基于catia 環(huán)境的校園清雪車設(shè)計設(shè)想＊

孫鳳霞，王仁杰

（黑龍江農(nóng)業(yè)工程職業(yè)學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150000）

北方冬天時間較長，降雪量大，道路積雪堆積相對較多。如果不及時清除積雪，將嚴重影響交通安全，給人們的生活帶來不便。在學(xué)校、工廠等道路狹小場所，使用大型清雪機器多有不便，大多還是依靠人工除雪。學(xué)校有意識地組織學(xué)生去參加力所能及的公益勞動，讓學(xué)生親身體會到了勞動的艱辛和勞動創(chuàng)造世界的真理。學(xué)校這一想法出發(fā)點是好的，作為課程思政將勞動引入教學(xué)，符合國家教育培養(yǎng)要求，如果能夠結(jié)合使用智能設(shè)備，相信更能激發(fā)學(xué)生的勞動興趣和學(xué)習(xí)熱情。

學(xué)生在勞動的過程中，產(chǎn)生了設(shè)計一款小型清雪車的設(shè)想。小型清雪車的設(shè)計及應(yīng)用有很重要的實用價值，便于儲藏，便于操作和使用，更對國民經(jīng)濟的發(fā)展起到推動作用。經(jīng)過師生討論，初步完成了校園清雪車設(shè)想。國內(nèi)用三維軟件做設(shè)計的汽車廠商有吉利、奇瑞、東風(fēng)集團、一汽通用、上海通用、日產(chǎn)、桂林大宇等；國外眾多汽車和飛機領(lǐng)域也都用三維軟件，汽車有福特、通用等[1]。結(jié)合汽車行業(yè)三維軟件使用現(xiàn)狀，選取caita 三維設(shè)計軟件進行設(shè)計。

1 結(jié)構(gòu)功能

考慮校園道路有彎曲小路，為適應(yīng)更多路況，雪車應(yīng)滿足小型化、高速度、多功能的要求，以提高使用率。初步設(shè)計清雪車整體尺寸為：長2 000 mm、寬120 mm、高1 560 mm。螺旋集雪器主要應(yīng)用于轉(zhuǎn)子式清雪車[2]和多功能清雪車上，用于清除積雪。螺旋的主要參數(shù)包括螺旋外徑、帶寬、螺距、螺旋角、螺旋長度等，參數(shù)的選擇直接關(guān)系到清雪車的清雪效率及路面積雪的除凈度[3]。本文設(shè)計其中螺旋蝸桿長1 400 mm。主要組成部件有除雪系統(tǒng)、太陽能板、自卸箱、底盤車架系統(tǒng)、垂直式螺旋集雪器。清雪車整體渲染效果如圖1 所示。

圖1 太陽能清雪車整體效果圖

校園內(nèi)人流大、人員較密集，所以積雪很容易被踩實，清雪車不僅能清除剛降落的新鮮積雪，更需要清理被壓實的積雪。因此，在功能上，要求可實現(xiàn)對“浮雪、積雪、冰雪”三種狀態(tài)雪的清理，實現(xiàn)一車多功能；可滿足除雪工作人員更高層次的需求，提升清雪工作效率，達到設(shè)計使生活更美好的目的[3]。

學(xué)生為了使清雪車更有操作感，采用遙控設(shè)計。在工作過程中，積雪通過除雪鏟被采集，經(jīng)由蝸桿絞起，被絞入后部積雪箱。除雪車的工作方向需要人來控制完成。

2 研究路線

以學(xué)生為主進行信息采集和整理，并進行尺寸測量和建模，結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備及部件的尺寸進行部件尺寸預(yù)設(shè)定，并進行部件設(shè)計。初步設(shè)計完成后，根據(jù)各部件間的匹配修改相關(guān)參數(shù)，使相連部件尺寸合理，避免出現(xiàn)干涉等不符合現(xiàn)實要求的情況。進行合理設(shè)計之后，對組裝所有部件進行尺寸微調(diào)，并反復(fù)進行優(yōu)化設(shè)計，最后進行仿真分析，最終完成整體裝配模型。最后利用keyshot 對其進行渲染，并進行仿真設(shè)計，具體步驟如圖2 所示。

圖2 模型建立研究路線

3 設(shè)計亮點

環(huán)境污染等問題日益嚴重，2019 年，全國機動車四項污染物排放總量初步核算為1 603.8 萬t，其中，顆粒物（PM）排放量為7.4 萬t（數(shù)據(jù)來源：每日經(jīng)濟新聞）。新能源汽車在中國發(fā)展多年，技術(shù)已非常成熟，比如吉利、比亞迪、小鵬等新能源汽車。為倡導(dǎo)國家節(jié)能環(huán)保政策，本文設(shè)計的清雪車動力源為太陽能，將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。

前橋是轉(zhuǎn)向橋，前橋轉(zhuǎn)向系統(tǒng)設(shè)計成輪距可變，適應(yīng)不同轉(zhuǎn)彎路段，輪距進行伸長和縮短，減小轉(zhuǎn)彎半徑，保證車輛在校園狹窄彎曲道路能正常行駛。

自卸箱與電動門用滑道連接，減小體積、卸雪方便、美觀。自卸箱在電機帶動下通過齒輪降速原理實現(xiàn)360°自轉(zhuǎn)，以保證最大裝載量。

清雪鏟與架子通過齒輪齒條連接，使鏟子可以上下移動，鏟雪時使鏟子緊貼地面，不鏟雪或有障礙物時使鏟子離開地面一定高度，增強清雪車的道路通過性。清雪鏟是可以更換的，因為它使用率較高，長期工作會損壞，所以設(shè)計時，需考慮便于拆裝。清雪車主要設(shè)計展示如圖3 所示。

圖3 主要設(shè)計展示

4 總結(jié)

勞動教育避免我們形成好逸惡勞的壞習(xí)慣，幫助我們樹立正確的人生觀、價值觀，培養(yǎng)了我們的競爭意識和開拓進取的精神，本文中的清雪車設(shè)想就是學(xué)生在勞動過程中想到的。大型除雪設(shè)備體積較大，對于學(xué)校、小區(qū)等面積較小的地方無法進行清雪，而人工清雪費時費力[3]，學(xué)生在catia環(huán)境下進行了小型清雪車主要部件設(shè)計，通過軟件設(shè)計，節(jié)省時間和耗材，并且更直觀，數(shù)據(jù)測量和修改較容易，仿真數(shù)據(jù)獲得相對真實，是目前較好的設(shè)計手段。整個設(shè)想在實現(xiàn)的過程中，對學(xué)生進行了思考能力和動手能力的培養(yǎng)，該設(shè)想的所有資料可用于今后的理論教學(xué)，便于后期的繼續(xù)完善。

該清雪車主要使用于校園、小區(qū)、小型廣場和步行街等不便使用大型清雪設(shè)備，而人工清理又費時的積雪場地。