除雪裝置的發展及結構變化

孫曉強　劉成東　倪蘇周

摘要：冬季除雪是重要??保障?程，機械化除雪因其效率?、保障能?強已成為除雪的主?。除雪裝置?般分為推雪鏟和掃雪滾，通過固定架安裝在?輛的頭部駕駛室的下?，推雪鏟和掃雪滾更適宜于?型?輛使?，推雪鏟和掃雪滾在結構上?般采?四連桿機構，其鏟體和滾刷可以左右擺動，也可以平?于駕駛室?作，能夠滿??型道路?距離、空間?闊的環境除雪。為了更進?步的研究和發展，需對除雪裝置進?分析。

關鍵詞：除雪裝置;固定架;四連桿機構;推雪鏟;掃雪滾

中圖分類號：U273.8 收稿?期：2022-05-07

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2022.06.015

通過對除雪裝置的知識產權進?分析，不難發現近年來除雪裝置的發展突?猛進，從早年的??清雪，“鐵锨鏟、掃帚掃”的時代發展到今天的?載各式各樣的清雪裝置以及組合式的清雪?的誕?。

1 除雪裝置的技術發展

除雪裝置主要分為推雪鏟、掃雪滾、除雪?（或清雪?）。其中推雪鏟分為??推雪鏟和機械推雪鏟。掃雪滾分為兩種類型，?種是小型掃雪?機使?的，由動?設備通過軸類裝置直接驅動，另?種是?型設備需要與?型?輛結合使?。掃雪機?般指?扶的刷毛，由機器帶動旋轉的，?進速度較慢，清理空間不?，操作?便，小巧玲瓏，適合家庭或是小型場院使?。掃雪滾更適宜在?型?輛使?，能夠滿??型道路?距離，空間?闊的環境除雪，如城市道路和?場。

1.1 除雪裝置與?輛的的連接?式除雪裝置[1]?般分為推雪鏟和掃雪滾，其安裝在?輛頭部駕駛室的下?，在駕駛室前?安裝?個固定架，推雪鏟和掃雪滾的尾部設計?個?便安裝掛鉤，直接將雪鏟或掃雪滾的連接架固定在?輛前部的固定架上，固定架對于推雪鏟或是掃雪滾可以通?。固定架通過螺栓和?板連接在駕駛室下部的?梁上，連接牢靠。其結構如圖1所?。

1.2 推雪鏟的發展

?般的推雪鏟前部設有鏟體，中部設有過渡連接架尾部設有與?輛連接的連接架，連接架上?般有掛鉤或是螺栓孔?便與?輛上的固定架連接，中部過渡連接架?般設置成三?形的，過渡架的兩側?般設置有?個或兩個油缸，?便鏟體左右?度擺動。

在推雪鏟的連接架合適位置有液壓動?單元，動?單元負責調節油缸的?度和提升油缸供油;?般中間三維空間內設計為四連桿機構，下部是在過渡連接架，上部是吊梁，吊梁與鏟體的橫梁之間采?鋼絲繩或是鐵鏈連接，這樣吊梁、鋼絲繩（鐵鏈）、尾部連接架、中部過渡連接架構成四連桿機構。上部吊梁的?端與尾部連接架?軸鉸接，吊梁與尾部連接架之間采?油缸連接構成三?形，油缸的?端與尾部連接架?銷軸鉸接，另?端與吊梁?銷軸鉸接，油缸負責吊梁頂起，隨著吊梁頂起鏟體在中部過渡架的輔助下離開地?向上抬起。吊梁通過軟連接與鏟體固定梁連接。提升油缸負責抬起和落下，鏟體下部設有鏟刃，鏟刃負責清除附著在地?上的積雪。

如圖2所?[2]，該結構采?的是四連桿機構，右側連接架與汽?底盤連接在?起。推雪鏟隨著鏟刃的磨損需要調整?撐輪的?度，如果是??作狀態需要??旋轉?輪將推雪鏟拉起抬?將鏟刃離開地?。四連桿機構是?個剛性連接，鏟刃在?作時突遇前?有突起物時，?輛操作者是?法回避的，因此這種結構的具有傷害性。

