶。在黔東南州市，參與搶修電網(wǎng)的武警用沖鋒槍擊碎電線上厚厚的覆冰。2011年1月以來中國南方連遭低溫雨雪冰凍天氣侵襲，并已造成中國南方8省區(qū)1791萬人受災(zāi)。在冰凍天氣暫告一段后，16日開始，中國南方低溫雨雪冰凍過程將再次加強(qiáng)。冰雪路面交通事故發(fā)生率是平時(shí)的4~5倍，每年因此造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)幾千萬元。冰雪對道路交通安全產(chǎn)生直接和嚴(yán)重影響，因此最大程度的降

13、低冰雪對交通安全造成的危害是迫在眉睫的，結(jié)合我國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展，開展道路除雪技術(shù)研究，采用有針對性的預(yù)防措施和處理方法，已成為一個(gè)重要而緊迫的課題，對道路的安全具有非常重要的價(jià)值。 1.3除雪車的發(fā)展歷史 1.3.1目前除雪工作現(xiàn)狀 （1）人工除雪 冬季的降雪，初時(shí)為浮雪，經(jīng)行人踩踏、車輛輾壓變成堅(jiān)硬的冰雪路面。在我國北方的中小城市，除雪工作主要靠人力。按有關(guān)規(guī)定，雪停后就要走向街頭除雪，一個(gè)中等城市，每年要?jiǎng)佑脦资f人次進(jìn)行除雪勞動(dòng)，主要是使用鐵锨、鎬頭和一些較簡單的手工除雪工具，政府組織分片包干，機(jī)關(guān)、學(xué)校、工廠、商店等均需抽調(diào)人員參加勞動(dòng)。人工除雪作業(yè)時(shí)間長，勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作

14、效率低，耗費(fèi)人力物力，而且大量人員集中在機(jī)動(dòng)車道上作業(yè)很不安全，交通事故時(shí)有發(fā)生。目前北方大多數(shù)城市都不同程度的使用這種原始落后的除雪方式。 （2）機(jī)械除雪 目前世界上冰雪清除機(jī)械主要有犁板式鏟式、拋揚(yáng)式、高速氣流吹掃式、熱熔式等。發(fā)達(dá)國家多以除新雪為主，機(jī)械化程度較高，技術(shù)比較成熟，如日本、美國、北歐、加拿大等國家的機(jī)械化除雪率可達(dá)80%~90%。在我國，由于傳統(tǒng)的除雪理念是雪停后才開始除雪，實(shí)際上在降雪過程中路面積雪經(jīng)行人與車輛輾壓已被壓實(shí)形成冰雪路面，除雪方式實(shí)際上市除壓實(shí)雪。壓實(shí)雪除雪機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)難度較大，設(shè)備制造成本較高，除凈率低，工作效率低，功率消耗非常大，使用效果不理想，且絕

15、大多數(shù)壓實(shí)雪除雪機(jī)需要大功率車輛作為配套動(dòng)力，燃油消耗較高，整套設(shè)備投入很大，動(dòng)輒幾十萬元，難以大量投入應(yīng)用。還有少部分城市投入巨資從國外引進(jìn)多功能大型除雪設(shè)備，這些設(shè)備大多價(jià)格昂貴，使用與維護(hù)費(fèi)用高，并不適合我國國情。 （3）融雪劑除雪 融雪劑除雪也是目前廣泛使用的一種除雪方式。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，消除起來也比較容易。然而融雪劑的使用會(huì)給環(huán)境造成污染，腐蝕車輛、路面和橋梁。早在60年代初，美國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。80年代中期一些發(fā)達(dá)國家開始使用鈣、鎂醋酸鹽的環(huán)保型融雪

16、劑，比普通融雪劑價(jià)格高很多。另外，所謂環(huán)保型只是相對而言，實(shí)際上對環(huán)境仍然有一定的影響和破壞，只是程度不同而已。據(jù)報(bào)道，市2002年12月15日~23日不到10天時(shí)間就使用融雪劑七千噸，2003年上半年，城區(qū)51條道路和綠地37萬株綠籬受害枯死，約占全市綠籬5%~10%，草地受害三十萬平方米，幾萬株灌木和喬木枯死，直接經(jīng)濟(jì)損失近千萬元。長期大量使用融雪劑除對植物的損傷外對水源的影響也很大，含有大量融雪劑的殘雪最終會(huì)通過各種渠道進(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，影響圍更廣。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。就未來發(fā)展趨勢看，融雪劑的使用將會(huì)受到越來越嚴(yán)格

17、的限制，使用量與使用圍將非常有限。 1.3.2除雪車的發(fā)展趨勢 北方城市冬季清除積雪是改善環(huán)境、發(fā)展經(jīng)濟(jì)的重要工作之一?？偨Y(jié)多年的除雪經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)與各種除雪方式的比較，我們認(rèn)為，人工除雪低效落后早已不適合城市發(fā)展建設(shè)的需要，融雪劑除雪會(huì)損壞道路、橋梁、車輛、污染城市環(huán)境等[10]。而機(jī)械化才是比較科學(xué)合理的除雪方式。目前歐、美等發(fā)達(dá)國家基本都采用機(jī)械化技術(shù)[12]。機(jī)械化技術(shù)的應(yīng)用時(shí)城市、機(jī)場、高速公路等道路除雪的發(fā)展方向，也是城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和文明程度的標(biāo)志，更是衡量決策者、管理者視野的尺度。機(jī)械化技術(shù)經(jīng)發(fā)達(dá)國家使用已被證實(shí)是科學(xué)，合理，高效的除雪作業(yè)方式，這種技術(shù)在中國北方城市的推廣應(yīng)用

18、勢在必行。機(jī)械化師一項(xiàng)系統(tǒng)工程，真正實(shí)現(xiàn)不僅需要轉(zhuǎn)變政府與管理者的觀念，還要有相應(yīng)的資金投入，此外，除雪設(shè)備的科學(xué)管理、現(xiàn)有資源的整合優(yōu)化，使用與維護(hù)經(jīng)費(fèi)的來源等都是需要研究解決的問題?？偨Y(jié)，除雪車的發(fā)展趨勢是：（1）高效化 作業(yè)效率高，除雪程度高 （2）低耗化 （3）智能化 盡量適應(yīng)道路的復(fù)雜性 （4）多功能化 可實(shí)現(xiàn)一臺(tái)設(shè)備清楚各類冰雪降低設(shè)備投入 （5）環(huán)?；?清雪設(shè)備要保護(hù)環(huán)境，降低路面破壞 1.4除雪車的研究目的和研究意義 本課題研究目的就是本著實(shí)事的思想，充分考慮經(jīng)濟(jì)需求、環(huán)境需求、使用需求、生產(chǎn)需求等，追現(xiàn)除雪車多功能的合理設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)涉與電子、機(jī)械等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，是一

