PAGE8-某液壓清雪裝置設計計算與校核計算案例概述1.1液壓清雪裝置設計計算1.1.1攪龍力矩計算已知寬度=1800mm，除雪厚度=0.2m，積雪密度為=250kg/cm3，清雪裝置的作業(yè)速度為=8m/s，攪龍的直徑=720mm，工作轉速=200r/min。則攪龍圓周線速度(1.1)根據(jù)經(jīng)驗公式(1.2)式中，為行進方向所受的雪阻力；為除雪比阻。同時除雪比阻與除雪速度還有如下關系(1.3)因此可求得=5將此結果帶入式(1.2)，最終可求得=4410N。則攪龍的功率為(1.4)同時因為(1.5)式中，為攪龍葉片的阻力矩。則1.1.2揚雪葉輪力矩計算按照能量方程，離心功率為(1.6)式中，為轉動部分重量，計算中取200kg；為單位時間除雪量，取2.88m3/s；為拋雪筒高度，計算中取為2m。則有又因為公式(1.7)式中，為揚雪葉輪的轉速，取為750r/min；為揚雪葉輪的力矩。帶入相關數(shù)值可以求得1.3攪龍葉片的設計攪龍葉片是液壓清雪裝置結構的重要組成部分，對集雪工作有很大的影響效果。攪龍葉片的動力輸入到攪龍軸的中間部分，攪龍葉片要將積雪向中間集中收攏，左右兩邊的旋向要相反，所以設計和安裝都比較困難。螺旋葉片的設計參數(shù)：節(jié)距、葉片內徑、葉片外徑。節(jié)距：相鄰兩葉片上對應點間的軸向距離；葉片內經(jīng)：等于空心圓筒的外徑，可從圓筒上直接量??；葉片外徑：根據(jù)設計尺寸來定。一般情況下，葉片是攪龍上最易損的部分。開始階段，葉片的外側被磨成刃口狀，這時并不會影響到它的工作性能。但慢慢地葉片的外徑被越磨越小，直至無法運輸，嚴重影響運轉以及集雪效果。另外，同一根軸上葉片的磨損速度和程度也不一樣，旋轉處于無序狀態(tài)時，對葉片的磨損最為嚴重。根據(jù)調查得知，往往一根軸上只有一端的三五片葉片需要更換，而由此廢棄整根軸很可惜，因此，我們將攪龍葉片設計成可以互換的，就可以不用棄掉整個完好的軸，從而大大減少成本。攪龍葉片的尺寸可以通過計算得出：通過設計，已知，，。通過以下公式計算絞龍螺旋葉片的尺寸。外螺旋線實長(1.13)內螺旋線實長(1.14)葉片高(1.15)葉片展開里口徑(1.16)切口角度(1.17)切口弦長(1.18)1.4軸的校核因為軸的轉速較高所以要對該軸進行校核，以保證液壓清雪裝置的整體質量。由攪龍馬達傳到傳動軸，效率為0.92，轉速為200r/min。1.求軸上的功率和轉矩由攪龍軸的功率和效率得(1.19)由軸上的功率和轉速得(1.20)2.求作用在軸端的力已得軸端的分度圓直徑為d1=30mm，=2/d1=240415/30=2694.3N(1.21)(1.22)1.求軸上的載荷(1.23)(1.24)(1.25)(1.26)又因為(1.27)由計算可知，軸端的位置是最危險的截面，計算其，，，其數(shù)值如表1.6所示：表1.6，，的計算數(shù)值載荷水平面H垂直面V支反力=1074N，=72N=391N，=26N彎矩=46340N·mm=19582N·mm總彎矩扭矩4.按彎矩合成應力校核軸的強度?。?0.6，則軸上的應力計算為===1.4MPa(1.28)取軸的材料為45號鋼，調質處理，查得[]=60Mpa,因此＜[]，故此軸安全。1.5軸承的校核和潤滑方式的選擇1.5.1軸承壽命計算攪龍軸的輸入功率，由于攪龍軸上的一對深溝球軸承轉速最高，故要對其進行壽命計算,設計壽命。由軸的校核可得：轉矩，圓周力，徑向力1．計算軸承承受的徑向載荷和將軸系部件受到的空間力系分解為垂直面（如圖1.1所示）和水平面（如圖1.2所示）兩個平面力系。圖1.1圖1.2由受力分析可知：水平支反力為====2205N(1.29)垂直支反力為====1347.2N(1.30)合成支反力為=(1.31)=(1.32)軸向上沒有受力，所以。2．計算軸承的當量動載荷和因為＜＜式中、為判斷系數(shù)，其值大于0。對于軸承1：，=0對于軸承2：，=03．驗算軸承壽命由于輕微沖擊，查表后取=1.1。則(1.33)(1.34)由于=，所以兩個軸承的壽命一樣。只需計算其中一個，深溝球軸承=，查得深溝球軸承的基本額定動載荷C=19.5kN,則軸承壽命為：＞(1.25)故該軸承的壽命滿足要求。1.5.2潤滑方式的選擇滾動軸承的潤滑主要是為了減少摩擦阻力和減少磨損，同時還可以起到散熱、吸收振動、防止銹蝕和密封等作用。