刘德才-温室大棚除雪装置设计

本科毕业论文（设计）

题 目 温室大棚除雪装置设计

专 业 机械设计制造及其自动化 作者姓名 刘德才 学 号 2013205954 单 位 机械与汽车工程学院 指导教师 尹成强

2017 年 5 月

教务处编

原创性声明

本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究取得的成果。除文中已经引用的内容外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得聊城大学或其他教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均在文中以明确的方式表明。本人承担本声明的相应责任。

学位论文作者签名： 日期：

指 导 教 师 签 名: 日期：

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摘 要

现代园艺社会的飞速发展，温室的全面普及，除了给我们的生活带来方便外，还存在一些问题。在中国北方冬季，温室雪也受到越来越多的关注。在冬天，温室大棚的顶部积雪严重影光强保温，对喜阳植物的生长有害，而且影响大棚整体强度和刚度，存在安全隐患。如此，对农民造成严重的经济损失。目前，在中国的温室除雪主要分为人工除雪方法，雪融法和机械除雪的方法，但各有其优点和缺点。

通过研究以往除雪设备的优缺点，结合我国除雪的发展趋势，开发了温室除雪装置。它简单，紧凑，成本低，自动。该装置包括车架、移动车、吹雪机和凸轮转子机构。水平移动式吹雪器达到移动小车，确保温室内的雪可以吹到空气吹送机构，凸轮转子标高变化，确保温室表面的每一个角度都能吹进雪中，最终由吹雪机完成吹雪任务。本设计旨在将吹雪机和凸轮转子结构组合起来，使其能高效快速的清理大蹦顶部的积雪。

关键词： 温室大棚；除雪装置；凸轮机构

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Abstract

With the rapid development of modern gardening society and the popularization of greenhouse, there are still some problems besides bringing convenience to our life. Greenhouse snow is also receiving increasing attention in northern China during the winter. In winter, the top snow cover of greenhouse seriously affects light intensity and heat insulation, and is harmful to the growth of flowering plants, and affects the overall strength and stiffness of greenhouse. There are potential safety problems. Thus, it causes serious economic losses to farmers. At present, snow removal in China's greenhouse is mainly divided into manual snow removal method, snow melting method and mechanical snow removal method, but each has its advantages and disadvantages.

By studying the advantages and disadvantages of snow removal equipment in the past, combined with the development trend of snow removal in our country, a greenhouse snow removal device was developed. It is simple, compact, low cost and automatic. The device comprises a frame, a moving vehicle, a snow blower and a cam rotor mechanism. Horizontal mobile snow blower to move the car, make sure the temperature indoor snow can be blown into the air blowing mechanism, cam rotor elevation changes, can be blown into the snow to ensure that every aspect of greenhouse surface, ultimately by blowing snow snow blowing machine to complete the task. The design aims to combine the snow blower and the cam rotor structure so that the snow on the top of the jump can be cleaned efficiently and quickly

Key words: Greenhouse; Snow removal device; Cam mechanism

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目 录

1.概述 .................................................... 1

1.1温室大棚除雪目的 ................................................. 1 1.2常用的温室除雪方法及不足 ......................................... 1 1.2.1人工除雪方法 ................................................. 1 1.2.2融雪方法 ..................................................... 1 1.2.3机械除雪方法 ................................................. 2 1.3发展趋势 ......................................................... 2

2.本温室大棚除雪装置工作原理及结构组成 ..................... 4

2.1除雪装置工作原理 ................................................. 4 2.2除雪装置的结构组成 ............................................... 4

3.除雪装置结构的设计 ....................................... 5

3.1底部支撑机架的设计 ............................................... 6 3.2横向移动平板小车的设计 ........................................... 6 3.2.1 移动小车的设计 .............................................. 6 3.2.2 触碰开关及防撞设备 .......................................... 7 3.3除雪执行机构的设计 ............................................... 7

