關于除雪車吹風系統的應用研究

薛志敏

（中國重汽集團柳州運力科迪亞克機械有限責任公司，廣西 柳州545112）

0 前言

我國北方地區冬季一般約5～6個月時間，黑龍江、新疆、內蒙古等省份甚至長達8個月之久，每年都會有幾次較大的降雪過程，給人民生產生活，交通運輸及交通安全帶來了許多不便。相對于傳統的人工鏟除積雪，機械除雪設備除雪效率高、成本低、無污染等特點，應用最為廣泛，主要應用于機場、高速公路及主要街道除雪。依據降雪強度的不同，大家普遍將積雪分為薄積雪、中等厚度積雪、厚積雪，機械除雪設備中大型的設備主要為多功能除雪車，吹風系統是多動能除雪車必備的功能。

目前市場上的除雪車采用的吹風裝置主要有冷吹和熱吹兩種作業方式。熱吹一般采用飛機渦噴發動機，工作原理是利用渦噴發動機排出的高速燃氣流，在雪層表面造成微低壓，使積雪與地面分離，被高速燃氣流吹走[1]。其優點是效率高、清除徹底，缺點是造價高、噪聲大、維修較困難及發動機使用航空煤油，且工作消耗巨大，使用成本高。冷吹一般有兩種形式，一種是采用發動機帶動壓縮機工作，提供吹雪作業所需的壓縮空氣[2]，高速氣流通過管道以合適角度吹向積雪，強大的風力將積雪吹走。其優點是維修保養方便、操作簡單、使用成本低，缺點是結構大且復雜，需要布置較長的風道，效率低。本文所介紹的是另一種形式的冷吹形式，采用雙鼓風機結構，液壓馬達帶動鼓風機的轉子工作，該結構能綜合上述兩種吹雪方式的優點，克服其存在的缺點。

如圖1所示，整車左右兩側各布置一個鼓風機，增大出風量，兩個鼓風機安裝時錯位安裝，除雪工作時可以同時向一個方向吹雪，可以把底盤內和外側的積雪按要求吹往道路的一側。

圖1 鼓風機安裝示意圖

1 結構組成和工作原理

1.1 結構組成

液壓馬達驅動的鼓風機結構如圖1所示，其主要由鼓風機殼1、液壓馬達2、轉子3、進風口4、伸縮油缸5、風道6、滑槽7、換向油缸8、出風口9和換向桿10組成。

圖2 鼓風機

1.2 工作原理

液壓馬達輸出軸與鼓風機的轉子螺栓連接，形成一個整體，液壓馬達輸出軸轉動時，帶動鼓風機殼里面的轉子以同轉速轉動。轉子高速轉動時，產生吸力，把鼓風機外的空氣通過進風口吸進鼓風機殼，轉子高速轉動的同時，轉子上的葉片帶動空氣高速運動，離心力使空氣在漸開線形狀的機殼內，沿著漸開線流向風道，高速氣流具有一定的風壓，高速氣流沿著風道，從出風口吹出，利用吹出的高速氣流在積雪表面造成微低壓，使得雪粒脫離積雪表面隨著氣流運動，雪粒被吹離道路，達到清掃積雪的目的。

鼓風機左右兩側各安裝有一個伸縮油缸，油缸的支座分別安裝在鼓風機的滑槽和風道的外側，伸縮油缸工作時，風道長度的變化與油缸伸縮量的變化一致，實現風道長度可調和可控的目的。因為出風口離地高度不能太高，會影響鼓風機的吹雪效果，但是出風口離地太低又會影響除雪車的通過性，所以該結構的鼓風機設計風道能伸縮，吹雪作業時風道伸出，使得出風口離地距離最小，非工作狀態正常行駛時，把風道收起，提高整車的通過性。鼓風機的風道還裝有一個風向換向裝置，該裝置由外側的換向油缸與換向桿連接，換向桿控制風道內的氣流方向，可以按吹雪作業的實際需要，控制高速氣流向左出風口或右出風口吹出。出風口的噴嘴形狀一般采用矩形或圓形，根據大量的試驗和模擬分析，在相同條件下，模擬了兩種噴嘴的吹雪效果，并進行了對比，發現矩形噴嘴吹雪所用的時間更短，吹掃面積比圓形噴嘴的吹掃面積大，吹雪效率更高[3]。所以該結構的鼓風機出風口的噴嘴形狀為矩形。

