CN112575969A - 一种振动除雪装置及除雪方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种振动除雪装置及除雪方法，属于除雪设备领域。该振动除雪装置包括：振动模块，固定安装在屋顶的上方，振动模块的上表面与地面之间存在预定夹角，雪块堆积在振动模块上，环境检测模块，固定安装在振动模块的上方，环境检测模块与振动模块电连接，本发明通过环境检测模块检测除雪薄膜上的积雪厚度，当积雪厚度超过预定值时再启动振动模块将机械力传导至堆积的雪块，使用振动力使雪块在自身重力的作用下逐渐从屋顶滑落，解决了现有技术中机械传输式除雪装置结构复杂、体积质量大以及能耗高导致不能用在温室大棚和光伏太阳能板除雪的问题。
Description
技术领域
本发明属于除雪设备领域，具体是一种振动除雪装置及除雪方法。
背景技术
随着温室效应加剧导致全球变暖，近年来的自然灾害频发，在冬季与降雪有关的城市次生灾害事件逐渐显露出来，降雪造成的损失日渐突出，严重影响日常生活工作，现有机械传输式除雪装置结构复杂、体积质量大以及能耗高导致不能用在温室大棚和光伏太阳能板除雪的问题。
发明内容
发明目的：提供一种振动除雪装置及除雪方法，以解决现有技术存在的上述问题。
技术方案：一种振动除雪装置包括：振动模块，固定安装在屋顶的上方，所述振动模块的上表面与地面之间存在预定夹角，雪块堆积在振动模块上。
环境检测模块，固定安装在振动模块的上方，所述环境检测模块与振动模块电连接，当检测到振动模块上的积雪厚度超过预定值时，启动振动模块，使堆积的雪块从振动模块上滑落。
在进一步的实施例中，所述振动模块包括支撑框架，与屋顶固定连接。
除雪薄膜，套接或覆盖在支撑框架的外侧。
振动马达，收容在除雪薄膜内，并与支撑框架和除雪薄膜固定连接，所述振动马达使除雪薄膜做横向与轴向的往复振动，结构上采用夹层嵌入式设计，降低了除雪装置的厚度，且减轻了整体质量，通过成本低、重量小、能耗低的振动马达带动除雪薄膜做横向与轴向的往复振动，破坏屋顶雪块原本的受力平衡状态，屋顶斜面使雪块在自身重力的作用下逐渐从屋顶滑落，能够将除雪装置应用在温室大棚和光伏太阳能板等领域中。
在进一步的实施例中，所述环境检测模块包括至少三个温度传感器，固定安装在振动模块的上方和内部，检测环境温度。
压力传感器，固定安装在振动模块的上方和内部，检测振动模块上方的积雪压力，判断积雪厚度。
在进一步的实施例中，所述振动模块还包括柔性电路，与支撑框架固定连接，与振动马达的电连接点固定连接。
在进一步的实施例中，振动除雪装置还包括加热模块，与支撑框架固定连接，当振动模块工作时间超过预定值时，所述加热模块对除雪薄膜进行加热，当振动模块工作时间超过预定值时，通过加热模块对除雪薄膜进行加热，使雪块与薄膜的接触界面形成一层低摩擦系数的液体薄膜，降低雪块下落时的摩擦力，提高了除雪效率。
在进一步的实施例中，振动除雪装置还包括摩擦热装置，所述摩擦热装置包括收容壳，收容在除雪薄膜内，并与除雪薄膜和支撑框架固定连接。
摩擦介质，收容在收容壳内，当振动模块启动时，除雪薄膜和摩擦热装置一起振动，摩擦介质在收容壳内摩擦生热对除雪薄膜加热，通过摩擦热装置对振动模块的振动力进行回收利用，不仅能够使雪块与薄膜的接触界面形成一层低摩擦系数的液体薄膜，降低雪块下落时的摩擦力，提高除雪效率，还能够解决电加热导致的能耗较高的问题。
在进一步的实施例中，所述收容壳由铜或铝合金材质制成。