19、個(gè)綜合性的應(yīng)用研究課題。設(shè)計(jì)中以保護(hù)環(huán)境、路面為前提，通過長時(shí)間市場調(diào)查，根據(jù)現(xiàn)有資料、工藝、設(shè)備與發(fā)展趨勢，從而完除雪車的驗(yàn)證和設(shè)計(jì)，并將通過試驗(yàn)和修正，使整個(gè)系統(tǒng)可靠性較高，比較實(shí)用，使其成為易于維護(hù)和進(jìn)一步進(jìn)行功能擴(kuò)展，盡筆者所能推動(dòng)產(chǎn)生一種全新的除雪車設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)模式，進(jìn)而推動(dòng)除雪車的設(shè)計(jì)進(jìn)步與革命。 1.5除雪車的分類與特點(diǎn) 除雪車由清雪工作裝置和機(jī)動(dòng)車底盤兩個(gè)部分組成。分類方法主要有兩種：一種是按工作裝置的特點(diǎn)分類；另一類是按工作裝置與機(jī)動(dòng)車底盤結(jié)合的整機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類[1]。 除雪車按工作裝置的特點(diǎn)分為犁板式[2]、旋切式與其他類型。 （1）犁板式除雪車

20、 犁板式除雪車安裝有犁板式清雪裝置，這種裝置最大特點(diǎn)就是結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低、性能可靠?；┳鳂I(yè)式以直線運(yùn)動(dòng)為主，應(yīng)用廣泛，是除雪車中保有量最大的類型。按犁板結(jié)構(gòu)又可分為單向犁式、V型犁式、刮雪板式、側(cè)翼板式、與犁板式綜合除雪車。犁板式綜合除雪車是為增加除雪作業(yè)種類，把單向犁或V型犁、刮雪板、側(cè)翼板按使用需求進(jìn)行組合，安裝在同一輛行走車輛上。這種除雪車適應(yīng)能力強(qiáng)，對行走車輛的功率要求較大。 （2）轉(zhuǎn)子式除雪車 旋切式除雪車的清雪裝置結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。裝有拋雪轉(zhuǎn)子的旋切式除雪車可將積雪拋出幾十米遠(yuǎn)，適合厚積雪清除。旋切式除雪車分為壓磙式、螺旋轉(zhuǎn)子式、轉(zhuǎn)子式等類型。壓磙式除雪車配備的壓磙裝置適用于清

21、除堅(jiān)硬的冰雪。根據(jù)壓磙裝配磙刀的安裝角可將其分為斜刃壓磙和直刃壓磙。實(shí)驗(yàn)證明，斜刃壓磙的切入角能有效地清除冰雪和保護(hù)路面。單螺旋轉(zhuǎn)子式除雪車和轉(zhuǎn)子式除雪車，是兩種常見的配有拋雪轉(zhuǎn)子的旋切式清雪車，工作裝置由集雪裝置、拋雪轉(zhuǎn)子、拋雪筒與連接裝置組成。集雪裝置將雪從兩邊向中間運(yùn)送至葉片呈輻射狀的拋雪轉(zhuǎn)子，在高速旋轉(zhuǎn)葉片離心力作用下，沿葉片表面運(yùn)動(dòng)至轉(zhuǎn)子殼體頂部開口處拋雪，由拋雪筒導(dǎo)入合適區(qū)域。 （3）其他類型除雪車其他類型的除雪車主要有鏟剁式、錘擊式、掃雪與吹雪式與運(yùn)雪車、融雪劑灑布車等。 在機(jī)場等一些場合還常常把各種形式的除雪裝置搭配成綜合式除雪車以獲得滿意的清雪效果。 除雪車整車的分類方法

22、很多，可按整車使用圍、在除雪作業(yè)中的功用、所用底盤形式和行走方式等不同分類方法進(jìn)行分類。按整車適用圍，即除雪車的使用場合，可把除雪車分為泛用型除雪車、人行道除雪車、鐵道除雪車和高速公路除雪車等。按除雪車作業(yè)中的作用，可把除雪車分為推雪車、拋雪車、裝雪車與特種除雪車輛（包括融雪車、融雪劑灑布車、掃雪車、吹雪車、綜合式除雪車等）。按除雪車所用的底盤的不同可以把除雪車分為專用底盤除雪車和兼用底盤除雪車兩種。專用底盤除雪車只能進(jìn)行除雪作業(yè)，而兼用底盤除雪車上的除雪工作屬具均可拆卸，在不需要清雪時(shí)用于運(yùn)輸?shù)绕渌鳂I(yè)。按除雪車行走裝置可分為輪胎式除雪車和履帶式除雪車兩種。 1.6 本章小結(jié) 本

23、設(shè)計(jì)著眼于市場需求，以除雪車為載體，以保護(hù)環(huán)境、路面，高效率的破冰除雪為前提[14]，通過長時(shí)間市場調(diào)查，結(jié)合有經(jīng)驗(yàn)的車間師傅和市場需求，設(shè)計(jì)了此款除雪車，其在功能上集成了雪鏟除雪、避讓裝置、齒輪破冰、毛刷掃冰雪、智能等模塊。除雪車的設(shè)計(jì)與制造設(shè)計(jì)電子、機(jī)械等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，是一個(gè)綜合性的以應(yīng)用研究課題，試驗(yàn)證明整個(gè)系統(tǒng)可靠性較高，比較實(shí)用，而且易于維護(hù)和擴(kuò)展，具有產(chǎn)品化意義。 2除雪車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1浮雪鏟的設(shè)計(jì) 2.1.1 相關(guān)概念與名詞解釋 （1）除雪寬度LB 除雪車工作時(shí)在行進(jìn)方向上一次清除積雪的寬度，也就是除雪鏟在除雪車前進(jìn)方向上的最小投影寬度。根據(jù)除雪車使用場合的不同，

24、對除雪寬度的要求也不盡一樣。廣場等空曠場所需要較大除雪寬度的除雪車，而交通路線上除雪車的除雪寬度一般不宜超過一個(gè)車道的寬度，避免除雪作業(yè)時(shí)阻礙交通。 （2）切削角θC 進(jìn)行方向上鏟體與地面間的夾角。如圖2-1所示。隨著浮雪鏟[3]的前進(jìn)，具有一定切削角θC的鏟刃在垂直力F的作用下，將積雪剝離其附著面，積雪沿導(dǎo)板曲面向斜上方運(yùn)動(dòng)，最后以一定的速度從浮雪鏟后端部排出。切削角的大小直接影響切削阻力的大小。切削角θC太小時(shí)切削刃變薄，強(qiáng)度不足；但θc過大，切削阻力會(huì)顯著增大。實(shí)驗(yàn)表明，切削角θc每增加10°，抗切強(qiáng)度系數(shù)K增加10%~20%，切削角θC在60°左右時(shí)抗切強(qiáng)度系數(shù)K達(dá)到最大值，切削角

