王愫
摘要：我国北方地区气候与地形特殊，冬季时长，降雪频率高，且降雪量大，除雪需要消耗大量的人力、物力资源，目前北方地区清理积雪还在使用原始的处理方式和传统的除雪设备。本文通过对目前市场现有除雪设备的工作流程和处理方法进行分析，细致深入的對三大除雪方式和功能进行比较、对比、分析优缺点。掌握一切可能性智能化因素，设计出了结合智能化、自动化以及多功能的除雪产品，有效的解决了针对极端暴雪天气下的积雪导致的交通堵塞问题，利用外观和灵活性相结合解决了狭窄路面除雪设备无法正常工作的问题，以及功能系统化在节能环保和城市路面美观上起了很大作用。
关键词：除雪设备;智能化;系统化设计
中图分类号：TB472
文献标识码：A
文章编码：1672-7053（2020）02-0068-02
在我国北方地区的自然以及人文条件大环境下，除雪设备的.大小、除雪效率及安全性是三大重要因素。当设备机身过大时，除雪设备将占用主道从而影响交通，引发交通事故，机场跑道的积雪也会延误航班，大雪后，高速公路常被迫关闭。同时当处理狭窄路面时，也要求除雪设备的体积不宜过大，达到一定的灵活性。在智能化理念下的除雪设备设计即将智能化的因素融入到除雪设备的设计当中。基于传统的除雪设备设计原理，同时结合数据电子技术，感应技术以及自动化技术等，使之在满足传统机械设备的设计要求上，更加满足智能化操作和使用需求。本文希望通过对除雪设备进行智能化设计，解决了狭窄路面除雪设备无法正常工作的问题，为城市环境出一份力。
1除雪设备的现状
国内外目前较普遍采用的除雪设备有推雪铲式除雪设备和抛雪机以及扫雪刷三种除雪方式。（1）推雪铲（图1）操作较为便捷并适合于未被压实雪的区域，宽大的雪滚刷被安装在车身前方，随着滚刷前进式转动，可快速地清除路面上的积雪，而且比较适.合在公园空地、住宅区人行道等空间较为广阔的场所清扫除雪，但对于坚硬压实复杂的积雪路面，很难高效率清理;（2）抛雪机（图2）局限适用在降雪量特别大的地区，当推雪铲无法满足和及时将积雪推除时，则使用抛雪机将积雪向公路两侧抛出，再结合推雪铲以及撒盐机进行撒融雪剂的方式，使之达到除雪时防滑的目的;（3）抛扫雪刷适合于推雪铲清除后的路面上，一般残余积雪厚度达到1cm～2cm的情况。如果是没有经过碾压和堆积的浮雪，则厚度在5cm，但此设备不适合用于清扫厚雪和道路上的压实雪，主要适用于公路的收费站、隧道口、匝道等特殊地区，要求积雪被清理及其彻底的区域，扫雪刷的直径大小以及配套车辆的动力输出是影响扫雪效率的主要因素。
目前国内的除雪设备功能较为单一，并要分别进行破冰、除雪、堆积作业，除雪流程繁琐、效率低下，对地面的破坏力较大，当道路崎岖不平时，会划伤地面，导致地面的维护性较差。除雪设备智能化操作弱，自动化程度低，需人工驾驶操作，在夜间工作作业强度大、耗时长，存在较大的作业危险性，并且目前暂时无法实现自动避让功能，来避免除雪装置损坏。与此同时还有驾驶员的工作条件与舒适度较差，日间作业噪声较大、粉尘较多等问题。
2除雪设备智能化设计的意义
传统除雪设备_工作流程没有智能化设计的加入，是提前安排好积雪：堆放的位置，然后根据其安排好的积雪堆放区域，来定位除雪设备行驶作业线路的先后顺序，同时需要驾驶员手动操作，通过安装在除雪设备前部的推雪铲、旋转式滚刷以及侧向排雪板等除雪装置将积雪推走或清扫到路边，清出通道并随之运走，或直接将积雪推出路边外或利用抛雪筒拋抛置所选定的位置等步骤来达到路面除冰、除雪的目的。一次清理不净的路面循环流程进行二次清理，这样的工作效率低，人力成本消耗较大，并且路面清理无法达到最优化。电子信息技术和智能感应技术以及自动化技术的加入，改变了传统除雪设备的工作流程，感应技术通过电子信息技术分析整理并将路面环境信息数据传递给驾驶员，驾驶员根据内容进行设备自动化操作，驾驶员无需手动操作除雪工作，这减少了二次清理的时间与人力物力。同时通过对除雪设备的智能化设计，根据除雪设备的结构特点，能有针对性地进行结构优化并结合电子信息技术和感应技术，从而建立系统化的功能模块。将感应设备添加到除雪设备中，对当前工作环境、场地、以及积雪厚度等做出明确及时的判断，解决除雪铲结构存在的除雪不净等弊端。
