CN204435298U - 一种具有振动功能的路面快速除冰装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有振动功能的路面快速除冰装置，包括若干组除冰刀、除冰辊、振动轴系统和支架，其中，所述除冰刀设置于除冰辊上，除冰辊与振动轴系统连接，振动轴系统固定于支架上；所述除冰刀包括前刀面、两主切削刃、两副切削刃、刀尖和焊接面，除冰刀与除冰辊表面固定连接，两条副切削刃对冰层产生切的作用，使冰层断裂；所述振动轴系统，包括液压马达、外振动轴、内振动轴、轴承和弹簧，其中，外振动轴和内振动轴均是偏心轴，内振动轴通过铜套支撑在外振动轴的空腔内，外振动轴通过轴承和轴承座安装在连接盘上，并通过缓冲器与除冰辊相连，液压马达连接外振动轴，通过花键套带动内振动轴一起旋转，产生激振力。

Description

一种具有振动功能的路面快速除冰装置

技术领域

本实用新型涉及除冰机械领域，具体的说，是涉及一种具有振动功能的路面快速除冰装置。

背景技术

我国南限降雪纬度较世界同纬度的任何大陆都要低。随着全球温室效应的加剧，降雪线不断南移，导致冰雪的陆地覆盖面积不断扩大。冬季降雪，路面与落雪的温差使得落雪首先融化成水，进而与新雪结成冰层，若不及时清理，将对路面安全构成严重威胁，甚至出现影响人们生产生活的灾害的发生。

应用最普遍的除雪除冰方法有融解法和机械法两种。融解法是依靠热作用或撒布化学药剂使冰雪融化，其优点是除净率高，但这种方法成本高，且容易造成环境污染。虽然环保型融雪剂已经问世，对环境和植被的影响减少了，但并未彻底根除，因此使用范围受到一定的限制。机械法是通过机械直接作用解除冰雪的危害，虽然除净率较低，但是对环境及植被无污染，能实现冰雪的异地转移，应用范围较广。

目前，国外的除冰设备已相对成熟，我国的除冰机械虽然有了很大的发展，但其总体水平与发达国家相比，产品品种及性能还有很大的差距，适应不了我国公路高速发展的需求。

授权公告号为CN201386266的中国专利文献记载了一种牵引式破冰除雪装置，该装置与动力牵引机械连接，通过链条链轮传动机构驱动破冰雪滚筒、定向排冰雪输送叶片、可升降集雪铲等执行机构。授权公告号为CN202500115的中国专利文献记载了一种公路一体化除冰装置，通过车架内部安装的平行四边形升降机构及其调高机构、刨刀滚和钢刷滚，完成路面除冰以及撒盐、撒沙工作。授权公告号为CN202164571U的中国专利文献记载了一种振动铲式破冰除雪机，即振动电机振动雪铲、左、右液压缸驱动左、右四连杆机构平动雪铲。申请公布号为CN103276685A的中国专利记载了一种路面除冰机，由机架、牵引杆、传动轴、刀架板架、刀架板、立式剁刀、车轮、液压升降装置、皮带轮、曲轴、斜刮板等构成。申请公布号为CN103526712A的中国专利记载了一种新型除冰车，主要结构包括钢丝滚和推板等部件。

授权公告号为CN202164571U的中国专利文献在破冰方式上考虑了对除冰作业附加振动，但振动方式依赖振动电机，对振动频率缺乏调整，同时振动与切割挤压两种破冰方式间缺乏有效结合，此外，其所设计的左、右四连杆机构的结构形式，存在能否保证左、右液压缸同步驱动的弱点。其他文献各自采用不同的结构形式实现除冰作业，但破冰方式主要依靠各执行机构对冰层的切割挤压作用完成，缺少对切割挤压参数的具体研究。