25、θC>60°，后抗切強(qiáng)度系統(tǒng)K增加不明顯。 圖2-1 切削角、行進(jìn)角示意圖 （3）行進(jìn)角θ 鏟體寬度方向與車輛行進(jìn)方向所夾銳角θ為 θ=1/2（θF+θR） （2-1） 如圖2-1所示。行進(jìn)角與除雪阻力、排雪性能、浮雪鏟長度都有很大關(guān)系。行進(jìn)角小，則除雪阻力小，且排雪性能好，但須有較長的鏟體才能保證必需的除雪寬度LB；行進(jìn)角大，鏟體長度則可短些，但除雪阻力增大，排雪性能也將變差。 2.1.2 浮雪鏟鏟板曲面結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇 浮雪鏟是除雪車廣泛配備的一種犁板式清雪工作裝置，通過可拆卸固定連接方式安裝于除雪車底盤前端。雪鏟導(dǎo)板的形狀一般呈復(fù)雜的空間曲面

26、，可對新雪、粉雪、粒雪、壓雪、冰水混合物等采用高速推進(jìn)方式，利用曲面旋移原理清理路面。浮雪鏟導(dǎo)板曲面設(shè)計(jì)是除雪鏟設(shè)計(jì)的核心容。 2.1.3 雪鏟的鏟板空間形狀選擇 （1）鏟板鏟形 犁板式除雪車前鏟采用高速推進(jìn)，利用曲面旋移原理將積雪清理路面。除雪鏟板曲面的作用在于旋移和推運(yùn)積雪。鏟板的結(jié)構(gòu)參數(shù)對雪屑運(yùn)功規(guī)律、積雪容量、推運(yùn)阻力都有影響。在除雪過程中，如果推運(yùn)和旋移積雪的阻力小，在一個(gè)旋移運(yùn)動(dòng)周期拋射積雪的距離遠(yuǎn)，則標(biāo)志其性能良好。為了便于向道路外側(cè)排雪，浮雪鏟常被設(shè)計(jì)成一端大一端小，以固定的行進(jìn)角工作。被除雪屑的理想運(yùn)動(dòng)軌跡是空間螺旋外拋運(yùn)動(dòng)。 圖2-2 浮雪鏟鏟板形狀 常用的浮

27、雪鏟板形狀有圓弧型、拋物線型、Ⅰ類漸開線型、Ⅱ類漸開線型，其中拋物線和圓弧的形狀很近似，兩者的性能也很接近。 由于被除積雪的顆粒間結(jié)合力小，在高速鏟的作用下被剝離后會(huì)緊貼鏟板作旋移運(yùn)動(dòng)；而在推土鏟作業(yè)時(shí)，當(dāng)被切下的土屑呈層狀沿曲面滾卷前進(jìn)時(shí)，其切削性質(zhì)和推雪鏟工況相似。國外專家利用三種曲面板對中等沙土做了對比試驗(yàn)。在其它因素一樣的情況下，對比鏟板類型對切削阻力的影響，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2-1. 表2-1鏟板類型對切削阻力的影響 鏟板類型 圓弧形 拋物線型 Ⅰ類漸開線型 Ⅱ類漸開線型 切削阻力 28.5 28.5 28 25.4 通過對數(shù)據(jù)的對比分析，結(jié)合實(shí)際工作情況。本課題

28、除雪車鏟形狀采用Ⅱ類漸開線型。浮雪鏟的三維設(shè)計(jì)圖如圖所示。 圖2-3浮雪鏟的三維設(shè)計(jì)圖 (2) 鏟板寬度 除雪車雪鏟常以固定的行進(jìn)角進(jìn)行除雪作業(yè)。行進(jìn)角與除雪阻力、排雪性能、除雪鏟長度都有很大關(guān)系。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)與相關(guān)實(shí)驗(yàn)，浮雪鏟的行進(jìn)角一般取值為50°~60°，由于浮雪鏟的偏轉(zhuǎn)角為30°，根據(jù)角度關(guān)系可知θF =90°-30°=60°，然后通過幾何計(jì)算求得θR為46°，所以行進(jìn)角θ=1/2（θF+θR）=53°。推雪鏟的寬度應(yīng)保證工作時(shí)在除雪車的前進(jìn)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

29、量是為了保證在作業(yè)過程中除雪車能給自己開辟前進(jìn)的道路，從而保證其作業(yè)質(zhì)量。 (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雛形，為了保證清雪寬度常采用不對稱安裝。鏟板前端高度一般取1000mm，后端高度取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。 2.1.4 雪鏟鏟板切削刃參數(shù)選擇 切削刃和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(jì)性能良好的浮雪鏟，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)、氣象條件以與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(rèn)為松土和

30、積雪的物理機(jī)械性質(zhì)較為接近，參考較為成熟的推土鏟切削刃設(shè)計(jì)理論可知，對于松土和積雪，一般認(rèn)為切削角θC 通常以55°為宜。除雪車雪鏟切削對象時(shí)新降雪，同時(shí)除雪車位保護(hù)路面大多采用輪式行走機(jī)構(gòu)，所能提供的最大牽引力較履帶式行走機(jī)構(gòu)小，而且工作速度要求較高，所以應(yīng)盡量減小工作時(shí)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θC 選擇為30°。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(fù)雜多變，為避免鏟刃局部受損而更換整個(gè)鏟刃板，通常把鏟刃設(shè)計(jì)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。 2.1.5 雪

31、鏟材料 浮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(qiáng)度和剛度。切削刃是易損件，因此它與鏟板之間設(shè)計(jì)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。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(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性，切削刃材料除考慮耐磨、韌性、經(jīng)濟(jì)性等因素外，須考慮工作溫度對其物理特性的影響，表2-2為幾種常用鋼材的力學(xué)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

32、削刃一般選擇65Mn調(diào)質(zhì)鋼。 表2-2常用鋼材的力學(xué)性能和退火硬度 鋼號 力學(xué)性能 退火硬度 HB≤ σb /MPa σ/MPa 20Mn2 785 590 187 Q235 375~460 ≥235 - 45 600 355 197 40Cr 520 980 207 65Mn 735 430 229 2.2 破冰掃雪裝置的設(shè)計(jì) 2.2.1 破冰掃雪裝置的概述 在冬季，下雪有時(shí)是一場接連一場，路面的雪經(jīng)過車輛行人滾壓后，雪粘附在地面，經(jīng)過的照射雪不能很快的融化和蒸發(fā)最后又經(jīng)過一個(gè)天氣寒冷結(jié)成了冰，隨著冰厚度的增加，容易形成冰災(zāi)，破

