推雪板避障方式的比較

重慶迪馬工業(yè)有限責任公司研究院 崔強

除雪車在推雪行駛過程中，經(jīng)常遇到路面上凸出的障礙，如窨井蓋等，另外路面也經(jīng)常起伏不平，推雪板必須能夠自動避障，才能保證除雪作業(yè)的正常進行。因此，自動避障性能是推雪板使用性能的重要指標之一，依照汽車行業(yè)標準QC/T 807-2009《除雪車》要求，需保證推雪板避障能力≥120 mm。

推雪板的避障方式大體可分為3類：整體避障式、局部避障式、綜合避障式。其結(jié)構(gòu)形式、避障動作方式各有特點，下面進行具體的分析比較。

1 整體避障式

主要結(jié)構(gòu)特征是采用連桿機構(gòu)，避障時使推雪板整體抬升，最大避障能力可達300 mm以上。在簡化機構(gòu)、減低重量的同時可得到最大限度的剛性。

1.1 整體拉簧避障式

整體拉簧避障式是在推雪板安裝背架上直接鉤掛4根拉簧，拉簧的下端鉤掛在支承擺架上，支承擺架又與安裝背架鉸接。在推雪作業(yè)過程中遇到障礙物時，推雪板下沿的推雪刀面上會受到阻力，推動推雪板整體繞鉸接軸轉(zhuǎn)動，使推雪板下沿升高而避過障礙物（見圖1、2）。由于整體翻轉(zhuǎn)的沖擊較大，可安裝油氣混合阻尼器來延緩翻轉(zhuǎn)動作（如圖2），以確保翻轉(zhuǎn)動作平順進行，減少推雪板回彈時推雪刀對路面的沖擊。

這類推雪板一般結(jié)構(gòu)輕巧，造價低廉，適合于中小噸位的車輛使用，甚至可以用在皮卡等小型車上，廣泛用于社區(qū)道路、庭院等處除雪，對小范圍的輕度積雪效果較好，但在高速重載除雪時作業(yè)車輛必須有足夠的動力和自重。推雪板也必須具有足夠的自重及剛性強度，重型化的除雪效果才佳。不過重型推雪板若采用這種結(jié)構(gòu)形式，就不太適合，原因有以下3點。

a. 由于是整體避障，慣性大，導(dǎo)致推雪刀與路面間沖擊力大，路面及推雪刀都容易損壞，而且對路面沖擊的反作用力降低了汽車前輪的地面附著力，不利于汽車的行駛方向控制，在推雪板作業(yè)時本來就要側(cè)傾一定的角度，會產(chǎn)生一定的側(cè)向反作用力，汽車的行駛方向控制較常態(tài)要差，此時再降低前輪的地面附著力，無疑是雪上加霜。

b. 路面障礙物尺寸往往不是很大，而重型推雪板寬度一般在3 m以上。3 m長的推雪板為避讓一局部的障礙物而整體翻轉(zhuǎn)或抬升避障，則顯得“大材小用”。

c. 推雪板面的弧度是特別設(shè)計的，可使被鏟起來的雪沿弧面向上翻滾、最后沿切向拋出，以保證推雪作業(yè)的連續(xù)進行，其使用的最佳角度為推雪板正常接地狀態(tài)時的角度，但在推雪板避障翻轉(zhuǎn)過程中，不可避免地要有角度變化，造成鏟起的雪不能很順利地被拋出，易重新卷回路面，這就形成了除雪過程的一系列問題：在障礙處整幅路面的雪未被鏟起，同時被卷回路面加高了前方積雪的厚度，在推雪板回彈到路面時，需要突然承受更大的阻力。

1.2 整體柔性板聯(lián)接式

整體柔性板聯(lián)接式避障如圖3、4所示，這種方式較為少見，結(jié)構(gòu)也比較簡潔，相當于連桿柔性化。在推雪板背面及安裝架上制作有安裝叉口，將上下兩排高強度橡膠聯(lián)接板用螺栓聯(lián)接在安裝叉口內(nèi)。橡膠聯(lián)接板是關(guān)鍵，它既要承受推雪板的質(zhì)量、推雪作業(yè)產(chǎn)生的阻力，又要在推雪板避障時，產(chǎn)生彈性變形，允許推雪板體的抬升。

橡膠的減振性良好，加上支承部位分布面廣，有利于充分吸收削減振動能量；上下雙排的柔性聯(lián)接布置，使推雪板避障運動呈擺動形式，與純轉(zhuǎn)動的方式相比，推雪板面的角度變化要小得多；由于推雪板完全為柔性聯(lián)接，橡膠板厚度方向柔性最大，在任何情況下，推雪板在自重的作用下，均對路面形成一定的壓力，有利于對粘附在路面的積雪進行刮鏟，且不易損傷路面；由于推雪板與聯(lián)接架是柔性聯(lián)接，當它靠自重下壓時，不會產(chǎn)生上抬的反作用力而降低汽車前輪的地面附著力，這些都是其獨特的優(yōu)點。

