除雪機(jī)的設(shè)計(jì)及其液壓控制

閆愛民

摘要：：針對國內(nèi)除雪機(jī)存在的雪掃不凈、比較笨重、不能避障問題，設(shè)計(jì)一種小型、高效、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的除雪機(jī)。闡述設(shè)計(jì)除雪機(jī)的結(jié)構(gòu)組成及工作原理，介紹液壓傳動和電磁控制避障機(jī)構(gòu)的工作原理及工作程序，為提高除雪效率提供適用機(jī)具。

關(guān)鍵詞：除雪機(jī)；液壓傳動；電磁控制；避障

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

我國北方地區(qū)降雪期較長，降雪量較大，道路積雪嚴(yán)重影響人們的正常生活。目前，公路及機(jī)場使用的除雪機(jī)大多是國外進(jìn)口的，價(jià)格比較昂貴；而國內(nèi)生產(chǎn)的除雪機(jī)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(shè)計(jì)研發(fā)一種小型化高效化、經(jīng)濟(jì)實(shí)用型的除雪機(jī)。為此，設(shè)計(jì)一種以63.75 kW（50馬力）拖拉機(jī)為配套動力的除雪機(jī)，拖拉機(jī)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(yáng)雪機(jī)構(gòu)把雪揚(yáng)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(jī)的整體結(jié)構(gòu)

1.1 整體結(jié)構(gòu)

大型除雪機(jī)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(yè)。

設(shè)計(jì)的除雪機(jī)采用拖拉機(jī)背負(fù)式，對拖拉機(jī)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(guān)按鈕裝在駕駛內(nèi)，操控簡單，環(huán)境舒適；由拖拉機(jī)提供前進(jìn)動力，拖拉機(jī)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(yáng)雪機(jī)構(gòu)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(jī)的結(jié)構(gòu)組成見圖1，懸掛毛刷機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)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(lián)軸器帶動液壓泵工作。

除雪機(jī)前置機(jī)構(gòu)通過前懸掛固定裝置與拖拉機(jī)掛接，其后置機(jī)構(gòu)通過三點(diǎn)懸掛掛接在拖拉機(jī)后懸掛裝置上。拖拉機(jī)動力輸出軸通過萬向節(jié)傳動軸輸出動力到變速箱，變速箱花鍵通過萬向節(jié)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(shí)針方向轉(zhuǎn)動。除雪機(jī)后置的結(jié)構(gòu)見圖3。

液壓泵通過液壓管將動力傳遞到除雪機(jī)前置裝置，帶動集雪機(jī)構(gòu)的液壓馬達(dá)、揚(yáng)雪機(jī)構(gòu)的液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)動及控制集雪揚(yáng)雪機(jī)構(gòu)升降液壓缸伸縮。除雪機(jī)前置機(jī)構(gòu)的側(cè)面見圖4。

1.2 工作原理

液壓馬達(dá)順時(shí)針轉(zhuǎn)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(yùn)動，集雪由扒雪板扒向揚(yáng)雪機(jī)構(gòu)；揚(yáng)雪機(jī)構(gòu)中的液壓馬達(dá)帶動揚(yáng)雪轉(zhuǎn)子片以700 r/min的速度轉(zhuǎn)動，揚(yáng)雪轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的氣流把粉碎雪吸進(jìn)揚(yáng)雪機(jī)構(gòu)；在揚(yáng)雪轉(zhuǎn)子的帶動下，雪粒產(chǎn)生離心運(yùn)動通過揚(yáng)雪口揚(yáng)出去。經(jīng)過前置除雪機(jī)構(gòu)除雪后，路面上仍存有的20 mm厚積雪，由后置除雪機(jī)機(jī)構(gòu)的尼龍鋼絲毛刷掃向路邊。

2 液壓傳動設(shè)計(jì)

液壓傳動技術(shù)的傳遞功率大、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、易于實(shí)現(xiàn)無級調(diào)速和過載保護(hù)，被廣泛應(yīng)用于收獲機(jī)械的操縱、轉(zhuǎn)向、驅(qū)動系統(tǒng)，大大提高機(jī)械的作業(yè)效率、安全可靠性、舒適性、適應(yīng)性，成為代表其技術(shù)水平的主要標(biāo)志之一。電磁液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見圖5。

2.1 液壓系統(tǒng)元部件主要參數(shù)

液壓泵CBD-G5100排量100mL/r，額定轉(zhuǎn)速

2 100 r/min，額定壓力25 Mpa。液壓馬達(dá)的規(guī)格參數(shù)見表1。

2.2 液壓管的選用

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

發(fā)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(dá)的流量為q馬達(dá)=250×308+100×700=147（L/min）。

液壓泵的輸出功率大于2個液壓馬達(dá)所需功率，液壓泵輸出流量大于2個液壓馬達(dá)的流量之和。2個液壓馬達(dá)的扭矩都能滿足除雪機(jī)構(gòu)所需扭矩。

3 電磁控制及避障電路設(shè)計(jì)

電磁控制系統(tǒng)的電源為拖拉機(jī)自帶的發(fā)電機(jī)機(jī)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(jī)都是直流24 V電壓，電路圖如圖6所示。

啟動除雪機(jī)，閉合前置機(jī)構(gòu)下降開關(guān)，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(jī)構(gòu)下降到適當(dāng)位置，觸動前置機(jī)構(gòu)下降限位開關(guān)，常閉開關(guān)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(jī)構(gòu)停止下降。然后，閉合揚(yáng)雪機(jī)構(gòu)啟動開關(guān)和集雪機(jī)構(gòu)啟動開關(guān)，分別控制揚(yáng)雪馬達(dá)和集雪馬達(dá)的兩位兩通液壓電磁閥動作，揚(yáng)雪馬達(dá)和集雪馬達(dá)轉(zhuǎn)動，調(diào)節(jié)拖拉機(jī)的后懸掛升降系統(tǒng)，使后置機(jī)構(gòu)到合適位置，拖拉機(jī)在前進(jìn)中完成除雪作業(yè)。當(dāng)前面有減速帶等障礙物時(shí)，觸動避障開關(guān)觸動和緊急停車開關(guān)，前置機(jī)構(gòu)向上提升，拖拉機(jī)離合分離剎車制動。人工復(fù)位后繼續(xù)作業(yè)。

除雪作業(yè)完畢后，關(guān)閉揚(yáng)雪集雪機(jī)構(gòu)啟動開關(guān)，閉合前置機(jī)構(gòu)提升開關(guān)，使前置機(jī)構(gòu)提升到合適位置，斷開提升開關(guān)。提升后置機(jī)構(gòu)，關(guān)閉除雪機(jī)。

4 結(jié)語

設(shè)計(jì)的除雪機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，連接緊湊，采用機(jī)電液一體化技術(shù)，由電氣系統(tǒng)控制液壓系統(tǒng)，用液壓系統(tǒng)控制機(jī)械系統(tǒng)。除雪機(jī)運(yùn)行中碰到障礙，機(jī)械部分反饋到電氣控制系統(tǒng)。機(jī)電液一體化技術(shù)使除雪機(jī)機(jī)構(gòu)更簡單，液壓系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)趨于自動化，提高除雪機(jī)的工作效率、可靠性和穩(wěn)定性，具有操控簡單、除雪效率高的優(yōu)勢。

文獻(xiàn)參考

[1] 祝文超，付君，高貴武，等.除雪設(shè)備的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].農(nóng)業(yè)裝備技術(shù)，2011（4）：22-25.

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

[3] 姚聰，呂群珍，黃煒，等.一種掃雪機(jī)葉輪沖擊試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)[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