大型裝載機(jī)除雪裝置設(shè)計(jì)

唐龍送，黃敏，區(qū)思榜，覃忠添

（廣西中源機(jī)械有限公司，廣西柳州545007）

大型裝載機(jī)除雪裝置設(shè)計(jì)

唐龍送，黃敏，區(qū)思榜，覃忠添

（廣西中源機(jī)械有限公司，廣西柳州545007）

主要介紹我國(guó)北方冬季降雪后，人工除雪、融雪劑除雪及機(jī)械除雪的優(yōu)劣。重點(diǎn)對(duì)大型裝載機(jī)除雪裝置的工況進(jìn)行分析，研究除雪裝置的設(shè)計(jì)要求，提出合理的設(shè)計(jì)方案，對(duì)除雪裝置整體結(jié)構(gòu)、除雪鏟斗形、避障機(jī)構(gòu)、鉸接等機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。

除雪裝置；除雪鏟；避障機(jī)構(gòu)

我國(guó)北方地區(qū)地處北溫帶，冬季寒冷、降雪較多且降雪期長(zhǎng)，平均可達(dá)4個(gè)月之久。積雪對(duì)交通和行人出行造成危害：增加行車安全事故的發(fā)生，道路被封閉，行人容易滑到等[1]。為減少交通事故的發(fā)生，對(duì)道路除雪就非常重要。按作業(yè)方式分，除雪可分為三種作業(yè)方式：人工除雪、融雪劑除雪和機(jī)械除雪。其中，人工除雪效率低，勞動(dòng)強(qiáng)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(xué)物質(zhì)，對(duì)環(huán)境、道路本身和人體存在一定的危害，而優(yōu)質(zhì)環(huán)保的除雪劑因其成本偏高，推廣進(jìn)度緩慢[2]。機(jī)械除雪，雖然一次性購(gòu)買設(shè)備的成本高，需要幾種設(shè)備配合使用，但是可以重復(fù)利用，人工成本低，工作效率高，效果好，綜合成本相對(duì)較低，而且對(duì)道路的損害小，對(duì)環(huán)境沒有造成危害，機(jī)械除雪得到快速發(fā)展。我國(guó)道路系統(tǒng)建設(shè)起步晚、發(fā)展快，除雪機(jī)械配置率普遍較低，隨著公路里程的加長(zhǎng)，車輛的增多，除雪機(jī)械在我國(guó)有著巨大的市場(chǎng)容量，是我國(guó)未來道路養(yǎng)護(hù)機(jī)械發(fā)展的重要方向之一[2]。

按結(jié)構(gòu)形式分，除雪機(jī)械一般分為鏟刮式、旋拋式和多功能聯(lián)合式等。其中，鏟刮式是將積雪歸集或推到道路兩側(cè)；旋拋式是將積雪吸起，拋向道路兩側(cè)或拋向道路兩側(cè)或拋到運(yùn)輸車?yán)镌龠\(yùn)走；多功能聯(lián)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(jī)的工作裝置安裝在裝載機(jī)上使用，此除雪裝置除雪效果良好，效率高，對(duì)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(jù)CLG888整機(jī)牽引力設(shè)計(jì)及除雪過程阻力計(jì)算，除雪裝置避障極限設(shè)定為80 kN～150 kN力。

（2）避障高度：安裝客戶對(duì)比需求，避障高度要求達(dá)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(jìng)爭(zhēng)力，確定該除雪裝置的避障高度為50mm.

（3）整體尺寸：因裝載機(jī)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(fèi)；也不能過大，造成工作不正常。經(jīng)過與整機(jī)分析，初步確定寬度×高度=4 000mm×1 600 mm.

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

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

1.2 設(shè)計(jì)分析

根據(jù)以上工況分析，對(duì)滿足該工況的除雪裝置設(shè)計(jì)，需要重點(diǎn)考慮以下幾點(diǎn)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(chǎn)的中型機(jī)除雪裝置的整體避障方式，這樣對(duì)避障裝置的設(shè)計(jì)要求非常高，可能達(dá)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(shí)雪的阻力，采用局部避障方式，提高避障的穩(wěn)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(shí)排向路邊，除雪裝置能左右調(diào)整傾斜角度，切削角應(yīng)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(shí)向路邊排除的積雪繼續(xù)往前排，進(jìn)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(jī)構(gòu)的優(yōu)化，盡量減輕機(jī)構(gòu)的重量。