4.设计关键部件的设计及其部件选择 ........................... 8

4.1吹雪机的设计 ..................................................... 8 4.1.1吹雪机的电动机的选择 ......................................... 8 4.1.2 吹雪机壳体及扇叶设计 ....................................... 10 4.2 减速器的选定及联结 ............................................. 11 4.2.1 减速器的选定 ............................................... 11 4.2.2 联轴器的选择 ............................................... 11 4.3 凸轮机构的设计 ................................................. 12

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4.4 小车轴承设计和校核 ............................................. 15 4.4.1 主轴的结构设计 ............................................. 15 4.4.2主轴的校核 .................................................. 16 4.5 键的选择与校核 ................................................. 19 4.5.1 键的选择 ................................................... 19 4.5.2 校核键的强度 ............................................... 19 4.6 平板小车变频调速电动机选择 ..................................... 20

5.总结 ................................................... 22 参考文献 ................................................. 23

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温室大棚除雪装置设计

1.概述

1.1温室大棚除雪目的

当今社会现代化的园艺工艺正在蓬勃发展。但是，冬季大面积降雪致使大量积雪堆积在温室大蹦的顶部影响其内种植物的正常生长，大量的积雪对温室大棚的总体强度和刚度带来严重影响，无疑更存在安全隐患，对农民的经济造成不可估计的损失（1）。每年冬季因不正当除雪方式所造成的人员受伤，经济受损都不在少数。为使广大农民朋友能够在冬季更安全，更省力，更高效，更低成本的完成除雪任务，我们需要不断改进现已有的除雪装置，方式方法。

1.2常用的温室除雪方法及不足 1.2.1人工除雪方法

人工除雪是基于大量的人工输入，从温室顶部收集雪，然后把它运到合适的地方，让它自然融化。人员在清扫过程中存在安全隐患，并会对温室大棚软棚骨架和棚膜造成损坏。这一方法已远远跟不上现代温室产业飞速发展的步伐。

1.2.2融雪方法

化学除雪通常使用盐或融雪剂。但是，使用化学方法除雪，成本较高的环境也有一定的污染。根据冰雪融公司测算 ，1h㎡的温室一次融10cm厚的雪需要约3.2万元，且融雪剂对PC板或塑料薄膜等覆盖材料有一定的腐蚀作用，影响温室的使用寿命。因此，这种方法的使用所受到的限制较多。

加热融雪法有电热法和管道热水法。电加热法中的低温辐射电热膜是在绝缘聚酯薄膜上用特制的导电油墨印刷导电发热电路，再覆盖一层绝缘聚酯薄膜经热压密封而成的一种纯电阻式发热元件，在东北地区，融掉1h㎡温室一次10cm厚雪需要约1.2万元；热水管融雪法是在水槽下方和温室顶面下方布置几排热水管，可把温室顶部和水槽上面的雪清除掉，这是目前国内外应用最多的一种温室除雪方法。但一次性投资高， 经过成本预算，东北地区投资约40元/㎡，同时运行费用也较高。

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1h㎡温室一次融10cm厚雪费用约需要1.3万元。

1.2.3机械除雪方法

机械除雪方法是通过对冰雪的直接作用而达到除雪任务的一种方法，这是我们较为传统的除雪方法。目前，我国温室大棚除雪机械的研制和发展出于初始阶段，多借鉴一些道路除雪设备的经验，但也有一定成果[5]。吴天峰等人基于慧鱼天花板自动雪机器人研制，由电机驱动，压缩机和其他部件，虽然理论上是比较先进的，但它是难以应用和推广；温室自动卷帘机由刘海峰开发，除雪功能通过V形刮铲刮雪，但刮板与温室膜之间的动作很难保证，所以除雪效率不高；除雪装置由周增婵等人开发的整个运输温室采用窗帘刮雪器实现除雪功能，但整套除雪装置成本[2]。随着设备的特点，除雪机制，技术已经成熟，但在具体的工作过程中，往往由设施的表面条件，积雪厚度，设备的限制，因此，在除雪机的应用有许多局限性[6]。如此，在今后的研究中，我们需要考虑众多问题，与以往成熟部分有效的结合起来，进行优化设计，研制出符合温室大棚的除雪装置。

