抛扬式除雪装置关键结构分析及优化

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1、密级：公开论文类型：应用研究工程硕士学位论文抛扬式除雪装置关键结构分析及优化KeyStructureAnalysisandOptimizationofThrowingSnowRemovalDevice培养单位：机械工程学院专业领域：机械工程学生姓名：李张永校内导师：郑明军教授校外导师：何剑丰高工二○一八年六月独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得石家庄铁道大学或其它教育机构的学位或证书而使用过

2、的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解石家庄铁道大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅，同意学校将论文加入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》和编入《中国学位论文全文数据库》。本人授权石家庄铁道大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或部分内容。(保密的论文在解密后应遵守此规定)作者签名：日期：导师签名：日期：摘要集雪螺旋和抛雪风机是抛扬式除雪装置的关键

3、结构。为改善除雪装置的工作性能，提高除雪装置的工作效率，降低能耗，论文在自主研制的公铁两用除雪车基础上，对集雪螺旋和抛雪风机等关键结构进行优化研究。我国在除雪机械的研发上相对落后，核心技术多数掌握在其他国家手中。因此，论文的研究成果对提升我国除雪机械的研发水平、生产更高效实用的除雪机械有重要现实意义和实用价值。论文首先对积雪在不同状态和条件下的物理力学性质进行研究，为进一步对除雪装置的仿真研究奠定基础。其次，建立螺旋—积雪相互作用的三维动态有限元模型。通过仿真，得到螺旋—积雪模型相互作用过程的应力时域曲线和受力时域曲线，探究除雪车作业时集雪

4、螺旋与雪之间相互作用的规律；设置三组不同螺距的切雪模型，分析螺距改变对螺旋—积雪相互作用规律的影响。再次，利用离散单元法，建立螺旋集雪离散元模型，对不同转速下螺旋集雪的效率和能耗进行分析研究，探究螺旋在一定工况下最佳经济转速区间。然后为研究螺旋的动态特性，验证螺旋在正常转速区间是否发生共振，对螺旋进行模态分析，得到其固有频率和振型。最后，建立抛雪风机抛雪过程的CFD模型，对抛雪风机内部的气固两相流场进行仿真研究，探究风机内部的压力分布以及雪的速度分布情况，根据仿真结果，对风机机壳、风扇叶片倾角和风扇叶片数目进行结构优化。研究表明，适当减小螺

5、距有利于螺旋工作状态的平稳，降低对自身结构和动力系统的冲击，增强积雪轴向输送能力，也会略微降低螺旋对冰雪的切削能力。提高转速可以加快雪的轴向运输速度，提高雪运输效率。当转速提高，螺旋完成一定质量雪粒的输送所需要的能量会先降低后提高，且在一定转速区间内，其能耗最低。在正常工作状况下，螺旋不会发生共振。风机机壳结构、风扇叶片安装倾角以及风扇叶片数目都会对风扇内部气固两相流场产生很大的影响，对这些结构进行优化设计，可提高雪的抛出速度，减少湍流、回流等不健康的流动现象，降低能量的浪费，同时也会使雪的体积浓度分布更加合理。关键词：除雪装置；集雪螺旋；

6、抛雪风机；结构分析；结构优化AbstractTheSnowcollectionspiralandsnowblowersarethekeystructuresofthrowingsnowremovaldevices.Inordertoimprovetheworkingperformanceofsnowremovaldevices,improvetheworkingefficiencyofsnowremovaldevices,andreduceenergyconsumption,thepaperstudiedthekeystructuresof

7、thesnowcollectionspiralandthesnowblowerfanbasedontheself-developedsnowremovaltruckforpublicrailways.Chinaisrelativelybackwardintheresearchanddevelopmentofsnowremovalmachinery,andmostofitscoretechnologiesareinthehandsofothercountries.Therefore,theresearchresultsofthedissert

8、ationhaveimportantpracticalsignificanceandpracticalvalueforimprovingtheresearchanddevelop