因此，如何设计一种全新结构的机械除冰装置，是本领域技术人员函需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述问题，提出了一种具有振动功能的路面快速除冰装置，本装置利用承载车辆为动力源，改造并安装新型路面快速除冰装置，采用液压驱动方式，利用除冰作业执行件除冰辊将路面上的冰或压实的雪破碎，与地面剥离，除冰辊的动作有效结合了切割挤压与振动两种破冰方式，提高了除冰效果和效率，实现了路面除冰作业。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种具有振动功能的路面快速除冰装置，包括若干组除冰刀、除冰辊、振动轴系统和支架，其中，所述除冰刀设置于除冰辊上，除冰辊与振动轴系统连接，振动轴系统固定于支架上；

所述除冰刀包括前刀面、两主切削刃、两副切削刃、刀尖和焊接面，两主切削刃与前刀面下端面夹角为69°～71°，除冰刀经调制热处理后，与除冰辊表面通过焊接面倾斜焊接于除冰辊上，两条副切削刃对冰层产生切的作用，使冰层断裂；

所述振动轴系统，包括液压马达、外振动轴、内振动轴、轴承和弹簧，其中，外振动轴和内振动轴均是偏心轴，内振动轴远离重心位置的部分被切除，内振动轴通过铜套支撑在外振动轴的空腔内，外振动轴通过轴承和轴承座安装在连接盘上，并通过缓冲器与除冰辊相连，液压马达连接外振动轴，通过花键套带动内振动轴一起旋转，产生激振力。

所述两主切削刃与前刀面下端面夹角为69°～71°。

所述除冰刀与除冰辊的夹角为15°，除冰刀焊接于除冰辊上。

所述主切削刃、副切削刃的刀面会随着除冰辊的滚动变得越来越宽，对冰层产生挤压的作用。

所述副切削刃沿着冰层自然破裂的裂痕方向对冰层进行切削，减小了切削阻力。

所述外振动轴的轴端内花键和内振动轴的轴端外花键通过一个带有内、外花键的花键套连接起来。

所述花键套的内花键始终与内振动轴的外花键啮合。

所述内振动轴与外振动轴的内花键呈啮合状态，改变内、外振动轴的偏心块的相对位置，则改变振动轴系统的振幅。

所述振幅的调幅的档次取决于花键套的外花键的齿数。

所述振动轴系统还包括幅板，幅板通过螺钉与外振动轴连接，用于增大偏心距。

本实用新型的工作原理为：

将路面上的冰或压实的雪破碎，使其与路面分离并碎裂成小块。而冰和压实的雪的物理机械性质很大程度上决定着清除道路上的冰和压实的雪的方法和效果，在设计中，充分考虑冰雪的物理机械性质。根据冰和压实的雪脆性明显的特点，依靠除冰刀切入并挤压冰层，使冰层内部产生应力并断裂破碎，与地面剥离。考虑到不同温度下冰层的硬度以及除冰效果，将除冰附件的作业方式设计成为滚动并辅以振动的方式，对路面冰层来说，上、下方向既有碾压作用力，又有振动作用力，使除冰效果更为明显。

当除冰辊在冰层上滚动除冰时，除冰刀的刀尖首先切入冰层，此时切入冰层的刀刃宽度很小，随着除冰辊的滚动，切入冰层的刀刃越来越宽，形成对除冰刀两侧冰层的挤压，主后刀面也越来越宽，从冰层上层形成向下的压力，迫使冰层破碎。当有多排除冰刀切入冰层时，每相邻的四个除冰刀之间生一个破冰区域。在这个破冰域内，随着除冰辊滚动，刀刃不断切入冰层内部，左右两个除冰刀的副后刀面对破冰区域的冰层形成向内的挤压力；上方除冰刀的前刀面和一个副后刀面对破冰区域产生向下和向左的挤压力；下方除冰刀的主后刀面和两个副后刀面对破冰区域产生向上和向左右两侧的挤压力；与此同时，除冰刀的各刀刃继续切割冰层，再加上除冰辊对冰层的压力，在这些力的综合作用下，破冰区域内的冰层与外部冰层被分离开，形成一块独立的冰层，该冰层内部相互挤压，最终破裂，形成易清除的小冰块，脱离地面，完成除冰作业过程。这个过程在整个除冰过程中不断进行，形成连续的破冰作业过程。