如圖3所?，該推雪鏟采?四連桿機構，機構上部是單個吊梁，下部采?的是三?形過渡架，上部吊梁與前部連接鏟體的橫梁連接采?軟連接，油缸頂起吊梁，帶動鏟體上升，節省了??，提?了效率，并且鏟刃已經進?步改進成可回避障礙的翻板結構[3]。從圖2～圖3看，該技術已經有了很?的改進，主要體現在：

a.推雪鏟已經開始應?液壓系統控制。

b.鏟體可以根據需要在三?形的兩側有油缸驅動將鏟體左右可以移動0～30°的?度，?便將積雪推到道路的側邊，并且減輕積雪對?輛的阻?。

c.鏟刃遇到障礙物通過翻轉的?式，可以有效避免障礙物對鏟刃的傷害。

d.鏟刃對地?有進?步的傷害，并且因為地?不平會留下部分薄薄的雪層。

1.3 掃雪滾的發展

1.3.1 掃雪滾的特點

隨著時間的推移和技術??的進步，?們對除雪裝置要求更?，對清除路?積雪也有了更?的要求，不僅僅是將積雪推出，更希望路?進?步?凈。因此掃雪滾應運而?，掃雪滾的結構是依托推雪鏟的結構演變而來，中后部結構與推雪鏟的結構相同，前部增加了滾刷固定架、滾刷軸、滾刷?撐輪，還增加了驅動滾刷的驅動系統。刷毛的優點在于其不受地?突起物的影響，可以做到仿形通過。由于刷毛會產?磨損，所以?般在中間位置增加調節螺桿。

為了簡化掃雪滾的設計，?般是借?推雪鏟中后部的結構，這樣可以減少設計周期，掃雪滾由刷毛架與橫梁連接。掃雪滾的旋轉驅動?般是另設有液壓系統，液壓系統由底盤發動機帶動取?器，通過油泵和油箱、散熱器等將液壓油提供給滾刷?達，?達驅動刷毛旋轉，也有的利?副發動機直接通過傳動軸、減速機、鏈條、鏈輪帶動刷毛旋轉。

1.3.2 掃雪滾的結構分析

掃雪滾在功能上主要分為液壓驅動滾刷和?帶動?的發動機滾刷。下?我們以其兩種驅動?式對結構和性能優缺點進?分析。

?種小型除雪滾刷[4]如圖4所?，主要結構由?撐連接架、仿形連接架、仿形軸、定位塊、舉升油缸、三?滾刷軸、?達、仿形輪、轉型油缸、調整拉桿組成。?撐連接架與?輛前部除雪裝置固定架連接，仿形連接架通過仿形軸與?撐連接架鉸接，左右轉向依靠轉向油缸，抬起與落下依靠舉升油缸，刷毛穿在三?滾刷軸上，三?滾刷軸安裝在滾刷?架上，?達上安裝有雙排主動鏈輪，三?滾刷軸上安裝有雙排從動鏈輪，雙排主動鏈輪與雙排從動鏈輪之間通過雙排鏈條傳動連接。三?滾刷通過?達與鏈條提供動?。刷毛磨損與地?產?距離依靠調整螺桿??調整。E668EFCB-4E5B-4273-8228-39A313F97762

?種路??適應除雪滾刷裝置如圖5所?，主要結構包括滾刷、滾刷掛架和兩個?撐輪，滾刷掛架通過其?平部位與滾刷固定連接為?體，并通過滾刷掛架后部的掛鉤掛在汽?底盤的連接板上，通過螺栓壓緊;兩個?撐輪對稱安裝在滾刷掛架的兩側，滾刷?架和滾刷上裝有調整油缸，刷毛磨損依靠調整油缸調整刷毛離地距離，舉升油缸鉸接在滾刷掛架上，滾刷?架分別鉸接在滾刷的滾刷軸上，滾刷的滾刷軸兩側分別裝有驅動滾刷轉動的液壓?達，帶動滾刷?架作往返運動的滾刷調整油缸與滾刷?架鉸接。

