小型除雪機設計,小型,設計 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 小型除雪機設計 [摘要] 我國北方地區(qū)冬季降雪時間長，雪量大，氣溫低，積雪數(shù)日經(jīng)車輛、行人碾壓而被壓實。路面上壓實冰雪的清除問題關(guān)系到社會生產(chǎn)、人民生活、交通安全、環(huán)境保護等多個方面。目前國內(nèi)外對壓實冰雪的清除還缺少行之有效的辦法。本文結(jié)合我國北方地區(qū)降雪后的特點及我國國情，主要針對路面上被壓實的冰雪研究了路面冰雪清除機械。 本文提出了對路面壓實冰雪進行擠壓、切削、破碎的技術(shù)原理。根據(jù)這一原理確定了路面冰雪清除機械基本方案并分析了其工作機理。提出利用裝載機為動力機，只需更換上清除冰雪裝置，實現(xiàn)了一機多用。研究了傳動系統(tǒng)各部件的匹配以及冰雪清除裝置與整機的匹配，進行了匹配計算和整機牽引性能分析。根據(jù)整機方案及相關(guān)條件確定了清除冰雪裝置中關(guān)鍵部件碾壓滾的構(gòu)造、重量和有關(guān)技術(shù)參數(shù)；分析研究了碾壓滾上刀齒的結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵幾何參數(shù)，確定了刀齒在碾壓滾上的排列方式、數(shù)量和間距，并根據(jù)冰雪的物理機械性質(zhì)計算了刀齒切削力。 [關(guān)鍵詞] 冰雪清除 切削 破碎 路面 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 開題報告 1 課題來源、目的、意義、國內(nèi)外概況 1.1 本課題的來源 本課題屬于吉林大學機械科學與工程學院2000級本科生的畢業(yè)設計指導教師的科研項目（國家經(jīng)貿(mào)委“國家重點技術(shù)改造項目[2003]86”）。是根據(jù)國際和國內(nèi)的最新形勢和市場需求而確定的研究課題。對實際的生產(chǎn)和生活有很大的實際意義。是隸屬于國家攻關(guān)課題-----多功能鏟雪車研制的一部分。 1.2 本課題研究目的 中國北方大部分地區(qū),每年有3～5個月的降雪期,道路積雪給交通運輸及人民日常生活帶來許多困難,有時甚至阻斷交通。近幾年來高等級公路里程不斷增加,及時有效地清除路面積雪已成為亟待解決、刻不容緩的問題,這對于提高車輛的運輸效率、避免重大交通事故的發(fā)生,具有很大的社會經(jīng)濟效益。目前,國內(nèi)除雪作業(yè)多由人工或其它代用機械完成,其勞動強度大,作業(yè)效率低。進口外國先進的除雪設備,造價高且不適合中國國情;而用其它的代用機械如平地機進行除雪作業(yè),則又浪費實用設備且對路面具有破壞性。所以,盡快開發(fā)出適合中國國情的低成本、高效率、且宜大面積推廣應用的除雪設備,是一項艱巨而緊迫的任務。 1.3 本課題研究的意義 我國北方大部分地區(qū),每年有很長的降雪期,道路積雪給交通運輸及人民日常生活帶來許多不便。尤其凍結(jié)在道路上的積雪與薄冰,采用傳統(tǒng)除雪機用推刮的辦法無法清除,為此不得不耗費大量人力物力進行人工鏟除。采用機械方法清除是一項急需解決的難題。就目前國內(nèi)除雪機械來看,大多數(shù)功能單一,或只能清除積雪、或只能破除積冰[1]。國外的除雪機功能較全,但結(jié)構(gòu)復雜,造價昂貴,且大多不適合國內(nèi)的道路狀況。因此開發(fā)研制適合我國道路情況的集破冰除雪于一機的設備,具有十分重大的意義。國外的除雪機功能較全,但結(jié)構(gòu)復雜,造價昂貴,且大多不適合國內(nèi)的道路狀況。因此開發(fā)研制適合我國道路情況的集破冰除雪于一機的設備,同樣具有十分重大的意義。 1.4 本課題國內(nèi)外研究概況 1.4.1 本課題國內(nèi)外研究概況 目前，世界各個國家除冰雪的方法中，應用最普遍的是溶解法和機械法。溶解法是依靠熱作用或撒部化學藥劑使冰雪融化。其優(yōu)點是除凈率高，但是它的成本很高。而且容易造成環(huán)境污染。雖然環(huán)保型融雪藥劑已經(jīng)問世，對環(huán)境和植被的影響減少了，但是并未徹底根除。因此使用范圍受到一定限制。 機械法是通過機械作用直接作用解除冰雪危害。雖然除凈率較低，但是對環(huán)境和植被無任何影響。能實現(xiàn)冰雪的異地轉(zhuǎn)移。應用范圍比較廣。因此，筆者認為：清除冰雪必須以機械法為主，以溶解法為輔助，才能達到快速和環(huán)保的除雪效果。 