專利名稱：自動(dòng)控制除雪機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種可以用于清理地面積雪的自動(dòng)控制除雪機(jī)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有除雪方法基本上分為三類。
第一類也是最原始的方法是人工除雪，這種方法浪費(fèi)了大量人力、物力和寶貴時(shí)間，而這種方式最大的弊端是由于除雪時(shí)間上受到很多條件的制約，路面既要受到凍軋又要遭受除雪過程中的敲鑿，大大縮短了道路的使用壽命。
第二類為噴灑融雪劑，將雪融化。這種方法長期用于大面積除雪，造成化學(xué)試劑的無止境耗費(fèi)，而且往往對(duì)環(huán)境有不利的影響，比如造成土地質(zhì)量下降，不利于植物生長等等。
第三類為機(jī)械除雪。
目前，在機(jī)場普遍采用大功率吹雪設(shè)備來除雪，這種設(shè)備由飛機(jī)上功率強(qiáng)大的多級(jí)加速發(fā)動(dòng)機(jī)改造而成，靠強(qiáng)力將雪吹到路邊，工作起來，不僅效率低，而且浪費(fèi)能源。一些用拖拉機(jī)、叉車或斗車改裝而成的除雪機(jī)，它們都需要人的實(shí)際操作來完成作業(yè)，既存在危險(xiǎn)，也存在缺點(diǎn)，而有些除雪機(jī)排雪裝置設(shè)計(jì)不合理或需要人工來調(diào)整排雪口的角度，故通用性不強(qiáng)。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是要提供一種自動(dòng)控制除雪機(jī)，該機(jī)不需要人工操作，可以自動(dòng)完成大面積的除雪任務(wù)。
為了達(dá)到本實(shí)用新型的目的所采取的技術(shù)方案包括，機(jī)架2、行走機(jī)構(gòu)、動(dòng)力及動(dòng)力傳輸機(jī)構(gòu)、除雪裝置，其特征在于，其動(dòng)力及動(dòng)力傳輸機(jī)構(gòu)包括固定在機(jī)架2上的液壓站1及液壓馬達(dá)3，與液壓馬達(dá)3相連接的錐齒輪減速器、鏈輪減速機(jī)構(gòu)；行走機(jī)構(gòu)包括安裝在機(jī)架2上的步進(jìn)電機(jī)II56、與步進(jìn)電機(jī)II56相連接的蝸桿蝸輪減速器57、與蝸桿蝸輪減速器57相連接的驅(qū)動(dòng)輪59、安裝在機(jī)架2前后的兩個(gè)萬向輪60；除雪裝置包括集雪器、排雪器，在集雪器和排雪器之間裝有進(jìn)雪口30和可伸縮塑料管31，其中集雪器包括絞龍軸21、位于絞龍軸21上的雙螺旋空心絞龍葉片22、擋板23，鏈輪減速機(jī)構(gòu)的終端與絞龍軸21相連；排雪器包括步進(jìn)電機(jī)I32、與步進(jìn)電機(jī)I32相連接的蝸桿34，蝸桿34與蝸輪35嚙合，蝸輪35和排雪筒38軸向連接，排雪筒38的底部兩側(cè)各設(shè)有一個(gè)軸VI41，軸VI41上套有兩個(gè)軸承IV40；在機(jī)架2上裝有控制箱，控制箱中包括含有單片機(jī)的控制電路、變壓器、驅(qū)動(dòng)器。
上述的自動(dòng)控制除雪機(jī)中的控制電路中，單片機(jī)89C51管腳，P1.0～P1.7、P3.0、P3.1、P3.6、P3.7為輸出管腳，經(jīng)反向器74LS04后，P1.3、P3.1與步進(jìn)電機(jī)56連接，P1.4與步進(jìn)電機(jī)56連接，P3.0與另一側(cè)步進(jìn)電機(jī)56連接，P1.0與三相電機(jī)42連接，P1.6與電磁閥46連接，P1.1、P1.2與電磁閥48，方向控制信號(hào)的管腳P1.5、P1.7與步進(jìn)電機(jī)32連接。
