除雪装置的发展及结构变化

孙晓强　刘成东　倪苏周

摘要：冬季除雪是重要??保障?程，机械化除雪因其效率?、保障能?强已成为除雪的主?。除雪装置?般分为推雪铲和扫雪滚，通过固定架安装在?辆的头部驾驶室的下?，推雪铲和扫雪滚更适宜于?型?辆使?，推雪铲和扫雪滚在结构上?般采?四连杆机构，其铲体和滚刷可以左右摆动，也可以平?于驾驶室?作，能够满??型道路?距离、空间?阔的环境除雪。为了更进?步的研究和发展，需对除雪装置进?分析。

关键词：除雪装置;固定架;四连杆机构;推雪铲;扫雪滚

中图分类号：U273.8 收稿?期：2022-05-07

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2022.06.015

通过对除雪装置的知识产权进?分析，不难发现近年来除雪装置的发展突?猛进，从早年的??清雪，“铁锨铲、扫帚扫”的时代发展到今天的?载各式各样的清雪装置以及组合式的清雪?的诞?。

1 除雪装置的技术发展

除雪装置主要分为推雪铲、扫雪滚、除雪?（或清雪?）。其中推雪铲分为??推雪铲和机械推雪铲。扫雪滚分为两种类型，?种是小型扫雪?机使?的，由动?设备通过轴类装置直接驱动，另?种是?型设备需要与?型?辆结合使?。扫雪机?般指?扶的刷毛，由机器带动旋转的，?进速度较慢，清理空间不?，操作?便，小巧玲珑，适合家庭或是小型场院使?。扫雪滚更适宜在?型?辆使?，能够满??型道路?距离，空间?阔的环境除雪，如城市道路和?场。

1.1 除雪装置与?辆的的连接?式除雪装置[1]?般分為推雪铲和扫雪滚，其安装在?辆头部驾驶室的下?，在驾驶室前?安装?个固定架，推雪铲和扫雪滚的尾部设计?个?便安装挂钩，直接将雪铲或扫雪滚的连接架固定在?辆前部的固定架上，固定架对于推雪铲或是扫雪滚可以通?。固定架通过螺栓和?板连接在驾驶室下部的?梁上，连接牢靠。其结构如图1所?。

1.2 推雪铲的发展

?般的推雪铲前部设有铲体，中部设有过渡连接架尾部设有与?辆连接的连接架，连接架上?般有挂钩或是螺栓孔?便与?辆上的固定架连接，中部过渡连接架?般设置成三?形的，过渡架的两侧?般设置有?个或两个油缸，?便铲体左右?度摆动。

在推雪铲的连接架合适位置有液压动?单元，动?单元负责调节油缸的?度和提升油缸供油;?般中间三维空间内设计为四连杆机构，下部是在过渡连接架，上部是吊梁，吊梁与铲体的横梁之间采?钢丝绳或是铁链连接，这样吊梁、钢丝绳（铁链）、尾部连接架、中部过渡连接架构成四连杆机构。上部吊梁的?端与尾部连接架?轴铰接，吊梁与尾部连接架之间采?油缸连接构成三?形，油缸的?端与尾部连接架?销轴铰接，另?端与吊梁?销轴铰接，油缸负责吊梁顶起，随着吊梁顶起铲体在中部过渡架的辅助下离开地?向上抬起。吊梁通过软连接与铲体固定梁连接。提升油缸负责抬起和落下，铲体下部设有铲刃，铲刃负责清除附着在地?上的积雪。

如图2所?[2]，该结构采?的是四连杆机构，右侧连接架与汽?底盘连接在?起。推雪铲随着铲刃的磨损需要调整?撑轮的?度，如果是??作状态需要??旋转?轮将推雪铲拉起抬?将铲刃离开地?。四连杆机构是?个刚性连接，铲刃在?作时突遇前?有突起物时，?辆操作者是?法回避的，因此这种结构的具有伤害性。

如图3所?，该推雪铲采?四连杆机构，机构上部是单个吊梁，下部采?的是三?形过渡架，上部吊梁与前部连接铲体的横梁连接采?软连接，油缸顶起吊梁，带动铲体上升，节省了??，提?了效率，并且铲刃已经进?步改进成可回避障碍的翻板结构[3]。从图2～图3看，该技术已经有了很?的改进，主要体现在：

a.推雪铲已经开始应?液压系统控制。

b.铲体可以根据需要在三?形的两侧有油缸驱动将铲体左右可以移动0～30°的?度，?便将积雪推到道路的侧边，并且减轻积雪对?辆的阻?。

c.铲刃遇到障碍物通过翻转的?式，可以有效避免障碍物对铲刃的伤害。

d.铲刃对地?有进?步的伤害，并且因为地?不平会留下部分薄薄的雪层。

1.3 扫雪滚的发展

1.3.1 扫雪滚的特点

随着时间的推移和技术??的进步，?们对除雪装置要求更?，对清除路?积雪也有了更?的要求，不仅仅是将积雪推出，更希望路?进?步?净。因此扫雪滚应运而?，扫雪滚的结构是依托推雪铲的结构演变而来，中后部结构与推雪铲的结构相同，前部增加了滚刷固定架、滚刷轴、滚刷?撑轮，还增加了驱动滚刷的驱动系统。刷毛的优点在于其不受地?突起物的影响，可以做到仿形通过。由于刷毛会产?磨损，所以?般在中间位置增加调节螺杆。