1.3发展趋势

(1)研究温室大棚结构，通过力学性质研究，建立标准化模型，以确保温室大棚的承载能力，提高温室大棚抗雪能力，为温室大棚除雪设备的研究奠定基础[3] 。

(2)在设备研究中，设备需要向小型化、高效率、易操作的方向发展。除雪设备的研制不仅要保证积雪的清除，保护温室大棚结构的不损坏，还要做到清雪高效，人员省力，设备操作简易[3]。

(3)向国际化靠拢，向多功能、一体化的方向发展。国外现今多使用一体化温室大棚，智能操控，集温度，光照，浇水，除雪于一体。完全实现智能化，人员只需根据具体情况制定一定程序即可。而在此系统下，除雪装置必将机电一体化，智能除雪。这些都还处于研究和试验中，但不可否认的是，终究这些都将实现[3]。

(4)从低成本，环保，节省能源的角度出发，研制环保型的融雪剂。因此，传统的融雪剂已经脱颖而出，开发了一种可生物降解的低成本融雪剂，以减少环境污染。研究人员现在使用复合融雪剂制成的液体纸，进行酯、酒副产物生产的融雪剂、酒副产物生产的融雪剂和其他非氯化物型融雪剂以及混合型融雪剂的开发。从根本上替代现在所使用的融雪剂，即可达到低成本融雪功能，又不污染环境[3] 。

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(5)将除雪机、环保型融雪剂和人工除雪有机结合。集中人力、物力优势，联合开发除雪机械，尽早研制出高性能、高效率的温室大棚除雪设备，减少人力除雪，实现自动化除雪。同时，将环保型融雪剂和人工的除雪方法有机结合起来，使除雪达到理想效果（7）。

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2.本温室大棚除雪装置工作原理及结构组成

2.1除雪装置工作原理

横向移动小车及轨道安装于可移动机架上，可移动机架可使整体机构移动于多个温室大棚之间，做到一机构多大棚的除雪功用。横向移动小车通过变频电动机带动皮带促使其在大棚横向移动，在导轨两端安装有触碰开关，以及弹簧。弹簧防止触碰开关被小车撞坏，触碰开关保障小车做往复运动，直至清除干净积雪。小车上安装平板，通过安装于平板上的吹雪机动力再由减速器减速带动凸轮机构，使连杆促使吹雪口完成大棚纵向角度变化，从而可吹到每一角度面的积雪。

由于本除雪装置需要达到低成本，高效率，自动化等要求，在能够满足农民需求的基础上，我们所做的具体设计如下：1.机架安装万向轮，可使整体装置移动于各温室大棚之间，一台装置，就可满足长温室大棚，多温室大棚的除雪；2.由吹雪机的电机提供动力促使凸轮结构完成仰角问题，结构紧凑，可清除各部位积雪；3.触碰开关，凸轮结构均保证装置的自动化除雪，高效，自动，安全[8]。

2.2除雪装置的结构组成

根据温室大棚除雪装置的工作原理、功能实现，其主要组成部分：整体机架、横向移动小车、触碰开关及防撞坏装置、吹雪装置、凸轮结构、吹风口控制装置等。具体组成部分如图2-1所示。

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1.温室大棚；2.吹风软管；3.凸轮连杆；4.凸轮；5.联轴器；6.一级减速器；7.小车导轨； 8.吹雪机；9.变频调速电机；10.触碰开关及防撞装置；11.支板；12.机架；13.万向轮

图2-1 整体机构示意图

3.除雪装置结构的设计

在一开始接到课题时，原本设计为一地面可移动小车，与行走机械相联结，利用车载液压马达驱动顶部执行机构和底部执行机构进行工作。顶部执行机构用于清除温室大棚顶面积雪，并将其输送到温室大棚外侧底部，底部执行机构将从顶部清除下来的积雪输送到田间合适位置。顶部执行机构由多段毛刷组成，液压提供动力 。但这个设计方案角度变换，以及顶部执行机构过长折叠收拢问题得不到解决，液压得不到合理的运用都是我不得不放弃这个设计。而后开始现在这个设计，当然在此过程中也同样经历了很多次的修改，从一开始移动小车链传动，过长的链到现在带传动、导轨的轨迹限定；一开始的双电动机分别带动风机和凸轮机构，一提供除雪执行，一提供整个除雪机的角度变化，成本高，工作原理不可靠。现在将其一体化，由吹雪机一个电机同时提供除雪执行和凸轮转动，至此即降低成本，满足工作要求，又使我们机构更紧凑。简便之中完成我们的除雪任务。每一次的改动都是一次进步。