?種安裝在汽?底盤或?程裝載機上的掃雪裝置如圖6所?，主要由機架、掃雪刷、鏈輪箱、液壓單元、快速連接架、?走輪、舉升油缸、連桿、轉向油缸、作業發動機、轉動?柄。快速連接架與?輛前部除雪裝置固定架連接，舉升油缸兩端分別連接快速連接架和連桿，連桿與機架連接，液壓單元負責給左右轉向油缸和舉升油缸提供動?，機架的前端安裝有可上下左右擺動的掃雪刷，機架上還安裝有作業發動機，作業發動機通過鏈輪箱與輥軸傳動連接。刷毛磨損依靠?撐輪上部的?柄調整刷毛離地?度。

上述三種裝置均有不同的優點和缺點。

圖4的小型除雪滾刷采?液壓?達驅動，優點是通過鏈條帶動刷毛軸，?達所占?的空間放在刷毛背?，有效利?刷毛背?的空?空間，這樣的布置可以有效縮短刷毛軸的軸向尺?。缺點是刷毛磨損采?調整螺桿??調節效率低，由于采?液壓驅動需要配置油泵油箱和布置管路現場安裝?作量?較?。

圖5的路??適應除雪滾刷[5]采?液壓?達驅動，?達直接布置在刷毛軸兩側。優點在于將調整螺桿改為液壓油缸，刷毛磨損后可以通過調整油缸輕松調整刷毛離地?度;缺點是除了圖4中提到的缺點，還有因為?達布置在刷毛軸的兩側增加了刷毛軸向尺?，也就是在同等有效除雪尺?的情況下裝置的整體?度增加。

圖6安裝在汽?底盤或?程裝載機上的掃雪裝置[6]，采?發動機作為動?輸出，經過傳動軸和減速機將動?通過鏈條和鏈輪驅動滾刷軸機構。優點在于現場安裝?較?便，效率?，還可以通過滾輪?架?動調整，雖是?動調整但是調整結構因為采?絲桿結構，???較輕便;缺點是由于采?發動機作為動?，體積和總質量要?液壓驅動的雪滾要?。

對?上述三種代表性的滾刷。如圖5～圖6所?，兩個結構同樣采?了四連桿機構，中間連接架采?上下兩個三?形連接，舉升同樣采?液壓油缸?作，下部三?形連接架兩側都帶有液壓油缸。滾刷通過?撐輪?走時，吸收顛簸能量以減輕滾刷刷頭和?撐輪所受的沖擊，并?于在滾刷轉場過程中形成平衡?，以防?滾刷頭因晃動導致的左右偏斜。圖5的路??適應除雪滾刷采?了調整油缸調整刷毛離地距離，?較?便操作者操作。

1.3.3 液壓驅動滾刷和?帶動?的發動機滾刷優缺點

液壓驅動掃雪滾結構除了要配置油泵、油箱液壓油管、散熱器以及液壓?達、電控系統。現場安裝時?般采?灑??、鉤臂?、掃路?改造，通過?上原有?壓油管改造，或是增加?壓油泵驅動，安裝時?作量?較?。

?帶動?的掃雪滾現場安裝?較省事，掃雪滾后部的連接同液壓驅動的連接?式是?樣的，連接架與?上的固定架掛在?起，底部?兩個螺栓連接即可。重量較液壓的重?些，同等規格的掃雪機如果驅動更換為發動機的掃雪滾，其重量要?液壓的驅動的掃雪滾質量要?300～500kg，底盤載質量需要??個等級。