33、冰的任務(wù)越來越重要，而且明顯增大難度，因此，破冰現(xiàn)在成為了一項(xiàng)重要而艱巨的任務(wù)?，F(xiàn)有的除雪車還未有利用齒輪切割冰雪的，利用齒輪切割的除雪車完全可有能力切割冰雪，與以往的針式切割相比，減小了斷齒斷針，以減小機(jī)械使用費(fèi)用。因此，我們在除雪車的中部加了齒輪用于除去路面上結(jié)成的冰，將切割齒輪與車輪平行放置，在其上端裝上壓力彈簧，可以調(diào)節(jié)至合適的高度，給冰面合適的壓力，齒輪如圖所示，選用這種齒輪既可以減少對路面造成的損失，也可以有效的完成破雪作業(yè)。在車的后面通過使用毛刷對已破碎和殘留的冰雪掃出路面工作區(qū)。對為了防止融化后的水再次結(jié)冰，在清掃完碎冰后，采用大功率多級離心式鼓風(fēng)機(jī)將路面的這些少量冰雪吹到路邊

34、，以保證不影響交通，使除雪工作一氣呵成，大大提高了效率，節(jié)省了除雪時(shí)間，節(jié)省了人力、物力、財(cái)力。將破冰掃雪集于一體，既可以有效的破冰除雪，有減少了對路面造成的損傷。 2.2.2 齒輪的設(shè)計(jì) 齒輪材料的選擇在性能上要求如下：（1）較高的彎曲疲勞強(qiáng)度，足夠的齒心強(qiáng)度和韌性，防止疲勞、沖擊和過載斷裂；（2）高的接觸疲勞強(qiáng)度與高的齒面硬度和耐磨性，防止齒面損傷；（3）良好的切削加工性能和熱處理工藝性能與焊接工藝性能。 齒輪材料的選擇原則：（1）輪材料必須滿足工作條件的要求，這是選擇齒輪材料首先考慮的因素；（2）應(yīng)考慮齒輪尺寸的大小、毛坯成型方法與熱處理和制造工藝；（3） 正火碳鋼，不論毛坯的制

35、造方法如何，只能用于制作在載荷平穩(wěn)或輕度沖擊下工作的齒輪，不能承受大的沖擊載荷，調(diào)質(zhì)碳鋼可用于制作在中等沖擊載荷下工作的齒輪；（4） 合金鋼常用于制作高速、重載并載沖擊載荷下工作的齒輪；齒輪模數(shù)的因素很多，其中最重要的是齒輪的強(qiáng)度、質(zhì)量、傳動(dòng)噪聲、工藝要求。減小模數(shù)，增加齒寬會(huì)使傳動(dòng)噪聲降低，反之則能減輕齒輪的質(zhì)量。主要從工藝要求出發(fā)，所有直齒輪的模數(shù)均取m=4mm。國家規(guī)定齒輪的標(biāo)準(zhǔn)壓力角為20°，齒數(shù)我們選擇的是6齒，齒輪寬度通常根據(jù)齒輪模數(shù)m的大小來選定，即齒寬b=kC*m，kC為齒寬系數(shù)。對于直齒輪，kC=4.5~7.5.齒輪的失效形式主要有齒輪斷裂、齒面磨損、齒面點(diǎn)蝕、齒面膠合和塑

36、性變形。在保證齒輪和使用壽面的前提下，盡量減少齒輪的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，使得設(shè)備總質(zhì)量減小與換擋操縱輕便。通常是通過改變齒輪的結(jié)構(gòu)形式，如將齒輪加工成腹板或孔板式，來實(shí)現(xiàn)齒輪的削減。對于齒輪的精度等級，根據(jù)齒輪具體的使用工況計(jì)算出圓周線速度，再依據(jù)手冊選擇精度等級。齒輪的加工工藝要根據(jù)具體的加工設(shè)備制定經(jīng)濟(jì)、可行的加工過程。一般的加工過程： 下料→鍛造→預(yù)先熱處理→粗加工→最終熱處理→精加工 預(yù)先加熱處理的目的是改善鍛造組織，得到合適的硬度，便于切削加工。其工藝一般為正火。最終熱處理的目的是使零件表面獲得高硬度、高耐磨性，心部有足夠的硬度、塑性與韌性。其工藝為滲碳、淬火加低溫回火。應(yīng)注意的是

37、重要齒輪的表面淬火，應(yīng)采用高頻或中頻感應(yīng)淬火，模數(shù)較大時(shí)，應(yīng)沿齒溝加熱和淬火。本設(shè)計(jì)齒輪的三維圖如圖2-4所示。 圖2-4 齒輪三維設(shè)計(jì)圖 2.2.3 其他裝置的設(shè)計(jì) 對于毛刷選擇，要求必須具有很好的耐磨性和抗彎曲性，不損傷路面并且掃雪效果好。 本設(shè)計(jì)使用的毛刷具有螺旋式結(jié)構(gòu)，并且具有升降和雙向擺動(dòng)功能，以此來改變掃雪方向，該毛刷還有浮動(dòng)功能，使其與地面的壓力保持在合適的圍；毛刷的材料一般選擇尼龍絲、塑料絲、PP絲等材料。 為了防止融化后的水再次結(jié)冰，在清掃完碎冰后，采用大功率多級離心式鼓風(fēng)機(jī)將路面的這些少量冰雪吹到路邊，以保證不影響交通。離心式制冷壓縮機(jī)的構(gòu)造和工作原理與離心式

38、鼓風(fēng)機(jī)極為相似。其工作原理為：壓縮機(jī)工作時(shí)制冷劑蒸汽由吸汽口軸向進(jìn)入吸汽室，并在吸汽室的導(dǎo)流作用引導(dǎo)由蒸發(fā)器(或中間冷卻器)來的制冷劑蒸汽均勻地進(jìn)入高速旋轉(zhuǎn)的工作輪(工作輪也稱葉輪，它是離心式制冷壓縮機(jī)的重要部件，因?yàn)橹挥型ㄟ^工作輪才能將能量傳給汽體)。汽體在葉片作用下，一邊跟著工作輪作高速旋轉(zhuǎn)，一邊由于受離心力的作用，在葉片槽道中作擴(kuò)壓流動(dòng)，從而使汽體的壓力和速度都得到提高。由工作輪出來的汽體再進(jìn)入截面積逐漸擴(kuò)大的擴(kuò)壓器(因?yàn)槠w從工作輪流出時(shí)具有較高的流速，擴(kuò)壓器便把動(dòng)能部分地轉(zhuǎn)化為壓力能，從而提高汽體的壓力)。汽體流過擴(kuò)壓器時(shí)速度減小，而壓力則進(jìn)一步提高。經(jīng)擴(kuò)壓器后汽體匯集到蝸殼中，再經(jīng)