上述的自動(dòng)控制除雪機(jī)中的控制電路中，P3.2、P3.3可接入傳感器。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾方面排雪筒的筒口方向可以進(jìn)行較大角度的轉(zhuǎn)動(dòng)，所以可以對(duì)排雪的距離進(jìn)行控制；空心雙絞龍除雪機(jī)構(gòu)重量輕、除雪效果好；采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，具有體積小、轉(zhuǎn)距大、控制方便、定位精確的特點(diǎn)。而且也充分利用了電子電力器件和各種傳感器的發(fā)展和完善，來實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的精巧化、靈敏化、自動(dòng)化、和智能化；引入計(jì)算機(jī)技術(shù)，采用價(jià)值幾元的單片機(jī)作為核心控制器件，實(shí)現(xiàn)了全智能化、無人操縱工作模式，也為實(shí)現(xiàn)遙控系統(tǒng)操作模式提供了可能。具有可操作性強(qiáng)、除雪效率高的特點(diǎn)；由于采用了識(shí)別有雪與無雪區(qū)域的傳感器，其信號(hào)通過單片機(jī)處理，可自動(dòng)進(jìn)行除雪或轉(zhuǎn)向操作，不僅信息采集迅速準(zhǔn)確、器件成本廉價(jià)，而且無需人工操作，提高了工作效率。


圖1為本實(shí)用新型自動(dòng)控制除雪機(jī)的結(jié)構(gòu)俯視示意圖；圖2為本實(shí)用新型自動(dòng)控制除雪機(jī)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡圖；圖3為本實(shí)用新型自動(dòng)控制除雪機(jī)的排雪器剖面圖；圖4為本實(shí)用新型自動(dòng)控制除雪機(jī)的排雪筒支撐圖；圖5為本實(shí)用新型自動(dòng)控制除雪機(jī)的液壓站油路示意圖；圖6為本實(shí)用新型自動(dòng)控制除雪機(jī)的控制電路圖；圖7為本實(shí)用新型自動(dòng)控制除雪機(jī)排雪筒的控制結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本實(shí)用新型自動(dòng)控制除雪機(jī)集雪器與機(jī)架連接結(jié)構(gòu)示意圖。
實(shí)施例如圖1所示，1為液壓站，2為機(jī)架，3為液壓馬達(dá)，4為聯(lián)軸器I，5為軸I，6、7為一對(duì)相互嚙合的錐齒輪，8為軸II，9為聯(lián)軸器III，10為軸IV，11為聯(lián)軸器II，12為軸III，13為安裝在軸III12上的葉片，14為鏈輪I，15為鏈條I，16為鏈輪II，17為軸V，18為鏈輪III，19為鏈條II，20為鏈輪IV，21為集雪器的絞龍軸，22為雙螺旋空心絞龍葉片，23為擋板，24為法蘭，25為螺栓、26為軸承I，30為進(jìn)雪口，31為可伸縮塑料管，32為步進(jìn)電機(jī)I，33為聯(lián)軸器IV，34為蝸桿，35為蝸輪，36為法蘭套36，37為兩個(gè)軸承III，38為排雪筒，39為螺釘，40為軸承IV，41為軸VI；56為步進(jìn)電機(jī)II，57為蝸桿蝸輪減速器，58為聯(lián)軸器V，59為驅(qū)動(dòng)輪，60為萬向輪。
如圖5所示，42為三相電機(jī)，43為液壓泵，44為溢流閥，45為濾油器，46為兩位四通電磁閥，47為單向閥，48為三位四通電磁閥，49為雙單向節(jié)流閥，50為空濾，51為液位計(jì)，52為壓力表，53為壓力表開關(guān)，54為兩個(gè)液壓缸，55為油箱。
如圖8所示，27為法蘭懸臂，28為軸承II，29為擋板后定位孔，17為軸V；法蘭懸臂27伸入到擋板后定位孔29內(nèi)，法蘭懸臂27內(nèi)部裝有軸承II28，軸承內(nèi)套有軸V17，這樣，軸V17可以在法蘭懸臂27的法蘭內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，與絞龍連接的擋板后定位孔29可以繞著法蘭懸臂27的法蘭轉(zhuǎn)動(dòng)，則絞龍也繞著法蘭懸臂27的法蘭轉(zhuǎn)動(dòng)。
