·开发与创新第22卷第3期2009年5月机电产品开发与创新Development＆InnovationofMachinery＆ElectricalProductsVol．22,No．3May．,2009文章编号：1002－6673（2009）03－006－03一种新型路面冰层破碎机器的设计赵冰，徐连双，葛宰林，张文斌（大连交通大学轨道交通技术学院，辽宁大连116011）摘要：针对我国路面除冰工作主要依靠人工作业、用铁锨、镐头破碎冰层后集中装车运走，劳动强度大，效率低，而且容易破坏路面的现状，利用拟人仿生基本创新理论，开发设计出机械式路面冰雪层破碎机械。通过查新，国内目前还没有同类的破冰机械。样机模拟试验证明能够达到预期破冰效果。关键词：冰雪层；破冰机械；设计参数；样机性能中图分类号：TH122文献标识码：Adoi:10.3969/j.issn.1002-6673.2009.03.0030引言冬季道路及广场由于除雪不及时，容易结冰造成交通和活动不方便。道路的积雪和冰层的形成特性及其物理机械性质，在相当大的程度上决定着扫雪、除冰作业的方法。降雪后不久且未经人员、车辆辗压的新鲜雪，质地松软，可用推雪板清除;压实雪，即降雪后经人员、车辆辗压而形成的冰雪混合物，质地较硬且和地面粘接紧密，难以用推雪板或普通螺旋除雪机清除；须使用专用机械装置进行清理。目前我国的路面除冰工作主要依靠人工作业，在除冰过程中，用铁锨、镐头破碎冰层后集中装车运走，劳动强度大，效率低，而且容易破坏路面。通过调研分析，冬季下雪后清扫不及时，路面覆盖的冰雪层的特点：①雪融化后冷冻形成冰层，较硬脆，在冲击力下易开裂；②下雪后经车辆碾压\行人踩踏形成硬雪层，硬度较低，易破碎；③介于冰层和雪层之间的半融化冰雪层；④通过大连科技网查新证明，目前国内没有此类的清除路面冰雪层的专用机械。由于路面存在灰尘覆盖，一般冰雪层与路面之间存在分离面，当人工利用金属锐器冲击冰雪层时，冰雪层受到一定外力冲击作用时开裂破碎后可以与路面分离。因此，我们利用联想、拟人仿生等基本创新理论，研发出小型路面冰雪层破碎机械。1基本结构及工作原理1.1基本结构路面冰层破碎机主要有柴油机、破冰直动推杆凸轮收稿日期：2009－04－14作者简介：赵冰（1965-)，男，副教授。主要从事机电教学和研究。机构、减速器、V带、链传动、机架等机构组成，如图1所示。1.2工作原理（1）破冰：柴油机通过V带传动1将动力传到凸轮轴。凸轮轴上均布四个凸轮，通过凸轮推动顶杆（破冰钉）往复移动冲击冰雪层模拟实现人工刨冰的动作，达到破冰的目的。（2）向前行走：通过带传动2将凸轮轴上部分动力传至减速器带动链传动驱动车体前轮运动，利用离合器进行操纵控制速度。2主要设计参数分析（1）冰层强度参数参考厚度：冰的抗压强度与温度关系，0℃时σc=1.5MPa、-10℃时σc=3MPa、-20℃时σc=5MPa，冰的抗拉强度较低σp=1~2MPa，冰的密度ρi=900kg/m3，变形模量E=5GPa，泊松比ν=0.3，分析大连地区冬季冰雪气候条件，确定最大冰层厚度30～40mm。（2）雪硬层：考虑到其硬度较低、易破碎的特点，最大厚度40～50mm。（3）行进速度及效率：为保证破冰的效果及效率，6·开发与创新·设计时确定破冰钉间隔密度10mm，要求破冰机械移动速度12m/min，破冰钉频率为1200下/min，破冰效率为5m2/min。3结构设计（1）动力选择。小型路面冰层破碎机属于小型动力机械，通过参考冰层的强度及人工刨冰的经验分析，考虑到室外作业的特点，根据实际破冰功率估算，选择165F柴油机，额定功率2.02KW，转速n1=2600r/min，小皮带轮直径d1=90mm。（2）V带传动设计计算。设计确定大带轮工作转速n2=1200r/min，传动中心距450mm，大带轮直径d2=n1d1=n2195mm，普通A型V带。确定带的基准长度L0和实际中心距α：2分动力。（4）机架设计。机架是柴油机及凸轮机构的安装车体，采用80槽钢焊接而成，长480mm，宽420mm，扶手高760mm，宽460mm，用4分钢管制成，中间加两加强筋，扶手安装离合器控制把手；前轮直径为250mm，距轮80mm，车轮采用实心橡胶轮减轻冲击振动，与前轴过盈配合，前轴上固定有链轮，靠链传动驱动前轴回转，选取12A-1×38（GB/T1243-1997）链传动，主动链轮齿数Z1=17，从动链轮齿数Z2=11，属于低速链传动，...