39、排氣口引導(dǎo)至中間冷卻器或冷凝器中。 離心式鼓風(fēng)機(jī)有以下優(yōu)點(diǎn)： (1)單機(jī)制冷量大，在制冷量一樣時(shí)它的體積小，占地面積少，重量較活塞式輕5～8倍。(2)由于它沒有汽閥活塞環(huán)等易損部件，又沒有曲柄連桿機(jī)構(gòu)，因而工作可靠、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音小、操作簡單、維護(hù)費(fèi)用低。 (3)工作輪和機(jī)殼之間沒有摩擦，無需潤滑。故制冷劑蒸汽與潤滑油不接觸，從而提高了蒸發(fā)器和冷凝器的傳熱性能。(4)能經(jīng)濟(jì)方便的調(diào)節(jié)制冷量且調(diào)節(jié)的圍較大。(5)對制冷劑的適應(yīng)性差，一臺(tái)結(jié)構(gòu)一定的離心式制冷壓縮機(jī)只能適應(yīng)一種制冷劑。(6)由于適宜采用分子量比較大的制冷劑，故只適用于大制冷量，一般都在25～30萬大卡/時(shí)以上。如制冷量太少，則 要

40、求流量小，流道窄，從而使流動(dòng)阻力大，效率低。但近年來經(jīng)過不斷改進(jìn)，用于空調(diào)的離心式制冷壓縮機(jī)，單機(jī)制冷量可以小到10萬大卡/時(shí)左右。 2.3本章小結(jié) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是除雪車的設(shè)計(jì)使用主體和功能支撐[11]，除雪車破冰除雪裝置的有效性是除雪車設(shè)計(jì)與用戶選擇時(shí)關(guān)注的首要問題，本設(shè)計(jì)選擇的Ⅱ類漸開線型的浮雪鏟可以高效的將雪推到路面一邊，加上帶彈簧的避讓裝置減少對除雪車和路面造成的損傷，選擇合適的除雪寬度、切削角、行進(jìn)角對于浮雪鏟的工作有至關(guān)重要的作用；切割齒輪破冰通過對冰的打碎和毛刷對破碎的冰雪的掃除，完成了破冰除雪作業(yè)，最后采用大功率多級離心式鼓風(fēng)機(jī)對冰雪的二次徹底清除，防止二次結(jié)冰[13]。 輔

41、助功能模塊 太陽能電池 鼓風(fēng)機(jī) 智能控制模塊 電機(jī) 舵機(jī) 避讓裝置 除雪車 結(jié)構(gòu)模塊 浮雪鏟 切割齒輪 毛刷 圖2-5 除雪車整體方案圖 3 除雪車彈性避讓裝置 3.1 概述 目前，我國公路與城市道路的路況普遍已有很大改善了[15]，但仍有相當(dāng)里程的路段路況較差，突出表現(xiàn)在路面平整度低和局部損毀（如裂縫、變形、崩解、錯(cuò)臺(tái)、沉陷、脫皮、麻面等），另外除雪作業(yè)時(shí)還可能遇到一些路面物（如凸臺(tái)、窯井蓋、道釘、分界線反光塊、坑槽等）。如不采用避障措施，則將造成除雪設(shè)計(jì)或路面設(shè)施損壞，甚至?xí){到駕駛?cè)藛T的人生安全。 除雪車的避障措施有兩種形式：一種形式是利用聲波或磁波

42、探測障礙物與雪層厚度，自動(dòng)控制推雪鏟的升降運(yùn)動(dòng)，主動(dòng)避障；另一種形式是采用機(jī)械結(jié)構(gòu)[9]，實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)被動(dòng)避障。本設(shè)計(jì)師采用機(jī)械被動(dòng)避障結(jié)構(gòu)。 犁板式除雪車機(jī)械被動(dòng)避障結(jié)構(gòu)基本分為兩種類型：一種是通過鏟體的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)緩沖和避讓，采用雙搖桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)；另一種是依靠鏟刀的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)緩沖和避讓，通過擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。上述避讓機(jī)構(gòu)的避讓動(dòng)作均可分解為上下伸縮動(dòng)作和繞某一固定軸的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。 3.2 避讓裝置的選擇 目前國外除雪機(jī)械廣泛應(yīng)用的彈性避讓裝置[4]為雙搖桿機(jī)構(gòu)[8]，其優(yōu)勢是避讓效果明顯、越障高度較大、環(huán)境實(shí)用性強(qiáng)，可以在硬質(zhì)雪區(qū)作業(yè)。而擺動(dòng)導(dǎo)桿避障機(jī)構(gòu)的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)安裝在鏟刀后側(cè)，限制鏟刀的最佳切削

43、角取值。擺動(dòng)導(dǎo)桿避障機(jī)構(gòu)鏟刀切削角一般取值在65°~75°圍，適合于中鏟采用。 為實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的彈性避讓性能，進(jìn)行四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮： （1）為順利避障，雙搖桿機(jī)構(gòu)應(yīng)首先保證鏟刃的上抬運(yùn)動(dòng)，鏟刃的避讓軌跡為上凸曲線時(shí)為最佳。 （2）應(yīng)適當(dāng)加大鏟板與前托架的間距，有利于提高自動(dòng)越障高度。 （3）拉伸彈簧的整體剛度應(yīng)適中，過大對越障不利，過小則會(huì)導(dǎo)致除凈率降低。 （4）推雪鏟翻擺時(shí)的極限位置應(yīng)予限制，防止產(chǎn)生“死點(diǎn)”，使推雪鏟不能與時(shí)回落。 （5）根據(jù)我國道路狀況，自動(dòng)越障高度H一般控制在100mm左右。 （6）要使機(jī)車動(dòng)力合理有效的傳遞到推雪鏟鏟刃。 3.3 圓柱螺旋拉伸彈簧的設(shè)計(jì) 當(dāng)除雪車

