辽宁科技大学土木工程学院 辽宁鞍山 114051
摘要：北方冬季除雪是一项重要工作，不同场地需要不同的除雪设备，不同积雪状态需要不同的除雪工艺。小型场地除雪机要求体积不能太大，轻型、方便、灵活，遵照此设计理念，开发研制了一种新型除设备，该设备由行进载体、风机、雪锹、螺旋排雪器等构成，并进行了现场测试，效果良好。
关键词：除雪机；风机；雪锹；螺旋排雪器
1 除雪机的发展现况
在我国北方地区，经常因为冬季降雪影响交通和生产生活，除雪成了一项重要工作。针对不同的降雪量和除雪场地，有不同的除雪工具和设备，现有的大型设备通常一般用于清理主干道和大型广场，在公园、校园、场站等面积较小或不规则的地点，一般是人工除雪，劳动量较大，而且效率不高，清理干净程度不能保证。
我国机械式除冰雪技术始于上世纪70 年代末，研究及生产单位大多集中在我国冬季降雪较多的北方地区。清除浮雪机械以铲式、螺旋抛雪及清扫器为主，其技术主要来源于国外，因此，相对较为成熟[1]。
当前市政部门采购的除雪机多数为大型除雪机或是加装在皮卡车前部的可拆卸式除雪设备，且多为滚刷式除雪，当遇到已被车辆压实的冰雪路面时，需降低除雪速度，否则除雪效果会大打折扣，仍会有不少雪残留于路面，需要人工进行处理，对于环卫工人等除雪人员都是较大的工作量。对于小型场地和小型道路仍未有较为廉价的高效率除雪设备和除雪方案。适应时代潮流，将设备做的更小，功能更为全面，将会有更多的市场份额。
除雪机除雪法根据其工作原理的不同，可以分为推移式、螺旋抛投式、滚压式、铲剁式和锤击式5 种。目前，广泛使用的主要有犁板式、旋切式、扫滚式等[2]。
在经济适用方面，大型除雪设备通常需要数万元至数十万元的高价，且其通常基于重型汽车改装而来，需要在交警等方面进行备案，需要登记拍照并按时年检，特种工作车辆的检验标准较普通车辆更为严格。而小型单人除雪设备则无需考虑这些运输条件，体型较大者可以安置到皮卡上进行运输，体型较小的或是可以拆卸的除雪设备可以使用面包车或是SUV进行运输，避免了违规事件的发生，相较大型除雪设备的运输，小型除雪设备的运输更加便捷、安全[3-6]。
2 现有的小型除雪机的不足
目前的小型除雪机除雪形式单一，多为滚刷除雪，对于人行道上已经被踏实的积雪路面，滚刷式除雪机无法起到良好的除雪作用，尽管其装备了能够高速旋转的滚刷，但对于硬实积雪不能做到良好的破碎作用，即使在硬实积雪上需要进行多次、长时间的清理，依然有相当一部分的积雪无法被清除，但该种除雪设备在降雪刚刚结束后可以起到良好的清理作用，对于浮雪有着极好的效果。而旋转刀片的除雪设备往往在破碎雪块后不能迅速地将其排出到旁边，既残留了部分积雪，也使得地面的美观度大打折扣。
在使用过程中，尽管其已经做到了“小”，但是移动起来依然费力，其大多数为两个轮子且都是后轮，在移动时纯靠手推，加之前置的滚刷与螺旋刀片的巨大阻力，并没有比手动清理节省太多的力气。相对的目前市场上的单人的较为高级的除雪机，的确非常省力，甚至还有供操作人员坐着的座位，但这些设备几乎都在万元以上，对于每年仅仅有两到三个月的降雪期，降雪次数不多的地区，显然是不划算的，利用率过低，还占用存储空间，性价比不足。
3 组合型除雪机的设计与研制
3.1结构
使用钢架作为设备的主体框架，通过焊接使得框架的整体强度足以支撑发动机的震动以及设备前方螺旋刀片的旋转，框架底部增加两道横梁以放置发动机与吹风机。发动机置于框架的中后方，为吹风机的安装提供充足的空间，在风机后方安置可以使得风道不被阻挡，最大化地使风机工作达到最高效率。
框架下方安置四个轮子，其中前方两活动方向轮，后方两固定方向轮，在把手上安置一个摇把控制前轮的方向，通过钢丝牵引控制前轮向左或向右转动。
