新型多功能戶外自動(dòng)除冰車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析

孫志 于曉光 高黎明 王寵

摘? 要：針對(duì)冬季寒冷地區(qū)受雨雪天氣影響地面會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)積雪結(jié)冰的情況，導(dǎo)致行人非常容易跌倒，尤其戶外臺(tái)階積冰很難清除的問(wèn)題，該文設(shè)計(jì)一款新型多功能戶外自動(dòng)除冰車。其整體體積小巧，重量輕，單人即可搬運(yùn)及操作。除冰機(jī)自帶驅(qū)動(dòng)裝置，無(wú)需使用其他機(jī)械驅(qū)動(dòng)，可直線行進(jìn)或曲線行進(jìn)以適應(yīng)多種工況。驅(qū)動(dòng)裝置采用履帶形式，可以為除冰機(jī)提供可靠的的動(dòng)力輸出。

關(guān)鍵詞：多功能? 自動(dòng)除冰? 驅(qū)動(dòng)裝置? 履帶結(jié)構(gòu)

中圖分類號(hào)：TH122? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1672-3791（2019）04（c）-0061-03

1? 研制背景及意義

傳統(tǒng)的除冰方法是用鐵鍬等工具敲擊除冰，傳統(tǒng)方法不能有效地將臺(tái)階積冰清除干凈，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力而且對(duì)臺(tái)階表面?zhèn)^大。目前市面上應(yīng)用的除冰機(jī)主要是用于寬闊路面，需配合鏟車等重型機(jī)械使用，體積龐大，無(wú)法用于戶外臺(tái)階除冰。

徐曉芬等人[1]針對(duì)南方冬季路面的浮雪和薄冰，設(shè)計(jì)了一種安裝雪鏟、刨冰裝置、掃雪絞龍等鏟雪除冰裝置的可實(shí)現(xiàn)快速改裝的新型道路鏟雪除冰車。夏建滿等人[2]針對(duì)機(jī)場(chǎng)跑道、公路等除冰效率低、費(fèi)用高等問(wèn)題，介紹了一種新型除冰（雪）車結(jié)構(gòu)及其功能特點(diǎn)。李天生等人[3]針對(duì)目前國(guó)內(nèi)外的除雪或除冰車結(jié)構(gòu)復(fù)雜、售價(jià)高等各項(xiàng)技術(shù)問(wèn)題，成功研制了一臺(tái)多功能的掃雪除冰車。該車同時(shí)具有前螺旋掃雪，中間破冰滾筒除冰，后掃冰機(jī)構(gòu)收集破碎冰塊的多重功能。實(shí)踐證明該掃雪除冰車外形、尺寸小、功能全、操作簡(jiǎn)單和性價(jià)比高，最后分析了其應(yīng)用前景。林長(zhǎng)青等人[4]對(duì)微波除冰車的設(shè)計(jì)及實(shí)施方式進(jìn)行探討，以進(jìn)一步了解微波除冰車的工作原理，為在實(shí)際工作中的推廣及應(yīng)用提供參考。

該文設(shè)計(jì)了一款適用于各類戶外臺(tái)階，在除冰過(guò)程中對(duì)臺(tái)階表面?zhèn)π　⑿矢叩男滦投喙δ軕敉庾詣?dòng)除冰車，解決了冬季寒冷地區(qū)戶外臺(tái)階結(jié)冰后除冰難的問(wèn)題，彌補(bǔ)了現(xiàn)有除冰機(jī)體積龐大、只能用于寬闊路面的不足，使戶外臺(tái)階除冰更便捷、效果更好，方便大眾出行。車體整體體積小巧，重量輕，單人即可搬運(yùn)及操作。除冰機(jī)自帶驅(qū)動(dòng)裝置，無(wú)需使用其他機(jī)械驅(qū)動(dòng)，可直線行進(jìn)或曲線行進(jìn)以適應(yīng)多種工況。除冰車通過(guò)刨冰爪的高頻敲擊使臺(tái)階表面結(jié)冰碎裂并與臺(tái)階分離;旋轉(zhuǎn)除冰刷將刨冰裝置分離的碎冰清除并刷去殘留在臺(tái)階上的余冰;刮板端部設(shè)有軟膠皮，可以刮凈殘留冰渣;驅(qū)動(dòng)裝置采用履帶形式，可以為除冰機(jī)提供可靠的動(dòng)力輸出。

2? 除冰車的組成及工作原理

2.1 除冰車簡(jiǎn)介

多功能戶外臺(tái)階除冰車主要分為前中后三個(gè)部分，包括機(jī)架、刨冰裝置、旋轉(zhuǎn)除冰刷、刮板、驅(qū)動(dòng)裝置、控制電路、鋰電池，刨冰裝置、旋轉(zhuǎn)除冰刷、刮板、驅(qū)動(dòng)裝置依次固定在機(jī)架上形成整體機(jī)械結(jié)構(gòu);控制電路和鋰電池固定在驅(qū)動(dòng)裝置上;旋轉(zhuǎn)除冰刷四角的光軸通過(guò)直線軸承與機(jī)架連接，旋轉(zhuǎn)除冰刷依靠自身重力上下滑動(dòng)，使旋轉(zhuǎn)除冰刷在不平路面實(shí)現(xiàn)自補(bǔ)償并通過(guò)自身重力對(duì)鋼刷施加壓力。該除冰車外形尺寸為長(zhǎng)度×寬度×高度=550～650mm×250～350mm×180～250mm，重量13～20kg。

