小型除冰車碾壓磙的計(jì)算分析

殷鵬翔 董小瑞 殷春梅

（1．中北大學(xué) 2．重慶醫(yī)科大學(xué)）

0 引言

近年來我國經(jīng)濟(jì)得到了飛速的發(fā)展，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到至關(guān)重要作用的交通建設(shè)也在不斷的發(fā)展進(jìn)步。但是每當(dāng)冬季的來臨，降雪對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到一定的阻礙作用，對(duì)社會(huì)產(chǎn)生造成的影響不可估量。如何能夠更好更快的清除公路積雪，保障交通暢通已成為亟待解決的問題。

1 國內(nèi)外除冰雪機(jī)械

目前，國內(nèi)外除冰雪機(jī)械按照除冰雪的方法主要分為：融雪除冰雪、機(jī)械除冰雪、綜合式除冰雪等。融雪除雪是應(yīng)用熱能或是撒布化學(xué)藥劑使路面冰雪融化的一種除冰方法；機(jī)械除冰雪是應(yīng)用機(jī)械設(shè)備直接清除路面冰雪的方法；綜合式除冰雪是結(jié)合融雪除冰雪與機(jī)械除雪兩種方式進(jìn)行綜合清除路面冰雪的方法。機(jī)械除冰雪的應(yīng)用最為廣泛，因?yàn)檫@種機(jī)械成本低，除冰雪效率高，對(duì)環(huán)境無污染；但是除冰雪的效果差，尤其是在高低不平的結(jié)冰路面進(jìn)行工作時(shí)效果顯得更差，清除除冰雪車在國外已經(jīng)具有很多生產(chǎn)廠家。

國內(nèi)在除冰機(jī)械的研發(fā)和生產(chǎn)比國外的機(jī)械時(shí)間要短，我國除冰雪機(jī)械按其工作原理大致可分為三種類型：振動(dòng)式、靜碾壓裂式和柔性鏈條擊打式。由于我國地形地貌特殊所以到目前為止國內(nèi)除冰雪機(jī)械還沒有形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，沒有能夠研發(fā)出適合全國各地的除冰雪機(jī)械。

2 我國除冰機(jī)械的缺點(diǎn)和發(fā)展方向

在我國降雪特點(diǎn)主要是雪量大、時(shí)間長(zhǎng)、氣溫低導(dǎo)致路面積雪不能及時(shí)清除從而板結(jié)成路面冰。這種路面冰雪含有大量的雜質(zhì)如泥沙，致使路面的冰層非常堅(jiān)硬難于清理，嚴(yán)重影響交通正常運(yùn)行。傳統(tǒng)的除冰方法主要以人工為主，需要耗費(fèi)的人力物力較大，而且工作效率低，不能徹底清除積雪。對(duì)于清除路面冰雪混合物我國繼續(xù)研發(fā)一種自動(dòng)化程度高、性能良好的機(jī)械來替代傳統(tǒng)的除冰方法。

目前我國的除冰機(jī)械存在許多問題，所以在實(shí)際應(yīng)用推廣過程中并不能得到廣泛的應(yīng)用。如作業(yè)速度低、整機(jī)利用率低、成本高、避讓功能不理想和對(duì)路面保護(hù)能力差。我國除冰機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)正在向小型化、高速度、快速清除路面冰雪、多功能、機(jī)電液一體化的方向發(fā)展。

3 碾壓磙除冰的理論假設(shè)

3．1 碾壓磙刀具排列的分析

碾壓碾主要由刀片、圓筒滾筒、軸、配重等關(guān)鍵部件組成。碾壓磙圖形如下。

圖1 碾壓磙三維圖

碾壓磙上的刀具沿著軸向排布均勻，碾壓磙上刀具的安裝角度指的是刀具在滾筒上的接觸點(diǎn)處的切線與刀具長(zhǎng)度方向之間的夾角。碾壓碾在圓周方向上以相鄰兩圈刀具相互錯(cuò)開一定角度排列著。這也是為了達(dá)到更好的路面破冰效果所設(shè)計(jì)的。而且每個(gè)碾壓磙上的刀具排列數(shù)量有一定的規(guī)定，刀具數(shù)量過多過少都不能夠高效的清除路面冰雪。如果刀片排列數(shù)量過多，則會(huì)造成上個(gè)刀片并沒有離開路面冰雪，下個(gè)刀片已經(jīng)壓在路面上的現(xiàn)象，這樣就降低了碾壓磙對(duì)道路冰雪有效的切削力，如果刀片的排列數(shù)量過少，同樣會(huì)增加每個(gè)刀片切削路面冰雪的面積；兩個(gè)刀片的交替過程中會(huì)使有些路面冰雪沒有被切到，達(dá)不到高效的除雪效率。本設(shè)計(jì)取β＝26°