我國對除雪機械的開發(fā)、生產(chǎn)都比較晚，因此還處于起步階段。目前，我國的城市道路和公路冬季除雪大部分仍沿用傳統(tǒng)的養(yǎng)護方式，即人工作業(yè)和小型的除雪機械相結(jié)合的方式。高速公路和一級公路開始使用大型專用除雪機械，進行冬季養(yǎng)護。但是，除雪機械在數(shù)量和品種規(guī)格上還很少，所以除雪設備大部分依賴進口。機械化程度和總體水平遠遠落后于發(fā)達國家。只是最近幾年國內(nèi)的廠家才參照國外的先進技術(shù)研制了適合我國國情的除雪機械。 綜觀國內(nèi)外的除雪機械，其類型總的來說有三種類型： (1) 犁式除雪機 犁式除雪機的工作裝置一般安裝在主機的前端，是所有除雪機中應用最為廣泛、起源最早的除雪設備。主要使用于未被壓實的新降集雪，其厚度為300mm以下。犁板有整體式和分段式，有V型犁和U型犁之分。其特點是：多數(shù)采用了雙搖桿機構(gòu)，避讓效果明顯，越障高度較大，環(huán)境適應性強，可以在硬質(zhì)雪區(qū)工作。有的還增加了滑靴和滾輪等裝置，用來減少或消除鏟刃對地面的作用力，保護了地面，減少了刀刃的磨損。 具體類型有： 1) 向犁-----除雪犁以固定角度裝在除雪車前部。 2) V型犁-----主要結(jié)構(gòu)和工作原理與單向犁相同，只是結(jié)構(gòu)呈左右對稱，形成V形。 3)變角度犁------指犁的排雪方向和行進角度可以改變的除雪機械 4)復合犁------又叫鉸接雪犁，采用兩翼結(jié)構(gòu)，中間垂直鉸鏈可以自由改變形狀，形成單向犁、V型犁、變角度犁等犁形。 比較典型的產(chǎn)品有：徐州裝載機長的專利產(chǎn)品------調(diào)壓自動越障式除雪裝置。鄭工、柳工和沈陽山河等廠家生產(chǎn)的ZL50型除雪機。由于該類除雪機械擁有結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠、價格低廉等特性，因此受到廣大用戶的認可，得以廣泛的使用。 (2) 旋切式除雪機械 旋切式除雪機械工作方式為自行式和懸掛式兩種。主要有離心式物料風機、風道、拋雪筒、護板和螺旋型集雪器等部分組成。結(jié)構(gòu)相對比較復雜。工作時借助主機或者專用底盤的動力，驅(qū)動風機做高速旋轉(zhuǎn)運動，將集雪器聚攏的雪由風道、拋雪筒拋出去。拋出距離和角度可以根據(jù)需要自己調(diào)整。在清除雪障時旋切式除雪機械有明顯的優(yōu)勢。但是無法清除壓實的積雪。 具體類型有： 1) 螺旋式-----螺旋軸鼓上的葉片呈左右旋向，左右旋向的葉片在軸線中部結(jié)合形成U形拋雪槽，U形拋雪槽低部稍微向后傾斜，內(nèi)側(cè)光滑，工作時軸鼓上的葉片刀刃切削破碎積雪，并將積雪集中送到中部U形槽內(nèi)拋出。 2) 轉(zhuǎn)子式-----主要以清除新雪為主要作業(yè)對象。轉(zhuǎn)子葉片可以完成切雪、扒雪和拋雪。 3) 單螺旋轉(zhuǎn)子式-------有轉(zhuǎn)子和一根螺旋組成。螺旋水平布置在轉(zhuǎn)子前，螺旋 葉片作成左右旋向，當螺旋周轉(zhuǎn)動時，把兩邊的積雪送到中間，再由轉(zhuǎn)子拋出。 4) 雙螺旋轉(zhuǎn)子式-------雙螺旋轉(zhuǎn)子式的工作裝置的兩螺旋上、下平行地置于轉(zhuǎn)子前面。 5) 立軸螺旋轉(zhuǎn)子式-------該工作裝置將螺旋豎放在轉(zhuǎn)子兩側(cè)，螺旋葉片為左右旋向，工作時雪的移動方向為上下運動。 主要機型有：哈爾濱開達公司生產(chǎn)的拋雪式除雪機和吉林大學研制的CX-30型除雪機。 (3) 掃滾式除雪機械 掃滾式除雪機械工作方式為自行式和懸掛式兩種。在主機或者專用底盤的動力作用下，驅(qū)動掃雪滾和掃雪盤做高速旋轉(zhuǎn)運動，掃雪滾和掃雪盤上的柔性強力掃雪刷，將路面積雪卷起使之脫離地面，在高壓空氣的作用下吹向路邊。該式除雪機械主要適合于較薄的或者是犁式除雪機械工作后的殘留積雪。即使路面凸凹不平也可以獲得無殘雪的除雪效果。主要生產(chǎn)廠家有：哈爾濱開達公司和哈爾濱重型機械廠等。 國內(nèi)的除雪機械雖然有了很大的發(fā)展，但其總體水平與發(fā)達國家相比，產(chǎn)品品種及性能都還有很大差距。適應不了我國高速公路的發(fā)展的需求，主要體現(xiàn)在以下幾個方面： 1)技術(shù)水平低，除雪機械在結(jié)構(gòu)設計、制造工藝、零部件供應和使用管理等方面都存在技術(shù)水平低的問題。致使除雪機械可靠性差、故障多、壽命短。 2)功能單一。