本除雪機(jī)的機(jī)械裝置部分主要包括液壓站、液壓馬達(dá)、液壓缸、錐齒輪箱和鏈傳動(dòng)系統(tǒng)、集雪器、進(jìn)雪口、排雪器、行走裝置和智能控制系統(tǒng)等組成。其安裝原理如下液壓站1固定在機(jī)架2上，液壓馬達(dá)3的輸出軸通過聯(lián)軸器I4與軸I5連接，錐齒輪6套在軸I5上，另一錐齒輪7與錐齒輪6嚙合且套在軸II8上，軸I5通過聯(lián)軸器II11與軸III12連接，軸III12的另一端安有葉片13，軸II8通過聯(lián)軸器III9與軸IV10連接，軸IV10的另一端安有鏈輪I14，鏈輪I14和鏈輪II16用鏈條I15連接，鏈輪II16套在軸V17的一端，軸V17中間部分裝有鏈輪III18，鏈輪III18與鏈輪IV20用鏈條II19連接，鏈輪IV20與集雪器的絞龍軸21連接，絞龍軸21上連接雙螺旋空心絞龍葉片22。
集雪器包括絞龍軸21、雙螺旋空心絞龍葉片22、擋板23、法蘭24、螺栓25、軸承I26、法蘭懸臂、軸承II28和擋板后定位孔29組成。雙螺旋空心絞龍葉片22連接在絞龍軸21上，絞龍軸21兩端裝軸承I26，軸承I26卡在法蘭24內(nèi)，與擋板23用螺栓25緊固。法蘭懸臂一端固定在機(jī)架2上，另一端的法蘭內(nèi)裝軸承II28，軸承II28內(nèi)穿過軸V17，法蘭外面則穿過擋板后定位孔29。這樣軸V17的轉(zhuǎn)動(dòng)與集雪器被液壓缸54頂起所引起的轉(zhuǎn)動(dòng)是相互獨(dú)立的。
進(jìn)雪口30與排雪器之間用可伸縮塑料管31連接。排雪器的結(jié)構(gòu)原理是步進(jìn)電機(jī)I32通過聯(lián)軸器IV33與蝸桿34連接，蝸桿34與蝸輪35嚙合，蝸輪35的內(nèi)孔過盈配合一個(gè)法蘭套36，法蘭套36的內(nèi)孔裝有兩個(gè)軸承III37，軸承III37內(nèi)穿過軸III12，同時(shí)蝸輪35和排雪筒38之間由螺釘39連接，排雪筒38的底部兩側(cè)各有一個(gè)套有軸承IV40的軸VI41，以支撐排雪筒38，這樣，排雪筒38和葉片13可以相對(duì)獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)。
液壓站包括三相電機(jī)42、液壓泵43、溢流閥44、濾油器45、兩位四通電磁閥46、單向閥47、三位四通電磁閥48、雙單向節(jié)流閥49、空濾50、液位計(jì)51、壓力表52、壓力表開關(guān)53、固定在機(jī)架2上柱塞端頂在集雪器擋板后的兩個(gè)液壓缸54、油箱55。
行走裝置機(jī)身兩側(cè)驅(qū)動(dòng)輪機(jī)構(gòu)相同，并且獨(dú)立驅(qū)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)II56與蝸桿蝸輪減速器57用聯(lián)軸器V58連接，蝸桿蝸輪減速器57的輸出軸與驅(qū)動(dòng)輪59連接。機(jī)架2前后各安裝一個(gè)萬向輪60。
本除雪機(jī)的工作原理步進(jìn)電機(jī)II56通電時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪59轉(zhuǎn)動(dòng)，整個(gè)除雪機(jī)向前移動(dòng)。兩位四通電磁閥46通電時(shí)，液壓馬達(dá)3轉(zhuǎn)動(dòng)，通過一對(duì)錐齒輪6和7與兩對(duì)鏈輪14和16、18和20傳到絞龍軸21，絞龍軸21帶動(dòng)雙螺旋空心絞龍葉片22轉(zhuǎn)動(dòng)，把雪傳送到進(jìn)雪口30，再通過可伸縮塑料管31進(jìn)入排雪筒38內(nèi)，同時(shí)液壓馬達(dá)3的轉(zhuǎn)動(dòng)使得排雪器內(nèi)的葉片13轉(zhuǎn)動(dòng)，把雪拋出去。拋出雪的距離由步進(jìn)電機(jī)I32控制，步進(jìn)電機(jī)I32的正反轉(zhuǎn)使得排雪筒38與水平面的夾角變化，從而改變拋出雪的距離。當(dāng)需要轉(zhuǎn)彎時(shí)，分別改變兩步進(jìn)電機(jī)II56的轉(zhuǎn)速，兩驅(qū)動(dòng)輪58的轉(zhuǎn)速不一樣，引起機(jī)身的轉(zhuǎn)彎。分別接通三位四通電磁閥48的兩電極可以驅(qū)動(dòng)液壓缸54的伸縮使絞龍升降。