除冰刀工作时，刀尖接触到冰层之后，由于除冰辊压力的作用，两条副切削刃对冰层产生切削作用，使冰层断裂。随着除冰辊的滚动，主后刀面和副后刀面变得越来越宽，对冰层产生挤压的作用。冰层在一个刀刃切入到离开的这段时间内，刀刃一直处于对冰层切、挤、压作用中，直至冰层破裂。冰层在受到表面压力时，冰层破裂的裂痕方向与压力压入时的承载车辆行进方向大约成15°或75°。两条副切削刃沿着冰层自然破裂的裂痕方向对冰层进行切削，减小了切削阻力；两个副后刀面沿着冰层裂痕的法向方向对裂痕两侧冰层进行挤压，同样减小了挤压应力。除冰过程功率减小，但除冰效率却增加，最大程度地延长了除冰刀的使用寿命。

本实用新型的有益效果为：

(1)当除冰辊在冰层上滚动除冰时，除冰刀的刀尖首先切入冰层，此时切入冰层的刀刃宽度很小，随着除冰辊的滚动，切入冰层的刀刃越来越宽，形成对除冰刀两侧冰层的挤压，主后刀面也越来越宽，从冰层上层形成向下的压力，迫使冰层破碎；

(2)在除冰混和除冰刀综合作用下，破冰区域内的冰层与外部冰层被分离开，形成一块独立的冰层，该冰层内部相互挤压，最终破裂，形成易清除的小冰块，脱离地面，完成除冰作业过程；

(3)根据冰和压实的雪脆性明显的特点，依靠除冰附件的除冰刀切入并挤压冰层，使冰层内部产生应力并断裂破碎，与地面剥离；

(4)考虑到不同温度下冰层的硬度以及除冰效果，将除冰附件的作业方式设计成为滚动并辅以振动的方式，对路面冰层来说，上、下方向既有碾压作用力，又有振动作用力，使除冰效果更为明显。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的除冰刀的排布示意图；

图3为本实用新型的振动轴系统示意图；

图4为本实用新型的除冰装置右视图；

图5为本实用新型中除冰刀的结构示意图；

其中：1、液压马达；2、花键套；3、铜套；4、外振动轴；5、内振动轴；6、幅板；7、轴承；8、花键套；9、弹簧；10、连接盘；11、缓冲器；12、除冰辊；13、轴承座；14、液压缸；15、液压缸II；16、避让器，17、除冰刀，18、主切削刃，19、副切削刃，20、副后刀面，21、主后刀面，22、前刀面。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本设计结构如图1所示，除冰装置包括由液压马达1、除冰辊12、振动轴系统和支架，上述各部件连接于承载车辆前部并由其提供动力。

除冰刀17包括前刀面22、两主切削刃18、两副切削刃19、两副后刀面20、主后刀面21、刀尖和焊接面，两主切削刃18与前刀面22下端面夹角为69°～71°，除冰刀经调制热处理后，与除冰辊12呈15°夹角焊接于除冰辊12上，如图2和图5所示，该形状和结构可以使除冰作业产生最佳效果。除冰刀工作时，刀尖接触到冰层之后，由于除冰辊12压力的作用，两条副切削刃19对冰层产生切的作用，使冰层断裂。随着除冰辊12的滚动，主后刀面21和副后刀面20变得越来越宽，对冰层产生挤压的作用。冰层在一个刀刃切入到离开的这段时间内，刀刃一直处于对冰层切、挤、压作用中，直至冰层破裂。冰层在受到表面压力时，冰层破裂的裂痕方向与压力压入时的承载车辆行进方向大约成15°或75°。两条副切削刃沿着冰层自然破裂的裂痕方向对冰层进行切削，减小了切削阻力；两个副后刀面沿着冰层裂痕的法向方向对裂痕两侧冰层进行挤压，同样减小了挤压应力。除冰过程功率减小，但除冰效率却增加，最大程度地延长了除冰刀的使用寿命。