44、工作時(shí)，雪鏟受到來自地面和雪的作用力[6]。當(dāng)除雪鏟板遇上障礙物時(shí)，除雪鏟板此時(shí)受到雪對其的作用力、地面的摩擦阻力和障礙物對其的作用力，三者在垂直方向的分力必須大于除雪鏟板的自重和彈簧的拉力，才可能使除雪鏟向上翻轉(zhuǎn)[16]。 因?yàn)閺椈稍谝话爿d荷條件下工作，可以按第Ⅲ類彈簧來考慮。現(xiàn)選用碳素彈簧鋼絲C級。根據(jù)表3-1彈性材料與許用應(yīng)力可知[τ]=0.8×0.5×σB =608MPa 3.4 本章小結(jié) 本章介紹了避讓裝置的重要性和措施，利用彈簧的彈性起到了避讓保護(hù)除雪車的作用，彈簧采用的是圓柱螺旋拉伸彈簧[5]，最終確定彈簧的材料選用65Mn。 表3-1 彈簧材料與其許用應(yīng)力 材料與

45、代號 許用切應(yīng)力[τ]/MPa 許用彎曲應(yīng)力[σb]/MPa 彈性模量E/MPa 切變模量 G/MPa 推薦試用溫度 /℃ 推薦硬度 /HRC Ⅰ類 彈簧 Ⅱ類 彈簧 Ⅲ類 彈簧 Ⅱ類 彈簧 Ⅲ類 彈簧 碳素彈簧鋼絲B、C、D級 0.3σB 0.4σB 0.5σB 0.5σB 0.625 σB 0.5≤d≤4 207500~205000 D>4 200000 0.5≤d≤4 83000 ~80000 D>4 80000 -40~130 65Mn 60Si2Mn 60

46、Si2MnA 480 640 800 800 1000 200000 80000 -40~200 45~50 50CrVA 450 600 750 750 940 -40~210 不銹鋼絲 1Cr18Ni9 1Cr18Ni9Ti 330 440 550 550 690 197000 73000 -200~300 4 智能控制模塊 4.1 驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊的設(shè)計(jì) 本模塊通過ST98C51單片機(jī)控制電機(jī)，控制車的運(yùn)行和齒輪、毛刷的工作，給除雪車提供

47、了動(dòng)力，本設(shè)計(jì)采用的電機(jī)是直流減速電機(jī)。單片機(jī)的電路圖如圖4-1所示。直流減速電機(jī)，即齒輪減速電機(jī)，是在普通直流電機(jī)的基礎(chǔ)上，加上配套齒輪減速箱。齒輪減速箱的作用是，提供較低的轉(zhuǎn)速，較大的力矩。同時(shí)，齒輪箱不同的減速比可以提供不同的轉(zhuǎn)速和力矩。這大大提高了直流電機(jī)在自動(dòng)化行業(yè)中的使用率。減速電機(jī)是減速機(jī)和電機(jī)的集成體。這種集成體通常也可稱為齒輪馬達(dá)或齒輪電機(jī)。直流減速電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)如下：（1）減速電機(jī)結(jié)合國際技術(shù)要求制造，具有很高的科技含量。 （2）節(jié)省空間，可靠耐用，承受過載能力高，功率可達(dá)95KW以上。 （3）能耗低，性能優(yōu)越，減速機(jī)效率高達(dá)95%以上。 （4）振動(dòng)小，噪音低，節(jié)能高，選用優(yōu)質(zhì)

48、段鋼材料，鋼性鑄鐵箱體，齒輪表面經(jīng)過高頻熱處理。 （5）經(jīng)過精密加工，確位精度，這一切構(gòu)成了齒輪傳動(dòng)總成的齒輪減速電機(jī)配置了各類電機(jī)，形成了機(jī)電一體化，完全保證了產(chǎn)品使用質(zhì)量特征。 （6）產(chǎn)品才用了系列化、模塊化的設(shè)計(jì)思想，有廣泛的適應(yīng)性，本系列產(chǎn)品有極其多的電機(jī)組合、安裝位置和結(jié)構(gòu)方案，可按實(shí)際需要選擇任意轉(zhuǎn)速和各種結(jié)構(gòu)形式。 本設(shè)計(jì)使用L298N驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊，電路圖如圖4-2所示。采用的電機(jī)的規(guī)格為：額定電壓為6V，空載轉(zhuǎn)速150轉(zhuǎn)/分鐘，空載電流400MA，空載功率為2.4W，軸徑4M，軸長15MM，減速箱直徑為25MM，材質(zhì)選擇的是金屬外殼/全金屬齒輪， 圖4-1單片機(jī)電路

49、 圖4-2驅(qū)動(dòng)電機(jī)電路 4.2 驅(qū)動(dòng)舵機(jī)模塊的設(shè)計(jì) 本課題利用單片機(jī)控制舵機(jī)，若除雪車遇到障礙物，則單片機(jī)發(fā)出相應(yīng)的信號給舵機(jī)，舵機(jī)收到信號后，產(chǎn)使舵機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)浮雪鏟轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，避免浮雪鏟與障礙物發(fā)生碰撞，并且舵機(jī)控制浮雪鏟上下移動(dòng)。 舵機(jī)的工作原理為：舵機(jī)常用的控制信號是一個(gè)周期為20毫秒左右，寬度為1毫秒到2毫秒的脈沖信號。當(dāng)舵機(jī)收到該信號后，會(huì)馬上激發(fā)出一個(gè)與之一樣的，寬度為1.5毫秒的負(fù)向標(biāo)準(zhǔn)的中位脈沖。之后二個(gè)脈沖在一個(gè)加法器中進(jìn)行相加得到了所謂的差值脈沖。輸入信號脈沖如果寬于負(fù)向的標(biāo)準(zhǔn)脈沖，得到的就是正的差值脈沖。如果輸入脈沖比標(biāo)準(zhǔn)脈沖窄，相加后得到的肯定是

50、負(fù)的脈沖。此差值脈沖放大后就是驅(qū)動(dòng)舵機(jī)正反轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)力信號。舵機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過齒輪組減速后，同時(shí)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤和標(biāo)準(zhǔn)脈沖寬度調(diào)節(jié)電位器轉(zhuǎn)動(dòng)。直到標(biāo)準(zhǔn)脈沖與輸入脈沖寬度完全一樣時(shí)，差值脈沖消失時(shí)才會(huì)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。 4.3 控制舵機(jī)的程序 #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char uchar num; sbit motor=P0^0; void main() { TMOD=0x01;//設(shè)置定時(shí)器0為工作方式1 TH0=(65536-500)/256; TL0=(6553

51、6-500)%256; EA=1;//開總中斷 ET0=1;//開定時(shí)器0中斷 TR0=1; motor=0; // while(1); } void time0() interrupt 1 { TH0=(65536-500)/256; TL0=(65536-500)%256; num++; if (num>=38) { motor=1; if(num>=40) { num=0; motor=0; } } } 4.4輔助裝置模塊 隨

