小型远程遥控扫雪车设计

熊文正 王殿君 王卓 乔磊 李时尚 王志发

摘要：我国东北地区的中小城市有些道路狭窄并有坡度，清雪难度大。为此，设计一种小型远程遥控扫雪车，可以实现遥控操作、自动清扫、自动行走等功能，大大提高了清雪的效率。

关键词：扫雪车;遥控;设计

我国东北地区有着漫长的冬季，积雪给人们正常的生产、生活都造成了巨大影响。在我国北方的中小城市有些道路比较狭窄，尤其是道路有坡度的巷道，当扫雪机机身过大和除雪速度过低时，会对道路交通造成很大的影响。因此，设计一种适用于有坡度且宽度较窄巷道的扫雪车有着非常实用的价值。[1]

1遥控扫雪车设计方案

本遥控扫雪车主要包括六大主体结构，中心主体结构是传动结构和集雪结构，其他结构有原动机、抛雪装置、操作装置、行走装置。其中原动机采用的是电动机，螺旋状的搅龙叶片是集雪装置的主要结构，抛雪装置主要是经过旋转的叶轮将雪抛出，行走装置为四台远程遥控的电机，速度可调，轻松、方便。其工作原理为：行走部共有4台驱动电机分别控制扫雪车的四个轮子，四台驱动电机通过远程操控系统控制下的正反转产生的差速来控制扫雪车的转弯及前进、后退，扫雪车在四台电动机的的推动下车体向前进。扫雪车的清扫部位由清扫电机提供动力。清扫电机将其动力经过链传动输送给传动轴，通过传动轴带动各个工作机构工作，传动轴通过蜗轮蜗杆减速器进行调速，最后将其输送到搅龙轴上，带动搅龙叶片的运转，完成扫雪的任务。动力源采用电机驱动，利用太阳能电池板储存电能，节能、环保。远程遥控部分选择的芯片是战舰stm32f103zett6，选用单片机作为本设计的控制系统硬件。

2遥控扫雪车的结构设计

2.1驱动系统设计

利用电机独立驱动的方法可以使传动的效率提高，成本减少，还能让差速转向、原地转向得以实现。改变电流的大小和方向便可以实现平稳换向和变速，前进、倒退、制动、变速等动作。初擬远程遥控扫雪车器人的重量为400kg，克服摩擦和压力的作用，每个单独的电机约为125N的力。由于负载比较平稳，远程遥控扫雪车单个轮子所需电机功率定为35W，所选电机额定转速为3000r/min。

2.2传动机构设计

遥控扫雪车的动力由电动机提供，经由链传动将动力输出给传动轴。再把传动轴与蜗轮蜗杆减速器相连接，将动力传达到蜗轮蜗杆减速器上，再传达到搅龙轴上。从电机3000r/min到远程遥控扫雪车的轮子转速150r/min，总传动比达到1：25，直接使用蜗轮蜗杆减速进行单级减速即可满足要求，

对于传动比的选择，应保证i≤6，若i>6，链条与链轮之间的啮合数将减少，使得啮合轮齿加速磨损，同时也会发生跳齿、脱链。选择i=1.4，z1=25，则大链轮齿数为z2=i·z1=1.4×25=35。

1）小链轮的主要尺寸有

分度圆的直径d11为：d11≈76mm;齿顶圆直径分别为： ， ;齿根圆的直径为：

2）大链轮的主要尺寸

分度圆的直径为： ;齿顶圆直径为： ; ;齿根圆的直径为：

2.3集雪装置的设计

因积雪是从集雪桶的中心经由弯管排向道路的侧边，故需先设计搅龙叶片将雪汇集到储雪桶中部，所以将转子设计成由联轴器链接的两个旋向相反的螺旋轴。其中搅龙机构将设计为带状螺旋叶片，这样设计的好处在于有效的缓解储雪桶的压力，减轻发生堵塞的情况。

集雪装置有很好的破、集、抛这三大功用。其中，搅龙机构的旋向设计为左边左旋、右边右旋，这样将有效的将两边的积雪运送到中心，然后将雪抛出。扫雪车的中心运转部件是搅龙轴，它的中部与蜗轮相连接，两边都是使用轴承端盖固定的，这样有利于整个机构的运转。

（1）搅龙轴的设计：

根据要求，轴的材料选择45钢制造。热处理方式选择正火、回火即可完成所需要求。轴的转速：n3≈61.58r/min;轴的输入功率为：P3=0.75P2≈1.52kw;轴的转矩为：T=2.37×105N·mm。

（2）搅龙叶片的设计

搅龙叶片是本次设计中的核心装置，它的设计将影响整体产品的成效。为更好的实现将雪输送到中间部分的功能，将其设计为搅龙叶片在右边的右旋，在左边的左旋，且采用耐腐蚀性材料。叶片内外径及节距是搅龙叶片的主要设计参数，现初步设计搅龙叶片的参数如下：

叶片外径：D=360mm;叶片内径：d=48mm;节距：P=70mm;外螺旋线实长：L≈1133.14;内螺旋线实长：l≈166.25mm;叶片高：h=156mm;叶片展开里口径：γ≈26.81mm;切口角度：α=4.85°;切口弦长：C≈15.47mm

3 遥控扫雪车的控制系统总体设计

远程遥控扫雪车采用模块化的设计思路，通过模块化搭建一个硬件的控系统，模块化便于安装更换，同时也便于排查错误，对于最远程遥控扫雪车器人的调试这重要的作用，可以减少大量的排查工作。硬件控制系统的主要部分有：开发板 stm32 模块、电源和控制器模块、电动机和驱动器模块，无线通讯和控制器模块，STM32开发板ALIENTEK。

战舰中的stm32开发板中所需要选用的芯片是战舰stm32f103zett6作为一个芯片中的mcu，该芯片开发板中的芯片已经认为是战舰stm32f103里面的一个硬件配置非常强大的了，它现在可以拥有的硬件资源主要功能包括64KB遥控器。

4总结

远程遥控扫雪车通过电机、链传动、蜗轮蜗杆传动等实现搅龙轴的转动达到清雪的目的，通过遥控器可以远程遥控扫雪车的前进速度及转向等功能。该设计的扫雪车体积小，操控方便、行动灵活。对宽度较窄且有坡度的巷道积雪，能实现快速清雪的目的。大大减少了人工的劳动强度。

参考文献

[1]陈凯伦我国道路除雪机械现状及发展趋势 黑龙江交通科技2017年第5期

[2]朱忠攀 吴宪 李刚 施超 低速无人清扫车远程监控系统架构及控制模型 机电一体化 2017.12

[3]肖玲 电子遥控车设计 现代信息科技2019年12月24期

[4]马丹，陈文，张勇，柏龙 基于5G网络的远程遥控业务实践及探索 邮电设计技术2020年1月

[5]薛洪丽，冉玉梅，王栋栋，段忠臣，王泽民 手推式清雪车的设计机械研究与应用·2016 年第 5 期