所述摩擦介质是收容在收容壳内的铁质、或铝质、或铜质颗粒。
在进一步的实施例中，所述支撑框架由柔性材料制成，采用柔性材质能够使得本除雪装置具有更好的柔软性，可贴合于不同形状类型的斜面。
在进一步的实施例中，所述振动除雪装置还包括数据处理模块，所述数据处理模块与环境检测模块、振动模块和加热模块电连接，所述数据处理模块内存储有自检程序和判断程序。
所述自检程序间隔预定时间检测振动模块、环境检测模块和加热模块的工作状态，同时校准传感器与判断程序。
所述判断程序根据环境检测模块的检测数据启动振动模块和加热模块。
基于振动除雪装置的除雪方法包括：S1. 所述数据处理模块内的自检程序每间隔预定时间检测振动模块、环境检测模块和加热模块的工作状态，同时校准传感器与判断程序。
S2. 当检测振动模块、环境检测模块和加热模块能启动时，则在环境检测模块检测到振动模块上方的积雪厚度超过预定值时，启动加热模块和振动马达使除雪薄膜做横向与轴向的往复振动，破坏屋顶雪块原本的受力平衡状态，振动模块的上表面的斜面使雪块在自身重力的作用下逐渐从屋顶滑落，当加热模块使除雪薄膜的上表面温度上升至预定值时，雪块与除雪薄膜的接触界面形成液体薄膜，降低雪块下落时的摩擦力。
S3. 当完成一次除雪工作后，振动模块、环境检测模块和加热模块回到初始低功耗工作状态进行自我诊断，且始终检测环境变化。
S4. 当检测振动模块、环境检测模块和加热模块无法启动时，则数据处理模块发出预警等待维修。
有益效果：本发明公开了一种振动除雪装置及除雪方法，通过环境检测模块检测除雪薄膜上的积雪厚度，当积雪厚度超过预定值时再启动振动模块将机械力传导至堆积的雪块，使用振动力破坏屋顶雪块原本的受力平衡状态，屋顶斜面使雪块在自身重力的作用下逐渐从屋顶滑落，解决了现有技术中机械传输式除雪装置结构复杂、体积质量大以及能耗高导致不能用在温室大棚和光伏太阳能板除雪的问题。
附图说明
图1是本发明的爆炸示意图。
图2是本发明的工作流程示意图。
图3是本发明的加热模块排列示意图。
图4是本发明的振动马达排列示意图。
图5是本发明的摩擦热装置示意图。
图1至图5所示附图标记为：振动模块1、环境检测模块2、柔性电路3、加热模块4、摩擦热装置5、支撑框架11、除雪薄膜12、振动马达13、收容壳51、摩擦介质52。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
随着温室效应加剧导致全球变暖，近年来的自然灾害频发，在冬季与降雪有关的城市次生灾害事件逐渐显露出来，降雪造成的损失日渐突出，严重影响日常生活工作，现有机械传输式除雪装置结构复杂、体积质量大以及能耗高导致不能用在温室大棚和光伏太阳能板除雪的问题，热能类除雪方案存在除雪效果慢以及后期维护成本较大的问题，为了解决上述问题，申请人研发了一种振动除雪装置及除雪方法。
该振动除雪装置包括：振动模块1、环境检测模块2、柔性电路3、加热模块4、摩擦热装置5、支撑框架11、除雪薄膜12、振动马达13、收容壳51和摩擦介质52。
振动模块1，固定安装在屋顶的上方，振动模块1的上表面与地面之间存在预定夹角，雪块堆积在振动模块1上，振动时利用上表面是斜面的振动模块1能够使雪块受重力滑落。
环境检测模块2，固定安装在振动模块1的上方，环境检测模块2与振动模块1电连接，当检测到振动模块1上的积雪厚度超过预定值时，启动振动模块1，使堆积的雪块从振动模块1上滑落。
