【机情无限 精彩毕设】机械2025届毕业设计（论文）中期检查优秀案例分享第二十九期——一种液压驱动轨道除雪装置设计

学生姓名：胡一豪

班       级：机械2021-07班

指导教师：吴文海

毕设题目：一种液压驱动轨道除雪装置设计

一、概况

1.选题意义

背景：

我国幅员辽阔，高速铁路的运营里程世界第一。随着我国铁路运输网络的不断完善，铁路作为一种安全、快捷、环保的交通方式，其重要性日益凸显。然而，在北方寒冷地区或高原山区，每年冬季的降雪会对铁路轨道的正常运行产生显著危害，为保障安全，降雪期间列车通常需降速运行，在暴雪天气下，列车速度可能大幅下降，延长运行时间，影响整体铁路运输效率。在积雪严重的情况下，道床积雪和线路结冰可能导致列车脱轨。此外，强风伴随降雪可能引发侧翻事故，特别是对于高速铁路和山区线路，1995年-2005年美国大多数铁路事故都是由冰雪引起的。而对于支线铁路或特殊场景（如车站岔道、调车场等），积雪问题不仅降低了运输效率，还增加了运营成本和安全风险。

近年来，我国经济快速发展，“一带一路”倡议深入推进，铁路建设也随之迈入高速发展阶段。我国不仅建成并运营了全球规模最大的高速铁路网络，还拥有世界第三大铁路网，铁路线路的快速增长为国家交通体系带来了巨大进步。然而，随之而来的铁路维护任务也日益加重，铁路运营维护市场潜力巨大。

在我国东北、华北地区，冬季风雪灾害频繁发生。例如，内蒙古部分地区常因风雪导致铁轨被积雪掩埋，严重影响铁路运行安全。目前的清雪工作大多依赖人工完成，工作效率低，劳动强度高，难以满足现代铁路运输的需求。尽管国外的铁路除雪设备在技术上相对先进，但其高昂的成本、庞大的体积，以及对复杂地势适应能力的不足，使其难以在我国铁路系统中广泛应用。

我国铁路线路分布广泛且地形复杂，一些大型铁路专用设备在复杂地势和恶劣环境下难以发挥有效作用。因此，研发轻便灵活、适应性强的小型除雪设备成为解决风雪灾害问题的重要方向。这类设备不仅能有效应对复杂的雪情，还能减轻铁路维护人员的工作负担，为保障铁路运输安全提供更加高效的解决方案。

目前国内外有大型除雪车辆，因其体积大、功率大，主要针对于大雪量的情况，这些设备虽然适用于主干道的集中除雪，但往往体积庞大、成本高昂，且在支线铁路、狭窄的车站区域以及调车场等场景下应用受限。，并且我国北方部分地区雪量较少，大型除雪装置对一般中小雪量并不适合。此外，传统装置的拆装复杂性和使用场景的局限性，增加了实际运维过程中的难度。因此，研发一款高效、便携、适应性强的轨道积雪清扫装置具有重要的现实意义。

工程意义：

1.满足特殊场景的实际需求。

2.提升设备的便携性与经济性。

3.优化作业效率与环境友好性。

4.推动铁路运维装备的智能化与模块化发展。

5.保障冬季铁路运行的安全性与稳定性。

积雪堆积可能导致列车运行阻力增大、岔道功能失效，甚至引发列车滑轨或脱轨等安全事故。通过研发便于拆卸的小型液压除雪装置，能够在必要时快速部署，保障铁路运行的安全性和稳定性，降低极端天气对铁路运输的影响。

本项目设计的便携式液压驱动除雪装置，可快速与各类轨道车辆、作业车及轨道平车进行拆装，采用通用车钩连接和液压驱动技术，能够高效地将积雪清扫至轨面以外，保障轨道交通的通行能力。该装置功率小、效率高、操作方便，不仅提升了积雪清扫的灵活性，还为轨道交通在恶劣气候条件下的安全运行提供了可靠的技术支持，具有显著的工程应用价值。

