除雪机的设计及其液压控制

闫爱民

摘要：：针对国内除雪机存在的雪扫不净、比较笨重、不能避障问题，设计一种小型、高效、经济实用的除雪机。阐述设计除雪机的结构组成及工作原理，介绍液压传动和电磁控制避障机构的工作原理及工作程序，为提高除雪效率提供适用机具。

关键词：除雪机；液压传动；电磁控制；避障

中图分类号：U418.3+26 文献标识码：A 文章编号：1674-1161（2016）11-0040-03

我国北方地区降雪期较长，降雪量较大，道路积雪严重影响人们的正常生活。目前，公路及机场使用的除雪机大多是国外进口的，价格比较昂贵；而国内生产的除雪机存在雪扫不净、比较笨重、不能避障（容易破坏道路上的减速带）等问题，亟需设计研发一种小型化高效化、经济实用型的除雪机。为此，设计一种以63.75 kW（50马力）拖拉机为配套动力的除雪机，拖拉机前面装有绞龙集雪装置，先把雪集在一起，然后使用离心式扬雪机构把雪扬到路边或大货车上，路面剩余的10 mm厚积雪被后面倾斜30°的毛刷扫向路边。

1 除雪机的整体结构

1.1 整体结构

大型除雪机的扫雪幅度较宽、工作效率较高，但体积较大、制造成本较高，且需要占用其它车道，容易造成交通拥堵，因此只适合在大型广场作业。

设计的除雪机采用拖拉机背负式，对拖拉机利用率较高，制造成本较低；宽度2.4 m，能够有效降低对道路上其它车辆的影响；采用电磁控制，所有控制开关按钮装在驾驶内，操控简单，环境舒适；由拖拉机提供前进动力，拖拉机后输出轴720 r/min，输出轴通过齿轮箱增速带动液压泵，液压输出为扬雪机构等提供动力。在液压传动中采用24V的液压电磁阀控制。除雪机的结构组成见图1，悬挂毛刷机构的结构见图2。在图2中，V带轮7与V带轮9的传动比为1︰3，V带轮7通过联轴器带动液压泵工作。

除雪机前置机构通过前悬挂固定装置与拖拉机挂接，其后置机构通过三点悬挂挂接在拖拉机后悬挂装置上。拖拉机动力输出轴通过万向节传动轴输出动力到变速箱，变速箱花键通过万向节传动轴连接花键轴，花键轴右端装有链轮，通过链传动带动尼龙钢丝毛刷筒左视顺时针方向转动。除雪机后置的结构见图3。

液压泵通过液压管将动力传递到除雪機前置装置，带动集雪机构的液压马达、扬雪机构的液压马达转动及控制集雪扬雪机构升降液压缸伸缩。除雪机前置机构的侧面见图4。

1.2 工作原理

液压马达顺时针转动带动锯齿状集雪绞龙，集雪绞龙把积雪切割粉碎并从左右两边向中间运动，集雪由扒雪板扒向扬雪机构；扬雪机构中的液压马达带动扬雪转子片以700 r/min的速度转动，扬雪转子产生的气流把粉碎雪吸进扬雪机构；在扬雪转子的带动下，雪粒产生离心运动通过扬雪口扬出去。经过前置除雪机构除雪后，路面上仍存有的20 mm厚积雪，由后置除雪机机构的尼龙钢丝毛刷扫向路边。

2 液压传动设计

液压传动技术的传递功率大、结构简单、体积小、易于实现无级调速和过载保护，被广泛应用于收获机械的操纵、转向、驱动系统，大大提高机械的作业效率、安全可靠性、舒适性、适应性，成为代表其技术水平的主要标志之一。电磁液压系统的结构见图5。

2.1 液压系统元部件主要参数

液压泵CBD-G5100排量100mL/r，额定转速

2 100 r/min，额定压力25 Mpa。液压马达的规格参数见表1。

2.2 液压管的选用

从液压泵到液压马达之间的液压管，选取内径19 mm、耐压30 Mpa的油管，适配接头螺纹为M301.5。

发动力的动力有一半提供给液压泵，所以液压泵的输入功率psr=18.375 kw；液压泵的输出功率psc=pstη=14.7（kW）；液压泵的最大排量为q泵=vnηv=189 L/min；液压马达的流量为q马达=250×308+100×700=147（L/min）。

液压泵的输出功率大于2个液压马达所需功率，液压泵输出流量大于2个液压马达的流量之和。2个液压马达的扭矩都能满足除雪机构所需扭矩。

3 电磁控制及避障电路设计

电磁控制系统的电源为拖拉机自带的发电机机铅酸蓄电池，其电压为12 V，通过逆变器升压到直流24 V。电磁阀及电动机都是直流24 V电压，电路图如图6所示。

启动除雪机，闭合前置机构下降开关，控制液压主回路的两位三通阀控和控制液压缸的三位四通电磁阀动作，前置机构下降到适当位置，触动前置机构下降限位开关，常闭开关打开，控制液压主回路的两位三通阀和控制液压缸的三位四通阀断电，前置机构停止下降。然后，闭合扬雪机构启动开关和集雪机构启动开关，分别控制扬雪马达和集雪马达的两位两通液压电磁阀动作，扬雪马达和集雪马达转动，调节拖拉机的后悬挂升降系统，使后置机构到合适位置，拖拉机在前进中完成除雪作业。当前面有减速带等障碍物时，触动避障开关触动和紧急停车开关，前置机构向上提升，拖拉机离合分离刹车制动。人工复位后继续作业。

除雪作业完毕后，关闭扬雪集雪机构启动开关，闭合前置机构提升开关，使前置机构提升到合适位置，断开提升开关。提升后置机构，关闭除雪机。

4 结语

设计的除雪机结构简单，连接紧凑，采用机电液一体化技术，由电气系统控制液压系统，用液压系统控制机械系统。除雪机运行中碰到障碍，机械部分反馈到电气控制系统。机电液一体化技术使除雪机机构更简单，液压系统的整体结构趋于自动化，提高除雪机的工作效率、可靠性和稳定性，具有操控简单、除雪效率高的优势。

文献参考

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Abstract： For the existing problems of domestic snowplow， such as not clean， heavy and can not avoid obstacle， a kind of small size， efficient， economic and practical snowplow was designed.This paper expounded the structural composition and operating principle of the design of snowplow， and introduced the principle of hydraulic drive and obstacle avoidance mechanism by electromagnetic control， which provided suitable machines for raising efficiency of snow removing.

Key words： snowplow； hydraulic transmission； electromagnetic control； obstacle avoidance