小型路面扫雪机的结构设计

　　扫雪机是一种路面机械清理机械。可以代替人在恶劣环境完成人力完成耗费时间较长的任务。基于对目前市场上扫雪机发展情况的调查，发现目前市场上扫雪机中存在的一些问题，如夜间安全性低、功能单一、细节设计缺乏人性化、缺乏灵活性等。而且普遍价格高、外形大，不适合用来清理小型路面的积雪。因此本文针对目前市场上扫雪机存在的缺点和问题，对小型扫雪机的结构设计提供了一个大致方案，以小型路面扫雪机的使用范围为出发点，对小型路面扫雪机的整体方案、传动方案、抛雪方案、集雪方式进行研究分析。重点对扫雪系统、集雪系统、抛雪系统进行分析设计；其次对蜗轮蜗杆传动、齿轮减速器、链传动进行设计。还完成了各零部件之间的连接固定、联轴器的选用轴及轴承的设计计算。通过计算校核，采用了合适的直流电机，并且选用了蜗轮蜗杆减速，最后计算得出尺寸，完成二维图以及三维图的绘制。

　　不如此而且增加了更加人性化的设计理念，以人机运动学的要求，增加了前后灯以及警示灯，满足了小型路面扫雪机夜间工作的方便性，大大提高了作业人员夜间工作的安全详细地讨论了人机交互系统的作用。使人们的使用更加方便，满足不同的需要和环境，实现了外观与功能的完美统一。

　　在我国东北、内蒙、新疆、青藏高原等地区常年多雪，气候寒冷、冬季时间较长，这就是为何降雪量较大，因此有可能发生交通堵塞、交通事故、行人受伤等问题，而我们的工作人员在降雪后忙于清理主干道以及主要路面上积雪，对非重型机械车辆行驶的道路难以快速的清理，并且还不方便行人通行。特别是在学校、居民区等的非主干道路上的积雪，相关部门的工作人员无法及时清除，对行人的出行造成了很大的不便，甚至可能成为交通事故发生的诱因意，给人们的户外生活带来麻烦。

　　目前我国对小型路面积雪清理的方式主要是依靠人力，人力除雪，不仅清雪效率较低，而且除雪的工作人员还有一定程度上会遇到危险。与传统的融雪剂、物理除雪、人工除雪相比，除雪机械具有应用广泛、耗能低、效率高、环保等特点。目前来看我国的除雪机械大部分除雪功能单一，只能破冰或者清雪。并且结构比较复杂，成本高。因此我们准备这种针对小型路面设计一款成本低、效果良好的除雪机械，提高除雪效率，加快冰雪天气路面交通的恢复速度，为过往的广大人民群众的出行带来便利。同时减轻环卫工人的劳动强度，缓解冰雪天气后环卫部门的工作压力。

　　由白色不透明的冰晶及其聚合物组成的降水被称为雪。其按形态大致可分为三种。

　　eq\o\ac(○,1)松散的雪：雪无结块，未经行人和车辆碾压的雪，雪体积大，较蓬松，容易清理。

　　eq\o\ac(○,2)压实的雪：降雪后经行人和车辆碾碎后而形成的冰和雪混合物，软硬不一，不易清理。

　　eq\o\ac(○,3)冰层：降雪后被阳光融化的雪因气温过低冻结成冰，冰层中除了水分还有车辆和行人带来的灰尘和淤泥，坚硬，非常难以清洗。

　　国外有些由于处于高纬度地区，降雪量大，冬季除雪作业工作量大。不便使用人工作业和融雪剂除雪的方式。所以采用机械除雪的方式。因此降雪量大的地区都比较重视路面除雪破冰机械的研制开发，比如日本、法国、俄罗斯等国家都已经采用了机械化除雪。这就是国外冰雪清扫机起源早，技术优秀的原因之一。国外研发的除雪机械已经广泛应用到日常之中。目前，国外除雪机械发展迅速，市场上流通的除雪机主要包括推板式系列、抛掷式除雪机系列、冲击式破冰机系列等。它主机组同时具备几种作业功能，是扩展到汽车底盘的小型制造机，扫雪只是在冬季作业时的一种功能，平常还可以用作道路清理。国外的主要代表公司是美国山猫公司、德国DAIMLER-BENZ公司、瑞士STEYR公司。

　　日本因为地理原因，处于高纬度地区，降雪量较大，是最早使用扫雪破冰机械的国家，下图是日本研究人员设计开发的一个除雪机器人，该除雪机器人的外外观非常漂亮，它的方向控制和操作采用了GPS导航系统。并且在它的机身上还搭载了一个观察镜头，它的作用是观察和规避障碍物。除雪时，将雪从吸料口吸入，然后将松散的雪压成一个方块。最后由除雪机器人配备的一个装置将雪块堆放在路边。另外该除雪机器人采用了履带式行进，保证了不会打滑。