除雪機械具有明顯的季節(jié)性，如果功能單一，只能用做除雪和除冰專用，那么，機械一年中大部分時間處于閑置狀態(tài)，大大增加了除雪 的成本。加重了公路養(yǎng)護部門的負擔。 3)品種類型不全。與國外相比，現(xiàn)在有不少除冰雪機械在國內(nèi)還是一片空白。現(xiàn)有的除冰雪機械無法滿足公路和大型機場的除冰雪的要求。 1.4.2 國內(nèi)外在這個方面的發(fā)展方向： (1) 加強對雪質(zhì)、雪性的基礎研究。 為了提高除冰雪機械的設計水平，需要對冰雪的力學性質(zhì)和物理特性進行深入研究。特別是對壓實冰雪的理論研究。據(jù)有關(guān)資料研究：東北地區(qū)壓實冰雪占總的除雪任務的80%以上。 (2) 向一機多能和機電液一體化方向發(fā)展。 在現(xiàn)有的條件下，可以對汽車、拖拉機、裝載機和推土機等設備進行改裝，冬季降雪時用來除冰雪作業(yè)，其余時間可用來進行公路養(yǎng)護和其他作業(yè)?？梢蕴岣咴O備的利用率。采用機械、電子、液壓等技術(shù)提高除雪機械的科技含量，減輕工人的勞動強度。 (3) 向大型、小型和高速方向發(fā)展。 我國的地理環(huán)境復雜，各個城市道路建設布局各異，冬季降雪情況不同，在除雪設備的選取上也不盡相同，因此要開發(fā)出大型、小型的各種除冰雪機械，以滿足不同地區(qū)和工況的除冰雪要求。同時要開發(fā)出效率高的機械，避免除雪作業(yè)造成路面交通擁擠。例如，東北有些城市規(guī)定：對于市區(qū)內(nèi)主干道，雪停止24H后需運出城市外。 (4) 加強行業(yè)間的技術(shù)交流與合作。走共同研發(fā)之路。 各個廠家根據(jù)自己的實際情況開發(fā)出的產(chǎn)品各有優(yōu)缺點，為了加快除冰雪機械的開發(fā)和應用，應加強企業(yè)間的合作，集中財力、物力和人力走共同發(fā)展之路，實現(xiàn)除冰雪的機械化。 2 本課題預期達到的目標 在ZL40型裝載機的前端安裝除雪裝置-----斜刃螺栓連接式壓磙除厚冰雪裝置。 采用斜刃式除雪裝置，使冰雪在破冰刀刃的作用下破碎。壓磙與ZL40型裝載機大臂相連。設計出包括鏟及其連接機構(gòu)。畫出全部圖紙：裝配圖、部件圖、零件圖、總明細表。 設計時要保證相應構(gòu)件的可靠性，所以要進行相應的力學分析、設計計算 、方針模擬等。并要求用計算機軟件對重要部件進行詳細的運動學和動力學分析。設計相關(guān)的軟件。 通過這次設計，要不僅溫習好大學四年所學的大不分的理論知識，還要培養(yǎng)工程實際應用的能力，鍛煉實際的動手和全局的駕御能力。對裝載機和除雪機械有更深的認識，加強在此方面的設計能力。 3 本課題研究內(nèi)容、研究方法及技術(shù)路線 3.1 斜刃螺栓連接式厚冰雪磙壓除雪機的整體方案構(gòu)想 斜刃螺栓連接式厚冰雪磙壓除雪機是針對我國道路情況設計的破冰清雪除雪設備。該設備主要起破冰作用的碾壓輥構(gòu)成。 該設備的主機架可與ＺＬ40裝載機直接聯(lián)接。該設備碾壓輥固定在聯(lián)架臂上,聯(lián)架臂通過大臂與主機架鏟接。碾壓輥上裝有刀板,刀板上的刀條直接作用在冰面上,利用自身的重力和空氣錘的振動的沖擊力達到破冰目的。 3.2 結(jié)構(gòu)原理和計算要點 斜刃螺栓連接式厚冰雪磙壓除雪機是利用前部安裝的碾壓輥上裝有的刀板對雪進行切削，利用自身的重力和空氣錘的振動的沖擊力達到破冰目的。 (1) 葉片結(jié)構(gòu)： 采用斜刃螺栓連接式，材料用耐磨仿形材料。按與地面平行布置在壓磙上，前后兩排葉片位置錯開。 (2) 除雪機功率的計算： 除雪機所消耗的功率包括兩大部分：行走裝置和工作裝置所消耗的功率。行走裝置所消耗的功率可以參照一般自行式車輛的計算辦法。下面對除雪工作裝置的所消耗的功率Na做一分析： Na=Ne+Nf+Nr+Nd 其中： Ne-----推雪板切削所需功率。KW Nf-----克服雪與板面的摩察力所需的功率。KW Nr----推雪板前雪堆移動所需的功率，KW Nd----板刃與存雪地面間的摩察力所需的功率。KW 3.3 擬采用的研究方法 采用新舊技術(shù)相結(jié)合的方法。因為有關(guān)裝載機和除雪機構(gòu)的研究在我國已經(jīng)有了一定的進展------即使和發(fā)達國家相比還很落后-----在很多領(lǐng)域。但近幾年我們引進了很多先進的技術(shù)，特別是除雪機械方面的，加上我們的有關(guān)裝載機和其他工程機械的研究知識，將這兩方面的知識有機地結(jié)合起來，實現(xiàn)新的突破，研制出適合我國國情的公路養(yǎng)護機械-----集工程作業(yè)和除雪能力于一體的多功能機械產(chǎn)品。 