论多功能除雪车犁形前雪铲结构设计

【摘要】多功能除雪车的应用使道路除雪由人工向机械化转变，能够快速地清除路面积雪，工作效率较人工大大提高，且不受路况限制、不损伤路面、对环境无污染，提高了道路通行保证能力。前雪铲是多功能除雪车除雪效率的关键部位，设计合理的结构能够提高多功能除雪车的单位时间除雪量、行车速度和更低的能源消耗，此外对车辆的综合利用率也有很大影响。

【关键词】除雪车、前雪铲、结构设计、犁形雪铲。

中图分类号：TB482文献标识码： A

除雪车是用于清除路面冰雪，保障交通工具和行人安全的专用机械。除雪工作的开展，对生产、交通、生活、安全等各个方面都有着十分关键的意义，而机械化是公共交通作业的发展方向，因此做好多功能型除雪车的性能开发完善，是适应时代的需要。

1.前雪铲概念及参数

1．1前雪铲概念及安装

前雪铲是除雪车主要除雪装置，通常为单板或双板犁式雪铲，安装在除雪车底盘前段，可根据除雪车的多功能需要进行安装和拆除。图1-1为除雪车前雪铲安装示意图。

前雪铲铲体通常为曲面铲板，由铲轴和调节器等配件铰接在铲臂上，铲臂与车架连接，车架下部设有液压装置，铲臂支架与液压装置连接。这种结构的设置使前雪铲由液压控制，可以左右偏转，升降，并可快速装卸，以适应车辆的多样化用途。

图11 除雪车前铲工作示意图

1.2前雪铲铲板曲面

常见的前雪铲铲板曲面形状有圆弧型、抛物线型、渐开线型等几种，利用除雪车高速推进的动力，可使路面各种形式的积雪和冰雪混合物，沿着曲面进行旋移飞出达到清理路面积雪的目的。前雪铲铲板的曲面形状和参数关系到除雪车的工作效率，其设计是前雪铲设计的核心内容。前雪铲各部分名称如图1-2所示。

图1-2

1-推雪铲；2-拉簧；3-推雪铲上连杆；4-前托架；5-后托架；6-举臂连杆；7-大梁托架；8-举臂架；9-升降油缸；10-摆动油缸；11-推雪铲下连杆。

1.3前雪铲铲板相关参数

1.3.1除雪宽度

除雪宽度是指除雪车在工作中，在单向行进方向上单次清除积雪的宽度，也就是除雪铲在除雪工作单次作业的最小投影宽度。其除雪宽度的要求根据除雪车使用场合的不同有不同的规格要求。比较空旷的场所如广场、运动场、机场等面积较大、地势平稳、地形简单的场所，除雪车需要较大的除雪宽度保证单次能够完成较大的除雪量；在受限空间中作业的除雪车除雪宽度要考虑受限空间的不同情况来选择合理的除雪宽度，在公路上除雪车的除雪宽度要考虑到车辆通行的便利，防止在除雪作业的时候造成车辆通过困难，从而造成交通阻碍。此外前雪铲铲板的除雪宽度跟除雪车的车型尺寸也有很大的关系，除雪宽度过大于车辆轮胎外径，会因铲体重量过大增加前轮负荷，影响除雪车行驶稳定性；除雪宽度窄于车辆轮胎外侧，会造成积雪被轮胎碾压板结，影响除雪效果。一般是前端应比同侧轮胎外缘宽出200mm，后端应比同侧轮胎外缘宽出400mm。

1.3.2切削角

切削角是前雪铲在除雪车行进方向上铲体与地面间的夹角，其大小直接影响除雪前进阻力的大小。随着除雪车的前进，具有一定切削角的铲刃在垂直力的作用下，将积雪剥离其附着面，积雪沿导板曲面向斜上方运动，最后以一定的速度从推雪铲后端部排出。具有一定黏性的雪在切削角较小时呈流动型，在切削角大时呈断裂型。切削角太小使切削刃变薄、强度不足；但切削角过大，切削阻力会显著增大。在实际应用中，前雪铲在清除路面积雪和冰水混合物时，切削角度数在20度至30度范围内取值比较理想。