为了简化扫雪滚的设计，?般是借?推雪铲中后部的结构，这样可以减少设计周期，扫雪滚由刷毛架与横梁连接。扫雪滚的旋转驱动?般是另设有液压系统，液压系统由底盘发动机带动取?器，通过油泵和油箱、散热器等将液压油提供给滚刷?达，?达驱动刷毛旋转，也有的利?副发动机直接通过传动轴、减速机、链条、链轮带动刷毛旋转。

1.3.2 扫雪滚的结构分析

扫雪滚在功能上主要分为液压驱动滚刷和?带动?的发动机滚刷。下?我们以其两种驱动?式对结构和性能优缺点进?分析。

?种小型除雪滚刷[4]如图4所?，主要结构由?撑连接架、仿形连接架、仿形轴、定位块、举升油缸、三?滚刷轴、?达、仿形轮、转型油缸、调整拉杆组成。?撑连接架与?辆前部除雪装置固定架连接，仿形连接架通过仿形轴与?撑连接架铰接，左右转向依靠转向油缸，抬起与落下依靠举升油缸，刷毛穿在三?滚刷轴上，三?滚刷轴安装在滚刷?架上，?达上安装有双排主动链轮，三?滚刷轴上安装有双排从动链轮，双排主动链轮与双排从动链轮之间通过双排链条传动连接。三?滚刷通过?达与链条提供动?。刷毛磨损与地?产?距离依靠调整螺杆??调整。E668EFCB-4E5B-4273-8228-39A313F97762

?种路??适应除雪滚刷装置如图5所?，主要结构包括滚刷、滚刷挂架和两个?撑轮，滚刷挂架通过其?平部位与滚刷固定连接为?体，并通过滚刷挂架后部的挂钩挂在汽?底盘的连接板上，通过螺栓压紧;两个?撑轮对称安装在滚刷挂架的两侧，滚刷?架和滚刷上装有调整油缸，刷毛磨损依靠调整油缸调整刷毛离地距离，举升油缸铰接在滚刷挂架上，滚刷?架分别铰接在滚刷的滚刷轴上，滚刷的滚刷轴两侧分别装有驱动滚刷转动的液压?达，带动滚刷?架作往返运动的滚刷调整油缸与滚刷?架铰接。

?种安装在汽?底盘或?程装载机上的扫雪装置如图6所?，主要由机架、扫雪刷、链轮箱、液压单元、快速连接架、?走轮、举升油缸、连杆、转向油缸、作业发动机、转动?柄。快速连接架与?辆前部除雪装置固定架连接，举升油缸两端分别连接快速连接架和连杆，连杆与机架连接，液压单元负责给左右转向油缸和举升油缸提供动?，机架的前端安装有可上下左右摆动的扫雪刷，机架上还安装有作业发动机，作业发动机通过链轮箱与辊轴传动连接。刷毛磨损依靠?撑轮上部的?柄调整刷毛离地?度。

上述三种装置均有不同的优点和缺点。

图4的小型除雪滚刷采?液压?达驱动，优点是通过链条带动刷毛轴，?达所占?的空间放在刷毛背?，有效利?刷毛背?的空?空间，这样的布置可以有效缩短刷毛轴的轴向尺?。缺点是刷毛磨损采?调整螺杆??调节效率低，由于采?液压驱动需要配置油泵油箱和布置管路现场安装?作量?较?。

图5的路??适应除雪滚刷[5]采?液压?达驱动，?达直接布置在刷毛轴两侧。优点在于将调整螺杆改为液压油缸，刷毛磨损后可以通过调整油缸轻松调整刷毛离地?度;缺点是除了图4中提到的缺点，还有因为?达布置在刷毛轴的两侧增加了刷毛轴向尺?，也就是在同等有效除雪尺?的情况下装置的整体?度增加。

图6安装在汽?底盘或?程装载机上的扫雪装置[6]，采?发动机作为动?输出，经过传动轴和减速机将动?通过链条和链轮驱动滚刷轴机构。优点在于现场安装?较?便，效率?，还可以通过滚轮?架?动调整，虽是?动调整但是调整结构因为采?丝杆结构，???较轻便;缺点是由于采?发动机作为动?，体积和总质量要?液压驱动的雪滚要?。