3.4 擬采用的技術(shù)路線 4研究冰雪的物理和力學特性------查閱國內(nèi)外有關(guān)裝載機和除雪機械、機構(gòu)的設計資料和最新進展------消化、吸收個方面的技術(shù)資料，并加以整理和創(chuàng)新------技術(shù)設計和整機設計。 4 本課題實現(xiàn)的現(xiàn)有條件 國內(nèi)外關(guān)于ZL40裝載機的數(shù)據(jù)和文獻資料的搜集較為便利。在理論上和方法上具有很強的借鑒意義。指導老師李萌老師對我國這方面的情況很了解，是這方面的專家。有很深的理論和實踐知識，為本課題的研究奠定了很好的理論和實證基礎。本人對于裝載機和除雪機械也有一定的認識，相信一定能在李老師的指導下順利完成課題的研究。并取得優(yōu)異的畢業(yè)設計成績！同時為我國在此領(lǐng)域的研究作出自己應有的貢獻！ 共 5 頁 第 5 頁 城市道路小型清雪機研究綜述 摘要：本文對城市道路冰雪清除設備進行研究。根據(jù)冰雪清除設備的特點，將其按照不同的劃分標準歸納分類，論述其各自的清除冰雪機理，總結(jié)各類設備的適用范圍及優(yōu)缺點。在此基礎上，分析和闡述了道路冰雪清除設備的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢。 關(guān)鍵詞：道路；冰雪清除；設備；除雪車 City road snow clearing machine of small Abstract: a review of road snow removing technology and its development. According to the characteristics of snow and ice removing equipment, will be summarized and classified by different classification standards, discusses their respective snow removing mechanism, summarizes the various equipment the application range and advantages and disadvantages. On this foundation, analysed and expounded the road snow removing equipment current situation and development trend. Key words: road; ice and snow removal equipment; Snow removal vehicles; 近年來隨著國民經(jīng)濟發(fā)展，我國基礎設施建設飛速發(fā)展，高速公路、城市架橋、飛機場等大量興建，汽車、火車等交通工具的數(shù)量也隨之增加，同時通行速度也需要不斷提高。我國北方地區(qū)冬季降雪、結(jié)冰是影響道路交通及行車安全的主要因素。2008年初，我國南方廣大地區(qū)遭受罕見降雪、凍雨、冰凍災害，高速公路、機場等路面積雪、結(jié)冰嚴重，嚴重影響交通。交通路面的積雪被稱為交通安全的“白色殺手” ，尤其在大雪和雨夾雪天氣條件下及雪后氣溫變化較大時，積雪不能得到及時清除使路面結(jié)冰，交通工具的安全受到極大威脅，造成出行不便。因此，如何快速高效清除道路的積雪、冰以及冰雪混合物，保障道路正常通行、提高行車通行安全，成為目前冬季道路養(yǎng)護的主要問題。傳統(tǒng)人工除雪法和污染較大的融雪劑除雪法，已經(jīng)不能滿足需要，迫切需要性能良好、自動化程度較高的機械來替代。 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1.1國外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 近幾十年來，國外除雪車發(fā)展非常迅速，種類越來越多，各生產(chǎn)廠商在采用新技術(shù)、新材料、新工藝的同時，不斷提高產(chǎn)品的作業(yè)性能和操作性能，以適應冬季除雪的更高要求，增強產(chǎn)品的競爭力[1-2]。 德國的轉(zhuǎn)子式和犁式清雪機的種類分別達十幾種，動力機有的采用工程車輛，有的采用載重汽車，有的是專門設計的動力機。德國還開發(fā)了一種多功能路面機械，既能清掃路面、清洗標牌護欄，又能清除路面浮雪。美國福特公司用其生產(chǎn)的載重汽車改裝了一種犁式清雪機。