在进一步的实施例中，振动模块1包括与屋顶固定连接的支撑框架11，套接或覆盖在支撑框架11的外侧的除雪薄膜12，收容在除雪薄膜12内，并与支撑框架11和除雪薄膜12固定连接的振动马达13，振动马达13使除雪薄膜12做横向与轴向的往复振动，其中振动马达13优先选用成本低、重量小、能耗低的扁平振动马达13。
支撑框架11的安装是使螺钉穿过支撑框架11的通孔并使螺钉与通孔的内壁之间设置有预定间隙，并使螺钉与支撑框架11的表面之间设置有预定间隙，使螺钉仅防止支撑框架11滑落即可，不必锁死支撑框架11，使支撑框架11能够和除雪薄膜12一起振动增强振动效果，除雪薄膜12和支撑框架11的连接与支撑框架11和屋顶的连接方式相同，留有振动间隙，保证除雪薄膜12不滑落即可。
并且支撑框架11和除雪薄膜12与屋顶或大棚之间还设置有海绵、隔音板或环氧树脂材料等柔性材质，避免振动声音过大或对屋顶或大棚造成摩擦损伤。
结构上采用夹层嵌入式设计，降低了除雪装置的厚度，且减轻了整体质量，通过成本低、重量小、能耗低的振动马达13带动除雪薄膜12做横向与轴向的往复振动，破坏屋顶雪块原本的受力平衡状态，屋顶斜面使雪块在自身重力的作用下逐渐从屋顶滑落，能够将除雪装置应用在温室大棚和光伏太阳能板等领域中。
在进一步的实施例中，环境检测模块2包括至少三个固定安装在振动模块1的上方和内部的温度传感器，通过温度传感器检测环境温度，固定安装在振动模块1的上方和内部的压力传感器，通过压力传感器检测振动模块1上方的积雪压力，判断积雪厚度，压力传感器优先选用应变式压力传感器实现对积雪厚度的测量，并采用多节点全桥接方式提高测量精度，温度传感器优先选用数字测温芯片，并使用单总线多节点分路，同时测量温度数据，并使用多种自检程序和判断程序，使装置可实现自动运行，并降低装置的误触发率。
在进一步的实施例中，振动模块1还包括柔性电路3，与支撑框架11固定连接，与振动马达13的电连接点固定连接。
在进一步的实施例中，当单位时间内下雪量过大，或雪块压结出现粘连时不易去除，使得振动模块1的工作时间过长时又存在功耗过大的问题。
为了解决上述问题，振动除雪装置还包括加热模块4，与支撑框架11固定连接，当振动模块1工作时间超过预定值时，加热模块4对除雪薄膜12进行加热，其中加热模块4可以是如图3所示的电阻加热片，也可以是热水管道或蒸汽管道。
当振动模块1工作时间超过预定值时，通过加热模块4对除雪薄膜12进行加热，使雪块与薄膜的接触界面形成一层低摩擦系数的液体薄膜，降低雪块下落时的摩擦力，提高了除雪效率，同时降低了功耗，还能够补足现有装置仅使用加热模块导致的加热前期除雪效率低的问题。
在另一实施例中，使用主动加热同样存在能耗较高的问题。
为了解决上述问题，振动除雪装置还包括摩擦热装置5，摩擦热装置5包括收容在除雪薄膜12内，并与除雪薄膜12和支撑框架11固定连接的收容壳51，收容在收容壳51内的摩擦介质52，当振动模块1启动时，除雪薄膜12和摩擦热装置5一起振动，摩擦介质52在收容壳51内摩擦生热对除雪薄膜12加热。
通过摩擦热装置5对振动模块1的振动力进行回收利用，不仅能够使雪块与薄膜的接触界面形成一层低摩擦系数的液体薄膜，降低雪块下落时的摩擦力，提高除雪效率，还能够进一步的解决电加热导致的能耗较高的问题。
此实施例中的除雪方法包括在振动模块1启动预定时间后，或当除雪薄膜12的温度超过预定值时，振动模块1暂停预定时间后再次启动，利用雪块与薄膜的接触界面之间的液体薄膜与振动力交替除雪，既不影响除雪效率又能降低能耗。