同样在把手上再设置一个摇杆控制吹风机的出风方向，依然使用钢丝牵引，不使用摇把时风道向左，拉动摇把时风道向右，以此来控制风道的方向。
3.2功能
为了更好地清理路面积雪，需要一种能够更快地更彻底的设备，在旋转刀片式除雪机的基础之上增加了吹风机，能够在将积雪破碎之后将碎雪及时地排除到设备的前进路径两侧，防止造成二次积雪，增大不必要的的工作量。设备前方的螺旋刀片，用皮带与发动机相连，通过皮带传动减少能量的损失。
3.3尺寸
设备总体为框架为80cm*150cm的长方体，后部设置了与主体同宽的把手。设备下方设置了四个直径为10cm的轮子以增加设备稳定性。设备示意图如图1所示。
3.4设备的转向问题
在设备前进时的转向问题上，常见的除雪设备通常是依靠使用者的体重和杠杆原理将设备前端抬起，每次转向或是调头都会大幅度地消耗使用者的体力，尤其是在一些不规则的场地中，转向与掉头的次数成倍地增长，严重地造成了使用者的体力浪费，为了解决该问题，将设备的前两轮设计为转向轮，在设备的把手上设置一个摇把，通过钢丝牵引的方式控制前轮的转向或是设备的整体掉头，节约使用者的体力，同时节约转向所需要的时间。由于设备的使用时间通常为冰雪天气，地面难免会变得湿滑甚至结冰，在轮胎的选用上应当使用厚度较大、花纹较深的轮胎，增大摩擦力，防止设备打滑出现意外事故。
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图1 设备整体示意图
3.5风道
对于吹风机的设计改造，吹风机吸入外部空气将积雪吹起，但是出风口的大小以及出风的方向都是有限的，对于这种情况，本设计提出使用软管同时牵引软管使得出风方向可以随时改变，这解决了出风方向固定不变的问题。通常的旋转刀片式除雪机配置有一个挡雪板来防止飞起来的雪溅射到使用者身上，但就本设计来看，挡雪板的存在是不必要的，吹风机可以将向后溅起的碎雪向前方及两侧吹去，不会有碎雪溅到使用者身上的情况发生。设备实物图如图2所示。
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图2 实物图
4 结束语
除雪机在现代冬季已经成为了市政部门的必需品，在道路越来越多、越来越宽的今天，仅靠人力清扫积雪的成本显然越来越高，一个合适的除雪机可以承担数个工人的劳动力，而成本仅为一名工人两至三个月的工资，在机械化程度不断成长的当今世界，将部分劳动交给机器完成时当下世界的潮流，工厂中、工地上不断地增加新的生产设备与施工设备来替代人工，不断地削减成本。同时，将东西做“小”做“微”也是当前社会的主旋律，现在的设备较以往在不断的小型化、微型化，集成度也愈发增加。本设计制作的小型除雪机主要适用于校园、厂区、站场等小面积除雪条件，可大大减少人力资源的使用与浪费，节省时间。同时，本机采用了两种不同的除雪方式的组合，大大提高了除雪效率。在安全性方面，本设计使用四个轮子以减少体力的消耗，同时使设备有更好的自身稳定性，四个轮子相较于三个轮子在转弯时减少了设备倾覆的风险，增大了设备的稳定性，防止使用者在作业过程中遭遇意外。其较小的体型体现了便携性，于后期将改造其为可拆卸式设备，减少空间占用，在春夏秋季占用更少的存储体积。在尽量小的设备中安装了尽量多的功能。虽然本设备已经尽量减小设备的体积，但设备依然拥有一个较大的自重尚需改进，设备的噪音问题也亟需解决。
参考文献：
[1]李亚芹，庄腾飞，邱新伟，王俊发.城市道路冰雪清除技术现状及发展[J].中国科技信息.2015，（17）：108-109.
[2]司癸卯.国内外道路除雪车发展现状及前景[J].工程机械与维修.2019，（002）：31-36.
[3]陈晴晴，都一蕾，阮舒婷，刘金，祝志伟.新型除雪机械设备的研发及发展趋势[J].造纸装备及材料，2020，49（04）：34-35.