液壓馬達驅動的鼓風機與航空發動機的熱吹相比，吹力相對較小，其單獨作用時吹掃效果確實稍遜于航空發動機吹雪車，但是如配合其它除雪裝置使用可彌補其一定缺陷，且因鼓風機體積小，造價低，現在多功能除雪車上，除了前置的除雪裝置外，都會在底盤大梁的中間或者后端左右各安裝一個鼓風機，雙鼓風機結構大大提高了整車的吹掃能力。

2 液壓系統

左右兩側的鼓風機分別使用兩套閉式系統驅動扇葉的轉動，兩套系統獨立運作，可分別運行也可同時運行。如圖2所示，單套液壓閉式系統里由一個變量泵驅動一個定量馬達，定量馬達驅動鼓風機扇葉的轉動。其中使用變量泵能使在工作過程總調節風機的扇葉轉速，從而調整風機出風口風量。左右鼓風機可提升，下降以及換向功能，此功能與整車其他裝置的動作使用同一套開式系統。其中鼓風機控制部分，如圖3所示，實現左右兩個鼓風機的風機同時切換出風風向，以及分別控制左右兩個鼓風機的出風口高度。其中控制閥組在總路設計有總閥及溢流閥。總閥為常開，在控制支路無動作時為開啟狀態，減小系統能源消耗，同時保護液壓元件。在控制支路有動作時關閉，總閥關閉，使系統帶壓，實現各個執行機構的正常動作。溢流閥在系統中為一個安全閥，在總閥關閉后，系統帶壓，當系統到達溢流閥的設定壓力后，系統溢流，使系統壓力不再繼續升高，達到保護執行元件的作用。

圖3 葉輪驅動液壓原理圖

圖4 鼓風機換向和提升油缸驅動液壓原理圖

3 主要性能特點

3.1 結構簡單、輕巧，除雪效率高，應用廣泛

液壓馬達驅動的鼓風機整體結構簡單、輕巧，可以根據不同的工況需求設計鼓風機的大小，可以安裝在底盤大梁的中間或者后端，適合小、中、大型除雪車使用，應用廣泛。又因其結構特點，鼓風機轉子到出風口的風道短，能量損失基本可以忽略不計，所以除雪效率非常高。

3.2 結構可靠性高，噪聲小，使用成本低

鼓風機由液壓系統驅動和控制，動力源直接從底盤發動機取力，不需增加任何動力單元。液壓馬達驅動的鼓風機工作時噪聲小，且液壓系統可靠性高，使用是只需底盤發動機提供動力，非常省油，使用成本低。

3.3 操作簡單，維修保養方便

除雪車在進行除雪作業前，提前把鼓風機伸縮距離和出風的方向調好，作業過程中無需任何操作，操作簡單方便。該結構的鼓風機結構簡單、輕巧，鼓風機安裝在底盤大梁外側，維修保養非常方便。

4 結論

近幾年來，隨著國家高等級公路建設以及民用機場建設，除雪技術發展很快，雪季時，在高速公路和機場跑道上的積雪要求快速清除干凈，不影響交通，多功能除雪車因其一車多功能，將多種除雪方式整合一起，除雪效率高，干凈，無殘留等特點，得到了市場的認可。吹風系統作為多功能除雪車的重要組成部分，甚至可以說是多功能除雪車的必備功能，它可以與其它除雪方式一起聯動工作，當路面的積雪疏松時，其也可以獨立工作，吹風就能輕松把積雪吹走，獨立工作時，與其它除雪方式相比，使用成本更低。吹風系統因其優越性能特點，在今后的機械化除雪中必將起到更重要的作用。