這種推雪板也存在前述的整體避障推雪板的種種局限性：避障整體抬升會造成局部整幅路面鏟不到雪，抬升、回落時產(chǎn)生沖擊（由于減振效果好，沖擊有所緩和）。另外存在其特有的問題：橡膠板不可調(diào)整，無法針對不同路面情況而改變推雪板對地的壓力，并且橡膠板本身容易老化變質(zhì)，當其彈性、強度等性能指標顯著變化時，能否保證除雪效果，值得商榷。

1.3 升降油缸浮動避障式

推雪板升降連桿機構(gòu)中的升降油缸處于保壓的浮動狀態(tài)，進油回油皆不鎖閉，在推雪刀沿遇到障礙時，受到的反推力會作用于連桿機構(gòu)，使其上擺推雪板整體越過障礙，之后推雪板會重新落下鏟雪。由于油缸伸縮會有阻尼效應(yīng)，可以較好地削弱沖擊振動（見圖5）。不過采用這種方式，一般是掛裝于全驅(qū)動越野底盤上，利用底盤良好的大行程減振性能，因為畢竟油缸浮動的響應(yīng)速度比較慢，需要底盤的減振行程消化障礙的高度。

2 局部避障式

主要結(jié)構(gòu)特征是避障時推雪板整體不動，僅僅是推雪板的局部變動而完成避障，而且僅在有障礙處留下積雪，推雪板的大部分寬度幅面上仍可正常除雪。局部避障式推雪板，既有在整體避障的主體上加裝的，也有單獨作用的。由于一般情況下進行路面除雪需要保持推雪刀鏟與地面的壓力和間隙，做到“隨地仿形”，局部避障則可以較好地解決此問題。

2.1 鋼絲刷式

鋼絲刷式避障如圖6～8所示，結(jié)構(gòu)原理簡單、維護方便。推雪板下端用壓板固定聯(lián)接鋼絲刷，靠其彈性變形進行避障，避障能力130 mm。

依靠鋼絲刷本身的彈性調(diào)整推雪板的離地高度，可以很方便地實現(xiàn)對地施壓，鋼絲端頭本身可以彈入抵到路面上的細小溝槽內(nèi)，將積雪挑出，可以將路面積雪清除得很干凈，這是該方式的獨到之處。

這種方式也有亟需解決的問題：鋼絲刷對路面的刮擦，難免會損傷路面。由于鋼絲頭抵地，點接觸處壓力大，會在路面上刻劃出條紋，而且鋼絲會逐漸磨短，需要憑操作者的經(jīng)驗才能把下壓量隨時調(diào)整成合適的間隙。此外，在鋼絲刷全部下壓時，還是有可觀的上抬力量，這要視鋼絲刷的下壓量及鋼絲刷的數(shù)量而定。

綜上所述，針對其性能特點，該種避障方式較適合于有橫向防滑槽的粗糙水泥路面的除雪作業(yè)。

2.2 分段推雪刀翻轉(zhuǎn)式

分段推雪刀翻轉(zhuǎn)式避障如圖9～11所示，推雪板下沿鉸接有3個翻轉(zhuǎn)固定架，用螺栓固定于推雪刀片之上，每個翻轉(zhuǎn)架背面支撐有阻力筒支承桿系，當推雪作業(yè)遇到路面不平或障礙物時，某段推雪刀的下沿受壓超過預(yù)調(diào)力量時，會自動向后翻轉(zhuǎn)抬起，平滑地越過障礙物而不受到損傷，而其余的推雪刀仍可保持常規(guī)作業(yè)狀態(tài)，僅僅是單個推雪刀進行了避障，最大避障能力150 mm。

推雪刀翻轉(zhuǎn)預(yù)調(diào)力量的大小，可以通過調(diào)整阻力筒上的調(diào)整螺母進行預(yù)調(diào)，翻轉(zhuǎn)固定架前面有擋塊，推雪刀在預(yù)調(diào)力的作用下，緊靠在擋塊上而處于常規(guī)作業(yè)狀態(tài)。推雪刀避障有接觸、超過和回復(fù)3個過程。

接觸：推雪刀遇到障礙受壓翻轉(zhuǎn)，通過連桿機構(gòu)傳遞給阻力筒，克服了其預(yù)調(diào)力，支承桿系開始被推動。

越過：推雪刀被障礙推動翻轉(zhuǎn)，但支承桿系的運動能保證阻力筒的預(yù)調(diào)力幾乎恒定，使推雪刀在翻轉(zhuǎn)過程中受到的回復(fù)力矩幾乎不變，此方法使其易于越過障礙，而不產(chǎn)生沖擊。