52、著社會(huì)的進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)、科學(xué)等方面得到了飛躍式的發(fā)展，但是由于自然資源的大量使用，尤其是不可再生資源，導(dǎo)致許多資源面臨耗盡的危險(xiǎn)，并且由于一些資源的使用給大氣環(huán)境帶來了嚴(yán)重的危害，臭氧層破壞，溫室效應(yīng)等等，以致危機(jī)人類自身生存的現(xiàn)實(shí)。新能源和可再生資源是21世紀(jì)世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展中最具決定性影響的技術(shù)領(lǐng)域之一。太陽能光伏發(fā)電的進(jìn)程沒有機(jī)械轉(zhuǎn)變部件也不用耗燃料，而且不排放包括溫室氣體在的任何物質(zhì)，具有無噪聲、無污染的特點(diǎn)，太陽能資源沒有地區(qū)限制，散布普通且取之不盡，用之不竭，光伏電池是一種重要的可再生能源，既可作為獨(dú)立能源，亦可實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。太陽能光伏發(fā)電時(shí)一種具可繼續(xù)開展理想特征的可再生能源發(fā)電技術(shù)，其

53、首要好處有以下幾點(diǎn)： （1）太陽能資源取之不盡，用之不竭，照耀到地球上的太陽能要比人類當(dāng)前耗費(fèi)的能量大6000倍。并且太陽能在地球上散布普遍，只需有光照的當(dāng)?shù)鼐涂梢赃\(yùn)用光伏發(fā)電系統(tǒng)，不受地區(qū)、海拔等要素的限制。 （2）太陽能資源到處可得，可就近供電。不用長間隔保送，防止了長間隔輸電線路所形成的電能損掉，還也節(jié)流了輸電成本。這還也為家用太陽能發(fā)電系統(tǒng)在輸電不方便的西部大規(guī)劃運(yùn)用供應(yīng)了前提。 （3）太陽能光伏發(fā)電的能量轉(zhuǎn)換進(jìn)程簡略，是直接從光子到電子的轉(zhuǎn)換，沒有中心進(jìn)程(如熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電磁能等)和機(jī)械活動(dòng)，不存在機(jī)械磨損。依據(jù)熱力學(xué)剖析，光伏發(fā)電具有很高的理論發(fā)電效率，可達(dá)80%

54、以上，技術(shù)開拓潛力宏大。 （4）太陽能光伏發(fā)電自身不運(yùn)用燃料，不排放包括溫室氣體和其他廢氣在的任何物質(zhì)，不污染空氣，不發(fā)生噪聲，對情況友愛，不會(huì)蒙受能源危機(jī)或燃料市場不不變而形成的沖擊，是真正綠色環(huán)保的新型可再生能源。 （5）太陽能光伏發(fā)電進(jìn)程無需冷卻水，可以裝置在沒有水的荒涼沙漠上。光伏發(fā)電還可以很便利地與修建物連系，組成光伏修建一體化發(fā)電系統(tǒng)，不需求獨(dú)自占地，可節(jié)流珍貴的地盤資源。 （6）太陽能光伏發(fā)電無機(jī)械傳動(dòng)部件，操作、維護(hù)簡略，運(yùn)轉(zhuǎn)不變牢靠。一套光伏發(fā)電系統(tǒng)只需有太陽能電池組件就能發(fā)電，加之主動(dòng)節(jié)制技術(shù)的普遍采用，根本上可完成無人值守，維護(hù)成本低。 （7）太陽能光伏發(fā)電任務(wù)功能不變牢

55、靠，運(yùn)用壽命(30年以上)。晶體硅太陽能電池壽命可達(dá)20~35年。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，只需設(shè)計(jì)合理、造型恰當(dāng)，蓄電池的壽命也可長達(dá)10~15年。 （8）太陽能電池組件構(gòu)造簡略，體積小，分量輕，便于運(yùn)輸和裝置。光伏發(fā)電系統(tǒng)建立周期短，而用依據(jù)用電負(fù)荷容量可大可小，便利靈敏，極易組合、擴(kuò)容。 因此，本設(shè)計(jì)添加了太陽能電池作為輔助用于為除雪車提供電源動(dòng)力。 4.5本章小結(jié) 本章主要介紹了除雪車的智能控制模塊。智能控制模塊式除雪車體現(xiàn)智能化、人性化以與破冰除雪的主要模塊，包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)模塊、舵機(jī)模塊和輔助模塊。電機(jī)模塊控制除雪車的運(yùn)行和齒輪、毛刷工作，舵機(jī)模塊控制浮雪鏟運(yùn)行和避讓作用

56、，輔助模塊給除雪車提供電源動(dòng)力，使其結(jié)構(gòu)簡單，破冰除雪效果達(dá)到最佳。整個(gè)智能控制裝置的流程圖如4-3所示。 單 片 機(jī) 電機(jī)1 電機(jī)2 前輪 后輪 電機(jī)3 電機(jī)4 齒輪 毛刷 舵機(jī) 電源 浮雪鏟 圖4-3單片機(jī)工作流程圖 5結(jié)論 筆者出于對除雪車設(shè)計(jì)的喜愛，選擇此課題作為研究的對象。幸于借鑒前輩學(xué)者的科學(xué)理論、實(shí)踐基礎(chǔ)，從智能化、人性化兩方面來研究除雪車的設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)背景如同前言介紹，隨著時(shí)代的發(fā)展進(jìn)步，人民生活水平逐漸提高，新型多功能除雪車越來越多的受到人們的青睞，同時(shí)在近年頻發(fā)的嚴(yán)重的災(zāi)害中，冰雪災(zāi)

57、害作為一種嚴(yán)重的自然災(zāi)害的現(xiàn)實(shí)逐漸引起人們的重視，另外如今的傳統(tǒng)除雪車設(shè)計(jì)簡單，功能比較單一，不能很好的完成破冰除雪作業(yè)，雖近年來多功能除雪車有所發(fā)展，但其功能仍需完善，本課題正是在上述環(huán)境下通過長時(shí)間調(diào)查市場，結(jié)合工藝師傅和現(xiàn)實(shí)的需要，據(jù)現(xiàn)有資料設(shè)備與發(fā)展趨勢完成的，并力求為除雪車的更新?lián)Q代貢獻(xiàn)微薄之力。 課題研究容涉與到電子、機(jī)械等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，設(shè)計(jì)主要容包括：充分利用ST89C51單片機(jī)控制電機(jī)和舵機(jī)給除雪車提供動(dòng)力，帶動(dòng)浮雪鏟推雪、齒輪破冰、毛刷掃雪，以與采用離心式鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行二次徹底清除，防止二次結(jié)冰。還加了避讓裝置，在遇到障礙物時(shí)，可以有效的使浮雪鏟向上轉(zhuǎn)動(dòng)，避免與障礙物發(fā)生碰撞，