2.2 刨冰工作原理

刨冰裝置位于車體的前半部分，主要結(jié)構(gòu)由帶減速器的24V電機(jī)、鏈輪軸、傳動(dòng)鏈、凸輪軸、凸輪、刨冰爪、壓簧、支架、支撐輪和支撐座組成。其中24V電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)鏈輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)鏈與鏈輪軸、凸輪傳動(dòng)軸嚙合，鏈輪軸通過(guò)傳動(dòng)鏈帶動(dòng)凸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)，若干個(gè)凸輪固定在凸輪軸上;刨冰爪與支撐軸活動(dòng)鉸接，刨冰爪尾端設(shè)有壓簧，通過(guò)預(yù)壓縮壓簧增加刨冰力，刨冰爪前端設(shè)有冰鏟，凸輪驅(qū)動(dòng)刨冰爪振動(dòng)，冰鏟刨冰;支撐軸固定在支撐座上，支撐座與支架之間設(shè)有吸震墊，24V電機(jī)、鏈輪軸、凸輪軸與支架連接，支架與機(jī)架固定連接;支撐輪固定在支架底部，用以支撐刨冰裝置。

2.3 旋轉(zhuǎn)除冰刷工作原理

旋轉(zhuǎn)除冰刷位于車體的中間部分，主要結(jié)構(gòu)由前后兩排鋼刷、力矩電機(jī)、齒輪、光軸、鋼刷軸和支撐架組成，工作時(shí)，前兩排鋼刷旋轉(zhuǎn)方向相反，鋼刷軸底端與鋼刷通過(guò)止付螺絲連接，力矩電機(jī)通過(guò)齒輪及傳動(dòng)鏈帶動(dòng)鋼刷軸轉(zhuǎn)動(dòng)，光軸設(shè)置在支撐架四角，光軸兩端與支撐架固定連接;支撐架與鋼刷軸通過(guò)軸承連接。刮板與旋轉(zhuǎn)除冰刷配合使用共同完成清理工作。刮板主要由刮板架、軟膠皮和壓板組成，其中軟膠皮通過(guò)螺釘固定在刮板架與壓板之間，軟膠皮底沿低于刮板架和壓板的底沿;刮板架固定在機(jī)架上，且與臺(tái)階除冰機(jī)行進(jìn)方向成角為α，α=5o—25°

2.4 驅(qū)動(dòng)裝置工作原理

驅(qū)動(dòng)裝置位于車體的后半部分，驅(qū)動(dòng)裝置主要包括兩個(gè)24V減速電機(jī)、履帶、主動(dòng)輪、從動(dòng)輪，24V減速電機(jī)采用獨(dú)立驅(qū)動(dòng)模塊進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，兩個(gè)24V減速電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)兩側(cè)的履帶;單側(cè)的履帶由一個(gè)主動(dòng)輪及三個(gè)從動(dòng)輪支撐構(gòu)成三角形結(jié)構(gòu)，履帶與主動(dòng)輪、從動(dòng)輪相互嚙合，主動(dòng)輪設(shè)置在三角形結(jié)構(gòu)的頂部;24V減速電機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)輪帶動(dòng)履帶。為執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力。

2.5 除冰車智能裝置

除冰車可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，障礙識(shí)別，自動(dòng)升降等功能。充分體現(xiàn)了機(jī)電控制、紅外識(shí)別等多項(xiàng)技術(shù)的綜合應(yīng)用，具有一定的學(xué)術(shù)價(jià)值和社會(huì)效益。

3? 三維設(shè)計(jì)

自動(dòng)除冰車依靠SolidWorks設(shè)計(jì)分析方法，對(duì)除冰車的各部分機(jī)構(gòu)及整車機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，形成了三維圖;同時(shí)對(duì)整體設(shè)備進(jìn)行了進(jìn)一步的完善和改進(jìn)，并用ANSYS初步進(jìn)行了應(yīng)力分析，使項(xiàng)目進(jìn)一步可行可靠，具有實(shí)用價(jià)值。

4? 創(chuàng)新點(diǎn)及應(yīng)用

4.1 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)的一個(gè)新型多功能戶外自動(dòng)除冰車。相比傳統(tǒng)除冰機(jī)構(gòu)更具有高效性，可以更好的配合清理裝置進(jìn)行清雪工作。

（2）自動(dòng)除冰車整體體積小巧，重量輕，單人即可搬運(yùn)及操作。

（3）除冰機(jī)自帶驅(qū)動(dòng)裝置，無(wú)需使用其它機(jī)械驅(qū)動(dòng)，可直線行進(jìn)或曲線行進(jìn)以適應(yīng)多種工況。

（4）驅(qū)動(dòng)裝置采用履帶形式，可以為除冰機(jī)提供可靠的的動(dòng)力輸出。

4.2 應(yīng)用

與我國(guó)國(guó)內(nèi)除冰車現(xiàn)階段相比，該自動(dòng)除冰車具有多功能化、自動(dòng)控制、整體輕巧，動(dòng)作靈敏等特點(diǎn)，對(duì)該除冰車的使用途徑廣泛，應(yīng)用前景廣闊，實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 徐曉芬，過(guò)學(xué)迅，何波勇.新型道路鏟雪除冰車設(shè)計(jì)[J].專用汽車，2010（8）：44-46.

[2] 夏建滿，伍漢清.一種新型除冰（雪）車[J].專用汽車，2007（4）：41-43.

[3] 李天生，李方，曾理，等.多功能小型掃雪除冰車的研制[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2011（8）：129-131.

[4] 林長(zhǎng)青.微波除冰車的設(shè)計(jì)與實(shí)施方式[J].山東工業(yè)技術(shù)，2016（17）：176.