新型多功能戶外自動除冰車結構設計與分析
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摘 要：針對冬季寒冷地區受雨雪天氣影響地面會經常出現積雪結冰的情況，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
傳統的除冰方法是用鐵鍬等工具敲擊除冰，傳統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傷害較大。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傷害小、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戶外臺階結冰后除冰難的問題，彌補了現有除冰機體積龐大、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。為執行機構提供動力。
2.5 除冰車智能裝置
除冰車可實現自動控制，障礙識別，自動升降等功能。充分體現了機電控制、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 創新點及應用
4.1 創新點
?。?）自主創新設計的一個新型多功能戶外自動除冰車。相比傳統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。
?。?）自動除冰車整體體積小巧，重量輕，單人即可搬運及操作。
?。?）除冰機自帶驅動裝置，無需使用其它機械驅動，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。
4.2 應用
與我國國內除冰車現階段相比，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].山東工業技術，2016（17）：176.
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