除雪车的自动控制技术

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摘要：积雪类型的多样化和雪层厚度的不同形成了很多除雪方法，早期多采用人力除雪。现在为提高效率、降低劳动强度，采用设备通过机械、化学、热能、风能、波能等方式除雪，效果比较明显、应用比较广泛的除雪方式主要有机械式除雪、融雪除雪和综合式除雪。本文主要就是针对除雪车的自动控制技术来进行分析。

关键词：除雪车；控制装置；自动控制技术

中图分类号：TN830文献标识码： A

1、我国除雪工作现状及发展趋势

1.1、目前我国除雪工作现状

冬季的降雪，初时为浮雪，经行人踩踏、车辆碾压变成坚硬的冰雪路面。在我国北方的中小城市，除雪工作主要靠人力。按有关规定，雪停后就要走向街头除雪，一个中等城市，每年要动用几十万人次进行除雪劳动，主要是使用铁锹、镐头和一些较简单的手工除雪工具，政府组织，分片包干，机关、学校、工厂、商店等均需抽调人员参加劳动。人工除雪作业时间长，劳动强度大，工作效率低，耗费人力物力，而且大量人员集中在机动车道上作业很不安全，交通事故时有发生。目前北方大多数城市都不同程度的使用这种原始落后的除雪方式。

1.2、机械除雪

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，机械化程度较高，技术比较成熟。如日本、美国、北欧，加拿大等国家的机械化除雪率可达80%-90%。在我国，由于传统的除雪理念是雪停后才开始除雪，实际上在降雪过程中路面积雪经行人及车辆碾压已被压实形成冰雪路面，除雪工作实际上是除压实雪。在这种理念影响下，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、旋转铣削式、楔铲式等，这些除雪设备各有其优点和不足，这里本文不作祥述。压实雪除雪机械设计技术难度较大，设备制造成本较高，除净率底，工作效率低，功率消耗非常大，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，动辄几十万元，难以大量投入应用。传统的除雪理念使广大科技工作者的研究方向走入了误区。还有少部分城市投入巨资从国外引进多功能大型除雪设备，这些设备大多价格昂贵，使用与维护费用高，并不适合我国国情。

1.3、融雪剂除雪

融雪剂除雪也是目前广泛使用的一种除雪方式。融雪剂多为钠基，除雪机理是降低冰点，加速积雪的融化，清除起来也比较容易。然而融雪剂的使用会给环境造成污染，腐蚀车辆、路面和桥梁。早在60年代初，美国和加拿大在路面撒氯化钠盐粉，使得原始设计寿命为50年的路面和桥梁结构，在不到10年时间里就遭到了严重的破坏。80年代中期一些发达国家开始使用钙、镁醋酸盐等环保型融雪剂，而环保型融雪剂价格一般在3，000元-10，000元/吨不等，比普通融雪剂价格高很多。另外，所谓环保型只是相对而言，实际上对环境仍然有一定的影响和破坏，只是程度不同而已。我国首都北京70年代开始使用钠盐融雪剂，几年以后，发现一些立交桥已开始显示出氯离子对桥梁钢筋结构和道路的损害。

1.2、我国除雪车的发展方向

（1）向小型化、高速度的方向发展

在除雪作业中，除雪机机身的大小及除雪速度是影响交通的两个重要因素，机身过大，除雪机占道影响交通；速度过低，影响车流通畅，同时狭窄路面的除雪也要求机身体积不宜过大。为了不妨碍交通，今后中国的除雪车要向小型化、高速度的方向发展。

（2）向多功能、机-电-液一体化的方向发展

我国现阶段的除雪车应该向多功能方向发展，除雪车应能一机多用，以提高使用率。如对现有的工程农业机械(装载机、推土机和拖拉机等)和环卫机械(清扫车等)实施技术改造，在冬季降雪时安装除雪工作装置，进行除雪作业，其余时间可进行其他工程施工作业或道路清扫养护作业等。专用除雪车应采用机-电-液新技术，实现自动控制和自动保护功能，避免除雪装置的损坏。

（3）要注意提高安全性、舒适性

由于除雪车的驾驶操作具有一定的危险性，因此要最大限度地减轻驾驶员的操作强度，改善除雪车的可操作性，研制自动控制系统，实现自动避让功能，避免机器和除雪装置的损坏。同时要注意改善驾驶员的工作条件，加强防噪音、防尘埃措施，减轻驾驶室振动，注意通风，使驾驶员在一个舒适的环境中工作。

2、作业速度的控制装置

2.1、除雪车的技术现状

一般的除雪车其动力系统见图1所示，

图1除雪车动力系统图

车上装有一台发动机，通过动力分配机构，将动力分为除雪动力和行走动力两部分。除雪动力又通过传动轴、齿轮箱、链条驱动螺旋钻杆将积雪刮碎，靠叶轮将碎雪扬出去。行走动力是通过容积式液压传动装置(简称HST)再经过传动轴驱动前、后轮。

