除雪機的設計及其液壓控制

閆愛民

摘要：：針對國內除雪機存在的雪掃不凈、比較笨重、不能避障問題，設計一種小型、高效、經濟實用的除雪機。闡述設計除雪機的結構組成及工作原理，介紹液壓傳動和電磁控制避障機構的工作原理及工作程序，為提高除雪效率提供適用機具。

關鍵詞：除雪機；液壓傳動；電磁控制；避障

中圖分類號：U418.3+26 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2016）11-0040-03

我國北方地區降雪期較長，降雪量較大，道路積雪嚴重影響人們的正常生活。目前，公路及機場使用的除雪機大多是國外進口的，價格比較昂貴；而國內生產的除雪機存在雪掃不凈、比較笨重、不能避障（容易破壞道路上的減速帶）等問題，亟需設計研發一種小型化高效化、經濟實用型的除雪機。為此，設計一種以63.75 kW（50馬力）拖拉機為配套動力的除雪機，拖拉機前面裝有絞龍集雪裝置，先把雪集在一起，然后使用離心式揚雪機構把雪揚到路邊或大貨車上，路面剩余的10 mm厚積雪被后面傾斜30°的毛刷掃向路邊。

1 除雪機的整體結構

1.1 整體結構

大型除雪機的掃雪幅度較寬、工作效率較高，但體積較大、制造成本較高，且需要占用其它車道，容易造成交通擁堵，因此只適合在大型廣場作業。

設計的除雪機采用拖拉機背負式，對拖拉機利用率較高，制造成本較低；寬度2.4 m，能夠有效降低對道路上其它車輛的影響；采用電磁控制，所有控制開關按鈕裝在駕駛內，操控簡單，環境舒適；由拖拉機提供前進動力，拖拉機后輸出軸720 r/min，輸出軸通過齒輪箱增速帶動液壓泵，液壓輸出為揚雪機構等提供動力。在液壓傳動中采用24V的液壓電磁閥控制。除雪機的結構組成見圖1，懸掛毛刷機構的結構見圖2。在圖2中，V帶輪7與V帶輪9的傳動比為1︰3，V帶輪7通過聯軸器帶動液壓泵工作。

除雪機前置機構通過前懸掛固定裝置與拖拉機掛接，其后置機構通過三點懸掛掛接在拖拉機后懸掛裝置上。拖拉機動力輸出軸通過萬向節傳動軸輸出動力到變速箱，變速箱花鍵通過萬向節傳動軸連接花鍵軸，花鍵軸右端裝有鏈輪，通過鏈傳動帶動尼龍鋼絲毛刷筒左視順時針方向轉動。除雪機后置的結構見圖3。

液壓泵通過液壓管將動力傳遞到除雪機前置裝置，帶動集雪機構的液壓馬達、揚雪機構的液壓馬達轉動及控制集雪揚雪機構升降液壓缸伸縮。除雪機前置機構的側面見圖4。

1.2 工作原理

液壓馬達順時針轉動帶動鋸齒狀集雪絞龍，集雪絞龍把積雪切割粉碎并從左右兩邊向中間運動，集雪由扒雪板扒向揚雪機構；揚雪機構中的液壓馬達帶動揚雪轉子片以700 r/min的速度轉動，揚雪轉子產生的氣流把粉碎雪吸進揚雪機構；在揚雪轉子的帶動下，雪粒產生離心運動通過揚雪口揚出去。經過前置除雪機構除雪后，路面上仍存有的20 mm厚積雪，由后置除雪機機構的尼龍鋼絲毛刷掃向路邊。

2 液壓傳動設計

液壓傳動技術的傳遞功率大、結構簡單、體積小、易于實現無級調速和過載保護，被廣泛應用于收獲機械的操縱、轉向、驅動系統，大大提高機械的作業效率、安全可靠性、舒適性、適應性，成為代表其技術水平的主要標志之一。電磁液壓系統的結構見圖5。

2.1 液壓系統元部件主要參數

液壓泵CBD-G5100排量100mL/r，額定轉速

2 100 r/min，額定壓力25 Mpa。液壓馬達的規格參數見表1。

2.2 液壓管的選用

從液壓泵到液壓馬達之間的液壓管，選取內徑19 mm、耐壓30 Mpa的油管，適配接頭螺紋為M301.5。

發動力的動力有一半提供給液壓泵，所以液壓泵的輸入功率psr=18.375 kw；液壓泵的輸出功率psc=pstη=14.7（kW）；液壓泵的最大排量為q泵=vnηv=189 L/min；液壓馬達的流量為q馬達=250×308+100×700=147（L/min）。

液壓泵的輸出功率大于2個液壓馬達所需功率，液壓泵輸出流量大于2個液壓馬達的流量之和。2個液壓馬達的扭矩都能滿足除雪機構所需扭矩。

3 電磁控制及避障電路設計

電磁控制系統的電源為拖拉機自帶的發電機機鉛酸蓄電池，其電壓為12 V，通過逆變器升壓到直流24 V。電磁閥及電動機都是直流24 V電壓，電路圖如圖6所示。

啟動除雪機，閉合前置機構下降開關，控制液壓主回路的兩位三通閥控和控制液壓缸的三位四通電磁閥動作，前置機構下降到適當位置，觸動前置機構下降限位開關，常閉開關打開，控制液壓主回路的兩位三通閥和控制液壓缸的三位四通閥斷電，前置機構停止下降。然后，閉合揚雪機構啟動開關和集雪機構啟動開關，分別控制揚雪馬達和集雪馬達的兩位兩通液壓電磁閥動作，揚雪馬達和集雪馬達轉動，調節拖拉機的后懸掛升降系統，使后置機構到合適位置，拖拉機在前進中完成除雪作業。當前面有減速帶等障礙物時，觸動避障開關觸動和緊急停車開關，前置機構向上提升，拖拉機離合分離剎車制動。人工復位后繼續作業。

除雪作業完畢后，關閉揚雪集雪機構啟動開關，閉合前置機構提升開關，使前置機構提升到合適位置，斷開提升開關。提升后置機構，關閉除雪機。

4 結語

設計的除雪機結構簡單，連接緊湊，采用機電液一體化技術，由電氣系統控制液壓系統，用液壓系統控制機械系統。除雪機運行中碰到障礙，機械部分反饋到電氣控制系統。機電液一體化技術使除雪機機構更簡單，液壓系統的整體結構趨于自動化，提高除雪機的工作效率、可靠性和穩定性，具有操控簡單、除雪效率高的優勢。

文獻參考

[1] 祝文超，付君，高貴武，等.除雪設備的現狀及發展趨勢[J].農業裝備技術，2011（4）：22-25.

[2] 吳書琴，李喬非，劉學斌，等.鋼絲排刷式掃雪機研制[J].機械工程師，2010（3）：43-44.

[3] 姚聰，呂群珍，黃煒，等.一種掃雪機葉輪沖擊試驗裝置的設計[J].電動工具，2013（3）：10-11.

Abstract： For the existing problems of domestic snowplow， such as not clean， heavy and can not avoid obstacle， a kind of small size， efficient， economic and practical snowplow was designed.This paper expounded the structural composition and operating principle of the design of snowplow， and introduced the principle of hydraulic drive and obstacle avoidance mechanism by electromagnetic control， which provided suitable machines for raising efficiency of snow removing.

Key words： snowplow； hydraulic transmission； electromagnetic control； obstacle avoidance