CN109183702A - 一种风力除雪装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于公路除雪设备技术领域。为了解决采用现有方法进行高速公路除冰除雪时，存在成本高以及影响交通正常通行的问题，本发明公开了一种风力除雪装置。该风力除雪装置包括风机、齿轮箱、空气压缩机、喷管以及储料箱；风机的输出轴与齿轮箱的输入轴连接，齿轮箱的第一输出轴与空气压缩机的输入轴连接；喷管包括进气口、进料口和出气口，进料口位于进气口和出气口之间并且三者相通；进气口与空气压缩机的空气输出端连接，进料口与储料箱的出口连接，出气口作为自由端输出混有除雪剂的高速空气。采用本发明的风力除雪装置进行高速公路除雪操作时，不仅可以大大降低成本，实现自动除雪操作，而且不影响车辆的正常行驶。

Description

一种风力除雪装置

技术领域

本发明属于公路除雪设备技术领域，具体涉及一种风力除雪装置。

背景技术

冬季北方的高速公路路面容易积雪结冰，在高速公路险急处极易发生由于滑车而引发的交通事故，造成车辆和路产的损失，同时危害人民的生命安全。因此，实时高效地清除高速公路路面积雪冻冰，是冬季高速公路养护的一项重要工作。

目前，针对路面进行除冰除雪的方法主要有两种，分别为机械法和溶解法。其中，机械法主要利用专用大型机器进行路面的除冰除雪，应用范围较为广泛，但是专用大型除雪机价格昂贵，除雪效果一般，而且需要人工配合进行冰雪清理，人力物力成本较高，同时也会影响交通正常通行；溶解法是借助除雪车在公路行驶的过程中进行热量释放或者沿途散落除雪剂使路面冰雪融化，其优点是除净率高，但车辆的使用同样会增加人力和物力成本以及影响交通正常通行。

发明内容

为了解决采用现有方法进行高速公路除冰除雪时，存在成本高以及影响交通正常通行的问题，本发明提出了一种风力除雪装置。该风力除雪装置，包括风机、齿轮箱、空气压缩机、喷管以及储料箱；所述风机的输出轴与所述齿轮箱的输入轴连接，齿轮箱的第一输出轴与所述空气压缩机的输入轴连接；所述喷管包括进气口、进料口和出气口，所述进气口、所述进料口和所述出气口三者相通并且所述进料口位于所述进气口和所述出气口之间；所述进气口与所述空气压缩机的空气输出端连接，所述进料口与所述储料箱的出口连接，所述出气口作为自由端输出混有除雪剂的高速空气。

优选的，所述齿轮箱设有沿竖直方向的输出转轴，所述输出转轴的输出端与所述喷管连接，驱动所述喷管进行水平平面内的转动。

进一步优选的，所述输出转轴与所述第一输出轴连接并进行同步转动。

优选的，该装置还包括储气罐；所述储气罐位于所述空气压缩机与所述喷管之间。

优选的，所述喷管的进气口位置设有换向阀，所述喷管的进料口位置设有开关阀，并且所述换向阀与所述开关阀关联动作。

优选的，所述喷管选用文丘里管，并且所述进料口位于所述文丘里管的喉部位置。

优选的，所述风机选用垂直轴风机。

优选的，该装置还包括发电机、蓄电池、控制器和传感器；所述发电机的输入轴与齿轮箱的第二输出轴连接，所述蓄电池与所述发电机的输电端连接；所述控制器由所述蓄电池供电，并且接收所述传感器发出的信号；所述传感器用于检测路面积雪厚度。

进一步优选的，所述齿轮箱选用变档增速齿轮箱，并且所述第一输出轴与所述第二输出轴独立转动。

进一步优选的，所述传感器选用红外传感器。

采用本发明的风力除雪装置进行高速公路除雪操作时，具有以下有益效果：

1、本发明的装置直接安装固定在高速公路的一侧，并且通过风机对高速公路上来往车辆行驶过程中产生的风能进行收集，从而驱动空气压缩机产生高压气体，进而通过喷管携带着除雪剂喷向公路，使除雪剂直接洒落在路面上，完成对除雪剂的喷洒作业。这样，不仅可以省去现有技术中对专用车辆的使用以及操作人员的辅助作业，从而降低人力成本和物力成本，而且避免了专用车辆在公路上进行除雪操作过程对车道的占用，保证了公路上车辆的正常行驶，保证了公路的通畅。