现设计的温室除雪装置主要分为三个部分，分别为提供支撑及整体移动的机架、

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提供横向移动的平板小车和进行除雪任务的执行机构。一些具体的设计参数可以根据温室结构和温室的位置进行修改。

3.1底部支撑机架的设计

如图3-1所示，考虑到成本，结构坚固，可移动等问题，机架采用□50×5的材质焊接而成。空心钢材既可保证机架刚度及强度，又可以减轻重量，方便移动。在顶部加装平板，为横向移动小车提供安装位置。在机架支撑杆部位，焊接横杆，不光增加强度，也方便人员登上平板进行后期维护维修作业，并可对设备自身进行清雪作业。在最下方，安装4个可固定万向轮，在工作时可固定整体设备，提供稳定性；非工作时，为整体装置提供移动能力，满足较长温室大棚除雪工作以及多个温室大棚之间的交替除雪工作。在焊接过程中，应注意防止渗透和时效处理，以确保整体框架的强度和刚度

图 3-1 机架示意图

3.2横向移动平板小车的设计 3.2.1 移动小车的设计

如图3-2所示，横向移动小车由导轨、小车架、变频电机、皮带传动机构、触

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摸开关等组成。车轮在导轨中行进，使其保证移动方向以及保证小车垂直方向的固定。变频调速电机使小车移动时满足我们所需速度，根据积雪厚度来调节，保障除雪工作的完成。平板小车功能：1.为整体除雪装置提供横向移动。 2.固定平板，为除雪装置提供安装位置，并限制纵向偏移。3.提供除雪速度控制，并依据积雪厚度调速。

图 3-2平板小车示意图

3.2.2 触碰开关及防撞设备

如图3-3所示，在变频调速电机提供动力，通过带传动使小车移动时，为满足小车做往复运动，特在导轨两端加装触碰开关，在小车与触碰开关接触时，由于惯性原因可能会对触碰开关造成损坏。为防止小车在移动过程中损坏触碰开关因此设计防撞坏装置，装置由两块1mm厚度铁板构成，一块两边装有可移动支架，两端加装合金弹簧钢材质的弹簧，其弹簧行程为48mm，为小车改变行进方向提供一定缓冲。

图 3-3 触碰开关示意图

3.3除雪执行机构的设计

如图3-4所示，整个除雪执行机构由吹雪机、减速器、凸轮、凸轮连接杆、支座、吹风软管等组成。为使成本降低，结构紧凑，工作性能良好，满足工作要求。设计其凸轮结构与吹雪机相连，由吹雪机电动机提供动力，再由一级减速器减速后

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促使凸轮转动，带动凸轮连杆，最终使吹风口完成仰角变化，使整体机构完成清除各角度部位积雪的工作要求。

1.吹雪机；2.联轴器；3.一级减速器；4.凸轮连杆；5.凸轮；6.支座；7.吹风软管

图 3-4 除雪执行机构

4.设计关键部件的设计及其部件选择

4.1吹雪机的设计

此吹雪设备是利用高压离心通风机所产生的风量和风压原理吹拂积雪。其造价低廉，功耗小，维护简单，适用性强等。其包括电动机、传动装置、高压离心通风机、通风软管等。在温室大棚除雪工作上使用，不仅功能性好，提高除雪效率，减少人员劳动力，保障人员安全，还不易损坏温室大棚软棚骨架和棚膜。

