关于除雪车吹风系统的应用研究

薛志敏

（中国重汽集团柳州运力科迪亚克机械有限责任公司，广西 柳州545112）

0 前言

我国北方地区冬季一般约5～6个月时间，黑龙江、新疆、内蒙古等省份甚至长达8个月之久，每年都会有几次较大的降雪过程，给人民生产生活，交通运输及交通安全带来了许多不便。相对于传统的人工铲除积雪，机械除雪设备除雪效率高、成本低、无污染等特点，应用最为广泛，主要应用于机场、高速公路及主要街道除雪。依据降雪强度的不同，大家普遍将积雪分为薄积雪、中等厚度积雪、厚积雪，机械除雪设备中大型的设备主要为多功能除雪车，吹风系统是多动能除雪车必备的功能。

目前市场上的除雪车采用的吹风装置主要有冷吹和热吹两种作业方式。热吹一般采用飞机涡喷发动机，工作原理是利用涡喷发动机排出的高速燃气流，在雪层表面造成微低压，使积雪与地面分离，被高速燃气流吹走[1]。其优点是效率高、清除彻底，缺点是造价高、噪声大、维修较困难及发动机使用航空煤油，且工作消耗巨大，使用成本高。冷吹一般有两种形式，一种是采用发动机带动压缩机工作，提供吹雪作业所需的压缩空气[2]，高速气流通过管道以合适角度吹向积雪，强大的风力将积雪吹走。其优点是维修保养方便、操作简单、使用成本低，缺点是结构大且复杂，需要布置较长的风道，效率低。本文所介绍的是另一种形式的冷吹形式，采用双鼓风机结构，液压马达带动鼓风机的转子工作，该结构能综合上述两种吹雪方式的优点，克服其存在的缺点。

如图1所示，整车左右两侧各布置一个鼓风机，增大出风量，两个鼓风机安装时错位安装，除雪工作时可以同时向一个方向吹雪，可以把底盘内和外侧的积雪按要求吹往道路的一侧。

图1 鼓风机安装示意图

1 结构组成和工作原理

1.1 结构组成

液压马达驱动的鼓风机结构如图1所示，其主要由鼓风机壳1、液压马达2、转子3、进风口4、伸缩油缸5、风道6、滑槽7、换向油缸8、出风口9和换向杆10组成。

图2 鼓风机

1.2 工作原理

液压马达输出轴与鼓风机的转子螺栓连接，形成一个整体，液压马达输出轴转动时，带动鼓风机壳里面的转子以同转速转动。转子高速转动时，产生吸力，把鼓风机外的空气通过进风口吸进鼓风机壳，转子高速转动的同时，转子上的叶片带动空气高速运动，离心力使空气在渐开线形状的机壳内，沿着渐开线流向风道，高速气流具有一定的风压，高速气流沿着风道，从出风口吹出，利用吹出的高速气流在积雪表面造成微低压，使得雪粒脱离积雪表面随着气流运动，雪粒被吹离道路，达到清扫积雪的目的。

鼓风机左右两侧各安装有一个伸缩油缸，油缸的支座分别安装在鼓风机的滑槽和风道的外侧，伸缩油缸工作时，风道长度的变化与油缸伸缩量的变化一致，实现风道长度可调和可控的目的。因为出风口离地高度不能太高，会影响鼓风机的吹雪效果，但是出风口离地太低又会影响除雪车的通过性，所以该结构的鼓风机设计风道能伸缩，吹雪作业时风道伸出，使得出风口离地距离最小，非工作状态正常行驶时，把风道收起，提高整车的通过性。鼓风机的风道还装有一个风向换向装置，该装置由外侧的换向油缸与换向杆连接，换向杆控制风道内的气流方向，可以按吹雪作业的实际需要，控制高速气流向左出风口或右出风口吹出。出风口的喷嘴形状一般采用矩形或圆形，根据大量的试验和模拟分析，在相同条件下，模拟了两种喷嘴的吹雪效果，并进行了对比，发现矩形喷嘴吹雪所用的时间更短，吹扫面积比圆形喷嘴的吹扫面积大，吹雪效率更高[3]。所以该结构的鼓风机出风口的喷嘴形状为矩形。

液压马达驱动的鼓风机与航空发动机的热吹相比，吹力相对较小，其单独作用时吹扫效果确实稍逊于航空发动机吹雪车，但是如配合其它除雪装置使用可弥补其一定缺陷，且因鼓风机体积小，造价低，现在多功能除雪车上，除了前置的除雪装置外，都会在底盘大梁的中间或者后端左右各安装一个鼓风机，双鼓风机结构大大提高了整车的吹扫能力。

2 液压系统

左右两侧的鼓风机分别使用两套闭式系统驱动扇叶的转动，两套系统独立运作，可分别运行也可同时运行。如图2所示，单套液压闭式系统里由一个变量泵驱动一个定量马达，定量马达驱动鼓风机扇叶的转动。其中使用变量泵能使在工作过程总调节风机的扇叶转速，从而调整风机出风口风量。左右鼓风机可提升，下降以及换向功能，此功能与整车其他装置的动作使用同一套开式系统。其中鼓风机控制部分，如图3所示，实现左右两个鼓风机的风机同时切换出风风向，以及分别控制左右两个鼓风机的出风口高度。其中控制阀组在总路设计有总阀及溢流阀。总阀为常开，在控制支路无动作时为开启状态，减小系统能源消耗，同时保护液压元件。在控制支路有动作时关闭，总阀关闭，使系统带压，实现各个执行机构的正常动作。溢流阀在系统中为一个安全阀，在总阀关闭后，系统带压，当系统到达溢流阀的设定压力后，系统溢流，使系统压力不再继续升高，达到保护执行元件的作用。

图3 叶轮驱动液压原理图

图4 鼓风机换向和提升油缸驱动液压原理图

3 主要性能特点

3.1 结构简单、轻巧，除雪效率高，应用广泛

液压马达驱动的鼓风机整体结构简单、轻巧，可以根据不同的工况需求设计鼓风机的大小，可以安装在底盘大梁的中间或者后端，适合小、中、大型除雪车使用，应用广泛。又因其结构特点，鼓风机转子到出风口的风道短，能量损失基本可以忽略不计，所以除雪效率非常高。

3.2 结构可靠性高，噪声小，使用成本低

鼓风机由液压系统驱动和控制，动力源直接从底盘发动机取力，不需增加任何动力单元。液压马达驱动的鼓风机工作时噪声小，且液压系统可靠性高，使用是只需底盘发动机提供动力，非常省油，使用成本低。

3.3 操作简单，维修保养方便

除雪车在进行除雪作业前，提前把鼓风机伸缩距离和出风的方向调好，作业过程中无需任何操作，操作简单方便。该结构的鼓风机结构简单、轻巧，鼓风机安装在底盘大梁外侧，维修保养非常方便。

4 结论

近几年来，随着国家高等级公路建设以及民用机场建设，除雪技术发展很快，雪季时，在高速公路和机场跑道上的积雪要求快速清除干净，不影响交通，多功能除雪车因其一车多功能，将多种除雪方式整合一起，除雪效率高，干净，无残留等特点，得到了市场的认可。吹风系统作为多功能除雪车的重要组成部分，甚至可以说是多功能除雪车的必备功能，它可以与其它除雪方式一起联动工作，当路面的积雪疏松时，其也可以独立工作，吹风就能轻松把积雪吹走，独立工作时，与其它除雪方式相比，使用成本更低。吹风系统因其优越性能特点，在今后的机械化除雪中必将起到更重要的作用。