小型除冰車碾壓磙的計算分析

殷鵬翔 董小瑞 殷春梅

（1．中北大學 2．重慶醫科大學）

0 引言

近年來我國經濟得到了飛速的發展，對國民經濟發展起到至關重要作用的交通建設也在不斷的發展進步。但是每當冬季的來臨，降雪對國民經濟的發展起到一定的阻礙作用，對社會產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 國內外除冰雪機械

目前，國內外除冰雪機械按照除冰雪的方法主要分為：融雪除冰雪、機械除冰雪、綜合式除冰雪等。融雪除雪是應用熱能或是撒布化學藥劑使路面冰雪融化的一種除冰方法；機械除冰雪是應用機械設備直接清除路面冰雪的方法；綜合式除冰雪是結合融雪除冰雪與機械除雪兩種方式進行綜合清除路面冰雪的方法。機械除冰雪的應用最為廣泛，因為這種機械成本低，除冰雪效率高，對環境無污染；但是除冰雪的效果差，尤其是在高低不平的結冰路面進行工作時效果顯得更差，清除除冰雪車在國外已經具有很多生產廠家。

國內在除冰機械的研發和生產比國外的機械時間要短，我國除冰雪機械按其工作原理大致可分為三種類型：振動式、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除冰雪機械還沒有形成統一標準，沒有能夠研發出適合全國各地的除冰雪機械。

2 我國除冰機械的缺點和發展方向

在我國降雪特點主要是雪量大、時間長、氣溫低導致路面積雪不能及時清除從而板結成路面冰。這種路面冰雪含有大量的雜質如泥沙，致使路面的冰層非常堅硬難于清理，嚴重影響交通正常運行。傳統的除冰方法主要以人工為主，需要耗費的人力物力較大，而且工作效率低，不能徹底清除積雪。對于清除路面冰雪混合物我國繼續研發一種自動化程度高、性能良好的機械來替代傳統的除冰方法。

目前我國的除冰機械存在許多問題，所以在實際應用推廣過程中并不能得到廣泛的應用。如作業速度低、整機利用率低、成本高、避讓功能不理想和對路面保護能力差。我國除冰機械的發展趨勢正在向小型化、高速度、快速清除路面冰雪、多功能、機電液一體化的方向發展。

3 碾壓磙除冰的理論假設

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處的切線與刀具長度方向之間的夾角。碾壓碾在圓周方向上以相鄰兩圈刀具相互錯開一定角度排列著。這也是為了達到更好的路面破冰效果所設計的。而且每個碾壓磙上的刀具排列數量有一定的規定，刀具數量過多過少都不能夠高效的清除路面冰雪。如果刀片排列數量過多，則會造成上個刀片并沒有離開路面冰雪，下個刀片已經壓在路面上的現象，這樣就降低了碾壓磙對道路冰雪有效的切削力，如果刀片的排列數量過少，同樣會增加每個刀片切削路面冰雪的面積；兩個刀片的交替過程中會使有些路面冰雪沒有被切到，達不到高效的除雪效率。本設計取β＝26°

圖2 碾壓磙周向刀具排列圖

安裝角度與每周刀片數量關系為：

式中N——刀具的數量；

α—— 相鄰刀片角度；°。

通過實驗分析取α＝20°得N＝18所以單圈刀片排列數為18最佳。

3．2 碾壓磙運動與工作阻力分析

為了更好的對碾壓磙進行分析，需假設：碾壓磙在近似平面的路面冰雪進行滾動切削運動。實際情況中路面冰雪是凹凸不平無法進行近似計算。為了進一步做分析，碾壓磙運動假設為純滾動。滾動分析圖如下，在刀具上任取一點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理人員的身心健康,也保障了患者的安全。2006年國際護士會主題為“保證安全的護士配置,保障患者的生命安全”,因此,醫院應盡量協調護士與患者的比例,減輕護士的工作壓力。

圖3 碾壓磙工作受力圖

式中：VB——B 點的速度，m／s；

ω—— 碾壓磙轉動的角速度，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行作業時，會受到路面冰雪對碾壓磙行駛方向上的阻力，這個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阻力，二是，碾壓磙在切壓路面冰雪時，壓實冰雪破碎或斷裂對碾壓磙產生的阻力。

冰雪對碾壓磙所受的阻力計算公式為：

F——碾壓磙受到的阻力；

k1—— 刀具影響系數，取值范圍為〔1．0 1．5〕；

σ——路面冰雪的抗剪強度；

L——碾壓磙的寬度，m；

d——路面冰雪的厚度，m。

碾壓磙自身滾動阻力計算公式：

式中：

f2——碾壓磙自身滾動阻力，N；

k2——滾動阻力系數；

m——碾壓磙質量。

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構參數確定的情況下，隨著壓實冰雪強度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清除的總面積的比值表示。對除凈率的影響因素有很多，比如除冰車自身結構的設計、路面冰雪與道路的結合程度和混合物的總量及路面的不平度都會影響到除凈率。

5 結束語

我國降雪地域范圍較大，冬季清除道路積雪任務艱巨，對除冰車的需求量會很大。為開發適應我國多雪地區的高效的除冰車，我們還需進一步研究。在研究實驗中，由于實驗條件和方法有限，所以對積雪性質的研究還很缺乏。

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

〔2〕萬國安 ．除雪機械結構原理和設計要點，建筑機械化，1995，43 （3）：35－37

〔3〕浪良貫，紀名剛 ．機械設計 ．高等教育出版社2001：80－120

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

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

〔6〕唐文初 ．旋轉機械式路面破冰雪裝置 〔J〕．機械設計，1996，（9）：28－30．

〔7〕崔憲江編譯 ．除雪機械 〔M〕．北京：人民交通出版社，1988．