4.1.1吹雪机的电动机的选择 （1）选择电动机类型

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根据要求和条件，使用卧式电机。参照表4-1电动机参数，通过综合考虑，主要从流量、转数、噪音等方面，最终选择1.1-6三相电机，其转速960r/min，噪声68dB(A).满足我吹雪机工作要求，且转速适当，可满足我凸轮转动要求。

表4-1 电动机参数

机号

配用电

转

速

流

量

全（Pa）

3A

1.1-4 单相 1.1-4 三相 1.5-4 单相 1.5-4 三相 2.2-4 单相 2.2-4 三相

3.5A

3.0-4 三相 2.2-4 三相 1.1-6 三相

1450 1450 1450 1450 1450 1450 1450 1450 960

3500-4000 500-600 3500-4000 500-600 3500-4000 620-500 3500-5000 620-500 4100-5400 830-630 4100-5400 830-630 4995-7640 1210-998 5100-6700 1200-1000 3377-4436 523-438

压

噪dB(A)

68 68 70 70 70 70 70 69 65 声

机（KW-P） （r/min）

（m/h）

图4-2 选用电机图

（2）选择电动机的容量 电动机所需工作功率为

P?Pd?Pw??w KW (4-1)

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因为

Pw?FV?1000KW (4-2)

因此 Pd?FVKW (4-3)

1000?w

由电动机至运输带的传动总效率为

??Pd?FV3??1?2?3?4?5 (4-4)

1000??式中：η1，η2，η3，η4，η5分别为带传动、轴承、齿轮传动和联轴器的传动效率。

取η1=0.96，η2=0.98，η3=0.97，η4=0.99，η5=0.96，则 ηα=0.96×0.983×0.99×0.96=0.83

Pd?FV620?1?1000??1000??=0.75kW

所以 （3）确定电动机转速

电动机工作转速设置：

n?60?1000V60?1000?16000???59.71?D3.14?3201004.8==r/min.

故电动机转速可选范围为：

nd= ia×n=（6~24）×59.71=（358.26~1453.04） r/min. 符合这一范围的同步转速有：1680/1450/960 r/min.

综上计算得出结果：减速电动机应选择三相0.75W，转速960r/min，1.1-6三相的卧式电动机。应工作需要，电动机转轴后端加长，以连接减速器，带动凸轮转动。

4.1.2 吹雪机壳体及扇叶设计

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如下图4-3（a）所示，壳体为铁壳，接口处采用圆形接口，方便吹风软管的固定，使用M4的螺栓4个。其壳体材质坚固，能够保证性能的稳定可靠，扇叶转动风量集中，噪声小，并且安装方便[4]。如图4-3（b）所示扇叶采用多翼型扇叶盘，其安装简易，制作方便，产风量大等优点。

图 4-3（a） 壳体 图 4-3（b）扇叶图 4.2 减速器的选定及联结 4.2.1 减速器的选定

因吹雪机转速过大，而为使整体结构紧凑，使吹雪机电动机带动凸轮结构转动，此处特需要将转速降低，因此需连接减速器。本设计对减速器并没有特定要求，只需选定即可，只需满足我工作要求即可。由上文计算选定可知吹雪机电机转速为960r/min。数据可以看出，减速器的传动范围为3～6，其中我们选择的传动比最大为6[13]。

4.2.2 联轴器的选择

联轴器如图4-4所示，减速器快速轴与吹雪机电动机轴连接处由柔性联轴器联结[14]。

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图 4-4 柔性联轴器

选择此种联轴器有以下优点： （1）平衡各种相对位移偏差 （2）经济性很好 （3）无需维护

（4）材质为不锈钢，在户外耐腐蚀性较好 4.3 凸轮机构的设计

如图4-5所示，本凸轮机构采用圆盘凹槽结构，圆盘联结于减速器慢速轴，通过转动，滚子在凹槽中随路径运动已达到我们工作需要。

图 4-5 凸轮

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为实现工作要求，滚子在凸轮凹槽中运动时，其凸轮圆盘直径为700mm，凹槽外边圆直径为600，内圆直径为500，滚子直径为100，而上部下降圆直径为400，300.由此滚子在凹槽中运动时，其高度会降低160mm.当然，其凹槽因技术要求，过度面光滑，以便于滚子顺畅运动。