回復(fù)：超過障礙之后，推雪刀面上的阻力消失，在阻力筒恒定力的作用下，推雪刀翻轉(zhuǎn)返回至常規(guī)位置。

這種局部避障的主要好處在于：

a. 分段獨立避障，沖擊小，除雪效果好。在沒有遇到障礙的推雪刀處，仍保持常規(guī)鏟雪狀態(tài)，并盡可能多地將雪鏟凈，不會出現(xiàn)在避障時整幅路面都鏟不到雪的情況，因為路面障礙不太可能同時出現(xiàn)在每段推雪刀前，大多情況下是出現(xiàn)在一處。

b. 離地間隙大，最高可達150 mm（推雪刀片的高度），通過性強，作業(yè)安全性高。推雪板如不能順利避障，必將損壞推雪板或底盤，因此避障高度越高越好。而其他類型的推雪板由于結(jié)構(gòu)所限，要么根本達不到這個高度，要么當避障達到一定的高度時，拉簧的回復(fù)拉力會過大，造成很大的沖擊，并大幅度降低底盤前輪對地的附著力，影響汽車行駛的方向性而很不安全。

c. 避障機構(gòu)運動平穩(wěn)，力量恒定。由于采用了獨有的、特殊結(jié)構(gòu)的阻力筒及支承桿系布置，可在避障運動過程中，保證其預(yù)調(diào)的支承力基本恒定，其避障運動是固定架的旋轉(zhuǎn)，使得推雪刀沿在脫離和重新回復(fù)到路面時，運動方向均為水平切向，對路面不會產(chǎn)生附加沖擊，對底盤前輪的對地附著力也不會有影響。

由于上述優(yōu)點，這種避障方式可以很好地運用于重載推雪板上，克服了重型推雪板不適合整體避障的困難，適用于高速重載推雪作業(yè)，除雪避障效果良好，見圖12所示。

2.3 分段推雪板翻轉(zhuǎn)式

分段推雪板翻轉(zhuǎn)式避障如圖13、14所示，每一段都是一塊可獨立翻轉(zhuǎn)避障的短推雪板，并排安裝在其背后的排架上，一般超寬推雪板都采用此結(jié)構(gòu)，避免局部避障時全寬度整體抬升，從而減小沖擊力，達到鏟凈地面積雪的目的，其最大避障能力300 mm以上。

3 綜合避障式

綜合避障式是把前述避障方法進行整合，應(yīng)用于一套推雪板上，以利于揚長避短互為補充，最大避障能力可達300 mm以上，可衍生多種方法，現(xiàn)僅列舉2種方法如下：

a. 同時采用分段推雪刀翻轉(zhuǎn)和分段推雪板翻轉(zhuǎn)方式（見圖15），推雪刀避障向后翻轉(zhuǎn)時，其安裝推雪板體也受力向上翻轉(zhuǎn)，整個避障過程更加平順。

b. 同時采用拉簧和柔性板整體避障（見圖16），僅推雪板體的下支撐臂采用柔性板，而上支撐臂采用鋼材，但配置了橡皮筋相當于附上了拉簧，綜合了二者的優(yōu)點。

4 結(jié)論

根據(jù)上述避障結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，對推雪板避障結(jié)構(gòu)及性能進行對比（見表1）。

表1 推雪板避障結(jié)構(gòu)及性能對比

綜上所述，可以得出分段刀、板復(fù)合翻轉(zhuǎn)避障式的效果最佳?，F(xiàn)總結(jié)為以下4點：

a. 避障過程最為平順。避障過程中，推雪刀后翻、推雪板體上翻，可同時在兩個方向吸收沖擊能量，蓄能平穩(wěn)，推雪板運動軌跡圓滑，削弱了沖擊加速度，起跳時對底盤輪胎的地面附著力影響小，回落時路面損傷輕。

b. 避障高度可以做得更大。由于是兩種避障行程的疊加，可達到的總行程能夠更長，在需要追求較高避障能力時，不妨采用。

c. 推雪最干凈。由于是分段局部避障抬起，其余部分仍未離開地面，鏟刮漏過的寬度少，而且越障后推雪刀的下插角度最接近其切角，切入雪泥順暢，對路面刮鏟徹底。

d. 剛性強。同樣尺寸的推雪板，采用這種結(jié)構(gòu)時，由于每段的寬度短，兩側(cè)均有立筋，且高度小，便于安裝推雪刀和刀座，且面積跨度小，剛度自然要相對大，而通常推雪刀及刀座本身就做得厚實，因此推雪板的整體剛度相對更大。