58、損壞浮雪鏟。除此之外，還利用太陽能電池給除雪車提供電源，減少資源的使用。 在課題的研究過程中，整理了大量的臥具資料和功能模塊設(shè)計(jì)資料，從中我學(xué)到了許多知識，我深深感覺到專業(yè)知識的博大精深，自己所學(xué)所懂相差其遠(yuǎn)，研究比較膚淺，有待于深挖掘和提高。本課題雖告一段落，但我仍希望能借此次研究給更多的除雪車設(shè)計(jì)者或?qū)Υ烁信d趣的朋友起到拋磚引玉的作用，使以后的設(shè)計(jì)更加完善和獨(dú)具特色。 參考文獻(xiàn) [1] 馬文星.除雪車的分類[J].特種車輛，：化學(xué)工業(yè)，2006，（8）195-197 [2] 鄧洪超、馬文星、王智明.多功能除雪車?yán)缧吻把╃P結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).工程機(jī)械，2005(10):18-21 [3] 鄧

59、洪超、馬文星.DQX路面除雪車浮雪鏟除雪作業(yè)模型.大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2005，（4）：381-385 [4]周松波、凌志等.除雪機(jī)械彈性避讓裝置[J].建筑機(jī)械，2001，（6）：23-25 [5] 濮良貴、紀(jì)名剛.圓柱螺旋壓縮（拉伸）彈簧的設(shè)計(jì)[J].機(jī)械設(shè)計(jì)，2006，（16）:392-402 [6] 　王濤, 永梅. 國外路面養(yǎng)護(hù)機(jī)械的技術(shù)水平與發(fā)展趨勢[ J] .建設(shè)機(jī)械技術(shù)與管理, 1997, ( 3) . [7] 　先璞, 王麗勛, 等. CL-2. 4 型公路除雪器的研制[ J] . 交通科技, 1993, ( 2) . [8] C.H.科熱夫尼科夫，N 耶西皮科.機(jī)

60、構(gòu)元件[M].隆禮湘，譯.:機(jī)械工業(yè).1973. [9] 黃祖德.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].：理工大學(xué)，1992. [10] 吳書琴，喬非,邵東偉,等.城市道路除雪現(xiàn)狀與未來發(fā)展方向[J].大學(xué)學(xué)報(bào)，2006（. 4）:556- 558. [11] 吳書琴,喬非，春山.JD- SX2800、JD- SX3500 型散雪除雪機(jī)研制[J].工程機(jī)械,2007（6）:14- 17 [12]齊曉杰，郝晨聲，畢鳳陽，王革新.城市道路機(jī)械式清除冰雪機(jī)械研究與探討[J]工程學(xué)院自然科學(xué)版學(xué)報(bào)，2002(02) [13] 齊曉杰，康建營，齊英杰，段宏偉.冰雪清除機(jī)械的研究與探討[J]林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備，200

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62、1^3; //控制電機(jī)M2。 sbit PWMA=P0^0;//接EA使能引腳，用于PWM調(diào)速 sbit PWMB=P0^1;//接EB使能引腳，用于PWM調(diào)速 sbit motor=P0^0; unsigned char CYCLE; //定義周期 該數(shù)字X基準(zhǔn)定時(shí)時(shí)間 如果是10 則周期是10 x 0.1ms unsigned char PWM ;//定義占空比 uchar flag,tt,num; void mDelay(uint z); void main() { tt=0; flag=0; TMOD=0x11;//設(shè)置定時(shí)器0為工作方式1 TH0=(6553

63、6-10000)/256; TL0=(65536-10000)%256; TH1=(65536-100)/256; TL1=(65536-100)%256; EA=1;//開總中斷 ET0=1;//開定時(shí)器0中斷 ET1=1; TR0=1;//啟動(dòng)定時(shí)器0 TR1=1; motor=0; CYCLE =10;// 時(shí)間可以調(diào)整 這個(gè)是10步調(diào)整 周期10ms 8位PWM就是256步 while(1) { I1=1;I2=0;I3=1;I4=0;PWM=8;mDelay(10000);//直走 flag=1;mDelay(10);//擋板上 I1=1;I2=0;I3

64、=0;I4=1;PWM=8;mDelay(4300);//左轉(zhuǎn) flag=0;mDelay(10);//擋板下 I1=1;I2=0;I3=1;I4=0;PWM=8;mDelay(10000);//直走 flag=1;mDelay(10);//擋板上 I1=0;I2=1;I3=1;I4=0;PWM=8;mDelay(4300);//右轉(zhuǎn) flag=0;mDelay(10);//擋板下 } } void mDelay(uint z) { uint x,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=50;y>0;y--); } void time0() interr

65、upt 1 { TH0=(65536-100)/256; TL0=(65536-100)%256; if (tt==PWM) { PWMA = 0; //電機(jī)M1 PWMB = 0; //電機(jī)M2 } tt++; if(tt== CYCLE) { tt=0; if(PWM!=0) //如果左右時(shí)間是0 保持原來狀態(tài) { PWMA = 1;// 電機(jī)M1 PWMB = 1; //電機(jī)M2 } } } void time1() interrupt 3 { TH1=(65536-500)/256; TL1=(65536-500)%256; num+

66、+; if(flag==0) { if (num>=38) { motor=1; if(num>=40) { num=0; motor=0; } } } if(flag==1) { if (num>=37) { motor=1; if(num>=40) { num=0; motor=0; } } } } 致 論文是在導(dǎo)師講師的悉心指導(dǎo)下完成的，論文的字里行間無不凝聚著老師的心血和對我的厚望。大學(xué)本科期間正是在老師的引領(lǐng)下，我開始走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，開啟了我的實(shí)踐創(chuàng)新之旅。老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、平易近人的處世風(fēng)格和獨(dú)特的人格魅力，都深深地影響著我，祝愿老師桃滿天下。 在本科學(xué)習(xí)期間、論文的前期準(zhǔn)備、寫作以與最終定稿階段我得到來自機(jī)電工程學(xué)院黨支部副書記、我的班主任偉老師的鼓勵(lì)和慷慨無私的支持幫助，在此謹(jǐn)向我的恩師致以最誠摯的意。 感曾在2011年暑假陪我一同備戰(zhàn)機(jī)電產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)競賽的同組同學(xué)：同班同學(xué)敬明、王許州以與10學(xué)弟曲月峰、利民，是他們熱情的幫助和支持，幫助我順利完成多功能嬰兒床的設(shè)計(jì)與制作，也為此次畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的撰寫打下了堅(jiān)實(shí)的實(shí)