振动轴系统采用偏心轴式振动轮，实现多级变幅，偏心质量分布于偏心轴全长，通过调整活动偏心轴与固定偏心轴的不同转角，以得到不同的偏心力矩，从而实现调幅功能。如图3所示，振动轴系统主要由液压马达1、花键2、铜套3、外振动轴4、内振动轴5、幅板6、轴承7、花键套8、弹簧9组成。外振动轴4和内振动轴5均是偏心轴，内振动轴5远离重心位置的部分被切除，这样不仅节省材料，还增大了它的偏心距。内振动轴5通过铜套3支撑在外振动轴4的空腔内，外振动偏心轴4的轴端内花键和内振动偏心轴5的轴端外花键通过一个带有内、外花键的花键套8连接起来。外振动轴4通过轴承7和轴承座13安装在连接盘10上，并通过缓冲器11与除冰辊12相连。液压马达1通过花键2驱动外振动偏心轴4，并通过花键套8带动内振动偏心轴5一起旋转，产生激振力。当需要调节振动轴振幅时，利用外部手持设备，勾住花键套8上的孔，向右拉出，直至花键套8的外花键与内偏心轴4的内花键脱开。花键套8的内花键始终与内振动轴5的外花键啮合。旋转手持设备带动内振动轴5与外振动轴4的内花键恢复啮合状态，改变内、外振动偏心轴的偏心块的相对位置，则改变振动轴系统的振幅。调幅的档次取决于花键套8的外花键的齿数，一般为齿数的一半。根据冰雪的特性、国家标准以及其经济性，设计成外齿数为10的花键套，则其档次为5，重心同向时为最大振幅，重心反向时为最小振幅。幅板6的作用是增大偏心距，通过螺钉与外振动轴4连接，因此若振幅无法满足要求，可通过更换不同重量的幅板6，改变振幅的大小。

除冰附件的主要作用是将路面上的冰或压实的雪破碎，使其与路面分离并碎裂成小块。而冰和压实的雪的物理机械性质很大程度上决定着清除道路上的冰和压实的雪的方法和效果，在设计中，充分考虑冰雪的物理机械性质。根据冰和压实的雪脆性明显的特点，依靠除冰附件的除冰刀切入并挤压冰层，使冰层内部产生应力并断裂破碎，与地面剥离。考虑到不同温度下冰层的硬度以及除冰效果，将除冰附件的作业方式设计成为滚动并辅以振动的方式，对路面冰层来说，上、下方向既有碾压作用力，又有振动作用力，使除冰效果更为明显。

当除冰辊12在冰层上滚动除冰时，除冰刀17的刀尖首先切入冰层，此时切入冰层的刀刃宽度很小，随着除冰辊的滚动，切入冰层的刀刃越来越宽，形成对除冰刀两侧冰层的挤压，主后刀面也越来越宽，从冰层上层形成向下的压力，迫使冰层破碎。当有三排除冰刀切入冰层时，每相邻的四个除冰刀之间生一个破冰区域。在这个破冰域内，随着除冰辊滚动，刀刃不断切入冰层内部，左右两个除冰刀的副后刀面对破冰区域的冰层形成向内的挤压力；上方除冰刀的前刀面和一个副后刀面对破冰区域产生向下和向左的挤压力；下方除冰刀的主后刀面和两个副后刀面对破冰区域产生向上和向左右两侧的挤压力；与此同时，除冰刀的各刀刃继续切割冰层，再加上除冰辊对冰层的压力，在这些力的综合作用下，破冰区域内的冰层与外部冰层被分离开，形成一块独立的冰层，该冰层内部相互挤压，最终破裂，形成易清除的小冰块，脱离地面，完成除冰作业过程。这个过程在整个除冰过程中不断进行，形成连续的破冰作业过程。