除雪前先选定发动机的最高转速，随着HST液压泵输出量的逐渐增加，开始除雪。在连续作业过程中，由于雪断面大小的变化，发动机的转速就要变动，其结果就会使扬雪的位置分散，以及在扬雪过程中，由于失速造成卸料筒内的雪堵塞等不正常现象。操作者为避免这些不正常现象的出现。就必须经常监视积雪状况和发动机转速的变化，同时频繁地操纵无级变速手柄，控制油泵的输油量来调整除雪速度。在作业过程中，一方面要保证扬雪位置，同时还要照顾到行人和通行车辆的安全，调整除雪车的最适当的除雪速度，对操作者来说是很困难的。

2.2、作业速度的自动控制

为解决以上的操作困难，日本除雪车制作所设计出作业速度自动控制装置，基本结构见图2，软件程序见图3所示。

图2自动控制装置系统图

图3自动控制程序图

自动控制的程序:读出除雪状态下的发动机转速NE，与预定转速N0相比较，如NE>N0说明负荷小，车辆应增速，即控制电流Iv=Iv+C・Is，如NE=N0说明负荷适当，维持现状Iv=1v，如NE＜N0说明负荷大，需减少电流，降低车速，Iv=Iv-C・Is，然后检测Iv的最大、最小值来确定最终的输出功率。控制电流的大小驱动液压泵的电液随动阀，来控制输油量。

反复进行以上循环，随着除雪负荷的大小，增减发动机的转速，能够自动控制除雪速度。在自动控制过程中，还可优先进行手动的手柄操纵，可按操作者自己的意志进行减速和停止控制。

3、卸料筒控制装置

卸料筒位于叶轮的上方，它是靠叶轮给予的能量，将雪扬到目标位置。卸料筒的操作包括:俯角、仰角、伸缩、折叠以及与叶轮的配合，共5个动作。要求操作者必一项相当熟练，在操作过程中，如操作顺序有误，就会发生干涉，导致机构损坏。

为解决操作难度，日本大陆建设局开发了卸料筒控制装置。上面提到的5个动作，用的最多的是俯角和仰角2个动作，在此装置中将这两个动作，用1个手柄操纵，其余3个动作是用开关控制，它具有以下三种机能:

a.从扬雪作业卸料筒立起到卸料筒收回的折叠动作，都是由一个手柄操作的。

b.具有记忆机能:除雪车向车的侧方扬雪时，车辆经过十字路口，卸料筒回转向后侧方扬雪在作业过程中，能用“回避”，“复位”按键操纵，只要按一下存贮键，对车辆的位置就具有一次记忆。

c.具有可靠性:采用此装置，当操作顺序有误时，即使按下开关，传动机构也不动作，因此避免了机构的干涉和损坏。

该装置对扬雪位置的控制，是很有特点的，即对扬雪的xy方向控制；扬雪集中点的控制；扬雪的直线移动控制。

3.1、扬雪的xy方向控制

现在一般的除雪车是靠操纵卸料筒旋转操纵杆和卸料筒伸缩操纵杆，分别控制卸料筒的旋转和伸缩的，见图4。

图4却料筒操作现状

3.2、向一点集中扬雪的控制

当除雪车扬雪过程中车辆行驶到房屋或十字路口不允许扬雪的地区，需要集中位置扬雪时，尽管车辆在移动或转向，扬雪的位置，仍能控制在一点，见图5。

图5向一点集中扬雪的控制

3.3、扬雪的直线移动控制

当除雪车对与道路平行的积雪地带扬雪时，即使车辆需回避停车带或障碍物等，扬雪的位置仍能控制为直线移动。

4、监测装置

除雪车上的监测装置能够在发动机运转前，或运转过程中提前发现异常情况，对监视出的异常情况，在显示器上显示出来。它可以显示出异常的部位，异常的内容，错误操作.并用图形和文字将正确的操作方法，具体的告诉操作者，关键的地方还用声音传达到操作者。

该监测装置能监测以下项目:

a.发动机冷却水、工作用油、蓄电池的蓄电液等液量

b.滤油器、空气滤渣器堵塞；

c.冷却水、工作油的温度；

d.发动机油压力、制动气压力等；

e.离合器、操纵手柄的操作错误。

总之，除雪车是在寒冷积雪的交通干线、城币街道、机场等地用于清除积雪的专用车辆。它在冬季里为确保交通安全起着重要作用。作为专用车，它一方面要求驾驶员操作熟练，同时对各机构来说，应力求操作简单、容易。为此工业发达国家开发的除雪车，正向着机电一体化、自动控制方向发展。

参考文献

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