關(guān)于除雪車吹風(fēng)系統(tǒng)的應(yīng)用研究

薛志敏

（中國重汽集團柳州運力科迪亞克機械有限責(zé)任公司，廣西 柳州545112）

0 前言

我國北方地區(qū)冬季一般約5～6個月時間，黑龍江、新疆、內(nèi)蒙古等省份甚至長達8個月之久，每年都會有幾次較大的降雪過程，給人民生產(chǎn)生活，交通運輸及交通安全帶來了許多不便。相對于傳統(tǒng)的人工鏟除積雪，機械除雪設(shè)備除雪效率高、成本低、無污染等特點，應(yīng)用最為廣泛，主要應(yīng)用于機場、高速公路及主要街道除雪。依據(jù)降雪強度的不同，大家普遍將積雪分為薄積雪、中等厚度積雪、厚積雪，機械除雪設(shè)備中大型的設(shè)備主要為多功能除雪車，吹風(fēng)系統(tǒng)是多動能除雪車必備的功能。

目前市場上的除雪車采用的吹風(fēng)裝置主要有冷吹和熱吹兩種作業(yè)方式。熱吹一般采用飛機渦噴發(fā)動機，工作原理是利用渦噴發(fā)動機排出的高速燃?xì)饬鳎谘颖砻嬖斐晌⒌蛪?，使積雪與地面分離，被高速燃?xì)饬鞔底遊1]。其優(yōu)點是效率高、清除徹底，缺點是造價高、噪聲大、維修較困難及發(fā)動機使用航空煤油，且工作消耗巨大，使用成本高。冷吹一般有兩種形式，一種是采用發(fā)動機帶動壓縮機工作，提供吹雪作業(yè)所需的壓縮空氣[2]，高速氣流通過管道以合適角度吹向積雪，強大的風(fēng)力將積雪吹走。其優(yōu)點是維修保養(yǎng)方便、操作簡單、使用成本低，缺點是結(jié)構(gòu)大且復(fù)雜，需要布置較長的風(fēng)道，效率低。本文所介紹的是另一種形式的冷吹形式，采用雙鼓風(fēng)機結(jié)構(gòu)，液壓馬達帶動鼓風(fēng)機的轉(zhuǎn)子工作，該結(jié)構(gòu)能綜合上述兩種吹雪方式的優(yōu)點，克服其存在的缺點。

如圖1所示，整車左右兩側(cè)各布置一個鼓風(fēng)機，增大出風(fēng)量，兩個鼓風(fēng)機安裝時錯位安裝，除雪工作時可以同時向一個方向吹雪，可以把底盤內(nèi)和外側(cè)的積雪按要求吹往道路的一側(cè)。

圖1 鼓風(fēng)機安裝示意圖

1 結(jié)構(gòu)組成和工作原理

1.1 結(jié)構(gòu)組成

液壓馬達驅(qū)動的鼓風(fēng)機結(jié)構(gòu)如圖1所示，其主要由鼓風(fēng)機殼1、液壓馬達2、轉(zhuǎn)子3、進風(fēng)口4、伸縮油缸5、風(fēng)道6、滑槽7、換向油缸8、出風(fēng)口9和換向桿10組成。

圖2 鼓風(fēng)機

1.2 工作原理

液壓馬達輸出軸與鼓風(fēng)機的轉(zhuǎn)子螺栓連接，形成一個整體，液壓馬達輸出軸轉(zhuǎn)動時，帶動鼓風(fēng)機殼里面的轉(zhuǎn)子以同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)子高速轉(zhuǎn)動時，產(chǎn)生吸力，把鼓風(fēng)機外的空氣通過進風(fēng)口吸進鼓風(fēng)機殼，轉(zhuǎn)子高速轉(zhuǎn)動的同時，轉(zhuǎn)子上的葉片帶動空氣高速運動，離心力使空氣在漸開線形狀的機殼內(nèi)，沿著漸開線流向風(fēng)道，高速氣流具有一定的風(fēng)壓，高速氣流沿著風(fēng)道，從出風(fēng)口吹出，利用吹出的高速氣流在積雪表面造成微低壓，使得雪粒脫離積雪表面隨著氣流運動，雪粒被吹離道路，達到清掃積雪的目的。

鼓風(fēng)機左右兩側(cè)各安裝有一個伸縮油缸，油缸的支座分別安裝在鼓風(fēng)機的滑槽和風(fēng)道的外側(cè)，伸縮油缸工作時，風(fēng)道長度的變化與油缸伸縮量的變化一致，實現(xiàn)風(fēng)道長度可調(diào)和可控的目的。因為出風(fēng)口離地高度不能太高，會影響鼓風(fēng)機的吹雪效果，但是出風(fēng)口離地太低又會影響除雪車的通過性，所以該結(jié)構(gòu)的鼓風(fēng)機設(shè)計風(fēng)道能伸縮，吹雪作業(yè)時風(fēng)道伸出，使得出風(fēng)口離地距離最小，非工作狀態(tài)正常行駛時，把風(fēng)道收起，提高整車的通過性。鼓風(fēng)機的風(fēng)道還裝有一個風(fēng)向換向裝置，該裝置由外側(cè)的換向油缸與換向桿連接，換向桿控制風(fēng)道內(nèi)的氣流方向，可以按吹雪作業(yè)的實際需要，控制高速氣流向左出風(fēng)口或右出風(fēng)口吹出。出風(fēng)口的噴嘴形狀一般采用矩形或圓形，根據(jù)大量的試驗和模擬分析，在相同條件下，模擬了兩種噴嘴的吹雪效果，并進行了對比，發(fā)現(xiàn)矩形噴嘴吹雪所用的時間更短，吹掃面積比圓形噴嘴的吹掃面積大，吹雪效率更高[3]。所以該結(jié)構(gòu)的鼓風(fēng)機出風(fēng)口的噴嘴形狀為矩形。