控制部分簡介如圖6所示為本自動(dòng)控制除雪機(jī)的控制電路，單片機(jī)89C51管腳，P1.0-P1.7、P3.0、P3.1、P3.6、P3.7為輸出管腳，經(jīng)反向器74ALS04功率放大后作為控制信號(hào)。其中P1.3為步進(jìn)電機(jī)56的快步脈沖，用于正常行進(jìn)，P3.1向步進(jìn)電機(jī)56發(fā)出緩步脈沖，使車身內(nèi)側(cè)輪子反轉(zhuǎn)，而車身外側(cè)的輪子正轉(zhuǎn)，從而使車身轉(zhuǎn)彎，P1.4為控制是否緩步脈沖或快步脈沖控制步進(jìn)電機(jī)56，同理，P3.0為控制是否緩步脈沖或快步脈沖控制另一側(cè)步進(jìn)電機(jī)56，P1.0控制液壓系統(tǒng)的三相電機(jī)42，低電平有效，P1.1、P1.2、P1.6分別控制液壓系統(tǒng)的電磁閥46和48，P1.5、P1.7分別為步進(jìn)電機(jī)32的方向控制信號(hào)，其中，P3.2、P3.3中斷源可以采用查詢法，擴(kuò)展成多個(gè)中斷源，接收硅光電池紅外接收器(即傳感器)的反饋信號(hào)，用于除雪機(jī)對(duì)有雪與無雪區(qū)域的智能判斷。
本機(jī)采用單片機(jī)程序控制，可應(yīng)用于具有固定形狀的場所，例如大型飛機(jī)場、廣場，停車場等，此系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)無人操縱、智能化工作，對(duì)于形狀相似的場所例如大部分場所都可以近似于矩形只要修改程序中的相關(guān)參數(shù)，而無須重新編程，而且一次修改，長久適用。本機(jī)也可以加入遙控系統(tǒng)，以適應(yīng)不規(guī)則圖形場地的除雪。
控制器件主體機(jī)械部分絞龍的旋轉(zhuǎn)與排雪風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。液壓裝置具有扭矩大、運(yùn)行平穩(wěn)的優(yōu)點(diǎn)，較理想的完成收雪與排雪的任務(wù)，排雪口的旋轉(zhuǎn)采用四通電機(jī)公司生產(chǎn)的56系列步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制，具有體積小、轉(zhuǎn)矩大、旋轉(zhuǎn)角度定位精確的特點(diǎn)步距角為0.9度，轉(zhuǎn)矩為1.72NM可以根據(jù)需要靈活控制除雪口向車左車右兩個(gè)方向旋轉(zhuǎn)。
主動(dòng)輪位于車兩側(cè)，由四通電機(jī)公司生產(chǎn)的110系列步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)矩為8.5NM，步距角為0.9度，可精確控制車的前進(jìn)與轉(zhuǎn)向。車前車后各安裝一個(gè)萬向輪作為從動(dòng)輪。
絞龍與擋雪板的升降由液壓系統(tǒng)的油缸控制。
以機(jī)場跑道除雪為例，本機(jī)采用激光及自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)相結(jié)合的技術(shù)，依靠程序的優(yōu)化算法，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)行走除雪作業(yè)模式。
因國際規(guī)定機(jī)場跑道定長定寬，必須筆直。所以事先將長寬參數(shù)輸入，程序自動(dòng)算出行走的趟數(shù)和每趟長度。
行走模式第一趟依靠對(duì)面射來的兩束激光準(zhǔn)直行走并除雪，行使到第一趟終點(diǎn)，自動(dòng)轉(zhuǎn)身，之后依靠自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)判斷有雪與無雪量區(qū)域的交界，沿交界線定向，結(jié)合輸入?yún)?shù)，自動(dòng)完成以后所有的行走、出雪、轉(zhuǎn)身、停止行為。