在进一步的实施例中，收容壳51由铜或铝合金材质制成，摩擦介质52是收容在收容壳51内的铁质、或铝质、或铜质颗粒。
通过铜或铝合金材质制成的收容壳51能够当摩擦介质52是铁质时使摩擦生热的同时也产生磁场，能够避免磁场对电路或电器元件造成损伤，而且金属材质具有良好的导热性，能够提高对除雪薄膜12的加热效率，通过铝质、或铜质颗粒的摩擦介质52能够避免磁场产生，但是选用铝质、或铜质颗粒的摩擦介质52时应当相较于铁质颗粒将更换时间缩减3.5%-12.7%，避免铝质、或铜质颗粒因可塑性粘连影响加热效率。
在进一步的实施例中，现有除雪设备需要长期固定在屋顶容易在非降雪季节受雨水腐蚀和氧化的影响，发生老化损伤，存在后期维护成本高的问题。
为了解决上述问题，支撑框架11由环氧树脂材料等柔性材质制成，除雪薄膜12由塑料或橡胶材质等柔性材质制成，振动马达13在支撑框架11上矩形排列，矩形排列的振动马达13方便支撑框架11和除雪薄膜12的收卷，配合柔性材质制成的支撑框架和除雪薄膜能够在非降雪季节将除雪装置收起存放，解决了现有设备后期维护成本高的问题，而且采用柔性材质能够使得本除雪装置具有更好的柔软性，可贴合于不同形状类型的斜面，在生产时支撑框架11使用液态具有流动性的环氧树脂材料进行一次性浇筑而成，各个模块，以及不同元件，在浇筑过程浸没于框架材料中，待浇筑成型即已嵌入于框架材料之中。
振动马达13与柔性电路3相连接并嵌入于框架材料中，与框架材料的相对位置固定不变，其他传感器及加热模块4采取堆叠式夹层结构摆放在框架材料上，其中振动马达13、环境检测模块2和加热模块4均为矩阵排列设置，环境检测模块2和加热模块4均与柔性电路3相连接。
在进一步的实施例中，振动除雪装置还包括数据处理模块，数据处理模块与环境检测模块2、振动模块1和加热模块4电连接，数据处理模块内存储有自检程序和判断程序。
自检程序间隔预定时间检测振动模块1、环境检测模块2和加热模块4的工作状态，同时校准传感器与判断程序。
判断程序根据环境检测模块2的检测数据启动振动模块1和加热模块4。
基于振动除雪装置的除雪方法包括：S1.数据处理模块内的自检程序每间隔预定时间检测振动模块1、环境检测模块2和加热模块4的工作状态，同时校准传感器与判断程序。
S2. 当检测振动模块1、环境检测模块2和加热模块4能启动时，则在环境检测模块2检测到振动模块1上方的积雪厚度超过预定值时，启动加热模块4和振动马达13使除雪薄膜12做横向与轴向的往复振动，破坏屋顶雪块原本的受力平衡状态，振动模块1的上表面的斜面使雪块在自身重力的作用下逐渐从屋顶滑落，当加热模块4使除雪薄膜12的上表面温度上升至预定值时，雪块与除雪薄膜12的接触界面形成液体薄膜，降低雪块下落时的摩擦力。
S3. 当完成一次除雪工作后，振动模块1、环境检测模块2和加热模块4回到初始低功耗工作状态进行自我诊断，且始终检测环境变化。
S4. 当检测振动模块1、环境检测模块2和加热模块4无法启动时，则数据处理模块发出预警等待维修。
在摩擦热装置实施例中，工作过程如下：S5. 当振动马达13工作时，振动马达13使除雪薄膜12和摩擦热装置5做横向与轴向的往复振动，将机械力传导至堆积的雪块，使用振动力破坏屋顶雪块原本的受力平衡状态，屋顶斜面使雪块在自身重力的作用下逐渐从屋顶滑落的同时，摩擦热装置5的摩擦介质52在收容壳51内摩擦生热，并将热量传递至除雪薄膜12上；
