在城市道路清雪作業(yè)需求持續(xù)升級(jí)的背景下，鏟雪機(jī)的技術(shù)優(yōu)化成為提升除雪效率與質(zhì)量的關(guān)鍵方向。當(dāng)前行業(yè)面臨壓實(shí)冰雪清除效率低、設(shè)備對(duì)路面損傷較大等問(wèn)題，如何通過(guò)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)鏟雪機(jī)性能突破，成為行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。圍繞這一目標(biāo)，研究基于實(shí)用新型專(zhuān)利設(shè)計(jì)的輕便式鏟雪機(jī)，借助有限元仿真技術(shù)對(duì)刀齒核心參數(shù)展開(kāi)系統(tǒng)性分析，旨在為行業(yè)提供兼具高效性與經(jīng)濟(jì)性的技術(shù)改進(jìn)路徑。

  一、輕便式鏟雪機(jī)的結(jié)構(gòu)原理與核心設(shè)計(jì)價(jià)值

  輕便式鏟雪機(jī)通過(guò)創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)壓實(shí)冰雪的高效清除。設(shè)備主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、變速機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)鏈輪、凸輪軸及鏟雪機(jī)構(gòu)等組成，其工作原理為：發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)變速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)凸輪軸上的凸輪運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而推動(dòng)鏟雪機(jī)構(gòu)的推桿與雪鏟完成除雪動(dòng)作。《2025-2030年全球及中國(guó)鏟雪機(jī)行業(yè)市場(chǎng)現(xiàn)狀調(diào)研及發(fā)展前景分析報(bào)告》指出，雪鏟部分通過(guò)螺栓與推桿連接，配合回位彈簧與導(dǎo)向筒結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同厚度冰雪層的自適應(yīng)接觸。該鏟雪機(jī)具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作便捷的特點(diǎn)，無(wú)需專(zhuān)業(yè)人員即可完成作業(yè)，且對(duì)人行道等狹窄路面及壓實(shí)冰雪路面具有良好的適用性，顯著減輕了環(huán)衛(wèi)工人勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)降低對(duì)路面的損傷風(fēng)險(xiǎn)。在鏟雪機(jī)的關(guān)鍵部件中，刀齒的形狀與尺寸參數(shù)直接決定除雪效果，因此針對(duì)刀齒長(zhǎng)度與角度的優(yōu)化設(shè)計(jì)，成為提升設(shè)備性能的核心環(huán)節(jié)。

  二、基于有限元仿真的鏟雪機(jī)刀齒參數(shù)分析

  為優(yōu)化鏟雪機(jī)刀齒參數(shù)，研究采用 Pro/E 軟件建立刀具、冰雪層及地面的三維模型，并通過(guò) ANSYS13.0 有限元分析軟件進(jìn)行仿真驗(yàn)證。預(yù)設(shè)冰雪模型尺寸為長(zhǎng) 900mm、寬 360mm、厚度 15mm，冰雪層參數(shù)設(shè)定為：密度 900kg/m3，彈模 5×10?Pa，泊松比 0.3，剪切強(qiáng)度 0.756×10?Pa，剪切模量 1.246×10?Pa。仿真過(guò)程中，以刀齒深入冰雪層長(zhǎng)度(200mm、250mm、300mm)和刀齒角度(45 度至 5 度，每 5 度遞減)為變量，分析不同參數(shù)組合下冰雪層的等效應(yīng)力與變形情況。

  數(shù)據(jù)顯示，在相同刀齒長(zhǎng)度下，隨著刀齒角度減小，冰雪層最大等效應(yīng)力逐漸增大，且增長(zhǎng)趨勢(shì)趨于平緩。例如，當(dāng)?shù)洱X長(zhǎng)度為 300mm 時(shí)，角度從 45 度減小至 5 度，最大等效應(yīng)力從 6626.1MPa 增至 9411.3MPa。同時(shí)，刀齒長(zhǎng)度增加也會(huì)顯著提升等效應(yīng)力，300mm 長(zhǎng)度下的應(yīng)力值較 200mm 長(zhǎng)度提升約 30%。但角度過(guò)小(如 5 度)會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中于刀尖區(qū)域，作用面積減小，不僅影響除雪效果均勻性，還可能縮短刀具壽命。結(jié)合冰雪層受力分布、刀具耐久性及路面保護(hù)需求，綜合確定最優(yōu)刀齒參數(shù)為長(zhǎng)度 300mm、角度 10 度。此時(shí)，冰雪層在刀尖接觸區(qū)域產(chǎn)生較大位移，可快速與地面分離，除雪效率與效果達(dá)到最佳平衡。

  三、鏟雪機(jī)刀齒參數(shù)優(yōu)化的行業(yè)應(yīng)用價(jià)值

  將優(yōu)化后的刀齒參數(shù)(300mm 長(zhǎng)度、10 度角度)應(yīng)用于鏟雪機(jī)樣機(jī)生產(chǎn)，實(shí)際測(cè)試結(jié)果表明，設(shè)備對(duì)壓實(shí)冰雪的清除效率顯著提升，且對(duì)路面無(wú)明顯損傷。有限元仿真技術(shù)在鏟雪機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，展現(xiàn)出多方面優(yōu)勢(shì)：一方面，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬替代傳統(tǒng)試錯(cuò)法，可減少約 30% 的設(shè)計(jì)成本與 50% 的研發(fā)周期;另一方面，精準(zhǔn)的參數(shù)優(yōu)化避免了材料浪費(fèi)與結(jié)構(gòu)冗余，提升了設(shè)備的可靠性與經(jīng)濟(jì)性。這種基于仿真分析的設(shè)計(jì)思路，為鏟雪機(jī)行業(yè)提供了可復(fù)用的技術(shù)優(yōu)化范式，有助于推動(dòng)行業(yè)向智能化、高效化方向發(fā)展。

  總結(jié)來(lái)看，針對(duì)城市道路除雪需求，輕便式鏟雪機(jī)的刀齒參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)通過(guò)有限元仿真技術(shù)實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵突破。研究明確了 300mm 刀齒長(zhǎng)度與 10 度角度的最優(yōu)組合，為設(shè)備性能提升提供了數(shù)據(jù)支撐。該技術(shù)路徑不僅解決了傳統(tǒng)除雪設(shè)備在壓實(shí)冰雪處理中的效率與損傷問(wèn)題，更通過(guò)仿真驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)模式，為鏟雪機(jī)行業(yè)降低研發(fā)成本、縮短開(kāi)發(fā)周期提供了有效途徑。隨著行業(yè)對(duì)智能化清雪設(shè)備需求的持續(xù)增長(zhǎng)，此類(lèi)基于數(shù)據(jù)與仿真的優(yōu)化方法將在鏟雪機(jī)技術(shù)迭代中發(fā)揮更為重要的作用，推動(dòng)城市除雪作業(yè)向精準(zhǔn)化、低碳化方向邁進(jìn)。

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