多功能自动积雪清理车

多功能自动积雪清理车龙懿LONGYi曰李文达LIWen-da曰赵盈盈ZHAOYing-ying曰张彦龙ZHANGYan-long曰贾永飞JIAYong-fei曰韩天奇HANTian-qi曰姚俊明YAOJun-ming曰王东海WANGDong-hai曰朱永强ZHUYong-qiang曰张平霞ZHANGPing-xia（青岛理工大学机械与汽车工程学院，青岛266520）

（SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering，QingdaoUniversityofTechnology，Qingdao266520，China）

摘要院针对目前城市道路除雪效率低下，作业人员工作时存在一定安全隐患，融雪剂使用过多，导致植被破坏等问题。本文对积雪

清理车进行结构分析与优化，利用Solidworks，设计了一台具有收集、分离、压缩等功能的小型积雪清理车，改善目前国内除雪设备功能单一，清理后的积雪只能无序堆放，得不到有效利用等状况。最终实现可调控的压缩、处理一体化。

snowmeltingagentsleadingtovegetationdamageandotherproblems,inthispaper,thestructuralanalysisandoptimizationofthesnowremovalvehicleiscarriedout.UsingSolidworks,asmallsnowremovalvehiclewithfunctionsofcollecting,separatingandcompressingisdesignedtoimprovethefunctionofthedomesticsnowremovalequipment.Finally,itrealizestheintegrationofcontrollablecompressionandprocessing.

关键词院积雪清理车；多功能车；SolidWorks

Keywords:snowremovalvehicle；multi-purposevehicle；SolidWorks

Abstract:Inviewofthecurrentlowsnowremovalefficiencyofurbanroads,certainsafetyhazardsforworkingpeople,toomuchuseof

基金项目院国家自然科学基金资助项目（51005128）；2018年国家

级大学生创新训练项目（201810429044）。

作者简介院龙懿（1995-），男，云南曲靖人，本科；朱永强（通讯作

者）（1975-），男，山东莱州人，博士，副教授，硕导，研究方向为汽车动力学、虚拟设计。

0引言目前世界上冰雪清除机械主要有犁板刮铲式、抛扬式、刷扫式、高速气流吹扫式、热熔式等。发达国家多以除新雪为主，如日本、美国、北欧、加拿大等国家的机械化除雪率能达80%-90%[1]。压实除雪机械设计技术难度较大，除净率低，工作效率低，使用效果不理想，且绝大多数压实雪除雪机需要大功率车辆作为配套动力，燃油消耗较高，整套设备投入很大，动辄上百万元，难以大量投入应用。在我国，由于是在雪停后才开始除雪，经行人及车辆碾压已被压实形成冰雪路面，即除压实雪[2]。因此除雪机械的设计主要是针对除压实雪，除雪方式主要有摆锤旋转击打式，往复冲击振动式转、旋转铣削式，楔铲式等，这些除雪设备4]各有不足[3，。为此，开发适合我国国情的除雪机械显得十分必要。基于此，本文提出了一种可以有效避免道路损坏，环要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要图1多功能积雪清理车的整体结构