图 4-6位移偏差示意图

1.滚子 2.凸轮连杆 3.控制吹分口端 4.凸轮凹槽 5.凸轮圆盘 6.支座

图 4-7 凸轮连杆三维示意图

如图4-6所示，当滚子高度降低160mm时，同时凸轮连杆相对应的也会发生位

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移，而其控制吹风口端会上移160mm，角度变化20?.当滚子在最高点时，凸轮连杆控制吹风口在低位置，此时吹雪机清除的为温室大棚上部分积雪；当滚子降低于最低端时，凸轮连杆控制的吹分口在高位置，此时吹雪机清除的为温室大棚下部分积雪。由于凸轮连续转动，滚子随凹槽轨迹运动，凸轮连杆随之运动，从而带动吹风口上下移动，变化角度，不断清除温室大棚各角度面积雪。。

凸轮以角速度ω按顺时针方向转动，基圆半径rb=25mm，行程h=4mm，根据反转法原理设计凸轮轮廓曲线且步骤如下：

（1） 取长度比例尺uL=0.001m/mm，画出基圆和从动件尖顶离轴心O最近是从动件的初始位置，如图左所示，从动件与凸轮轮廓在点BO(CO)杰出的位置，

（2） 在基圆上自OCO开始，沿ω的反方向量取推程角Φo=90?远休止角Φs=30?，回程角Φo'=60?和近休止角Φs=180?，并将推程运动角和回程运动角各分成若干等分，如图左中各分成四等分得C1、C2、C3、C4。

（3）过凸轮轴心O作上述各等分点的射线OC1、OC2、、这些射线是反转后从动件在个个位置的曲线[9]。

（4） 将从动件的位移曲线上的推程角和回程运动角扽得分成作图中对应区间相同的份数，得等分点1，2……过各等分点分别做垂直于横坐标轴的直线，它们与位移曲线相交于1'、2'……则

11'、22'……为凸轮在相应转角位置时，从动件的位移量。

（5）在各射线OC1、OC2……的延长线上从基圆开始向外分别量取位移量C1B1=11'，C2B2=22' ……于是B1、B2……各点

（6）将B0、B1、B2各点连接成光滑的曲线，此曲线即为所求的凸轮轮廓 （7）根据图中Φo=90?与等速运动标尺上h/rb=0.6两点以直线相连，该直线交αmax的标尺与20?，于是αmax=20?对于直动从动件的推程许用压力角[α]=30?-38°

因此该凸轮机构的最大压力角[αmax]< 30?-38?

根据实践经验，在推程时，许用压力角[a]的值一般是：对直动推杆取[a]=30°，对摆动推杆取[a]=35°-45°我们可以取凸轮压力角为25°，基圆半径的计算公式4-5为：

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2d??e2rD??s?e d?tan????s???? （4-5）

e?r0?sin?偏心距公式4-6： （4-6）

o取许用压力角????30

ds?30d? ?推程时

dsd??30

回程时

5?

代入基圆半径公式可取，

r0?120mm

r?r通常取滚子半径0=(0.1-0.5),我们取rr=0.30=2.4mm，

偏心距

e?r0?sin??3.38

4.4 小车轴承设计和校核 4.4.1 主轴的结构设计 （1）拟订装配方案

联轴器，轴承，挡油环，轴套，底盘及去籽飞轮以此装入。 （2）根据定位要求确定各段轴的直径和长度 因为其为垂直传动，所以预选深沟球6307轴承。 查手册，d=50mm，D=110mm，B=27mm，da=60mm。

d?n?50?342.9?1.71?104?16?104

则该轴承采用脂润滑。

取轴承端面到壳体内壁的距离为10mm，齿轮端面到壳体内壁的距离为15mm。 I-II段轴用于与底座飞轮装配，故取直径为26mm，轴长为56㎜[10]。 II-III段轴用于安装轴承及一部分外伸轴，外伸轴是便于拆卸。由于带轮需要轴肩定位，所以轴肩高度h=600.07+2=6.05㎜，因此轴径取为34㎜。轴承端盖的外端面与半连轴器右端面间的距离l=60~70mm， 轴承厚度为t=（1～1.2）d3 取