其他國家也相繼開發(fā)了一些種類的轉(zhuǎn)子式和犁式清雪機。犁式除雪機是國外使用較早的除雪機械，經(jīng)過多年的發(fā)展，國外犁式除雪機已具有較高的技術(shù)水平。早在1943年，日本就開始把V形犁裝在載重卡車上用于道路清雪,日本自70年代以來，清雪機械數(shù)量迅速增加，并開發(fā)了藥劑撒布車。此外，旋轉(zhuǎn)式清雪車及清雪卡車、清雪平地機等開始向大型化發(fā)展?，F(xiàn)在，已能生產(chǎn)800PS~1000PS級的超大型旋轉(zhuǎn)式清雪機[20]。俄羅斯新產(chǎn)品KO-812-2型犁式除雪機基礎車采用MT3-80/82型拖拉機，其功能有除雪、清除垃圾和砂堆；既可以用于街道、人行道，也可用于公路和建筑工地的除雪，其工作裝置有推土板、犁刀和圓盤刷等[21]。美國BOBCAT(山貓)公司、S&S公司和瑞士STEYR等公司主要生產(chǎn)以工程、農(nóng)業(yè)車輛為主機擴展的清雪機械，該機結(jié)構(gòu)緊湊、機動靈活、越野性好，具有行走和作業(yè)兩個速度檔，此機構(gòu)通過前置螺旋式清雪裝置或犁式清雪裝置完成清雪作業(yè)[22]。加拿大各大城市都設有專門的道路積雪清掃部門，配備有專門的鏟雪車和其它除雪設備，并在主要路段建設并完善了道路氣象系統(tǒng)，靈活使用各種除雪機械，及時、高效地鏟除路面積雪。加拿大R.P.M.公司生產(chǎn)的除雪車主要類型有:P-5000-R、TM-3500、A90等型號的轉(zhuǎn)子式除雪車；LM-220、T-220-B等型號的雙螺旋轉(zhuǎn)子式除雪車；JetAir III、AF1等型號的吹雪車等。文獻資料表明[3－5]，國外清雪車發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個方面： ①一車多用化。即在一種車輛上，安裝多種清雪及其它作業(yè)屬具，使其能夠完成多種作業(yè)功能。 ②研發(fā)能配置于普通底盤的高效的除雪屬具。研發(fā)配置于普通底盤的除雪屬具，提高機器的使用效率，拓寬機器的使用范圍。研制高效的清除堅硬冰雪裝置、拓寬作業(yè)裝置、滑雪裝置、高雪堤處理裝置、藥劑撒布裝置等多種作業(yè)裝置，并對已有除雪裝置的結(jié)構(gòu)、鏟板形狀、除雪切入角、葉片形狀等進行優(yōu)化設計；使除雪屬具結(jié)構(gòu)簡單、受力合理、操作方便，提高其使用壽命、濟性和安全性。 ③智能避讓機構(gòu)。為保護路面和除雪工作裝置，提高除雪車的路面適應能力，避讓機構(gòu)向高速度、智能化、機電液一體化的方向發(fā)展。 ④基礎信息系統(tǒng)研究。加強雪力學性質(zhì)的分析研究，建立道路氣象系統(tǒng)，及時、準確地提供路面溫度、濕度、風向、風速、冰雪性質(zhì)等方面信息；為靈活、高效地使用除雪車輛及提高除雪車設計水平提供基本依據(jù)。 1.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 我國的除雪機械研究起步較晚，始于上世紀80年代。研究單位集中在冬季較長的東北、西北和華北地區(qū)；除雪車的型號也很多，尤其是最近幾年，一些廠家參照國外先進技術(shù)，研制出適合我國除雪作業(yè)急需的犁板式和轉(zhuǎn)子式除雪車以及拖式撒鹽車等車型[6-11]。國內(nèi)現(xiàn)有的清雪車主要有：吉林省公路機械廠與原吉林工業(yè)大學共同開發(fā)的CB1500壓實冰雪清除機；吉林交通科學研究所研制的CL-3.6和CL-3.5型系列除雪犁；吉林省盤石縣公路養(yǎng)路段研制的CL-2.4型公路除雪器；哈爾濱雪狼除雪機械設備有限公司生產(chǎn)的用于清除硬冰雪的CXL-2、CXL-3型除雪機；哈爾濱林業(yè)機械研究所研制的CBX-216綜合破冰除雪機；陜西高速公路管理局研制的FCX-1型除雪機；西安公路研究所研制的L9280型除雪車；重慶迪馬公司生產(chǎn)的DMT5160TYH多功能除雪車，配備有推雪鏟、滾刷、融雪劑散布機等裝置；北京永峰科技有限公司研制的雪豹YF系列的多功能噴氣式除雪車等。與世界先進國家除雪車發(fā)展相比，目前國內(nèi)產(chǎn)品數(shù)量及性能差距較大，不能滿足道路除雪需求，其主要原因為： ①作業(yè)速度低。目前國外犁式除雪機最大除雪速度可達50km/h，旋切式除雪機最大速度達70km/h。吉林省交通科學研究所研制的CBX-1600型除雪機是國內(nèi)技術(shù)水平較高的除雪機械，但其最大速度僅為2.15km/h。 ②整機利用率低、成本高。盡管中國的北方地區(qū)冬季降雪期可達3～4個月，可是資料表明冬季降雪次數(shù)并不太多，最多也只是十幾次而已。如果除雪功能單一，就大大提高了除雪作業(yè)的成本，增加了公路養(yǎng)護部門的負擔。 ③避讓功能不理想。在除雪過程中，常常因遇路障而使主機或者除雪裝置損壞。國內(nèi)已有的犁式除雪機械，大部分回避路障的能力較差。 ④對路面保護能力差。當路面凹凸不平時，除雪機作業(yè)時會對路面造成損壞。雖然除雪機對路面的破壞程度目前還沒有一個衡量標準，但國內(nèi)的除雪機械在路面的仿形能力、對路面保護等方面，與國外相比還存在一定的差距。 2 清雪設備的主要特點 2.1 清雪設備的功能特點 冰雪清除設備的功能有兩個方面，一是工作性質(zhì)，二是工作范圍。按照冰雪的物理性質(zhì)，可以把雪劃分為浮雪、中等密實程度的實雪、高密實程度的實雪和高硬度冰雪等四種。若設備只能清除某一種類的冰雪，則屬于功能單一性冰雪清除設備；若能清除所有種類冰雪，屬于多功能冰雪清除設備。在雪季以外，若能拆除冰雪清除作業(yè)屬具，設備主機在安裝必要的作業(yè)屬具以后還可以從事其它性質(zhì)的工作，則冰雪清除設備屬于多功能設備[23]。 我國自行研制的DQX1型多功能道路清雪車就屬于工作性質(zhì)與工作范圍交叉型的多功能道路清雪設備。在拆除清雪屬具后，載重汽車可以從事其它運輸工作見圖2-1。該設備能夠自動探測道路積雪厚度和道路上的障礙，實現(xiàn)作業(yè)屬具的自動調(diào)節(jié)，保證路面不受損傷[24]。 1.前鏟 2.中鏟 3.載重汽車 4.后滾 圖2-1 DQX1型多功能道路清雪車 2.2 冰雪清除設備的結(jié)構(gòu)特點 冰雪清除設備的作業(yè)屬具類型直接關(guān)系到清除冰雪的種類、清除程度和作業(yè)效率，主要包括： ①刮板式。此種設備是利用主機前進的推力，把冰雪從路面上刮削下來。作業(yè)環(huán)境要求路面平整，積雪密實程度小，且積雪與路面的粘著性很低。優(yōu)點是作業(yè)效率高。 按照刮板能否將刮削下的冰雪拋出作業(yè)區(qū)域，將刮板分為外拋式和頂推式兩種。外拋式清雪設備可以將冰雪拋出作業(yè)區(qū)域之外一定距離，形成相對寬闊的車輛通路，要求主機行走速度較高。頂推式清雪設備只能將冰雪推出作業(yè)寬度之外，形成的車輛通道相對狹窄，對主機行走速度沒有要求。 ②碾壓式。利用主機前進的推動力，帶動碾壓滾前進。其作業(yè)機理是擠壓、切削和破碎，并利用碾壓滾自身重力破除路面上的冰雪。該種設備適用于中等密實度以上的路面冰雪清除。 滾齒焊接方式的優(yōu)點是加工方便，缺點是掉齒、壞齒后，在現(xiàn)場不能及時更換。螺栓連接滾齒的優(yōu)點是可隨時更換滾齒，缺點是加工不方便。 對于帶有振動系統(tǒng)的碾壓滾，通常不采用焊接方法連接滾齒。振動碾壓滾作業(yè)范圍比無振動系統(tǒng)碾壓滾的作業(yè)范圍要寬。調(diào)頻振動系統(tǒng)碾壓設備可以根據(jù)現(xiàn)場冰雪特性，適當調(diào)節(jié)振動頻率，提高冰雪清除程度。 ③刷式。刷式冰雪清除工具的工作原理是利用刷子把冰雪掃除到路面以外。按照刷子的硬度及其掃除冰雪的特點，分為軟刷和硬刷兩種。該種設備的作業(yè)效率相對較低，適用范圍狹窄。軟刷只能用于清除浮雪，硬刷只能用于清除高硬度的冰雪。硬刷式冰雪清除設備在作業(yè)時易對路面造成損傷。 ④剁鏟式。剁鏟式冰雪清除設備的作業(yè)屬具是模仿人工作業(yè)方式，利用機械方法清除冰雪。該種設備只適用于中等密實度的冰雪清除作業(yè)，且作業(yè)效率低，路面冰雪殘留明顯，不適合進行高速作業(yè)。若下剁力調(diào)節(jié)不合適，很容易損傷路面。因此，剁鏟式冰雪清除設備的應用范圍受到了限制。 ⑤螺旋絞龍式。該設備利用螺旋葉片的旋轉(zhuǎn)力，將浮雪絞入，并在旋轉(zhuǎn)螺旋葉片離心力作用下將浮雪拋出作業(yè)區(qū)域。該種設備作業(yè)效率高，外拋浮雪距離遠。但只適用于浮雪清除，且路面積雪殘留較多。 2.3冰雪清除設備的作業(yè)特點 冰雪清除設備的清除冰雪機理分為以下兩種：一種是利用純機械力，另一種是利用其它物理能量。利用純機械力清除冰雪的設備通常是指作業(yè)屬具直接與冰雪接觸，并利用作業(yè)屬具產(chǎn)生的純機械力清除冰雪。包括前面提到的刮板式、碾壓式、刷式、剁鏟式、螺旋絞龍式等冰雪清除設備。利用其它物理能量清除冰雪的冰雪清除設備包括以下幾種[25]： ??①壓風式。利用空氣壓縮機產(chǎn)生的壓風將路面浮雪吹出路面。