3除雪设备的智能化设计分析
3.1用户智能体验设计
对于产品智能化，有两层意思。第一层是指装备智能，在除雪设备作业时，实现自动化操作;第二层是指体验智能，从使用者角度出发，最大化的达到安全性与舒适度的水平。
一般认为，智能是指用户对客观事物合理的进行分析，随之判断以及有效地对周围环境事宜处理的综合能力和有目的地行动。同时，就除雪设备而言，智能应该是有生活温度的，需要产品向用户出发并靠近用户的心灵，而非是简单的控制与操作，使智能机械与人能真正的结合在一起，其本质是人机一体化。除雪设备则呈现出用户的智能体验以及功能的全方位一体化，既从用户出发又从承受者一自然角度出发。例如，除雪设备的自动门设计，滑杆式平行移动，可极大的节省设备作业时占用的空间，从操作者角度，冬季严寒条件下，增加了安全性与舒适度。目前汽车电子产品已实现自动化操作，增加驾驶员的安全系数。除雪设备的内饰也应采用自动化的操作系统，增加智能化“人文温度”，减少夜晚作业驾驶员的疲劳程度，提高作业质量与减少误差。
3.2系统化功能模块设计
对于清除积雪作业来讲，除雪、除冰以及堆积这三方面是主要作业内容。如何利用结构与结构之间的关系来达到最优化除雪效果是重中之重。
通过1+1》2的原理，结构布局紧凑，操作灵活方便，使用性能安全可靠。一次作业就可完成整个除冰除雪过程，不需二次、三次作业，亦不需撒盐及融雪剂等化学产品（图3）。例如，除雪设备采用功能流水化作业模式，通过前测的滚筒伸缩式“触角”达到破冰粉碎压实雪的目的。
设备底部安装可旋转式清扫和吸入设备，把碎冰积雪吸入传送到储雪箱并对残雪残冰进行彻底清除。同时利用雪熔点原理，将其进行快速堆积、挤压可成型。例如，3D打印机利用熔融挤压成型技术，也叫熔融堆积成型技术，这种工艺的基本原理就是将热塑性塑料聚合体材料加热熔融成丝，从喷头挤出，堆积在成型面上成型。
使用智能化除雪设备可大大减小作业强度，有效提高工作效率，环保，节省人力物力，并可广泛适用于在机场跑道、高速公路、城市街道等路面除冰雪作业。
4除雪设备智能化设计实践
PIONEER除雪车通过前置可收缩碾压式滚轮除冰锥，滚动式移动，强力碾压冰层、压实雪，碎冰积雪随之由底部旋转式清扫系统进行残雪、残冰的清扫并传送至后侧储雪箱内，利用快速加压改变积雪熔点的原理进行加工处理成几何体（图4），最后伴随除雪车的前行移动排除并排列整齐的堆放在道路两侧。既达到彻底除雪的目的，又有利于城市道路的美化与环保（图5）。
5结论
本文对如何有效清除积雪的方式、除雪设备的智能化因素进行了探讨与分析，在除雪设备设计过程中，通过大量的理论分析主要得出了结论，即在一切可行范围下的智能因素，达到最大化的人机结合、机械与环境结合。总之，智能化的推广与应用，相信将很快改变我国北方地区冬季除雪的现状，使城市雪季交通安全畅通，有利于提高交通系统的效率与安全，改善城市环境，这也是道路除雪的重要发展方向之一。
参考文献
[1]王儒，王国新，阎艳，等.支持产品智能化设计的知识服务方法研究[J].兵工学报，2016，37（11）：2101-2113.
[2]王晓方.除雪车功能及主要参数设計[J].农业装备与车辆工程，2006（12）：24-25+29.
[3]田晋跃.国外道路除雪机械技术发展概况[J].专用汽车，2001（04）：43-44.
[4]张启君.国外除雪设备发展情况概述[J].建设机械技术与管理，2008（03）：63-66+11.
[5]李乔非，吴书琴，沈大东，徐军.谈我国北方城市冬季压实积雪清除工作现状及发展[J].佳木斯工学院学报，1995（02）：195-198.
[6]何爱睿，惠振亮.机械设备的智能化设计[J].山东工业技术，2018（24）：142.
[7]秦磊.浅谈高速公路除雪机械的维修和保养[J].工业设计，2011（04）：121.