境污染的多功能除雪车。1多功能除雪车的设计多功能积雪清理车的整体结构如图1所示，主要由刷头、电机、送雪通道、上层送雪通道、雪气分离腔、积雪收集腔、滑移装置、压缩腔和驱动装置组成。1.1刷头的设计为了实现“边下边扫边清理，雪停道路清”的要求[6]，具备处理浮雪层和粘连层能力的除雪结构有旋切破冰式、雪辊刷扫式、犁板推移式、涡轮抛雪式，其中旋切破冰InternalCombustionEngine&Parts式和犁板推移式会对路面产生破环，单从除雪效果上分析最佳的是雪辊刷扫式，但雪辊刷扫式容易被冰冻。如果从材质上选择低温影响微弱的材料制作刷毛，就可以解决雪辊刷毛冰冻的问题[7]。经过以上分析，最终确定刷头选用雪辊刷扫式。1.2输送装置的设计输送装置包括刷头、前端送雪通道、上层送雪通道和吸雪机。刷头由电机驱动进行扫雪，上层送雪通道通过铆钉与前端送雪通道连接，吸雪机布置在上层送雪通道内部后端。吸雪机的作用是帮助积雪从送雪通道运动至上层送雪通道，提供吸力，但是不影响雪花在分离腔处的下落。如图2所示。1.3雪气分离装置的设计雪气分离装置包括雪气分离腔、上端进雪口、下端出雪口、分离叶片。雪气分离腔其特征在于腔体后端布置有分离叶片，上端进雪口与上层送雪通道出口相连接，下端出雪口与积雪收集腔上端进雪口相连接；收集腔结构上端较大，下端较小，通过开关门与压缩腔相连接；具体结构如图2所示。1.4积雪处理装置设计压缩腔所承担的工作是整个积雪清理车处理雪的最后一步也是最核心的一步：在压缩腔中，压缩杆用机械压力把从积雪收集腔落到压缩腔的雪压缩成雪砖，然后把雪砖推出压缩腔。如图2所示。本部分设计无论机械结构还是程序编制上难度都较小，设计要点主要在于储雪舱与压缩腔之间的舱门（简称开关门、压缩杆、压缩舱后舱门（简称后挡板）三者之间的协调配合。储雪舱的舱门打开时压缩杆已经将雪砖推出且已经回到初始位置，压缩杆进行压缩时该舱门已经闭合并且压缩腔后舱门闭合，等到压缩完毕后压缩腔后舱门打开，压缩杆将雪砖推出，然后压缩杆退回后舱门关闭。这种方案优点如下:淤便于控制。因为只有一个电机带动压缩板前进后退，只需要按照压缩的时间进程控制电机正反转即可，使用单片机可以很容易达到。·241·于容易实现，小车压缩腔前方没有其他结构，留有足够的距离供压缩杆前进后退。且该方案机械加工起来比较方便不需要太高的加工精度。盂价格便宜，本方案实现只需要一个压缩机和一根压缩杆即可，投入较小。1.5滑移板的设计图3滑移装置

图2输送装置

压缩腔的特征为分阶段压缩，开关门关闭且后挡板位于最下端时，压缩板移动至一定位置后停止，在开关门关闭的前提下，后挡板运动至最上端后，雪砖被压缩板推出压缩腔，滑动到滑移板上，滑移装置的下端略高于地面，在拨雪板的作用下雪砖滑出滑移板滑至绿化带。此时压缩杆带动压缩板进行复位，压缩板复位过程中，后挡板再次回落至最下端。如图3所示。2工作原理由于积雪清理车的工作环境是在城市道路上进行作业，地势条件一般没有偏差，本设计致力于解决浮雪层和粘连层的清扫问题，实现“边下边扫边清理，雪停道路清”的要求。2.1积雪的收集：通过刷头将地面上的积雪进行收集，将积雪扫进送雪通道，雪在吸雪机的吸引下进入上层送雪通道，在重力作用下雪通过雪气分离通道使雪与空气分离，分离后的雪进入积雪收集腔。2.2积雪的处理：当积雪进入到压缩腔时，此时积雪处理装置开始进行工作。液压杆推动前挡板将雪压缩成紧致的块状。2.3雪块的处理：经压缩后的雪块经压缩杆推出压缩腔，雪块在重力的作用下沿滑送板的轨迹送出车体外。总体的工作流程：通过铲雪滚刷将积雪扫进送雪通道，雪在吸雪机的吸引下进入上层送雪通道，在重力作用下雪通过雪气分离通道使雪与空气分离，分离后的雪进入积雪收集腔，当开关门打开后雪进入压缩腔，液压杆推动前挡板将雪压缩成紧致的块状，压缩完毕后由压缩杆推动前挡板将雪块推出压缩腔雪块在重力的作用下沿的滑送板的轨迹送出车体外。3总结本积雪清理车的设计采用了前轮控制转向的方式和双刷头的设计，增强了在不同情况下的除·242·内燃机与配件翼身融合分布式动力飞行器气动性能探究尉子健（北京市第一六一中学，北京100031）

摘要院相比于陆运交通作为当前物流运输的主要方式，航空运输在未来是一个更加高效可行的方案。为降低航空运输成本，飞行

器设计师们探究了多种大升阻比飞行器构型，认为“翼身融合式构型+分布式推进系统”是具有潜在优势的一种新型航空器构型。本研究通过总体气动性能计算，探究了一种翼身融合分布式动力飞行器的气动性能，认为将分布式动力装置布置于机身弦长靠后的位置，全机升阻比较高。同时通过流场分析，解释了产生该现象的原因。对未来翼身融合分布式动力飞行器设计提供了参考。