2、在本发明中，借助由齿轮箱中伸出的输出转轴将喷管与第一输出轴进行连接，从而使喷管在水平面内的转动与空气压缩机的工作关联同步。这样，不仅可以实现喷管的转动，提高对除雪剂的喷洒区域范围，提高该装置的使用效率，而且提高了喷管的有效转动，避免喷管长时间空转而产生的磨损以及对风能的损耗，提高了设备的使用寿命以及对风能的最佳分配利用。

3、在本发明中，通过设置发电机、蓄电池以及控制器和传感器，不仅可以利用风能进行发电，提高对风能的利用，降低外接能耗，而且借助传感器以及控制器可以提高该装置的自动化控制以及对除雪剂喷洒区域范围的控制精度，提高对除雪剂使用的效率。

附图说明

图1为本实施例风力除雪装置的系统示意图；

图2为本实施例风力除雪装置的结构示意图；

图3为本实施例中齿轮传动系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进行详细介绍。

结合图1至图3所示，本实施例的风力除雪装置，包括风机1、齿轮箱2、空气压缩机3、喷管4以及储料箱5。

风机1的输出轴与齿轮箱2的输入轴连接，齿轮箱2上设有第一输出轴21并且与空气压缩机3的输入轴连接，从而由风机1通过齿轮箱2驱动空气压缩机3进行运转工作，产生高压气体。喷管4包括进气口41、进料口42和出气口43，进料口42位于进气口41和出气口43之间并且三者之间相互连通。其中，进气口41与空气压缩机3的空气输出端连接，用于高压空气的引入；进料口42与储料箱5的出口连接，用于将储料箱5中存有的除雪剂引入喷管4中并与高压空气进行混合；出气口43作为喷管4的自由端，用于输出混有除雪剂的高速空气。

优选的，结合图2所示，在本实施例中，风机1选用垂直轴风机，并且借助传送带6和锥齿轮箱7与水平放置的齿轮箱2连接。这样，将风机1放置在高速公路的中间绿化带位置，即双向车道的中间区域位置，就可以同时利用两侧车辆行驶通过时产生的风能进行驱动转动，从而最大限度提升对风能的利用率，提高该装置的工作效率。

采用本实施例的风力除雪装置进行高速公路的路面除冰除雪操作时，首先将该装置放置固定在公路的一侧，使风机1靠近路边并且将喷管4中的出气口43指向公路，此时借助车辆通过时产生的风能进行风机1的转动驱动，从而通过齿轮箱2带动空气压缩机3工作输出高压气体；接着高压气体通过进气口41进入喷管4中并携带着由进料口42进入的除雪剂从出气口43喷出，使除雪剂在高压气体的带动下掉落到公路的路面上，进行相应区域冰雪的融化处理。

这样，利用风机、空气压缩机以及喷管的配合使用，借助风能产生高压空气从而将除雪剂喷洒到路面上，省去了现有技术中对专用车辆和人员的使用，降低了成本，而且将该装置放置固定在路边，避免了对高速公路上正常行驶车辆的影响，保证了除冰除雪过程中车辆的正常行驶。

优选的，在本实施例中，喷管4选用文丘里管并且将进料口42设置在文丘里管的喉部位置，从而利用喉部的变径，将输入的高压空气转化为低压高速气体，形成局部真空将储料箱5中的除雪剂快速吸入喷管4中，并且伴随着高速空气喷出，使除雪剂散落在更大的范围内，提高该装置对高速公路路面除冰除雪的效果。

结合图1和图2所示，在本实施例中，该装置中还设有一个储气罐8。储气罐8位于空气压缩机3和喷管4之间，用于存储空气压缩机3产生的高压气体并且对输出的高压气体进行压力稳定以及持续输出，进而保证喷管4持续稳定输出混有除雪剂的高速空气，保证长时间的除冰除雪效果。同时，在空气压缩机3和储气罐8之间设有一个单向阀9，用于防止高压空气由储气罐8反向流向空气压缩机3，使储气罐8中存储的高压气体全部流向喷管4，保证该装置的正常可靠运行。

此外，还可以在储气罐8上或在储气罐8与空气压缩机3之间的管路上设置压力安全阀，用于稳定储气罐8中的空气压力，避免储气罐8内空气压力的持续上升，保证该装置的安全可靠运行。