1.3.3行进角

指前雪铲铲体横向方向与车辆行进方向所夹锐角。行进角与除雪阻力、排雪性能、推雪铲长度都有很大关系，行进角小，则除雪阻力小，且排雪性能好，但须有较长的铲体才能保证必需的除雪宽度；行进角大，铲体长度则可短些，但除雪阻力增大，排雪性能也将变差。根据实际使用经验，前雪铲行进角一般取值在50度～60度之间。

2.前雪铲铲板曲面结构参数确定

2.1推雪铲材料

推雪铲的主要工作部分是切削刃和与其联接在一起的铲板。切削刃是直接切雪的零件，应有足够的耐磨性、强度、和刚度。切削刃是易损件，因此它与铲板之间设计为可拆分段联接。适宜的铲体自重利于增大铲体作用于路面的线压力，因此除雪车并不刻意追求降低前铲的总质量，但必须考虑行车稳定性和所用载重车前后轴的承荷能力。通常情况下除雪车前铲推雪铲的质量限制在500～800kg。材质选择时兼顾经济性，除连接零件外，大部分零件材质选择Q235钢。选取切削刃材料时除考虑耐磨性、韧性、经济性等因素外，须考虑工作温度对其物理特性的影响，一般选取65Mn调质钢。

2.2推雪铲切削刃参数选取

切削刃和与其联接在一起的铲板是推雪铲的主要工作部分。为了设计性能良好的推雪铲，必须对切削刃和铲板加以分析和认识。除雪车前雪铲主要应用于清除新降积雪，新降雪的密度随其结构、气象条件以及降雪气温的不同而变化，其密度值一般在20～800kg/m3之间。除雪车的前铲切削对象是新降积雪，同时除雪车为保护路面大多采用轮式行走机构，所能提供的最大牵引力较履带式行走机构小，而且工作速度要求较高，所以应尽量减小工作时的切削阻力。除雪车的工作路面较为平整，适应地形变化需要的后角可略小。因此综合考虑，推雪铲前铲铲刃切削角选择为30°，并对其结构作相应调整，切削刃厚度取8mm左右即可。

2.3前铲的铲板空间形状设计

前铲的作业对象是密度较小、颗粒间结合松散的积雪，它采用高速推进曲面旋移的理论进行除雪（除雪车前铲作业速度为30km/h左右）。在高速犁板上，被除雪粒不会堆积成堆，而是紧贴犁板，做空间旋移运动。推雪铲铲板曲面空间形状直接影响被除颗粒的空间旋移轨迹，是除雪阻力、除雪效率等的重要影响因素。为了便于向道路外侧排雪，推雪铲常设计成一端小一端大，以固定的行进角（铲板长度方向与车辆行进方向所夹的锐角）工作,被除雪屑的理想运动轨迹是空间螺旋外抛运动。

结束语

综上所述，多功能除雪车犁形前雪铲除雪的结构设计，应该要满足一下几个条件：

（1）犁形前雪铲曲面形式达到设计要求，各种非硬化积雪在铲面上无堆积，扬雪角度低、扬雪距离大、分散小，飞雪对驾驶员的视野影响小。

（2）犁形前雪铲水平摆动、垂直升降运动灵活可靠，除雪作业时可随机调整犁形前雪铲的前进角和铲刃离地间隙，保证最大除雪作业效率和最佳除雪作业质量。

（3）犁形前雪铲总体结构紧凑，强度、刚度达到设计要求。

（4）犁形前雪铲拆装简单方便，短时间内即可实现自卸车和除雪车功能间的转换。

【参考文献】

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[2]崔鑫.犁式除雪机设计关键技术研究[A].硕士学位论文.

[3]邓洪超.马文星.王智明.多功能除雪车犁形前雪铲结构设计[J].工程机械,2005（10）:18-20.