該種設備的缺點是能量消耗大，作業(yè)條件要求高；即浮雪粘度小、不粘結(jié)、與路面無粘連、無車輛和行人的踐踏；優(yōu)點是作業(yè)效率高。因此，該種設備通常只適用于機場等特殊場合。 ??②熱能式。利用熱能將路面冰雪融化，使融化后的冰水流出路面或利用專門的收集裝置將融化的冰雪收集起來。通常情況下，要配備壓風機，及時將清除冰雪后的路面吹干，防止殘留冰水在路面形成非常薄的鏡面冰層。路面的鏡面冰層對交通工具的危害程度遠遠高于其它冰雪對交通工具的危害。該種設備適合于清除任何形式和任何厚度的冰雪。其顯著缺點是能量消耗很大，作業(yè)效率相對較低，只適用于極特殊場合。 ??③波能式。利用電磁波、聲波等形式的波能，將冰雪與路面分離，在其它工作裝置的輔助下，將冰雪清除路面。波能式冰雪清除設備適合于清除浮雪以外的冰雪。由于波的穿透能力受到物料性質(zhì)的影響，且厚度越大，能量損失越大，所以其清除冰雪的厚度受到限制。目前，在我國只有新疆進行了聲波清除冰雪的理論研究，并研制出小型樣機。 3 除雪車分類 除雪車一般由除雪工作裝置和動力機底盤兩個部分組成。分類方法主要有兩種：一種是按工作裝置的特點分類；另一種是按工作裝置與動力機底盤結(jié)合的整機結(jié)構(gòu)特點分類[18]。 3.1按工作裝置特點分類 除雪車按工作裝置分為：犁板式、旋切式及其它類型。 ①犁板式除雪車。 犁板式除雪車安裝有犁板式除雪裝置、犁板式清雪機械裝置，除具有避障機構(gòu)外，犁板背面還設有蝶形雪鞋（也可稱為雪橇）或輪子，以起到仿形的作用。保持犁刃與路面的間隙，同時可以減少犁刃的磨損。犁體與車輛的掛接方式采用多點鉸接，這樣既可以自動適應路面的起伏，又可以起到支撐作用，使車輛僅承受來自犁板的單向推力。運輸狀態(tài)時，犁板可抬升一定高度。犁板式清雪裝置還具有價格低廉、性能可靠、適用范圍廣等特點，應用最為廣泛[19]。其最大特點是結(jié)構(gòu)簡單、造價低、性能可靠，因此應用廣泛。作業(yè)時以直線運動為主，是除雪車中保有量最大的類型。按犁板體結(jié)構(gòu)又分為單向犁式、V型犁式、刮雪板式、側(cè)翼板式及犁板式綜合除雪車[18]。圖3–1為單向犁式除雪車。一般都配置于除雪車前端，又稱前雪鏟或前鏟；主要用于清除新降積雪，除雪速度較高。通過對推雪犁板曲面的優(yōu)化設計，配合選擇合適的行進角，可以獲得很好的除雪、排雪性能。據(jù)統(tǒng)計，90%以上的犁板式除雪車都裝設有單向犁。圖3–2為V型犁式除雪車，其主要結(jié)構(gòu)及工作原理與單向犁式除雪車基本類似。V型犁的結(jié)構(gòu)左右對稱，在除雪作業(yè)中向兩邊同時排雪。V型犁受力對稱、推力大，但結(jié)構(gòu)相對復雜，排雪性能不好且作業(yè)速度較單向犁低，所用機車牽引力大。 圖3–3為刮雪板式除雪車。安裝有刮雪板除雪裝置，作業(yè)對象是一定程度的壓實雪層。由于作業(yè)對象雪質(zhì)較硬，所以刮雪裝置的設計較為堅固，結(jié)構(gòu)尺寸也較小。為合理利用車輛自身重力，刮雪板一般都以固定角度安裝于所用底盤車中部靠近整車重心的位置，因此又稱中鏟。圖3–4為側(cè)翼板式除雪車。在除雪車的側(cè)面裝有側(cè)翼板，側(cè)翼板又稱側(cè)鏟；主要進行需要加大除雪寬度或階梯作業(yè)等某些特殊的除雪作業(yè)。犁板式綜合除雪車是為增加除雪作業(yè)種類，把單向犁或V型犁、刮雪板、側(cè)翼板按使用需求進行組合，安裝在同一輛行走車輛上。這種除雪車適應能力強，對行走車輛的功率要求較大。 ②旋切式除雪車 旋切式除雪車的除雪裝置結(jié)構(gòu)比較復雜。裝有拋雪轉(zhuǎn)子的旋切式除雪車可將積雪拋出幾十米遠，適于厚積雪清除。旋切式除雪車分為壓磙式、轉(zhuǎn)子式、螺旋轉(zhuǎn)子式等類型[18]。壓磙式除雪車配備的壓磙除雪裝置適用于清除堅硬的冰雪。根據(jù)壓磙裝配磙刀的安裝角可將其分為斜刃壓磙見圖3–5和直刃壓磙見圖3–6。據(jù)相關(guān)資料，斜刃壓磙的切入角能有效地清除冰雪和保護路面。 單螺旋轉(zhuǎn)子式除雪車如圖3–7和轉(zhuǎn)子式除雪車如圖3–8，是兩種常見的配有拋雪轉(zhuǎn)子的旋切式除雪車。工作裝置由集雪裝置、拋雪轉(zhuǎn)子、拋雪筒及連接裝置組成。集雪裝置將雪從兩邊向中間運送至葉片呈輻射狀的拋雪轉(zhuǎn)子，在高速旋轉(zhuǎn)葉片離心力作用下，沿葉片表面運動至轉(zhuǎn)子殼體頂部開口處拋出，由拋雪筒導向合適區(qū)域。 ③其它類型的除雪車 其它類型的除雪車主要有鏟剁式、錘擊式、掃雪與吹雪式及運雪車、融雪劑灑布車等。