2.任务分解

（1）查询文献，了解轨道除雪装置的类型及国内外现状：

a) 国内外对除雪设备的研究

b) 查阅外文文献并翻译

c) 除雪设备的除雪装置结构

d) 除雪装置控制系统，液压系统，电液控制系统

e) 执行机构负载驱动，选型计算，雪的密度和阻力等

f) 查阅雪的特性为计算准备

（2）设计轨道除雪装置结构组成、工作原理和详细技术路线分析：

a) 设计整体装置结构

b) 详细设计除雪装置的结构

c) 设计连接方式，驱动方式的结构

（3）轨道除雪装置及液压系统总体方案设计、参数计算：

a) 设计整体液压回路系统

b) 液压马达，液压缸，液压泵的参数计算

（4）机械结构的设计，二维图绘制，执行机构的计算和选型：

a) 详细绘制装置结构

b) 对液压系统进行三维建模（液压阀，管路等）

c) 计算液压马达，液压缸等负载并选型

d) 计算液压泵，电机等参数并选型

e) 进行二维图纸的绘制

（5）撰写毕业设计论文：

按要求撰写修改完善论文。

二、已完成工作

1.文献调研与外文翻译：

经过系统的文献检索与梳理，我已完成50篇左右的文献调研工作，通过分析国内外权威期刊、学位论文及专利等资料，建立了完整的理论框架和技术路线。同时，严格筛选并精准翻译了相关领域的高质量外文文献，涵盖核心概念、研究方法和前沿动态，为课题的深入开展奠定了扎实的学术基础。

2.总体方案设计：

（1）分析目前主流除雪方式：

a. 犁板式除雪

b. 旋切（螺旋）式除雪

c. 滚刷式除雪

d. 吹雪式除雪

（2）装置的控制系统也是研究主要方向，具体体现在以下几个方面：

液压控制系统：旋转式除雪车的工作装置是一台大功率发动机，直接驱动其除雪作业。采用整体式液压控制装置的旋转式除雪车在除雪作业时其行驶速度与发动机转速相匹配，工作油压保持恒定，并安装有安全保护装置，其安全栓可以在超负荷时切断。发动机设计有转速固定装置，可以使转速在任意情况下恒定，保证除雪作业的进行。轨道除雪车行驶液压系统由液压泵、液压马达、压力调节机构、流量调节机构与液压辅助机构等组成。发动机连接液压泵并使其旋转，使机械能转换为液压能做功。通过油液将液压能传递到执行机构，由执行机构使轮胎克服阻力实现往复或回转运动。

电液控制系统：采用电液控制系统可以使其构造简单，连接紧凑。通过电气系统控制液压系统，再用液压系统控制机械系统。机电液一体化技术使除雪车整体液压系统向智能化方向发展，将大大提高除雪车的作业效率，使其具有高度的可操作性、稳定性和可靠性

PLC控制系统：例如J5160TCX型多用途除雪车采用了PLC电液比例控制。多功能除雪车它主要由撒布装置、前清雪铲、腹清雪铲和专业底盘构成。它能够根据行驶速度的快慢自动调节融雪剂的撒布宽度和撒布量，做到准确调节。此外，采用手电双控模式，即使在PLC系统损坏时，也能采用手动模式进行除雪作业，这样提高了工作的可靠性。

（3）总体方案设计

在通过多种除雪方式比较和控制比较后，针对本选题目标，采用液压驱动式除雪结合机械装置（滚刷，螺旋转子）实现除雪操作，积雪先是通过前部的螺旋集雪轴的挤压作用，堆积到离心排雪腔中，再依靠离心叶片高速旋转获得离心力抛扬出去。通过液压驱动系统可以提供稳定的动力输出，确保在极寒环境下设备仍能正常工作，并可通过液压控制实现装置的灵活调节，适应不同积雪厚度。

其中，积雪厚度较浅的时候滚刷可以将雪更为干净的扫入集雪转子中并通过离心风机将雪抛出，积雪厚度若稍微厚些或者当雪的板结程度较深时，则由螺旋式集雪器起到主要作用将雪收集并抛出，装置尾部的扫刷可以清理轨道与车轮接触面的碎雪，确保清除效果较好。