结合图1和图3所示，本实施例的风力除雪装置，还包括发电机10、蓄电池11、控制器12和传感器13，并且在齿轮箱2上设有平行于第一输出轴21的第二输出轴22。发电机10的输入轴与齿轮箱2的第二输出轴22连接，并且蓄电池11与发电机10的输电端连接，从而由风机1通过齿轮箱2驱动发电机10进行发电，并将产生的电能存储至蓄电池11中。控制器12由蓄电池11供电进行工作，并且接收传感器13发出的信号，其中，传感器13用于检测路面积雪厚度，从而根据情况进行除冰除雪操作。在本实施例中，控制器12选用主要由成本较低的arduino控制板和通讯模块组成的控制器，从而降低该装置的制作成本并且满足数据的处理和传输，同样在其他实施例中也可以选用由其他元器件组成的控制器。

根据风速仪测验，在高速公路上，当小型汽车以80km/h以上的行驶速度通过时，可以在汽车的单侧产生速度大于3m/s的风力。这样，通过对双向行驶车辆产生的两侧气流同时进行风力收集，产生风力的叠加效果，由此可以满足发电机对稳定发电的动力要求，从而实现发电降低对外接供电的要求，降低能耗。

优选的，在本实施例中，齿轮箱2中的第一输出轴21与第二输出轴22分别由独立的齿轮组进行驱动转动。这样就可以根据空气压缩机3和发电机10对工作转速要求的不同，由第一输出轴21和第二输出轴22分别输出适合的对应转速，从而保证空气压缩机3和发电机10的正常工作。

此外，还可以在齿轮箱2上设置离合器，用于控制第一输出轴21和第二输出轴22分别与齿轮箱2的输入轴之间的连接和断开，从而可以根据需要进行第一输出轴21和第二输出轴22转动的控制。同样，也可以通过在齿轮箱2内部设置两个独立控制的步进电机分别与第一输出轴21和第二输出轴22上的齿轮进行连接，从而对齿轮进行沿轴向位置的调整控制，实现对第一输出轴21和第二输出轴22与齿轮箱2的输入轴之间的连接和断开控制。

例如，当不需要进行除冰除雪操作时，就可以将第一输出轴21与齿轮箱2的输入轴进行分离、将第二输出轴22与齿轮箱2的输入轴进行啮合，从而将风机1收集的风能全部转换为电能进行存储使用；当需要进行除冰除雪操作时，就可以将第一输出轴21与齿轮箱2的输入轴进行啮合、将第二输出轴22与齿轮箱2的输入轴进行分离，从而将风机1收集的风能全部转换为高压空气进行除雪剂的喷洒使用。这样通过对齿轮箱2中动力的传动控制，可以最大限度的提高对风能的利用，使该装置保持最佳工作状态。

同时，在上述两种工况中也可以根据蓄电池11中的剩余电量情况以及储气罐8中高压空气的压力变化，对第一输出轴21和第二输出轴22与齿轮箱2的输入轴进行阶段性啮合，保持蓄电池11中存储有合适的电量以及在储气罐8中存储有合适的高压空气。

结合图2所述，本实施例的装置整体安装固定在支架14上，形成一个整体结构，以便于组装以及搬运至现场进行快速固定使用。其中，支架14的左侧为一层平板结构，用于竖直安装和固定风机1；支架14的中左侧为两层平板结构，上层用于安装和固定锥齿轮箱7，下层用于安装传动轴与风机1进行连接；支架14的中右侧为四层平板结构，由下向上依次放置了蓄电池11、齿轮箱2、喷管4以及储料罐5；支架14的右侧为两层平板结构，底层放置了储气罐8，上层并排放置了空气压缩机3和发电机10。

结合图3所示，在本实施例中，齿轮箱2上还设有一个沿竖直方向的输出转轴23，并且输出转轴23的输出端与喷管4连接，从而驱动喷管4进行水平平面内的转动。这样，就可以借助由风能驱动运转的齿轮箱2带动喷管4进行水平平面内的转动，从而增加对除雪剂的喷洒范围，提高该装置的使用效果。

优选的，在本实施例中，将输出转轴23与第一输出轴21之间采用锥齿轮组连接，使输出转轴23与第一输出轴21进行同步转动工作，即当空气压缩机3进行工作时再进行喷管4转动的驱动，从而保证喷管4在喷洒除雪剂时再进行转动，提高工作的有效性，避免喷管4长时间空转对设备造成的磨损以及对风能的能耗，从而提高对设备的使用寿命。