在機場等一些場合還常常把各種形式的除雪裝置搭配成綜合式除雪車以獲得滿意的除雪效果。 3.2按整車特點分類 除雪車的除雪作業(yè)效果不僅取決于所裝配除雪裝置的結(jié)構(gòu)，還取決于動力機的性能及其與工作裝置間相關(guān)參數(shù)的匹配是否協(xié)調(diào)。只有正確選擇動力機并合理匹配工作裝置的性能參數(shù)，才能使設備的技術(shù)經(jīng)濟指標得到充分發(fā)揮，完善整機的性能。 除雪車整車的分類方法很多?？砂凑麢C適用范圍、在除雪作業(yè)中的功用、所用底盤形式及行走方式等不同分類方法進行分類。按整車適用范圍，即除雪車的使用場合，可把除雪車分為泛用型除雪車、人行道除雪車、鐵道除雪車和高速公路除雪車等。按除雪作業(yè)中整車的作用，可把除雪車分為推雪車、拋雪車、裝雪車、特種除雪車輛（包括融雪車、融雪劑灑布車、掃雪車、壓雪車、吹雪車、綜合式除雪車等）。 按除雪車所使用底盤的不同，可以把除雪車分為專用底盤除雪車和兼用底盤除雪車兩種。專用底盤除雪車只能進行除雪作業(yè)，而兼用底盤除雪車上的除雪工作屬具均可拆卸，在不需除雪時用于運輸?shù)绕渌鳂I(yè)。按除雪車行走裝置的不同，可分為輪胎式除雪車和履帶式除雪車。 4 現(xiàn)今冰雪清除設備研究的發(fā)展趨勢 ??縱觀目前道路冰雪清除設備的研究情況，道路冰雪清除設備的發(fā)展具有以下趨勢[26]： ??①高效化。高效化的發(fā)展趨勢包括兩個方面，一是作業(yè)效率高效化，二是冰雪清除程度的高效化。只有高的作業(yè)效率和高的清除效率，才能保證路面冰雪在最短的時間內(nèi)得到及時和有效的清除，保障道路暢通和安全。 ??②低耗化。統(tǒng)計資料表明，冰雪清除設備在清除路面冰雪時的能量消耗成本占總成本的80%以上。降低能量消耗，是降低冰雪清除成本較直接和有效的方法。 ③智能化。由于路面形式的多樣性，尤其是城市道路路面的復雜性，要求冰雪清除設備能夠及時準確地識別路面情況并作出相應的判斷和動作，防止作業(yè)屬具損傷路面，保護冰雪清除設備并有效地清除路面冰雪。 ??④多功能化。工作性質(zhì)的多功能性，可以實現(xiàn)一臺設備清除各類冰雪，降低設備的投入資金，減輕企業(yè)負擔；工作范圍的多功能性，可以在冰雪清除的非作業(yè)期間，拆除冰雪作業(yè)屬具，使主機從事其它作業(yè)，間接降低設備投入成本，提高企業(yè)經(jīng)濟收益。 ⑤小型、高速化 。清雪機機身大小及除雪速度是影響交通的重要因素。機身過大，占道影響交通；速度過低，影響車流通暢。狹窄路面的除雪也要求機身體積不宜過大。因此，除雪設備將會向小型化、高速度的方向發(fā)展。 ? ⑥環(huán)保化。冰雪清除設備的環(huán)境保護，包括設備主機對環(huán)境的影響和冰雪清除方法對環(huán)境的影響兩個方面。設備主機對環(huán)境的影響，通常包括噪聲和尾氣。因此，選取符合環(huán)保標準的主機是關(guān)鍵。 總結(jié) 城市冬季道路積雪給車輛和行人帶來極大不便，甚至造成車禍，嚴重影響 人們正常的生產(chǎn)和生活秩序，這已成為世界公認的城市危害?？梢钥闯鰢鴥?nèi)的清雪機主要為大中型清雪機，用于城市主要街道的積雪清理；以及小型的手推式揚雪機，用于道路相對狹窄的地段等。而在城市道路快速清雪的小型清雪機方面的研究及設計較為缺乏。多數(shù)研究都應用于機場、高速公路、城市主道等較為寬闊的地區(qū)；小型揚雪機等小型機械的作業(yè)效率較高，但只適用于浮雪清除且路面積雪殘留較多。我們所在城市烏魯木齊，地處我國西北，冬季降水量少且主要為降雪。冬季積雪和積冰常常會造成交通阻塞。因此，降雪后迅速、有效地清除積雪，保證道路通暢極其重要。目前，市內(nèi)主街清雪作業(yè)可由清雪機完成，而相對狹窄的街道的清雪工作主要是由人工完成。人工清雪不但浪費較大的人力和物力，且清雪的效率較低。積雪經(jīng)常沒被清理干凈就被來往的車輛壓實，又增加了清除難度。過多的降雪常常得不到及時有效的清除，給城市交通和人民生活帶來了許多不便。因此，迫切需要一種效率較高、成本較低的小型清雪機械。因此，針對小型快速城市道路清雪機用于較狹窄街道快速清雪的研究設計有較為重要的意義。因而在老師的指導下，我們將設計一種效率較高、機動性較好、成本較低的小型城市道路清雪機，以實現(xiàn)城市中較為狹窄街道的積雪的快速清理。 參考文獻 [1]田晉躍.國外道路除雪機械技術(shù)發(fā)展概況[J].專用汽車，2001，（4）：43-44. 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