在本設計所應用的軸承中，對于其它軸承由于轉速不高，故采用脂潤滑。其中攪龍軸—軸上的兩個深溝球軸承60206的轉速最高，因此只計算此對軸承的dn值。滾動軸承常用的潤滑方式有油潤滑及脂潤滑。具體選用一般根據(jù)滾動軸承的dn值（d為滾動軸承的內徑，單位為mm；n為軸承轉速，單位為r/min）來選擇軸承的潤滑方式。查得深溝球軸承60206的內徑d=40mm，攪龍軸的轉速n=200r/min，查表可知適用于深溝球軸承脂潤滑的dn值界限是16。對于此對軸承dn=40mm×200r/min=8＜16。故可以采用脂潤滑。1.6拋雪葉輪簡述拋雪葉輪的葉片形狀有單板型、圓弧型和機翼型等幾種。機翼型葉片具有良好的空氣動力學特性，效率高、強度好、剛度大。其缺點是，制造工藝復雜，并且當輸送含塵濃度高的氣體時，葉片容易磨損，葉片磨穿后，雜質進入葉片內部，使葉輪失去平衡而產(chǎn)生振動。平板型直葉片制造簡單，但流動特性較差，而平板曲線后向葉片與翼型葉片相比，除高最效率點附近效率低些外，其它工況點的效率是相當接近的。采用平板型葉片的拋雪葉輪較多。葉輪的常用材料鑄鐵，青銅，不銹鋼，錳青銅，蒙乃爾合金，INCONEL,及非金屬材料。本零件材料選擇鑄鐵。由于該葉輪要長期與空氣、積雪、水等相接處，需要在其表層涂上防腐蝕涂鍍。非晶鍍鎳-磷(Ni-P)合金是近幾年比較成功的一種表面防腐涂鍍方法。由于理想的非晶態(tài)結構和鍍層的合金特性,避免了晶界腐蝕和晶界缺陷,鍍層硬度為HRC50～70的Ni-P合金鍍層耐腐蝕、耐磨損及對鹽酸、硫酸、磷酸和燒堿的耐蝕性強。1.7揚雪機構參數(shù)分析離心揚雪機構工作時，質量為m的積雪，被揚升葉片以初速度拋揚，則積雪從葉片那里獲得的動能為。根據(jù)對液壓清雪裝置揚雪的要求，不僅要把積雪拋送到一定的高度h，而且積雪升到最高處離開拋雪筒時還應該有一定的末速度，以便于將積雪拋向路邊或運雪車將積雪運走處理。拋雪距離是螺旋機構的主要性能指標。積雪的拋出初速度值的大小很大程度上決定了清雪裝置的拋雪距離。當拋雪初速度一定時，拋雪距離與雪的壓實程度、雪的密度、清雪裝置的清雪率、拋雪葉輪拋出的積雪速度、揚雪筒的外徑及積雪的物理機械性能等因素有關。1.7.1拋雪距離的計算(1)雪被拋出時的速度假設拋雪葉輪末端的雪以速度離開葉片進入揚雪筒內，并以速度離開揚雪筒，則以，計算拋雪距離。速度和分別為:{(1.26)式中，為拋雪葉輪轉速，取值范圍為400~1000r/min；為葉輪葉片的半徑，=0.2m；為揚雪筒的高度，=2m;；k為雪由于摩擦和碰撞導致的能量損失系數(shù)，取=0.3。(2)雪被拋出的距離作為拋雪裝置的性能指標之一，拋雪距離的大小受很多因素的影響，是其中直接和重要的一個，當不變時，該距離的大小還受到自然風力、雪的密度和形狀等因素的影響，圖1.3是被拋出積雪的運動軌跡。在實際的情況下，雪受到攪龍葉片以及拋雪葉輪的壓縮作用，在拋出時大多呈顆粒和團狀，在空氣中的運動速度不是特別快，其受到的運動阻力可近似得認為是由于空氣流體的粘滯性引起的，阻力的大小可表示為：(1.27)式中，為雪在空氣中運動受到的阻力，N；為阻力系數(shù)。圖1.3被拋出積雪的運動軌跡以拋雪筒出口為原點，建立如圖1.3所示的直角坐標系，由牛頓第二定律可知:{(1.28)在拋雪筒出口處，=0時，0=0=0，'=cos,"=sin，其中是出口處的拋雪角度，帶入以上式中，得到:{(1.29)阻力系數(shù)一般由實驗得到，在沒有實驗時，將液壓清雪裝置中的雪近似為球體，由斯托克斯阻力定律得到，在粘滯流體中運動的球體，其粘滯系數(shù)為，受到的粘滯阻力為(1.30)式中,為近似雪球的半徑，取=0.02m；為空氣的粘滯系數(shù)，=0.0016P。設，則，又因為，為雪球的密度，可得到:(1.31)將式(1.29)展開成級數(shù)得到:{(1.32)令y=0，因為的值很小，可以把第三項省略，得到雪團落地的時間為:，帶入到式(1.32)中計算得到拋雪距離的最大值為:(1.33)該數(shù)值為忽略空氣阻力的情況下的最大拋雪距離，實際情況下受到風速等因素的影響，實際數(shù)值要小于理論數(shù)值，初始速度越大，差值越大。在順風環(huán)境下，拋雪的距離經(jīng)驗公式為：