　　中国对扫雪机械的研制开发对比同等大国来说，研发较晚、技术落后，才刚刚起步。由于只有部分地区降雪严重，所以对扫雪机的研发不是很重视。我国的城市主要道路除雪依然是采用的传统的人工除雪和小型机械相结合的方式。高速公路等已经采用了大型路面除雪机械进行除雪，但我国自主研发扫雪机械的能力还比较弱，大部分高速公路除雪机械主要还是靠国外进口。总体水平低于发达国家，并且研发的扫雪机功能单一，只具备冬季除雪功能。70年代初，中国的相关部门和厂家曾研制了一些扫雪机械，但并未得到广泛应用。我国真正开始研发小型路面扫雪机械是在80年代以后，随着我国改革开放的进行，道路的不断新建和优化，家用汽车的普及，我国开始了实际的研究开发。虽然发展速度提高了很多，但产品种类还是比较少。目前具有独立自主研发除雪机械的企业有哈尔滨雪狼除雪机械机械有限公司、哈尔滨拖拉机厂、郑州工程机械厂、重庆追马实业股份有限公司等。这些厂家研发的扫雪机械在冬季除雪作业中发挥了很大的作用。其中重庆追马实业股份有限公司发挥的作用尤其重要。该厂生产的公路养护车，扫雪破冰车得到了广泛应用。不仅其研发生产的扫雪设备技术先进，而且打破了我国扫雪设备长久以来对进口的需求。此外在加大力度研发中国路面除雪机械的同时，我国的有关部门也少量引进和吸收国外的高级扫雪机研发技术，引进了多种综合性道路维修设备，其中一些品牌提供了除雪功能，比如奔驰U1650通用工程车、Unimog道路维修车等。

　　在冬季除雪破冰作业中，路面扫雪机械机身大小及除雪速度快慢是影响路面交通恢复的两个重要因素。如果除雪机机身过大，占用了主干道会对道路交通造成影响。再则如果除雪速度过慢，也会影响车流通畅，造成道路堵塞。如果机身体型过大将不能用来对狭窄路面进行除雪。因此为了不妨碍道路交通，加快除雪速度，在之后除雪机械的研制方向要往小型化、高速化靠拢。

　　路面除雪设备一般造价较贵，如果只用来除雪是一种浪费资源的行为。目前我国除雪机械应该向多功能化的方向发展，以此来提高除雪设备的利用率。再者也可以对应用较为广泛的机械设备机械改造。例如可以改造现有的工程机械和农业机械，使其具备冬季除雪作业的能力。平常可作为正常的工农机械使用。避免了资源的浪费。

　　除雪机械的出现是为了方便人们的生活，因此要考虑到作业人员操作的方便性、舒适性。从人机工程的角度设计新的路面扫雪机，减轻工作人员的操作强度，并且研制开发自动控制系统，使扫雪机具有自动避让功能。尽可能避免除雪设备损坏。与此同时扫雪机壳体要采用防噪声、减振的材料，避免噪声污染。

　　eq\o\ac(○,1)犁式除雪机：犁式除雪机是是所有除雪机中研制最早、应用最广泛的除雪设备。其主要用于未经压实的新雪，即厚度在300mm以下雪。避障功能是犁式除雪机的一个重要功能，大部分犁式扫雪机都具有该功能。为消除犁刀铲刃对地面的破坏，减少犁刀的磨损，增加一种滚轮装置。该除雪机还具有改变犁刀的升降、作业角度及方向的功能。犁刀类型具体有单向犁、v型犁、变角度犁及复合犁四种。国外的犁式除雪机研究技术已经有了相当高的水平。既可用于街道、人行道，也可用于高速公路及建筑工地的除雪。

　　eq\o\ac(○,2)抛投式除雪机：该除雪机集切雪、破冰、抛雪等功能与一体，其结构复杂、功能众多。抛投式除雪机由螺旋型除雪搅拢、抛雪筒、抛雪叶轮及护板等主要部件组成。工作时原动机提供动力，经传动系统到行走系统和工作部分。集雪装置将积雪破碎之后，再收集到一个容器内，最后由抛雪叶轮高速旋转产生的离心力将积雪从扫雪机中抛出。通过这种方式在原动机的带动下，清雪车能够实现连续的清除积雪。抛投式扫雪机有两种类型单级式、双级式。抛投式扫雪机的主要生产出口国家是日本和俄罗斯。

　　eq\o\ac(○,3)滚刷式除雪机：该扫雪机主要依靠的是滚筒轴上安装致密的刷毛高速旋转对积雪进行清理。滚筒式扫雪机的滚刷采用的是柔性材料，不会对地面造成较大的损伤，且除雪后的路面不会产生刮痕。该除雪机械主要适合于较薄的雪以及未压实的新雪。

　　1）只能将积雪推至路边，不具备集雪能力。且适用范围小，只能适用于破碎后的压实雪，工作效率较低，还会对路面和扫雪装置造成损伤。使用寿命不长。

　　解决方案：对小型路面扫雪机的机械结构进行优化，去除不必要的结构，减少机构设计的复杂度。在强度校核的允许下尽可能采用吸音材料，或者采用隔音板，减小噪音。尽可能减少成本，采用价格较低的材料。在机构上安装可拆卸的切削装置，破坏压实的雪面。此外还采用高弹性柔性滚刷，除雪效果好，能够清除路面上的薄冰和压实的雪块，并且除雪速度较快。

　　方案一：采用机车牵引的方式带动机车前的推雪板将积雪推到路边。牵引机车可以选用常见的卡车拖拉机、装载机或是专用的除雪车。该方案只具备除雪能力，清理后的积雪无法集中处理。只适用于松散的雪，不能清理厚实的雪，而且容易破坏地面，并且犁刀磨损较严重，成本较高。

　　方案二：利用螺旋刀具将冰雪输送到推雪板中间处的离心风机处之后，然后在抛雪叶轮的作用下将雪从抛雪口抛出。该除雪机具备切雪、破冰、抛雪等功能。且抛雪高度和角度能够调整。

　　方案三：在扫雪机在滚筒上装有致密的刷毛，让滚筒成为一把可以旋转的大扫帚，利用刷毛将路面上的雪层卷起，以达到

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