对?上述三种代表性的滚刷。如图5～图6所?，两个结构同样采?了四连杆机构，中间连接架采?上下两个三?形连接，举升同样采?液压油缸?作，下部三?形连接架两侧都带有液压油缸。滚刷通过?撑轮?走时，吸收颠簸能量以减轻滚刷刷头和?撑轮所受的冲击，并?于在滚刷转场过程中形成平衡?，以防?滚刷头因晃动导致的左右偏斜。图5的路??适应除雪滚刷采?了调整油缸调整刷毛离地距离，?较?便操作者操作。

1.3.3 液压驱动滚刷和?带动?的发动机滚刷优缺点

液压驱动扫雪滚结构除了要配置油泵、油箱液压油管、散热器以及液压?达、电控系统。现场安装时?般采?洒??、钩臂?、扫路?改造，通过?上原有?压油管改造，或是增加?压油泵驱动，安装时?作量?较?。

?带动?的扫雪滚现场安装?较省事，扫雪滚后部的连接同液压驱动的连接?式是?样的，连接架与?上的固定架挂在?起，底部?两个螺栓连接即可。重量较液压的重?些，同等规格的扫雪机如果驱动更换为发动机的扫雪滚，其重量要?液压的驱动的扫雪滚质量要?300～500kg，底盘载质量需要??个等级。

1.3.4 扫雪滚存在的问题

上述产品虽有了很?的进步，但是问题仍然存在，且不被?家发现，这是因为上述产品主要是应?于城市道路，城市道路?多修建平整，即便是有坑洼也不容易发现。随着城市道路向乡村延伸发展，建设城乡?体化，道路上的坡路就会出现这样那样的问题，?辆运?的模拟图如图7～图9所?。

图7中坡道?度设定为7°，从图中可以看出当?辆上坡时，除雪装置的刷毛先与坡道接触，随着?辆的前移刷毛与地?接触的?积就?，刷毛受地?的?就越?，弯曲?积?然就多，刷毛与地?的摩擦?就?，致使驱动系统必须要提供设计功率的?倍。

图8中除雪装置的?撑轮进?坡道后刷毛已经离开地?很?了，因此在这个状态下，当?撑轮进?坡道后刷毛会离开地?，地上的积雪会有很??段距离扫不到。同样的道理，当地?进?下坡道时?撑轮还没有进?下坡道。刷毛同样不会扫到地?，如图8所?，经过现场测试，?辆在即将进?下坡道时?少会有3～5 m的距离刷毛刷不到地?。

为了进?步解决上述问题，可以通过在滚刷?架和中间连接架之间将?动调节花莲螺杆更换为?个或?个液压油缸来?动调整刷毛離地?度。通过检索发现CN202020405000 .0[7]和CN202110106923 .5[8]的专利已经利?液压系统解决了上述问题。但是在进?坡道和下坡路段需要??通过?柄和电控?式控制油缸的?程促使刷毛离地和接近地?，由于是??操作在执?过程中势必有延迟时间，也就是刷毛仍旧有?段离地距离而会出现上述扫不到地?的现象。

2 持续改进

通过上述?案分析，经过?代?的改进，仍旧还有改进的空间，例如图4和图5的?案虽然中间增加了液压油缸调节滚刷的仰俯?，但是对于其仰俯时机控制需要靠??调节，还是有其滞后性。如果再在液压管路上增加控制单元，靠滚刷的重量调节滚刷着地时间，?如增加?个压?开关，当滚刷着地了，油缸对系统压?挤压?较小，压?开关反馈信号压?稍?，则系统?动降低，反之需要刷毛离开地?，需要增加压?。

3 结语

除雪装置虽然是附着在其他?辆上的?个装置，产量?较小，但是冬季的积雪给??带来不便，需要及时清除，时间短任务重。

除雪装置?度?动化可以给操作者带来更?的?便，减轻操作者的?作压?，这也对技术?员提出了更?的要求，需要对产品积极改进，提升产品质量，设计出更?便更可靠的除雪装置。

参考?献：

[1] 谭?辉，薛刚等.?种除雪装置[P].中国：CN201720624354 .2，2017年05?31?.

[2] 董永根.?种除雪装置[P].中国：CN88210246.X ，1989年1?25?.

[3] 刘庆国.?种具有多?度的推雪铲[P].中国：CN202023178746.1，2020-12-25.

[4] 段会强.?种小型除雪滚刷[P].中国：CN201320093192.6，2013-03-01.

[5] ?玮，丁勇，张红霞.?种路??适应除雪滚刷装置[P].中国：C N201420690838.3 ，2015-04-22.

[6] 段会强，段斌.?种安装在汽?底盘或?程装载机上的扫雪装置[P].中国：CN201420549929.5，2014-09-24.

[7] 刘琦，肇伟，等.?种可翻转滚刷架[P].中国：CN202020405000.0，2020-03-26.

[8] 葛凌志，杨宽，胡圣雷.除雪滚刷及具有其的除雪?[ P ] .中国：CN202110106923 .5，2021-01-27.

作者简介：孙晓强，男，1980年?，?程师，研究?向为清扫和垃圾回收类环卫?辆。E668EFCB-4E5B-4273-8228-39A313F97762