2 除雪裝置設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)參數(shù)定義

通過計(jì)算和討論確定，除雪裝置目標(biāo)參數(shù)如表1所示。

表1 除雪裝置目標(biāo)參數(shù)

2.2 設(shè)計(jì)方案

目前中型裝載機(jī)使用的除雪裝置由幾個(gè)部分組成：托架、托梁、鉸接、除雪鏟、彈簧、液壓，如圖1所示。該結(jié)構(gòu)采用整體避障方式，避障機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，整體尺寸較大。

圖1 C L G856設(shè)計(jì)形式

大型裝載機(jī)除雪裝置設(shè)計(jì)方案[3]：托架采用中型機(jī)除雪裝置的托架形式，采用單獨(dú)避障結(jié)構(gòu)，取消中間托梁，將鉸接移到除雪鏟上，如圖2所示。該結(jié)構(gòu)緊湊，避障結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，需要考慮彈簧的裝配。

圖2 C L G888設(shè)計(jì)方案

2.2.1 斗形設(shè)計(jì)

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(shí)，在除雪鏟前還要不停的向前滾動(dòng)，減小積雪對(duì)除雪鏟的阻力。我們通過用漸開線優(yōu)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(shè)計(jì)圖

2.2.2 避障機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

（1）避障方式設(shè)計(jì)。因除雪鏟整體尺寸和重量大，采用目前市場(chǎng)上已經(jīng)成熟使用的在除雪鏟下端局部避障的方式。避障結(jié)構(gòu)裝有耐磨刀板，增加其耐磨程度。在左右設(shè)有可以上下調(diào)節(jié)的支地器，用于調(diào)節(jié)刀板與地面之間的間隙，如圖4所示。

圖4 避障方式設(shè)計(jì)

（2）彈簧設(shè)計(jì)[4]。設(shè)計(jì)確定避障阻力區(qū)間80 kN～150 kN，避障高度50mm，初始按照10根避障彈簧進(jìn)行計(jì)算，通過除雪裝置整個(gè)結(jié)構(gòu)布局，分布8根比較合理，最終用8根彈簧進(jìn)行校核。彈簧是整個(gè)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(fù)，所以，計(jì)算時(shí)需要細(xì)心嚴(yán)謹(jǐn)。

（3）彈簧的安裝?？紤]到整個(gè)避障機(jī)構(gòu)非常緊湊和彈簧彈力比較大，安裝工具不能很好的施展，設(shè)計(jì)時(shí)，將彈簧的芯桿加長(zhǎng)致彈簧自由伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度，芯桿外側(cè)端設(shè)計(jì)為螺桿。裝配時(shí)，先通過螺栓螺桿將彈簧壓縮至可安裝的位置，通過調(diào)節(jié)在裝配到避障機(jī)構(gòu)上。裝配好后，再將螺栓松脫，讓整個(gè)避障機(jī)構(gòu)處于正常的工作狀態(tài)，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(shè)計(jì)

初始方案確定后，整個(gè)除雪裝置的重量為3.2 t，經(jīng)過對(duì)整體結(jié)構(gòu)和用材的優(yōu)化，最終整個(gè)除雪裝置的重量為2.8 t，達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)的≤3 t.

2.2.4 除雪裝置工作測(cè)試

將除雪鏟裝配到整機(jī)上進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證表明除雪裝置與整機(jī)配合合理，如圖6所示。通過整機(jī)實(shí)際除雪跟蹤，除雪裝置使用情況達(dá)到預(yù)期效果，沒有不良反饋。

圖6 除雪裝置整機(jī)驗(yàn)證示意圖

3 結(jié)束語

目前，隨著我國(guó)道路網(wǎng)的不斷完善，人工成本的逐步提升，機(jī)械除雪地位越來越高，市場(chǎng)對(duì)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(yōu)越、成本低的除雪裝置將受到市場(chǎng)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(duì)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(huán)境污染與控制對(duì)策[J].安全與環(huán)境工程，2004，11（4）：29-32.

[3]王智明，張連富.除雪機(jī)械與施工機(jī)械化[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1996.

[4]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第2卷[M].第三版.北京：化學(xué)工業(yè)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(shè)計(jì)。