进一步优选的，结合图1所示，在喷管4的进风口41处设有换向阀15，在喷管4的进料口处设有开关阀16，分别用于控制高压空气和除雪剂进入喷管4的时刻以及持续时间，从而使除雪剂的喷洒操作与喷管4的转动相适应，提高对除雪剂喷洒区域的有效控制。

例如，结合图2所示，利用支架14将本实施例的装置放置在高速公路中间的绿化带区域，当喷管4的出气口43转动至指向公路区域时，则同时开启换向阀15和开关阀16，使除雪剂伴随高压空气持续喷洒至路面上；当喷管4的出气口43转动至指向支架14的左右两侧区域时，即指向高速公路的中间绿化带区域时，则同时关闭换向阀15和开关阀16，停止除雪剂的喷出，避免除雪剂的浪费。

此时，储气罐8与出气口41之间可以借助旋转接头进行辅助连接，甚至将进气口41的朝向设置为向下，从而避免喷管4进行整个圆周方向转动过程中发生管线的缠绕。同样，也可以借助由蓄电池11驱动的步进电机替代输出转轴23对喷管4进行转动控制，从而将喷管4的出气口43摆动区域控制在单侧公路的扇形区域内，从而同样可以避免管线的缠绕问题。

优选的，在本实施例中，换向阀15选用电磁换向阀，开关阀16选用电控开关阀，并且同时与控制器12进行连接，由控制器12对换向阀15和开关阀16进行电控启闭操作，实现该装置的自动化控制。同时，传感器13选用红外传感器，并且与路面成倾斜夹角的固定在支架14上，从而根据传感器13检测与路面之间距离的变化，获得路面积雪的厚度，进而通过控制器12控制喷管4进行除雪剂的喷洒，即控制换向阀15和开关阀16启闭操作。

此外，还可以在支架14设置一个沿水平方向指向汽车驶来方向的红外传感器，借助对热量的检测来判断车辆驶过该装置的情况。这样，控制器12就可以根据该红外传感器的检测结果，辅助控制除雪剂的喷洒动作，避免将除雪剂直接喷洒到来往车辆上，降低对来往车辆的污染并提高对除雪剂的使用效率。

Claims (10)

1.一种风力除雪装置，其特征在于，包括风机、齿轮箱、空气压缩机、喷管以及储料箱；所述风机的输出轴与所述齿轮箱的输入轴连接，齿轮箱的第一输出轴与所述空气压缩机的输入轴连接；所述喷管包括进气口、进料口和出气口，所述进料口位于所述进气口和所述出气口之间并且三者相通；所述进气口与所述空气压缩机的空气输出端连接，所述进料口与所述储料箱的出口连接，所述出气口作为自由端输出混有除雪剂的高速空气。

2.根据权利要求1所述的风力除雪装置，其特征在于，所述齿轮箱设有沿竖直方向的输出转轴，所述输出转轴的输出端与所述喷管连接，驱动所述喷管进行水平平面内的转动。

3.根据权利要求2所述的风力除雪装置，其特征在于，所述输出转轴与所述第一输出轴连接并进行同步转动。

4.根据权利要求1所述的风力除雪装置，其特征在于，该装置还包括储气罐；所述储气罐位于所述空气压缩机与所述喷管之间。

5.根据权利要求1所述的风力除雪装置，其特征在于，所述喷管的进气口位置设有换向阀，所述喷管的进料口位置设有开关阀，并且所述换向阀与所述开关阀关联动作。

6.根据权利要求1所述的风力除雪装置，其特征在于，所述喷管选用文丘里管，并且所述进料口位于所述文丘里管的喉部位置。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的风力除雪装置，其特征在于，所述风机选用垂直轴风机。

8.根据权利要求1-6中任意一项所述的风力除雪装置，其特征在于，该装置还包括发电机、蓄电池、控制器和传感器；所述发电机的输入轴与齿轮箱的第二输出轴连接，所述蓄电池与所述发电机的输电端连接；所述控制器由所述蓄电池供电，并且接收所述传感器发出的信号；所述传感器用于检测路面积雪厚度。

9.根据权利要求8所述的风力除雪装置，其特征在于，所述齿轮箱中的所述第一输出轴和所述第二输出轴借助不同饿齿轮组独立转动。

10.根据权利要求8所述的风力除雪装置，其特征在于，所述传感器选用红外传感器。