基于catia 環(huán)境的校園清雪車設(shè)計(jì)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(shí)間較長(zhǎng)，降雪量大，道路積雪堆積相對(duì)較多。如果不及時(shí)清除積雪，將嚴(yán)重影響交通安全，給人們的生活帶來(lái)不便。在學(xué)校、工廠等道路狹小場(chǎng)所，使用大型清雪機(jī)器多有不便，大多還是依靠人工除雪。學(xué)校有意識(shí)地組織學(xué)生去參加力所能及的公益勞動(dòng)，讓學(xué)生親身體會(huì)到了勞動(dòng)的艱辛和勞動(dòng)創(chuàng)造世界的真理。學(xué)校這一想法出發(fā)點(diǎn)是好的，作為課程思政將勞動(dòng)引入教學(xué)，符合國(guó)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(dòng)興趣和學(xué)習(xí)熱情。

學(xué)生在勞動(dòng)的過程中，產(chǎn)生了設(shè)計(jì)一款小型清雪車的設(shè)想。小型清雪車的設(shè)計(jì)及應(yīng)用有很重要的實(shí)用價(jià)值，便于儲(chǔ)藏，便于操作和使用，更對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到推動(dòng)作用。經(jīng)過師生討論，初步完成了校園清雪車設(shè)想。國(guó)內(nèi)用三維軟件做設(shè)計(jì)的汽車廠商有吉利、奇瑞、東風(fēng)集團(tuán)、一汽通用、上海通用、日產(chǎn)、桂林大宇等；國(guó)外眾多汽車和飛機(jī)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(jì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。

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(jì)清雪車整體尺寸為：長(zhǎng)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(zhǎng)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(jì)其中螺旋蝸桿長(zhǎng)1 400 mm。主要組成部件有除雪系統(tǒng)、太陽(yáng)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(yáng)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(shí)，清雪車不僅能清除剛降落的新鮮積雪，更需要清理被壓實(shí)的積雪。因此，在功能上，要求可實(shí)現(xiàn)對(duì)“浮雪、積雪、冰雪”三種狀態(tài)雪的清理，實(shí)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(dá)到設(shè)計(jì)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(jì)。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(lái)控制完成。

2 研究路線

以學(xué)生為主進(jìn)行信息采集和整理，并進(jìn)行尺寸測(cè)量和建模，結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備及部件的尺寸進(jìn)行部件尺寸預(yù)設(shè)定，并進(jìn)行部件設(shè)計(jì)。初步設(shè)計(jì)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(shí)要求的情況。進(jìn)行合理設(shè)計(jì)之后，對(duì)組裝所有部件進(jìn)行尺寸微調(diào)，并反復(fù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行仿真分析，最終完成整體裝配模型。最后利用keyshot 對(duì)其進(jìn)行渲染，并進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，具體步驟如圖2 所示。

圖2 模型建立研究路線

3 設(shè)計(jì)亮點(diǎn)

環(huán)境污染等問題日益嚴(yán)重，2019 年，全國(guó)機(jī)動(dòng)車四項(xiàng)污染物排放總量初步核算為1 603.8 萬(wàn)t，其中，顆粒物（PM）排放量為7.4 萬(wàn)t（數(shù)據(jù)來(lái)源：每日經(jīng)濟(jì)新聞）。新能源汽車在中國(guó)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(guó)家節(jié)能環(huán)保政策，本文設(shè)計(jì)的清雪車動(dòng)力源為太陽(yáng)能，將太陽(yáng)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(jì)成輪距可變，適應(yīng)不同轉(zhuǎn)彎路段，輪距進(jìn)行伸長(zhǎng)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(dòng)門用滑道連接，減小體積、卸雪方便、美觀。自卸箱在電機(jī)帶動(dòng)下通過齒輪降速原理實(shí)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(dòng)，鏟雪時(shí)使鏟子緊貼地面，不鏟雪或有障礙物時(shí)使鏟子離開地面一定高度，增強(qiáng)清雪車的道路通過性。清雪鏟是可以更換的，因?yàn)樗褂寐瘦^高，長(zhǎng)期工作會(huì)損壞，所以設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮便于拆裝。清雪車主要設(shè)計(jì)展示如圖3 所示。

圖3 主要設(shè)計(jì)展示

4 總結(jié)

勞動(dòng)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(jià)值觀，培養(yǎng)了我們的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)和開拓進(jìn)取的精神，本文中的清雪車設(shè)想就是學(xué)生在勞動(dòng)過程中想到的。大型除雪設(shè)備體積較大，對(duì)于學(xué)校、小區(qū)等面積較小的地方無(wú)法進(jìn)行清雪，而人工清雪費(fèi)時(shí)費(fèi)力[3]，學(xué)生在catia環(huán)境下進(jìn)行了小型清雪車主要部件設(shè)計(jì)，通過軟件設(shè)計(jì)，節(jié)省時(shí)間和耗材，并且更直觀，數(shù)據(jù)測(cè)量和修改較容易，仿真數(shù)據(jù)獲得相對(duì)真實(shí)，是目前較好的設(shè)計(jì)手段。整個(gè)設(shè)想在實(shí)現(xiàn)的過程中，對(duì)學(xué)生進(jìn)行了思考能力和動(dòng)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(chǎng)和步行街等不便使用大型清雪設(shè)備，而人工清理又費(fèi)時(shí)的積雪場(chǎng)地。