除冰装置工作时，除冰辊12依靠承载车辆的推动力向前滚动，对冰层进行碾压除冰，利用除冰辊刀刃对冰层进行破碎，其滚动速度u1等于承载车辆的移动速度；振动轴系统以液压马达1为动力，独立于除冰辊12旋转，其速度为u2(u2>>u1)，产生振动，通过缓冲器11将振动传送至除冰辊，亦如图1所示。

为了增加对冰面的压力，也为了保证承载车辆在无冰地面上行驶时减少对刀刃不必要的磨损，设置了液压缸14、液压缸II 15和避让器16，如图4所示。为了增加对冰面的压力，可使液压缸II 15保持在正常工作位置上，液压缸14伸长，此时，支架起杠杆作用，力传至避让器16上，避让器16内的弹簧压缩，产生弹力，最终施加在除冰辊的两侧，使除冰辊对冰面的压力增大。当液压缸14和液压缸II 15均收缩时，除冰辊便会抬离地面，这样承载车辆就可以在无冰地面上行驶，提高了其灵活性。

需要除冰时，可快速行驶到工作地点且不会损坏刀刃与路面。在破冰作业过程中，不可避免地会遇到障碍物，如不能解决避让障碍的问题，设备极易损坏，并影响正常作业。

避让器16除了增加除冰辊对冰面的压力外，其主要作用就是使除冰辊避让遇到的障碍物。即当除冰辊遇到障碍物时弹簧被压缩，除冰辊通过联架臂绕销轴转动，压缩避让器16，从而越过障碍，待除冰辊越过障碍物后，避让器16恢复原形，除冰辊继续正常破冰。避让器16可选择带有弹簧的各类型缓冲器件。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种具有振动功能的路面快速除冰装置，其特征是：包括若干组除冰刀、除冰辊、振动轴系统和支架，其中，所述除冰刀设置于除冰辊上，除冰辊与振动轴系统连接，振动轴系统固定于支架上；

所述除冰刀包括前刀面、两主切削刃、两副切削刃、刀尖和焊接面，除冰刀与除冰辊表面固定连接，两条副切削刃对冰层产生切的作用，使冰层断裂；

所述振动轴系统，包括液压马达、外振动轴、内振动轴、轴承和弹簧，其中，外振动轴和内振动轴均是偏心轴，内振动轴通过铜套支撑在外振动轴的空腔内，外振动轴通过轴承和轴承座安装在连接盘上，并通过缓冲器与除冰辊相连，液压马达连接外振动轴，通过花键套带动内振动轴一起旋转，产生激振力。

2.如权利要求1所述的具有振动功能的路面快速除冰装置，其特征是：所述两主切削刃与前刀面下端面夹角为69°～71°。

3.如权利要求1所述的具有振动功能的路面快速除冰装置，其特征是：所述除冰刀与除冰辊的夹角为15°，除冰刀与除冰辊固定连接。

4.如权利要求1所述的具有振动功能的路面快速除冰装置，其特征是：所述外振动轴的轴端内花键和内振动轴的轴端外花键通过一个带有内、外花键的花键套连接起来。

5.如权利要求4所述的具有振动功能的路面快速除冰装置，其特征是：所述花键套的内花键始终与内振动轴的外花键啮合。

6.如权利要求1所述的具有振动功能的路面快速除冰装置，其特征是：所述内振动轴与外振动轴的内花键呈啮合状态，改变内、外振动轴的偏心块的相对位置，则改变振动轴系统的振幅。

7.如权利要求6所述的具有振动功能的路面快速除冰装置，其特征是：所述振幅的调幅的档次取决于花键套的外花键的齿数。

8.如权利要求1所述的具有振动功能的路面快速除冰装置，其特征是：所述振动轴系统还包括幅板，幅板通过螺钉与外振动轴连接，用于增大偏心距。