关键词院翼身融合；分布式动力；高升阻比；物流

1研究背景大型飞翼布局飞行器在民用货运方面的应用较少，而在物流方面，更多的用户开始不断追求物资运输的时效性，现有的物资运输工具仍不能达到足够的速度。同时，航空运输的速度远大于陆地交通方式，而且无需考虑拥堵与调度。所以民用航空货运有无法比拟的优势。所以物流市场需要一种能够快于传统交通方式，并拥有足够载货量的运输方式。民用航空的快捷性使其成为了提高物流速度的最佳选择，但是传统机翼加机身的飞行器所拥有的载货量以及运输成本上的劣势限制了它在民用运输中的应用。传统的机身、机翼相对独立的构型，其可以进一步提升气动性能的余地有限[1-2]。而在发动机方面，进一步提升传统涡轮风扇发动机的效率方向上，发动机尺寸受到了限制。目前最大的涵道风扇发动机直径已经超过3米，如果希望进一步通过增大涵道比来提升发动机效率，其过大的直径会是主要限制因素。在如今，新一代亚音速飞行器的设计中，翼身融合构型结合更为分散的动力驱动系统是一个新的研究方向[3]。相比于传统构型的飞行器，分布式动力结合翼身融合飞行器的布局形式具有气动效率高、安全性好等优势，但同时要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要作者简介院尉子健（2002-），男，北京人，就读于北京市第一六一

中学，高中在读，研究方向为飞行器设计。

也具有结构布局复杂、动力与翼身构型强耦合的特点[4-5]。综上，本研究意图设计一种拥大载荷新型飞行器，并且探究分布式动力布置形式对于其总体气动性能的影响。2分布式动力翼身融合飞行器模型设计本研究首先采用传统亚音速翼型为基础，构造出翼身融合飞行器机身的基本构型。为之后研究不同发动机布局的位置、形式打下基础。其分布式推进系统分别在上表面排列成V型、I型、-V型。采用此三种构型进行对比研究主要目的是为了在保证飞行器配平的情况下尽可能多地利用分布式电涵道的抽吸作用推迟机身上的附面层分离，从而提高飞行器的升阻比。其中飞行器长33.75m，翼展54m，尺寸上满足下一代民运飞行器的设计要求。期望设计飞行器总体升阻比不小于15。本研究分别建立了V型、I型（直线型发动机排布）与-V型这三种发动机布局形式，并在CAD软件中建模，用来进行计算对比。三种动力布置形式的BWB飞行器设计图如图1所示。（a）V型（b）I型（c）-V型

图1三种分布式动力布置形式飞行器构型对比图

雪能力，同时压缩腔设计只用一个压缩板进行压缩，以压缩腔的六个腔板之一作为压缩板，大大的减少了结构的复杂性以及避免了车辆的宽大，达到尽可能不干涉交通，实现了一台工具车在收集工程中快速有效的完成处理和收集工作，由连续工作变为周期间断工作，为道路积雪的清理提供了一种特定的，专用的交通工具。同时将收集的道路积雪变成可利用资源，小幅度降低制冷保鲜的成本，改善水库存水及绿化带浇水问题。[3]姚继蔚，孙宽.路面除雪机械现状及发展趋势[J].建筑机械，2013（11）：68-73.

[4]韦美沁.城市环卫机械设备现状及发展趋势探讨[J].内燃机与配件，2019（11）：164-165.

[5]苏振华.道路冰雪分类与结构特性研究[J].内蒙古公路与运输，2014（01）：43-44.

[6]包丽，王媛，张洪军，罗紫君，王凤娟.玉米脱粒机除雪除杂装置结构优化设计[J].齐齐哈尔大学学报（自然科学版），2018，34（04）：51-53.

参考文献院[7]KonstantinGavazov，JohannesIngrisch,RolandHasibeder,[1]王佩玲.除雪车的自动控制技术[J].专用汽车，1993（02）：Winterecologyofasubalpinegrassland:Effectsofsnowremovalon58-61.soilrespiration,microbialstructureandfunction[J].Scienceofthe

[2]吴书琴，邵东伟，姜东华，李乔非.城市道路除雪现状及未TotalEnvironment,2017.7(4):15-16.

[8]李晓龙.一种刀片嵌入橡胶轮式的破冰装置研究[D].哈尔来发展方向[J].佳木斯大学学报（自然科学版），2006（04）：556-滨工程大学，2016.558.