大型裝載機除雪裝置設計

唐龍送，黃敏，區思榜，覃忠添

（廣西中源機械有限公司，廣西柳州545007）

大型裝載機除雪裝置設計

唐龍送，黃敏，區思榜，覃忠添

（廣西中源機械有限公司，廣西柳州545007）

主要介紹我國北方冬季降雪后，人工除雪、融雪劑除雪及機械除雪的優劣。重點對大型裝載機除雪裝置的工況進行分析，研究除雪裝置的設計要求，提出合理的設計方案，對除雪裝置整體結構、除雪鏟斗形、避障機構、鉸接等機構進行詳細設計。

除雪裝置；除雪鏟；避障機構

我國北方地區地處北溫帶，冬季寒冷、降雪較多且降雪期長，平均可達4個月之久。積雪對交通和行人出行造成危害：增加行車安全事故的發生，道路被封閉，行人容易滑到等[1]。為減少交通事故的發生，對道路除雪就非常重要。按作業方式分，除雪可分為三種作業方式：人工除雪、融雪劑除雪和機械除雪。其中，人工除雪效率低，勞動強度大，成本高。除雪劑除雪效率高，效果顯著，普遍使用的除雪劑成本低，但因其含有化學物質，對環境、道路本身和人體存在一定的危害，而優質環保的除雪劑因其成本偏高，推廣進度緩慢[2]。機械除雪，雖然一次性購買設備的成本高，需要幾種設備配合使用，但是可以重復利用，人工成本低，工作效率高，效果好，綜合成本相對較低，而且對道路的損害小，對環境沒有造成危害，機械除雪得到快速發展。我國道路系統建設起步晚、發展快，除雪機械配置率普遍較低，隨著公路里程的加長，車輛的增多，除雪機械在我國有著巨大的市場容量，是我國未來道路養護機械發展的重要方向之一[2]。

按結構形式分，除雪機械一般分為鏟刮式、旋拋式和多功能聯合式等。其中，鏟刮式是將積雪歸集或推到道路兩側；旋拋式是將積雪吸起，拋向道路兩側或拋向道路兩側或拋到運輸車里再運走；多功能聯合式是指將多種功能，如除雪、破冰功能集成在一起。

本文主要介紹鏟刮式除雪裝置，是做為裝載機的工作裝置安裝在裝載機上使用，此除雪裝置除雪效果良好，效率高，對道路的損害小。

1 除雪裝置的特殊要求

1.1 工況分析

除雪裝置在除雪工況下，主要遇到以下難題：

（1）避障阻力：根據CLG888整機牽引力設計及除雪過程阻力計算，除雪裝置避障極限設定為80 kN～150 kN力。

（2）避障高度：安裝客戶對比需求，避障高度要求達到30 mm，為了保證除雪裝置能在不同的路況下正常工作，提高除雪裝置的工作效果和競爭力，確定該除雪裝置的避障高度為50mm.

（3）整體尺寸：因裝載機牽引力及整體外形較大，除雪裝置整體尺寸不能太小，造成資源浪費；也不能過大，造成工作不正常。經過與整機分析，初步確定寬度×高度=4 000mm×1 600 mm.

（4）重量：根據整機牽引力和工作阻力的計算，初步確定除雪裝置重量控制在3T內。

（5）飛雪：雪的密度比較小，工作時行車速度達到40 km/h，需要避免除雪時雪從除雪裝置上端漏出飛到駕駛室上，阻擋視線。

1.2 設計分析

根據以上工況分析，對滿足該工況的除雪裝置設計，需要重點考慮以下幾點要求：

（1）該除雪裝置外形較大，工作阻力較大，避障方式不能采用目前正在生產的中型機除雪裝置的整體避障方式，這樣對避障裝置的設計要求非常高，可能達不到避障效果。因此，大型除雪裝置避障就需要考慮減少避障時雪的阻力，采用局部避障方式，提高避障的穩定性。

（2）為了盡可能減少工作阻力，需要考慮雪不能堆積在除雪鏟上面或前面，必須及時排向路邊，除雪裝置能左右調整傾斜角度，切削角應該大于60°.