3. 各装置负载计算

完成滚刷阻力矩计算、螺旋集雪装置功率计算、风机装置和雪刷功率计算、液压缸选型计算、马达选型计算、泵和电机的选型计算。

4.强度校核

完成齿轮强度校核、轴与轴承的计算校核。

5.三维模型的绘制

（1）油箱绘制完成

通过前文计算可知，系统所需流量约为100L/min,根据液压油箱选择标准，取液压油箱容量为300L，三维模型如图1：

图1  液压油箱

（2）附件的建模选型

固定螺栓，联轴器，轴承，法兰的选型建模选型已完成如图2-图5。

           图2 螺栓连接                               图3 联轴器

             图4 法兰安装                                            图5 轴承和轴承座

（3）液压阀的建模

图6 液压阀模型

（4）液压系统三维模型的建立

图7液压系统

（5）整体三维模型

图8液压除雪装置

三、下一步工作计划

1.三维模型优化与工程图纸输出

（1）基于前期设计方案，利用SolidWorks/AutoCAD对三维模型进行细节完善，包括结构优化、装配干涉检查及运动仿真验证。

（2）按照机械制图标准，从三维模型导出全套二维工程图纸（含装配图、零件图），重点标注尺寸公差、形位公差及技术要求。

（3）通过导师审核后完成图纸规范化修订，确保符合毕业设计归档要求。

2.毕业论文系统化撰写

（1）依据开题报告框架，分章节完成绪论、方案论证、参数计算、结构设计、强度校核等核心内容。

（2）通过查重系统控制文本重复率，并按照学校模板完成格式排版（含中英文摘要、参考文献著录等）。

（3）预留2周时间用于导师反馈修改及答辩PPT制作。

问题一：你的题目装置应用背景与工作条件是什么？

回答：本题目是为了研发轻便灵活、适应性强的小型除雪设备，以提升铁路除雪效率、降低维护成本，保障运输安全。主要工作于我国北京周边地区，应用于中小雪天气条件下，并且查阅文献得到雪的密度和降雪量，根据详细参数进行设计工作。

问题二：你的计算和建模过程是如何实现的？

回答：计算是通过工作条件设计出适合的工作装置的尺寸，根据阻力与装置自身属性，查阅相关文献，应用适用于计算除雪工作的计算公式，通过计算得出各个装置的工作阻力。根据装置负载从而计算选型相关液压马达，液压泵和电机等液压元件，查阅机械标准手册，选择应用型号，实现元件选型。

建模是使用solidworks软件进行设计，非标件通过计算设计建模，标准件则根据标准尺寸进行设计建模。

本次毕业设计的题目为液压驱动的轨道除雪装置设计，通过完整的课题研究与工程实践，我不仅巩固了机械设计、液压传动、有限元分析等专业知识，更深刻体会到理论计算、仿真分析与工程实际相结合的重要性。以下是我的主要收获体会：

在完成总体方案设计时，我查阅了大量国内外轨道除雪设备的文献与专利，对比分析了不同除雪方式的优缺点，最终确定了“液压驱动+机械扫雪+抛雪机构”的方案。通过负载计算、液压系统参数匹配及元件选型，我深刻理解了如何将《液压与气压传动》《机械设计》等课程的理论知识应用于实际工程问题，例如：液压马达的扭矩、转速计算需结合实际雪阻力和轨道摩擦系数；油缸的推力和行程需匹配雪刷装置的运动轨迹；泵的流量和压力需考虑系统效率与发热问题。

在三维建模阶段，我使用SolidWorks完成了装置的整体结构设计，并重点设计了除雪装置、连接件的强度以及液压管路的布局。同时也遇到了部分问题如：

在装配仿真中发现铲雪机构与车架存在运动干涉，通过调整铰点位置和增加限位装置解决。同时根据计算数据，在米思米、怡合达等平台筛选符合国标的液压缸、液压马达，液压泵，密封件和紧固件，确保可采购性与可靠性。

毕业设计涉及机械、液压、控制等多学科知识，在导师的指导下，我学会了如何高效检索文献、整理数据，并使用甘特图管理项目进度。此外，通过与同学讨论和参加小组汇报，我的表达能力和逻辑思维也得到了显著提升。

我国北方地区冬季铁路除雪任务繁重，但自动化除雪设备仍存在效率低、适应性差等问题。本次设计让我更清晰地认识到机械创新如何服务于实际需求。

本次毕业设计不仅是一次系统的工程训练，更让我从“纸上谈兵”迈向“真枪实弹”的设计实践。过程中遇到的每一个问题（如计算误差、结构优化、工艺约束）都促使我不断查阅资料、请教导师，最终形成可行的解决方案。这段经历让我深刻体会到工程师的责任设计不仅要严谨可靠，更要考虑制造、成本和维护的全生命周期需求。未来，我将继续保持这种精益求精的态度，投身于机械装备研发领域。