新型多功能戶外自動除冰車結構設計與分析

孫志 于曉光 高黎明 王寵

摘? 要：針對冬季寒冷地區(qū)受雨雪天氣影響地面會經常出現(xiàn)積雪結冰的情況，導致行人非常容易跌倒，尤其戶外臺階積冰很難清除的問題，該文設計一款新型多功能戶外自動除冰車。其整體體積小巧，重量輕，單人即可搬運及操作。除冰機自帶驅動裝置，無需使用其他機械驅動，可直線行進或曲線行進以適應多種工況。驅動裝置采用履帶形式，可以為除冰機提供可靠的的動力輸出。

關鍵詞：多功能? 自動除冰? 驅動裝置? 履帶結構

中圖分類號：TH122? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2019）04（c）-0061-03

1? 研制背景及意義

傳統(tǒng)的除冰方法是用鐵鍬等工具敲擊除冰，傳統(tǒng)方法不能有效地將臺階積冰清除干凈，不僅費時費力而且對臺階表面?zhèn)^大。目前市面上應用的除冰機主要是用于寬闊路面，需配合鏟車等重型機械使用，體積龐大，無法用于戶外臺階除冰。

徐曉芬等人[1]針對南方冬季路面的浮雪和薄冰，設計了一種安裝雪鏟、刨冰裝置、掃雪絞龍等鏟雪除冰裝置的可實現(xiàn)快速改裝的新型道路鏟雪除冰車。夏建滿等人[2]針對機場跑道、公路等除冰效率低、費用高等問題，介紹了一種新型除冰（雪）車結構及其功能特點。李天生等人[3]針對目前國內外的除雪或除冰車結構復雜、售價高等各項技術問題，成功研制了一臺多功能的掃雪除冰車。該車同時具有前螺旋掃雪，中間破冰滾筒除冰，后掃冰機構收集破碎冰塊的多重功能。實踐證明該掃雪除冰車外形、尺寸小、功能全、操作簡單和性價比高，最后分析了其應用前景。林長青等人[4]對微波除冰車的設計及實施方式進行探討，以進一步了解微波除冰車的工作原理，為在實際工作中的推廣及應用提供參考。

該文設計了一款適用于各類戶外臺階，在除冰過程中對臺階表面?zhèn)π?、效率高的新型多功能戶外自動除冰車，解決了冬季寒冷地區(qū)戶外臺階結冰后除冰難的問題，彌補了現(xiàn)有除冰機體積龐大、只能用于寬闊路面的不足，使戶外臺階除冰更便捷、效果更好，方便大眾出行。車體整體體積小巧，重量輕，單人即可搬運及操作。除冰機自帶驅動裝置，無需使用其他機械驅動，可直線行進或曲線行進以適應多種工況。除冰車通過刨冰爪的高頻敲擊使臺階表面結冰碎裂并與臺階分離;旋轉除冰刷將刨冰裝置分離的碎冰清除并刷去殘留在臺階上的余冰;刮板端部設有軟膠皮，可以刮凈殘留冰渣;驅動裝置采用履帶形式，可以為除冰機提供可靠的動力輸出。

2? 除冰車的組成及工作原理

2.1 除冰車簡介

多功能戶外臺階除冰車主要分為前中后三個部分，包括機架、刨冰裝置、旋轉除冰刷、刮板、驅動裝置、控制電路、鋰電池，刨冰裝置、旋轉除冰刷、刮板、驅動裝置依次固定在機架上形成整體機械結構;控制電路和鋰電池固定在驅動裝置上;旋轉除冰刷四角的光軸通過直線軸承與機架連接，旋轉除冰刷依靠自身重力上下滑動，使旋轉除冰刷在不平路面實現(xiàn)自補償并通過自身重力對鋼刷施加壓力。該除冰車外形尺寸為長度×寬度×高度=550～650mm×250～350mm×180～250mm，重量13～20kg。