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t=10mm。因此 轴长取50㎜。

III-IV段轴用于安装轴承和挡油环，则直径为30mm.，轴长为36mm[12]。

图4-8轴的二维零件图

4.4.2主轴的校核

Fd?2T12?106960??24.92?N?dl85.88

tan?rl?27.9?N?cos?F?l?Ftltan??30.82?N?Frl?Ftl (4-7)

求垂直面的支承反力

L2?39.02?N?F1v?L (4-8)

FrF2v?Fr?F?39.05?N?

②求水平面的支承反力（图c）

FLH?F2H?Ft?45.46?N?2 (4-9)

③绘垂直面的弯矩图（图b）

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Mav?Fav?L?83.55?N?2 (4-10)

Mafv?Flv?L?60.45N?m2

L?19.05N?m2 (4-11)

④绘水平面的弯矩图（图c）

M?H?FLH?⑤求合成弯矩图（图e）。 22

M??M?v?M?H?21.35N?m

f

M???Mf?2?M2?V?h?20.29N?m⑥求轴传递的转矩（图f） T?Ft?d12?16.96N?m (4-13) ⑦求危险截面的当量弯矩 校正系数α=[σ-1/σ0]=0.6 α=0.6×106.96=64.18

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(4-12)

聊城大学本科毕业论文 FaFrFt图（a,b)FFF图（c）Mav′Mav图（d）MaH′MaHM图（f）图（g）MT 图（h）从图可见，a-a截面最危险，其当量弯矩为Mw?M2??(aT)2?22.07 (4-14)

⑧⑴计算危险截面处轴的直径

轴材料为45号钢，调质处理，得σB=650 MPa，

得许用弯曲应力??-1b?=55 MPa，则

d≥30 mm

考虑到键槽对轴的削弱，将d值加大5％，故

d=1.05×58=60 mm

取轴径，合适，安全。

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4.5 键的选择与校核 4.5.1 键的选择

轴Ⅰ、轴Ⅱ上所需开键槽的轴径分别为： D1=26mm，d2=34 mm， 轴段长度分别为：

L1=56mm，L2=50mm， 查机械设计手册P51可得：

选择A型圆头普通平键，其参数分别为： 键Ⅰ：键宽 b=8 mm

键高 h=7 mm 键长 L取40mm

键槽 t=4.0 mm，t1=3.3 mm， 键槽倒角 r=0.25~0.4

键Ⅱ：键宽 b=14 mm

键高 h=9 mm 键长 L取90 mm

键槽 t=5.5mm，t1=3.8 mm， 键槽倒角 r=0.25～0.4

4.5.2 校核键的强度

键Ⅰ：可知键联结的许用挤压应力为： ??P??50-60，由平键联结的挤压强度条件

?TP?4dhl???p? (4-15)

4T4?52.7?103?得： p?dhl?30?7??40?8??30.99MP

因为：

?p???p?

故键Ⅰ是安全的，合适。

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键Ⅱ：可知??P??50-60

4T4?330.62?103?p???42.9dhl45?9??90?14? 由 MP

因为：

?p???p?

故键Ⅱ是安全的，合适。 4.6 平板小车变频调速电动机选择

为满足小车横向移动的速度控制，根据积雪的厚度来控制电机速度，以满足完全清除积雪的工作。现特选用变频调速电动机。通过查询资料得出：

表 4-2 变频调速电机参数

电机型号 圆轴电机 21K6WC1-A1

光轴电机 21K6WC2-GN

6

1PH110(单相)

21K6WS3-A1

21K6WS3-GN

6

3PH380(三相)

21K6WS2-A1

21K6WS-GN

6

3PH220(三相)

