李旭俊

（中國重汽集團(tuán)柳州運(yùn)力科迪亞克機(jī)械有限責(zé)任公司，廣西 柳州545112）

一種新型多功能除雪車的設(shè)計(jì)

李旭俊

（中國重汽集團(tuán)柳州運(yùn)力科迪亞克機(jī)械有限責(zé)任公司，廣西 柳州545112）

介紹一種新型多功能除雪車的結(jié)構(gòu)功能，具備冬天、夏天工作的功能，并重點(diǎn)介紹了該車各功能機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，數(shù)學(xué)模型，提出一些設(shè)計(jì)計(jì)算方法。

多功能除雪車；數(shù)學(xué)模型；設(shè)計(jì)計(jì)算方法

冬季降雪對(duì)交通、生產(chǎn)、生活影響很大，然而我國對(duì)除雪機(jī)械的開發(fā)、生產(chǎn)較晚，尚處于起步階段。我國路面冬季除雪大部分使用人工、裝載機(jī)、自卸車、撒鹽車相結(jié)合方式除雪，其除雪效率低，機(jī)械化程度遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家，中高端除雪機(jī)械大部分依賴進(jìn)口，價(jià)格昂貴[1-2]。因此本文針對(duì)以上情況提出一種新型的多功能除雪車工作原理和設(shè)計(jì)計(jì)算方法。

1 總體方案設(shè)計(jì)

新型多功能除雪車結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 新型多功能除雪車結(jié)構(gòu)

多功能除雪車使用專用二類底盤直接加裝上裝，其兼容性好，在冬天作業(yè)推雪鏟用于推雪、吹風(fēng)系統(tǒng)提供高流速的風(fēng)將推鏟后剩余的少量積雪吹散，緊跟著的滾刷將高速旋轉(zhuǎn)，殘余的少量積雪掃走干凈，最后的撒布機(jī)自動(dòng)撒鹽，防止道路結(jié)冰，以上工作裝置的動(dòng)力來源于一臺(tái)裝在駕駛后部的副發(fā)動(dòng)機(jī)。夏天該車并未閑置，可以將吹風(fēng)系統(tǒng)反轉(zhuǎn)接入罐內(nèi)最后一倉吸塵、滾刷掃路，撒布機(jī)灑水，一車兩用。

2 推鏟設(shè)計(jì)

雪鏟依靠車體的前進(jìn)動(dòng)力將路面積雪清離路面，并使積雪沿鏟體向一側(cè)滑移而到達(dá)道路邊沿。同時(shí)雪鏟曲面的設(shè)計(jì)為漸開線等螺距螺旋面[3]，積雪一方面繞Z軸作相同角速度的圓周運(yùn)動(dòng)，另一方面沿Z軸作相同速度的勻速直線運(yùn)動(dòng)，直達(dá)派出推雪鏟一側(cè)，而不會(huì)積累到雪鏟頂部，如圖2所示。

圖2 等螺距螺旋漸開線

漸開線數(shù)學(xué)模型為[4]：

式中：φ為常數(shù)，表示曲面上不同的螺旋線，它們具有相同的導(dǎo)程h，但有不同的螺旋角θ為常數(shù)，表示不同位置的漸開線，r0為漸開線半徑。

我國一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)車道寬度為3.75 m，設(shè)計(jì)液壓折疊推鏟展開寬度4.6 m，折疊后寬度2.5 m，工作左右擺角為30°，能保證完全覆蓋一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)車道，推鏟上行進(jìn)角度與地面夾角為60°，下行進(jìn)角度與地面夾角30°，高度1.2 m，液壓提升高度0.4 m，可以保證日常作業(yè)要求和工作轉(zhuǎn)場要求。

3 滾刷設(shè)計(jì)

采用片狀鋼絲滾刷設(shè)計(jì)，在滾刷轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程當(dāng)中，冰雪對(duì)滾刷的鋼制刷絲有一定的擠壓變形量，從而是滾刷的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)受到阻礙，因此滾刷在旋轉(zhuǎn)時(shí)必須克服冰雪對(duì)其的轉(zhuǎn)動(dòng)阻力矩[5]，滾刷的受力如圖3所示。

圖3 滾刷受力圖

滾刷的轉(zhuǎn)動(dòng)阻力矩與鋼絲的彈性模量、刷絲截面慣性矩、刷絲的長度、刷絲工作點(diǎn)距坐標(biāo)點(diǎn)的距離、刷絲與地面的接受數(shù)量、刷筒半徑、滾刷半徑等有關(guān)，計(jì)算公式[5]如下：

經(jīng)過計(jì)算，滾刷滾動(dòng)阻力矩約500 N·m，布置在底盤大梁下部前后車橋之間將會(huì)比較緊湊并有利于吹風(fēng)系統(tǒng)的布置，對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)直徑800 mm，寬度4.6 m，采用兩端內(nèi)嵌式液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，左右擺角為30°.

4 吹風(fēng)設(shè)計(jì)

吹風(fēng)系統(tǒng)采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，布置在滾刷前部有利于吹散滾刷揚(yáng)起的雪粒，一般風(fēng)量計(jì)算公式為：

Q=V×S.

式中：V 為風(fēng)速（m/s）；S為面積（m2）.

風(fēng)機(jī)功率計(jì)算公式為：

式中：P 為風(fēng)壓（Pa）；Q 為風(fēng)量（m3）；η1為風(fēng)機(jī)效率，取 0.8；η2為機(jī)械效率，取 0.95.

經(jīng)過計(jì)算，單側(cè)風(fēng)機(jī)功率可選50 kW左右，工作風(fēng)速為600 km/h，工作壓力約12 MPa；夏天風(fēng)機(jī)馬達(dá)反轉(zhuǎn)形成抽吸功能。

5 撒布設(shè)計(jì)

撒布設(shè)備布置在車輛尾部，設(shè)計(jì)為舉伸式罐子，撒布融鹽水，通過液壓泵從噴頭灑出。罐子底部安裝有管道閥門與吹風(fēng)機(jī)管道相連，作業(yè)時(shí)將吹風(fēng)馬達(dá)反轉(zhuǎn)，打開管道閥門吸收灰塵和垃圾，達(dá)到一車兩用目的。

6 結(jié)束語

通過上述設(shè)計(jì)及匹配計(jì)算，該多功能除雪車是集推雪鏟、掃雪滾刷、高速吹風(fēng)、融雪撒布等功能于一身的除雪車，在功能設(shè)計(jì)上具有先進(jìn)性與多功能性。它機(jī)械化強(qiáng)度高，操作容易，可以替代傳統(tǒng)的鏟車、掃雪車、撒布車聯(lián)合作業(yè)車隊(duì)除雪，能很大程度的克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，適用于不同類型的場合，如機(jī)場、高速公路、城市道路等，工作效率高，該產(chǎn)品推向市場后，會(huì)有很高的社會(huì)價(jià)值。

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U418.326

A

1672-545X（2017）09-0032-02

2017-06-21

李旭?。?979-），男，廣西宜州人，瑤族，高級(jí)工程師，碩士學(xué)位，從事專用汽車設(shè)計(jì)與開發(fā)。

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