權(quán)利要求1.一種自動(dòng)控制除雪機(jī)包括機(jī)架(2)、行走機(jī)構(gòu)、動(dòng)力及動(dòng)力傳輸機(jī)構(gòu)、除雪裝置，其特征在于，其動(dòng)力及動(dòng)力傳輸機(jī)構(gòu)包括固定在機(jī)架(2)上的液壓站(1)及液壓馬達(dá)(3)，與液壓馬達(dá)(3)相連接的錐齒輪減速器、鏈輪減速機(jī)構(gòu)；行走機(jī)構(gòu)包括安裝在機(jī)架(2)上的步進(jìn)電機(jī)II(56)、與步進(jìn)電機(jī)II(56)相連接的蝸桿蝸輪減速器(57)、與蝸桿蝸輪減速器(57)相連接的驅(qū)動(dòng)輪(59)、安裝在機(jī)架(2)前后的兩個(gè)萬向輪(60)；除雪裝置包括集雪器、排雪器，在集雪器和排雪器之間裝有進(jìn)雪口(30)和可伸縮塑料管(31)，其中集雪器包括絞龍軸(21)、位于絞龍軸(21)上的雙螺旋空心絞龍葉片(22)、擋板(23)，鏈輪減速機(jī)構(gòu)的終端與絞龍軸(21)相連；排雪器包括步進(jìn)電機(jī)I(32)、與步進(jìn)電機(jī)I(32)相連接的蝸桿(34)，蝸桿(34)與蝸輪(35)嚙合，蝸輪(35)和排雪筒(38)軸向連接，排雪筒(38)的底部兩側(cè)各設(shè)有一個(gè)軸VI(41)，軸VI(41)上套有兩個(gè)軸承IV(40)；在機(jī)架(2)上裝有控制箱，控制箱中包括含有單片機(jī)的控制電路、變壓器、驅(qū)動(dòng)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)控制除雪機(jī)，其特征在于，其控制電路中，單片機(jī)89C51管腳，P1.0～P1.7、P3.0、P3.1、P3.6、P3.7為輸出管腳，經(jīng)反向器74LS04后，P1.3、P3.1與步進(jìn)電機(jī)(56)連接，P1.4與步進(jìn)電機(jī)(56)連接，P3.0與另一側(cè)步進(jìn)電機(jī)(56)連接，P1.0與三相電機(jī)(42)連接，P1.6與電磁閥(46)連接，P1.1、P1.2與電磁閥(48)，方向控制信號(hào)的管腳P1.5、P1.7與步進(jìn)電機(jī)(32)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)控制除雪機(jī)，其特征在于，其控制電路中，P3.2、P3.3可接入傳感器。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種可以用于清理地面積雪的自動(dòng)控制除雪機(jī)，技術(shù)方案包括，機(jī)架(2)、行走機(jī)構(gòu)、液壓站(1)及液壓馬達(dá)(3)、步進(jìn)電機(jī)II(56)、蝸桿蝸輪減速器(57)、驅(qū)動(dòng)輪(59)、兩個(gè)萬向輪(60)、絞龍軸(21)、雙螺旋空心絞龍葉片(22)、擋板(23)、步進(jìn)電機(jī)I(32)、蝸桿(34)、蝸輪(35)，在機(jī)架(2)上裝有包括含有單片機(jī)的控制電路、變壓器、驅(qū)動(dòng)器的控制箱。本機(jī)重量輕、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，自動(dòng)化程度高，成本低，無需人工操作，提高了工作效率。
文檔編號(hào)E01H5/08GK2641120SQ0325059
公開日2004年9月15日 申請(qǐng)日期2003年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月23日
發(fā)明者王冰, 王大海, 張晗 申請(qǐng)人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)