1.3.4 掃雪滾存在的問題

上述產品雖有了很?的進步，但是問題仍然存在，且不被?家發現，這是因為上述產品主要是應?于城市道路，城市道路?多修建平整，即便是有坑洼也不容易發現。隨著城市道路向鄉村延伸發展，建設城鄉?體化，道路上的坡路就會出現這樣那樣的問題，?輛運?的模擬圖如圖7～圖9所?。

圖7中坡道?度設定為7°，從圖中可以看出當?輛上坡時，除雪裝置的刷毛先與坡道接觸，隨著?輛的前移刷毛與地?接觸的?積就?，刷毛受地?的?就越?，彎曲?積?然就多，刷毛與地?的摩擦?就?，致使驅動系統必須要提供設計功率的?倍。

圖8中除雪裝置的?撐輪進?坡道后刷毛已經離開地?很?了，因此在這個狀態下，當?撐輪進?坡道后刷毛會離開地?，地上的積雪會有很??段距離掃不到。同樣的道理，當地?進?下坡道時?撐輪還沒有進?下坡道。刷毛同樣不會掃到地?，如圖8所?，經過現場測試，?輛在即將進?下坡道時?少會有3～5 m的距離刷毛刷不到地?。

為了進?步解決上述問題，可以通過在滾刷?架和中間連接架之間將?動調節花蓮螺桿更換為?個或?個液壓油缸來?動調整刷毛離地?度。通過檢索發現CN202020405000 .0[7]和CN202110106923 .5[8]的專利已經利?液壓系統解決了上述問題。但是在進?坡道和下坡路段需要??通過?柄和電控?式控制油缸的?程促使刷毛離地和接近地?，由于是??操作在執?過程中勢必有延遲時間，也就是刷毛仍舊有?段離地距離而會出現上述掃不到地?的現象。

2 持續改進

通過上述?案分析，經過?代?的改進，仍舊還有改進的空間，例如圖4和圖5的?案雖然中間增加了液壓油缸調節滾刷的仰俯?，但是對于其仰俯時機控制需要靠??調節，還是有其滯后性。如果再在液壓管路上增加控制單元，靠滾刷的重量調節滾刷著地時間，?如增加?個壓?開關，當滾刷著地了，油缸對系統壓?擠壓?較小，壓?開關反饋信號壓?稍?，則系統?動降低，反之需要刷毛離開地?，需要增加壓?。

3 結語

除雪裝置雖然是附著在其他?輛上的?個裝置，產量?較小，但是冬季的積雪給??帶來不便，需要及時清除，時間短任務重。

除雪裝置?度?動化可以給操作者帶來更?的?便，減輕操作者的?作壓?，這也對技術?員提出了更?的要求，需要對產品積極改進，提升產品質量，設計出更?便更可靠的除雪裝置。

參考?獻：

[1] 譚?輝，薛剛等.?種除雪裝置[P].中國：CN201720624354 .2，2017年05?31?.

[2] 董永根.?種除雪裝置[P].中國：CN88210246.X ，1989年1?25?.

[3] 劉慶國.?種具有多?度的推雪鏟[P].中國：CN202023178746.1，2020-12-25.

[4] 段會強.?種小型除雪滾刷[P].中國：CN201320093192.6，2013-03-01.

[5] ?瑋，丁勇，張紅霞.?種路??適應除雪滾刷裝置[P].中國：C N201420690838.3 ，2015-04-22.

[6] 段會強，段斌.?種安裝在汽?底盤或?程裝載機上的掃雪裝置[P].中國：CN201420549929.5，2014-09-24.

[7] 劉琦，肇偉，等.?種可翻轉滾刷架[P].中國：CN202020405000.0，2020-03-26.

[8] 葛凌志，楊寬，胡圣雷.除雪滾刷及具有其的除雪?[ P ] .中國：CN202110106923 .5，2021-01-27.

作者簡介：孫曉強，男，1980年?，?程師，研究?向為清掃和垃圾回收類環衛?輛。E668EFCB-4E5B-4273-8228-39A313F97762