液壓馬達驅(qū)動的鼓風(fēng)機與航空發(fā)動機的熱吹相比，吹力相對較小，其單獨作用時吹掃效果確實稍遜于航空發(fā)動機吹雪車，但是如配合其它除雪裝置使用可彌補其一定缺陷，且因鼓風(fēng)機體積小，造價低，現(xiàn)在多功能除雪車上，除了前置的除雪裝置外，都會在底盤大梁的中間或者后端左右各安裝一個鼓風(fēng)機，雙鼓風(fēng)機結(jié)構(gòu)大大提高了整車的吹掃能力。

2 液壓系統(tǒng)

左右兩側(cè)的鼓風(fēng)機分別使用兩套閉式系統(tǒng)驅(qū)動扇葉的轉(zhuǎn)動，兩套系統(tǒng)獨立運作，可分別運行也可同時運行。如圖2所示，單套液壓閉式系統(tǒng)里由一個變量泵驅(qū)動一個定量馬達，定量馬達驅(qū)動鼓風(fēng)機扇葉的轉(zhuǎn)動。其中使用變量泵能使在工作過程總調(diào)節(jié)風(fēng)機的扇葉轉(zhuǎn)速，從而調(diào)整風(fēng)機出風(fēng)口風(fēng)量。左右鼓風(fēng)機可提升，下降以及換向功能，此功能與整車其他裝置的動作使用同一套開式系統(tǒng)。其中鼓風(fēng)機控制部分，如圖3所示，實現(xiàn)左右兩個鼓風(fēng)機的風(fēng)機同時切換出風(fēng)風(fēng)向，以及分別控制左右兩個鼓風(fēng)機的出風(fēng)口高度。其中控制閥組在總路設(shè)計有總閥及溢流閥?？傞y為常開，在控制支路無動作時為開啟狀態(tài)，減小系統(tǒng)能源消耗，同時保護液壓元件。在控制支路有動作時關(guān)閉，總閥關(guān)閉，使系統(tǒng)帶壓，實現(xiàn)各個執(zhí)行機構(gòu)的正常動作。溢流閥在系統(tǒng)中為一個安全閥，在總閥關(guān)閉后，系統(tǒng)帶壓，當(dāng)系統(tǒng)到達溢流閥的設(shè)定壓力后，系統(tǒng)溢流，使系統(tǒng)壓力不再繼續(xù)升高，達到保護執(zhí)行元件的作用。

圖3 葉輪驅(qū)動液壓原理圖

圖4 鼓風(fēng)機換向和提升油缸驅(qū)動液壓原理圖

3 主要性能特點

3.1 結(jié)構(gòu)簡單、輕巧，除雪效率高，應(yīng)用廣泛

液壓馬達驅(qū)動的鼓風(fēng)機整體結(jié)構(gòu)簡單、輕巧，可以根據(jù)不同的工況需求設(shè)計鼓風(fēng)機的大小，可以安裝在底盤大梁的中間或者后端，適合小、中、大型除雪車使用，應(yīng)用廣泛。又因其結(jié)構(gòu)特點，鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)子到出風(fēng)口的風(fēng)道短，能量損失基本可以忽略不計，所以除雪效率非常高。

3.2 結(jié)構(gòu)可靠性高，噪聲小，使用成本低

鼓風(fēng)機由液壓系統(tǒng)驅(qū)動和控制，動力源直接從底盤發(fā)動機取力，不需增加任何動力單元。液壓馬達驅(qū)動的鼓風(fēng)機工作時噪聲小，且液壓系統(tǒng)可靠性高，使用是只需底盤發(fā)動機提供動力，非常省油，使用成本低。

3.3 操作簡單，維修保養(yǎng)方便

除雪車在進行除雪作業(yè)前，提前把鼓風(fēng)機伸縮距離和出風(fēng)的方向調(diào)好，作業(yè)過程中無需任何操作，操作簡單方便。該結(jié)構(gòu)的鼓風(fēng)機結(jié)構(gòu)簡單、輕巧，鼓風(fēng)機安裝在底盤大梁外側(cè)，維修保養(yǎng)非常方便。

4 結(jié)論

近幾年來，隨著國家高等級公路建設(shè)以及民用機場建設(shè)，除雪技術(shù)發(fā)展很快，雪季時，在高速公路和機場跑道上的積雪要求快速清除干凈，不影響交通，多功能除雪車因其一車多功能，將多種除雪方式整合一起，除雪效率高，干凈，無殘留等特點，得到了市場的認(rèn)可。吹風(fēng)系統(tǒng)作為多功能除雪車的重要組成部分，甚至可以說是多功能除雪車的必備功能，它可以與其它除雪方式一起聯(lián)動工作，當(dāng)路面的積雪疏松時，其也可以獨立工作，吹風(fēng)就能輕松把積雪吹走，獨立工作時，與其它除雪方式相比，使用成本更低。吹風(fēng)系統(tǒng)因其優(yōu)越性能特點，在今后的機械化除雪中必將起到更重要的作用。