2.2 刨冰工作原理

刨冰裝置位于車體的前半部分，主要結構由帶減速器的24V電機、鏈輪軸、傳動鏈、凸輪軸、凸輪、刨冰爪、壓簧、支架、支撐輪和支撐座組成。其中24V電機通過聯(lián)軸器帶動鏈輪軸轉動，傳動鏈與鏈輪軸、凸輪傳動軸嚙合，鏈輪軸通過傳動鏈帶動凸輪軸轉動，若干個凸輪固定在凸輪軸上;刨冰爪與支撐軸活動鉸接，刨冰爪尾端設有壓簧，通過預壓縮壓簧增加刨冰力，刨冰爪前端設有冰鏟，凸輪驅動刨冰爪振動，冰鏟刨冰;支撐軸固定在支撐座上，支撐座與支架之間設有吸震墊，24V電機、鏈輪軸、凸輪軸與支架連接，支架與機架固定連接;支撐輪固定在支架底部，用以支撐刨冰裝置。

2.3 旋轉除冰刷工作原理

旋轉除冰刷位于車體的中間部分，主要結構由前后兩排鋼刷、力矩電機、齒輪、光軸、鋼刷軸和支撐架組成，工作時，前兩排鋼刷旋轉方向相反，鋼刷軸底端與鋼刷通過止付螺絲連接，力矩電機通過齒輪及傳動鏈帶動鋼刷軸轉動，光軸設置在支撐架四角，光軸兩端與支撐架固定連接;支撐架與鋼刷軸通過軸承連接。刮板與旋轉除冰刷配合使用共同完成清理工作。刮板主要由刮板架、軟膠皮和壓板組成，其中軟膠皮通過螺釘固定在刮板架與壓板之間，軟膠皮底沿低于刮板架和壓板的底沿;刮板架固定在機架上，且與臺階除冰機行進方向成角為α，α=5o—25°

2.4 驅動裝置工作原理

驅動裝置位于車體的后半部分，驅動裝置主要包括兩個24V減速電機、履帶、主動輪、從動輪，24V減速電機采用獨立驅動模塊進行驅動，兩個24V減速電機分別驅動兩側的履帶;單側的履帶由一個主動輪及三個從動輪支撐構成三角形結構，履帶與主動輪、從動輪相互嚙合，主動輪設置在三角形結構的頂部;24V減速電機通過驅動主動輪帶動履帶。為執(zhí)行機構提供動力。

2.5 除冰車智能裝置

除冰車可實現(xiàn)自動控制，障礙識別，自動升降等功能。充分體現(xiàn)了機電控制、紅外識別等多項技術的綜合應用，具有一定的學術價值和社會效益。

3? 三維設計

自動除冰車依靠SolidWorks設計分析方法，對除冰車的各部分機構及整車機構進行三維設計，形成了三維圖;同時對整體設備進行了進一步的完善和改進，并用ANSYS初步進行了應力分析，使項目進一步可行可靠，具有實用價值。

4? 創(chuàng)新點及應用

4.1 創(chuàng)新點

（1）自主創(chuàng)新設計的一個新型多功能戶外自動除冰車。相比傳統(tǒng)除冰機構更具有高效性，可以更好的配合清理裝置進行清雪工作。

（2）自動除冰車整體體積小巧，重量輕，單人即可搬運及操作。

（3）除冰機自帶驅動裝置，無需使用其它機械驅動，可直線行進或曲線行進以適應多種工況。

（4）驅動裝置采用履帶形式，可以為除冰機提供可靠的的動力輸出。

4.2 應用

與我國國內除冰車現(xiàn)階段相比，該自動除冰車具有多功能化、自動控制、整體輕巧，動作靈敏等特點，對該除冰車的使用途徑廣泛，應用前景廣闊，實用性強等優(yōu)勢。

參考文獻

[1] 徐曉芬，過學迅，何波勇.新型道路鏟雪除冰車設計[J].專用汽車，2010（8）：44-46.

[2] 夏建滿，伍漢清.一種新型除冰（雪）車[J].專用汽車，2007（4）：41-43.

[3] 李天生，李方，曾理，等.多功能小型掃雪除冰車的研制[J].機械設計與制造，2011（8）：129-131.

[4] 林長青.微波除冰車的設計與實施方式[J].山東工業(yè)技術，2016（17）：176.