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在冬季，路面上的冰雪清除问题不仅是各国的交通主管部门的主要任务，而且也是科研部门的难题之一。道路上的冰雪使车辆轮胎和行人与地面之间的摩擦系数降低，使车辆的制动距离加长、方向失控，行人站立不稳、失去平衡，给交通安全造成了严重的影响，国家经济造成很大的损失，并且在我国的北方地区，冬季较长、下雪频率较高，如果道路积雪不能及时的清除，经过行人的踩踏和车辆的碾压，路面冰雪就会形成坚硬的压实冰雪，一般的除雪铲或是清雪车均不能有效的将路面的冰雪清除，因此加强对路面冰雪清除机械破冰机理的研究，探索并开发出新的除雪破冰解决方案，已经成为亟待解决的科学问题和技术难题，具有十分重要的意义。本文基于对冰雪特性的研究，结合了国内外现有除冰雪装置的特点以及借鉴速度破冰机理和破碎机理，提出了立轴旋切的破冰方式，并对其破冰效果和正常工作的关键参数进行了试验。本文的主要研究内容如下：(1)道路的压实冰雪的物理特性。针对我国北方道路上的压实冰雪，对其物理特性（主要是压实冰雪的抗切强度和密度）进行了试验、汇总与分析，这些数据为后面的破冰机理的研究及样机的设计奠定了基础。(2)立轴旋切破冰机理的研究。文中重点阐述了立轴旋切破冰机理，装置的前进速度与旋切速度之间的匹配关系，介绍了破冰轮的结构特点及装配方式，对破冰刀齿与冰雪路面之间进行了受力分析，对刀齿的阻力进行了计算以及分析了除雪破冰装置正常工作时的最小动力。(3)立轴旋切破冰除雪装置的开发。介绍了以轮式装载机为工作底盘的大型立轴旋切破冰除雪装置的性能参数与整体结构，对其关键的部件进行了计算和校核；参照并改进了装载机的液压图，使之在满足自身需求的前提下为破冰装置提供动力。(4)小型立轴旋切破冰机试验为了检验大型立轴旋切破冰除雪装置的破冰效果和获得其工作时的关键参数，本文开发了一套小型立轴旋切破冰机，并且运用刚柔耦合虚拟仿真和物理样机试验的方式对小型破冰机进行试验。在动力学仿真软件ADAMS和有限元分析软件ANSYS中对试验刀齿进行刚柔耦合分析，得到小型破冰机正常工作时关键部件的受力曲线以及验证破冰机刀齿的材料强度；试制出小型立轴旋切破冰机，并分别对大致为40mm的压实冰雪和10mm的人工冻制纯冰路面进行试验，对立轴的转速、轴力以及破冰刀齿对冰雪路面之间的力值关系进行测量，得出的实验结果与文中理论部分相吻合，并且从物理样机的破冰效果来看，小型破冰机的除净率为95%，满足除雪破冰的实际要求，这也间接的论证了立轴旋切破冰机理和开发设计方案的正确性。