圖2 碾壓磙周向刀具排列圖

安裝角度與每周刀片數(shù)量關(guān)系為：

式中N——刀具的數(shù)量；

α—— 相鄰刀片角度；°。

通過實(shí)驗(yàn)分析取α＝20°得N＝18所以單圈刀片排列數(shù)為18最佳。

3．2 碾壓磙運(yùn)動(dòng)與工作阻力分析

為了更好的對(duì)碾壓磙進(jìn)行分析，需假設(shè)：碾壓磙在近似平面的路面冰雪進(jìn)行滾動(dòng)切削運(yùn)動(dòng)。實(shí)際情況中路面冰雪是凹凸不平無法進(jìn)行近似計(jì)算。為了進(jìn)一步做分析，碾壓磙運(yùn)動(dòng)假設(shè)為純滾動(dòng)。滾動(dòng)分析圖如下，在刀具上任取一點(diǎn)B，以C為速度瞬心，A為碾壓磙中心，

足夠的人力資源不僅保障了護(hù)理人員的身心健康,也保障了患者的安全。2006年國際護(hù)士會(huì)主題為“保證安全的護(hù)士配置,保障患者的生命安全”,因此,醫(yī)院應(yīng)盡量協(xié)調(diào)護(hù)士與患者的比例,減輕護(hù)士的工作壓力。

圖3 碾壓磙工作受力圖

式中：VB——B 點(diǎn)的速度，m／s；

ω—— 碾壓磙轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度，rad／s；

VA—— 除雪車的速度，m／s；

R——碾壓磙的半徑；m

碾壓磙在冰雪路面上進(jìn)行作業(yè)時(shí)，會(huì)受到路面冰雪對(duì)碾壓磙行駛方向上的阻力，這個(gè)阻力是碾壓磙切線方向工作阻力的分力。切線阻力分為兩部分：一是碾壓磙自身的滾動(dòng)阻力，二是，碾壓磙在切壓路面冰雪時(shí)，壓實(shí)冰雪破碎或斷裂對(duì)碾壓磙產(chǎn)生的阻力。

冰雪對(duì)碾壓磙所受的阻力計(jì)算公式為：

F——碾壓磙受到的阻力；

k1—— 刀具影響系數(shù)，取值范圍為〔1．0 1．5〕；

σ——路面冰雪的抗剪強(qiáng)度；

L——碾壓磙的寬度，m；

d——路面冰雪的厚度，m。

碾壓磙自身滾動(dòng)阻力計(jì)算公式：

式中：

f2——碾壓磙自身滾動(dòng)阻力，N；

k2——滾動(dòng)阻力系數(shù)；

m——碾壓磙質(zhì)量。

碾壓磙所受到的阻力總和為：

由上式（4）可以得出碾壓碾在結(jié)構(gòu)參數(shù)確定的情況下，隨著壓實(shí)冰雪強(qiáng)度σ增大切線工作阻力增大；隨著路面冰層厚度d的 加厚切線工作阻力會(huì)增大。

4 除凈率

除冰車的除凈率以殘余冰雪的量來表示或是以清除干凈面積比上應(yīng)清除的總面積的比值表示。對(duì)除凈率的影響因素有很多，比如除冰車自身結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、路面冰雪與道路的結(jié)合程度和混合物的總量及路面的不平度都會(huì)影響到除凈率。

5 結(jié)束語

我國降雪地域范圍較大，冬季清除道路積雪任務(wù)艱巨，對(duì)除冰車的需求量會(huì)很大。為開發(fā)適應(yīng)我國多雪地區(qū)的高效的除冰車，我們還需進(jìn)一步研究。在研究實(shí)驗(yàn)中，由于實(shí)驗(yàn)條件和方法有限，所以對(duì)積雪性質(zhì)的研究還很缺乏。

〔1〕劉永章 ．介紹一種破冰除雪裝置 〔J〕．工程機(jī)械，1995 （3）：2－3．

〔2〕萬國安 ．除雪機(jī)械結(jié)構(gòu)原理和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，建筑機(jī)械化，1995，43 （3）：35－37

〔3〕浪良貫，紀(jì)名剛 ．機(jī)械設(shè)計(jì) ．高等教育出版社2001：80－120

〔4〕馬文星，鄧洪超，件曉強(qiáng)，王杰夫 ．振動(dòng)碾壓碾式傾斜刀齒壓實(shí)冰雪清除裝置：中國，201010173751．5〔p〕．2011．04．27．

〔5〕田晉躍 ．國外道路除雪機(jī)械技術(shù)發(fā)展概況 ．專用汽車，2001，（4）：43－44．

〔6〕唐文初 ．旋轉(zhuǎn)機(jī)械式路面破冰雪裝置 〔J〕．機(jī)械設(shè)計(jì)，1996，（9）：28－30．

〔7〕崔憲江編譯 ．除雪機(jī)械 〔M〕．北京：人民交通出版社，1988．