S6. 当振动马达13工作预定时间后，摩擦热装置5将除雪薄膜12表面温度加热超过预定值时，雪块与除雪薄膜12的接触界面形成液体薄膜，降低雪块下落时的摩擦力，此时振动马达13根据除雪薄膜12表面温度和雪块深度进行间歇工作。
Claims (10)
1.一种振动除雪装置，其特征在于，包括：振动模块，固定安装在屋顶的上方，所述振动模块的上表面与地面之间存在预定夹角，雪块堆积在振动模块上；
环境检测模块，固定安装在振动模块的上方，所述环境检测模块与振动模块电连接，当检测到振动模块上的积雪厚度超过预定值时，启动振动模块，使堆积的雪块从振动模块上滑落。
2.根据权利要求1所述一种振动除雪装置，其特征在于，所述振动模块包括支撑框架，与屋顶固定连接；
除雪薄膜，套接或覆盖在支撑框架的外侧；
振动马达，收容在除雪薄膜内，并与支撑框架和除雪薄膜固定连接，所述振动马达使除雪薄膜做横向与轴向的往复振动。
3.根据权利要求1所述一种振动除雪装置，其特征在于，所述环境检测模块包括至少三个温度传感器，固定安装在振动模块的上方和内部，检测环境温度；
压力传感器，固定安装在振动模块的上方和内部，检测振动模块上方的积雪压力，判断积雪厚度。
4.根据权利要求2所述一种振动除雪装置，其特征在于，所述振动模块还包括柔性电路，与支撑框架固定连接，与振动马达的电连接点固定连接。
5.根据权利要求2所述一种振动除雪装置，其特征在于，还包括加热模块，与支撑框架固定连接，当振动模块工作时间超过预定值时，所述加热模块对除雪薄膜进行加热。
6.根据权利要求5所述一种振动除雪装置，其特征在于，还包括摩擦热装置，所述摩擦热装置包括收容壳，收容在除雪薄膜内，并与除雪薄膜和支撑框架固定连接；
摩擦介质，收容在收容壳内，当振动模块启动时，除雪薄膜和摩擦热装置一起振动，摩擦介质在收容壳内摩擦生热对除雪薄膜加热。
7.根据权利要求6所述一种振动除雪装置，其特征在于，所述收容壳由铜或铝合金材质制成；
所述摩擦介质是收容在收容壳内的铁质、或铝质、或铜质颗粒。
8.根据权利要求2所述一种振动除雪装置，其特征在于，所述支撑框架由柔性材料制成。
9.根据权利要求5所述振动除雪装置，其特征在于，所述振动除雪装置还包括数据处理模块，所述数据处理模块与环境检测模块、振动模块和加热模块电连接，所述数据处理模块内存储有自检程序和判断程序；
所述自检程序间隔预定时间检测振动模块、环境检测模块和加热模块的工作状态，同时校准传感器与判断程序；
所述判断程序根据环境检测模块的检测数据启动振动模块和加热模块。
10.基于权利要求9所述振动除雪装置的除雪方法，其特征在于，包括：S1. 所述数据处理模块内的自检程序每间隔预定时间检测振动模块、环境检测模块和加热模块的工作状态，同时校准传感器与判断程序；
S2. 当检测振动模块、环境检测模块和加热模块能启动时，则在环境检测模块检测到振动模块上方的积雪厚度超过预定值时，启动加热模块和振动马达使除雪薄膜做横向与轴向的往复振动，破坏屋顶雪块原本的受力平衡状态，振动模块的上表面的斜面使雪块在自身重力的作用下逐渐从屋顶滑落，当加热模块使除雪薄膜的上表面温度上升至预定值时，雪块与除雪薄膜的接触界面形成液体薄膜，降低雪块下落时的摩擦力；
S3. 当完成一次除雪工作后，振动模块、环境检测模块和加热模块回到初始低功耗工作状态进行自我诊断，且始终检测环境变化；
S4. 当检测振动模块、环境检测模块和加热模块无法启动时，则数据处理模块发出预警等待维修。
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