21K6WS3-A1

21K6WS3-GN

6

3PH380

50

0.03

100

47

1250

连续

50

0.05

100

47

1250

连续

50

0.11

38

47

1250

连续

1.0/ 450

50

0.22

38

47

1250

连续

2/250

功率W

电流A

起动转矩mN.m

额定转矩mN.m

额定转速r/min

时间定额min

电容

电压V 频率

Hz

根据工作要求，技术参数，现特选定21K6WS2-GN型号变频调速电动机，此变频调速电动机采用高精度滚齿机和AAA高档滚刀加工高精度螺旋齿轮，精度高达IT5-6级。精密数控加工，同心度、位置精度高达IT6级。箱体四角采用双立柱形式的高

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刚性结构，即使在高负载下使用亦坚固不变形，振动小。经电脑优化的电磁系统，电机运转效率高，升温低 。采用H级（180℃）漆包线及绝缘材料，安全余量大。采用低损耗硅钢片及精密一体冲压技术，精度高，损耗小[15]。其完全满足工作要求，并且可靠，安全。

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5.总结

本次温室大棚除雪装置的设计，让我从以往的纯理论知识到结合实际去设计、去研究一个装置，这已然从根本上让我进步。本设计通过可移动的机架满足整体装置在较长温室大棚和多个温室大棚之间的除雪工作，其机架还方便可以上上去，以便于机架的积雪清除和设备的维护，保护温室大棚的软篷骨和棚膜。在机架上通过横向移动小车保证除雪装置的横向位移，为满足往复运动，特在小车导轨两端加一触碰开关，并设计触碰开关防撞设备。除雪执行机构由吹雪机、减速器、凸轮机构等组成。由吹雪机的电机转动产生风量吹拂积雪并通过减速器减速后带动凸轮机构，使凸轮连杆联动吹雪口，改变吹雪角度，满足大棚各角度的积雪的清除。整体设计，完成了低成本、低功耗、机构紧凑、设备自动化等工作要求。为农民的冬季积雪清除解决问题，既可以有效得清除积雪，又省力安全。从最开始的设计到现在的设计成型，无数次的改动，甚至彻底推翻一切想法，从头来过，但一次次的改进对我而言都是一次明显的进步，从中汲取到的知识也是显而易见的。当然，在这过程中少不了老师和同学的无私帮助，是大家让我进步如此。本次设计存在的主要问题：

（1）对部分零件的结构尺寸和安装尺寸掌握的不够准确。 （2）设计中对标准件的选择做不到最适合。 （3）一些计算并不十分精确。 进一步改进建议：

（1）根据实际情况对温室除雪设备进行尺寸改进，以更适合其温室大棚的除雪工作。 （2）对各部件进行优化，以求达到功能最优化。

（3）可根据实际工作要求更换部分零件，以便达到除雪工作最优化。

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参考文献

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[3]郝志勇,刘伟.新型大棚扫雪机的整体设计研究[J].东北农业大学学报,2012,43（5）:156-160 . [4]侯博文.离心扬雪式除雪机构的研究[D].长春:长春理工大学,2008. [5]陈以磊,徐志栋,王清华,牟青青,方亚琴,舒培.新型温室大棚除雪机的研究[J].青岛大学学

报,2012,27(3):92~96.

[6]钟刚.国内外温室发展历程、现状及趋势[J].农业科学与装备,2013,9(231):68-69 . [7] 窦君芝,窦新林.HH6WF-26型温室吹雪机的开发应用[J].新疆农机化，2007，6(26):25-26.

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[15]薛源顺主编，机床夹具设计[M]北京：第一版，机械工业出版社，2006.9-240

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致 谢

花费了将近两个月的时间才将这粉设计完成，虽然在整个设计过程中遭遇了很多的困难，但是都在老师以及同学的帮助下克服了。在这里特别感谢知道我写论文的尹成强老师，在整个设计的过程中给予了我无私的指导和帮助，不厌其烦的指出我的论文的不足之处，对我的毕业设计有很大的帮助。

感谢同学和老师们在毕业设计过程中给予我的帮助和鼓励。真的非常感谢你们的帮助。

由于学术水平有限，论文写作难免存在不足之处，督促老师和同学批评！

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/jxmp.html