小型除冰车碾压磙的计算分析

殷鹏翔 董小瑞 殷春梅

（1．中北大学 2．重庆医科大学）

0 引言

近年来我国经济得到了飞速的发展，对国民经济发展起到至关重要作用的交通建设也在不断的发展进步。但是每当冬季的来临，降雪对国民经济的发展起到一定的阻碍作用，对社会产生造成的影响不可估量。如何能够更好更快的清除公路积雪，保障交通畅通已成为亟待解决的问题。

1 国内外除冰雪机械

目前，国内外除冰雪机械按照除冰雪的方法主要分为：融雪除冰雪、机械除冰雪、综合式除冰雪等。融雪除雪是应用热能或是撒布化学药剂使路面冰雪融化的一种除冰方法；机械除冰雪是应用机械设备直接清除路面冰雪的方法；综合式除冰雪是结合融雪除冰雪与机械除雪两种方式进行综合清除路面冰雪的方法。机械除冰雪的应用最为广泛，因为这种机械成本低，除冰雪效率高，对环境无污染；但是除冰雪的效果差，尤其是在高低不平的结冰路面进行工作时效果显得更差，清除除冰雪车在国外已经具有很多生产厂家。

国内在除冰机械的研发和生产比国外的机械时间要短，我国除冰雪机械按其工作原理大致可分为三种类型：振动式、静碾压裂式和柔性链条击打式。由于我国地形地貌特殊所以到目前为止国内除冰雪机械还没有形成统一标准，没有能够研发出适合全国各地的除冰雪机械。

2 我国除冰机械的缺点和发展方向

在我国降雪特点主要是雪量大、时间长、气温低导致路面积雪不能及时清除从而板结成路面冰。这种路面冰雪含有大量的杂质如泥沙，致使路面的冰层非常坚硬难于清理，严重影响交通正常运行。传统的除冰方法主要以人工为主，需要耗费的人力物力较大，而且工作效率低，不能彻底清除积雪。对于清除路面冰雪混合物我国继续研发一种自动化程度高、性能良好的机械来替代传统的除冰方法。

目前我国的除冰机械存在许多问题，所以在实际应用推广过程中并不能得到广泛的应用。如作业速度低、整机利用率低、成本高、避让功能不理想和对路面保护能力差。我国除冰机械的发展趋势正在向小型化、高速度、快速清除路面冰雪、多功能、机电液一体化的方向发展。

3 碾压磙除冰的理论假设

3．1 碾压磙刀具排列的分析

碾压碾主要由刀片、圆筒滚筒、轴、配重等关键部件组成。碾压磙图形如下。

图1 碾压磙三维图

碾压磙上的刀具沿着轴向排布均匀，碾压磙上刀具的安装角度指的是刀具在滚筒上的接触点处的切线与刀具长度方向之间的夹角。碾压碾在圆周方向上以相邻两圈刀具相互错开一定角度排列着。这也是为了达到更好的路面破冰效果所设计的。而且每个碾压磙上的刀具排列数量有一定的规定，刀具数量过多过少都不能够高效的清除路面冰雪。如果刀片排列数量过多，则会造成上个刀片并没有离开路面冰雪，下个刀片已经压在路面上的现象，这样就降低了碾压磙对道路冰雪有效的切削力，如果刀片的排列数量过少，同样会增加每个刀片切削路面冰雪的面积；两个刀片的交替过程中会使有些路面冰雪没有被切到，达不到高效的除雪效率。本设计取β＝26°

图2 碾压磙周向刀具排列图

安装角度与每周刀片数量关系为：

式中N——刀具的数量；

α—— 相邻刀片角度；°。

通过实验分析取α＝20°得N＝18所以单圈刀片排列数为18最佳。

3．2 碾压磙运动与工作阻力分析

为了更好的对碾压磙进行分析，需假设：碾压磙在近似平面的路面冰雪进行滚动切削运动。实际情况中路面冰雪是凹凸不平无法进行近似计算。为了进一步做分析，碾压磙运动假设为纯滚动。滚动分析图如下，在刀具上任取一点B，以C为速度瞬心，A为碾压磙中心，

足够的人力资源不仅保障了护理人员的身心健康,也保障了患者的安全。2006年国际护士会主题为“保证安全的护士配置,保障患者的生命安全”,因此,医院应尽量协调护士与患者的比例,减轻护士的工作压力。

图3 碾压磙工作受力图

式中：VB——B 点的速度，m／s；

ω—— 碾压磙转动的角速度，rad／s；

VA—— 除雪车的速度，m／s；

R——碾压磙的半径；m

碾压磙在冰雪路面上进行作业时，会受到路面冰雪对碾压磙行驶方向上的阻力，这个阻力是碾压磙切线方向工作阻力的分力。切线阻力分为两部分：一是碾压磙自身的滚动阻力，二是，碾压磙在切压路面冰雪时，压实冰雪破碎或断裂对碾压磙产生的阻力。

冰雪对碾压磙所受的阻力计算公式为：

F——碾压磙受到的阻力；

k1—— 刀具影响系数，取值范围为〔1．0 1．5〕；

σ——路面冰雪的抗剪强度；

L——碾压磙的宽度，m；

d——路面冰雪的厚度，m。

碾压磙自身滚动阻力计算公式：

式中：

f2——碾压磙自身滚动阻力，N；

k2——滚动阻力系数；

m——碾压磙质量。

碾压磙所受到的阻力总和为：

由上式（4）可以得出碾压碾在结构参数确定的情况下，随着压实冰雪强度σ增大切线工作阻力增大；随着路面冰层厚度d的 加厚切线工作阻力会增大。

4 除净率

除冰车的除净率以残余冰雪的量来表示或是以清除干净面积比上应清除的总面积的比值表示。对除净率的影响因素有很多，比如除冰车自身结构的设计、路面冰雪与道路的结合程度和混合物的总量及路面的不平度都会影响到除净率。

5 结束语

我国降雪地域范围较大，冬季清除道路积雪任务艰巨，对除冰车的需求量会很大。为开发适应我国多雪地区的高效的除冰车，我们还需进一步研究。在研究实验中，由于实验条件和方法有限，所以对积雪性质的研究还很缺乏。

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