（3）為了使雪不從除雪裝置上端漏出飛到駕駛室上擋住視線，需要考慮工作過程中不能及時向路邊排除的積雪繼續往前排，進行下一步除雪往外排，保證駕駛視線不受影響。

（4）為了提高避障靈活度，需要考慮機構的優化，盡量減輕機構的重量。

2 除雪裝置設計

2.1 設計目標參數定義

通過計算和討論確定，除雪裝置目標參數如表1所示。

表1 除雪裝置目標參數

2.2 設計方案

目前中型裝載機使用的除雪裝置由幾個部分組成：托架、托梁、鉸接、除雪鏟、彈簧、液壓，如圖1所示。該結構采用整體避障方式，避障機構簡單，整體尺寸較大。

圖1 C L G856設計形式

大型裝載機除雪裝置設計方案[3]：托架采用中型機除雪裝置的托架形式，采用單獨避障結構，取消中間托梁，將鉸接移到除雪鏟上，如圖2所示。該結構緊湊，避障結構相對復雜，需要考慮彈簧的裝配。

圖2 C L G888設計方案

2.2.1 斗形設計

為了保證積雪不堆積在除雪鏟上，又不能越過除雪鏟飛到駕駛室上，使積雪在除雪鏟前往路邊排的同時，在除雪鏟前還要不停的向前滾動，減小積雪對除雪鏟的阻力。我們通過用漸開線優化，最終確定除雪鏟的切削角為75°，除雪鏟上端圓弧超過水平位置20°，如圖3所示。

圖3 斗形設計圖

2.2.2 避障機構設計

（1）避障方式設計。因除雪鏟整體尺寸和重量大，采用目前市場上已經成熟使用的在除雪鏟下端局部避障的方式。避障結構裝有耐磨刀板，增加其耐磨程度。在左右設有可以上下調節的支地器，用于調節刀板與地面之間的間隙，如圖4所示。

圖4 避障方式設計

（2）彈簧設計[4]。設計確定避障阻力區間80 kN～150 kN，避障高度50mm，初始按照10根避障彈簧進行計算，通過除雪裝置整個結構布局，分布8根比較合理，最終用8根彈簧進行校核。彈簧是整個除雪裝置最核心的部件，彈簧大了，無法避障，彈簧小了，避障后無法將避障裝置恢復，所以，計算時需要細心嚴謹。

（3）彈簧的安裝。考慮到整個避障機構非常緊湊和彈簧彈力比較大，安裝工具不能很好的施展，設計時，將彈簧的芯桿加長致彈簧自由伸長的長度，芯桿外側端設計為螺桿。裝配時，先通過螺栓螺桿將彈簧壓縮至可安裝的位置，通過調節在裝配到避障機構上。裝配好后，再將螺栓松脫，讓整個避障機構處于正常的工作狀態，如圖5所示。這樣可以大大減小了彈簧的裝配難度，降低安裝的安全隱患。

圖5 彈簧安裝示意圖

2.2.3 除雪裝置重量設計

初始方案確定后，整個除雪裝置的重量為3.2 t，經過對整體結構和用材的優化，最終整個除雪裝置的重量為2.8 t，達到設計目標的≤3 t.

2.2.4 除雪裝置工作測試

將除雪鏟裝配到整機上進行驗證，驗證表明除雪裝置與整機配合合理，如圖6所示。通過整機實際除雪跟蹤，除雪裝置使用情況達到預期效果，沒有不良反饋。

圖6 除雪裝置整機驗證示意圖

3 結束語

目前，隨著我國道路網的不斷完善，人工成本的逐步提升，機械除雪地位越來越高，市場對除雪裝置的種類和功能要求也不斷提高。推出多系列、功能優越、成本低的除雪裝置將受到市場的歡迎，也是下一步努力的方向。

[1]劉培棟.淺談融雪劑和鹽對除雪效果及道路影響[J].山西交通科技，2003，（162）：104-105.

[2]代琳琳，趙曉明.融雪劑的環境污染與控制對策[J].安全與環境工程，2004，11（4）：29-32.

[3]王智明，張連富.除雪機械與施工機械化[M].北京：機械工業出版社，1996.

[4]成大先.機械設計手冊第2卷[M].第三版.北京：化學工業出版社，1999.

Design of Snow Removing Device for Loader

TANG Long-song，HUANG Ming，OU Si-bang，QIN Zhong-tian
（Guangxi Zhongyuan Machinery Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545007，China）

This paper mainly introduces the advantages and disadvantages of artificial snow removal，snow removal and mechanical snow removal in the north of China. Key for large loaders in snow device condition analysis study in addition to the requirements of the snow device design proposed reasonable design scheme，except for snow device structure，in addition to the snow shovel shaped，obstacle avoidance mechanism，a hinge institutions such as for detailed design.

snow removing device；snow removing shovel；obstacle avoidance mechanism

T H243

A

1672-545X（2016）09-0051-03

2016-06-03

唐龍送（1988-），男，廣西臨桂人，本科，助理工程師，主要從事屬具設計。