专利名称：自动控制除雪机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种可以用于清理地面积雪的自动控制除雪机。
背景技术：
现有除雪方法基本上分为三类。
第一类也是最原始的方法是人工除雪，这种方法浪费了大量人力、物力和宝贵时间，而这种方式最大的弊端是由于除雪时间上受到很多条件的制约，路面既要受到冻轧又要遭受除雪过程中的敲凿，大大缩短了道路的使用寿命。
第二类为喷洒融雪剂，将雪融化。这种方法长期用于大面积除雪，造成化学试剂的无止境耗费，而且往往对环境有不利的影响，比如造成土地质量下降，不利于植物生长等等。
第三类为机械除雪。
目前，在机场普遍采用大功率吹雪设备来除雪，这种设备由飞机上功率强大的多级加速发动机改造而成，靠强力将雪吹到路边，工作起来，不仅效率低，而且浪费能源。一些用拖拉机、叉车或斗车改装而成的除雪机，它们都需要人的实际操作来完成作业，既存在危险，也存在缺点，而有些除雪机排雪装置设计不合理或需要人工来调整排雪口的角度，故通用性不强。
发明内容
本实用新型的目的是要提供一种自动控制除雪机，该机不需要人工操作，可以自动完成大面积的除雪任务。
为了达到本实用新型的目的所采取的技术方案包括，机架2、行走机构、动力及动力传输机构、除雪装置，其特征在于，其动力及动力传输机构包括固定在机架2上的液压站1及液压马达3，与液压马达3相连接的锥齿轮减速器、链轮减速机构；行走机构包括安装在机架2上的步进电机II56、与步进电机II56相连接的蜗杆蜗轮减速器57、与蜗杆蜗轮减速器57相连接的驱动轮59、安装在机架2前后的两个万向轮60；除雪装置包括集雪器、排雪器，在集雪器和排雪器之间装有进雪口30和可伸缩塑料管31，其中集雪器包括绞龙轴21、位于绞龙轴21上的双螺旋空心绞龙叶片22、挡板23，链轮减速机构的终端与绞龙轴21相连；排雪器包括步进电机I32、与步进电机I32相连接的蜗杆34，蜗杆34与蜗轮35啮合，蜗轮35和排雪筒38轴向连接，排雪筒38的底部两侧各设有一个轴VI41，轴VI41上套有两个轴承IV40；在机架2上装有控制箱，控制箱中包括含有单片机的控制电路、变压器、驱动器。
上述的自动控制除雪机中的控制电路中，单片机89C51管脚，P1.0～P1.7、P3.0、P3.1、P3.6、P3.7为输出管脚，经反向器74LS04后，P1.3、P3.1与步进电机56连接，P1.4与步进电机56连接，P3.0与另一侧步进电机56连接，P1.0与三相电机42连接，P1.6与电磁阀46连接，P1.1、P1.2与电磁阀48，方向控制信号的管脚P1.5、P1.7与步进电机32连接。
上述的自动控制除雪机中的控制电路中，P3.2、P3.3可接入传感器。
本实用新型的优点体现在以下几方面排雪筒的筒口方向可以进行较大角度的转动，所以可以对排雪的距离进行控制；空心双绞龙除雪机构重量轻、除雪效果好；采用步进电动机，具有体积小、转距大、控制方便、定位精确的特点。而且也充分利用了电子电力器件和各种传感器的发展和完善，来实现机械设备的精巧化、灵敏化、自动化、和智能化；引入计算机技术，采用价值几元的单片机作为核心控制器件，实现了全智能化、无人操纵工作模式，也为实现遥控系统操作模式提供了可能。具有可操作性强、除雪效率高的特点；由于采用了识别有雪与无雪区域的传感器，其信号通过单片机处理，可自动进行除雪或转向操作，不仅信息采集迅速准确、器件成本廉价，而且无需人工操作，提高了工作效率。
图1为本实用新型自动控制除雪机的结构俯视示意图；图2为本实用新型自动控制除雪机的传动结构简图；图3为本实用新型自动控制除雪机的排雪器剖面图；图4为本实用新型自动控制除雪机的排雪筒支撑图；图5为本实用新型自动控制除雪机的液压站油路示意图；图6为本实用新型自动控制除雪机的控制电路图；图7为本实用新型自动控制除雪机排雪筒的控制结构示意图；图8为本实用新型自动控制除雪机集雪器与机架连接结构示意图。
实施例如图1所示，1为液压站，2为机架，3为液压马达，4为联轴器I，5为轴I，6、7为一对相互啮合的锥齿轮，8为轴II，9为联轴器III，10为轴IV，11为联轴器II，12为轴III，13为安装在轴III12上的叶片，14为链轮I，15为链条I，16为链轮II，17为轴V，18为链轮III，19为链条II，20为链轮IV，21为集雪器的绞龙轴，22为双螺旋空心绞龙叶片，23为挡板，24为法兰，25为螺栓、26为轴承I，30为进雪口，31为可伸缩塑料管，32为步进电机I，33为联轴器IV，34为蜗杆，35为蜗轮，36为法兰套36，37为两个轴承III，38为排雪筒，39为螺钉，40为轴承IV，41为轴VI；56为步进电机II，57为蜗杆蜗轮减速器，58为联轴器V，59为驱动轮，60为万向轮。
如图5所示，42为三相电机，43为液压泵，44为溢流阀，45为滤油器，46为两位四通电磁阀，47为单向阀，48为三位四通电磁阀，49为双单向节流阀，50为空滤，51为液位计，52为压力表，53为压力表开关，54为两个液压缸，55为油箱。
如图8所示，27为法兰悬臂，28为轴承II，29为挡板后定位孔，17为轴V；法兰悬臂27伸入到挡板后定位孔29内，法兰悬臂27内部装有轴承II28，轴承内套有轴V17，这样，轴V17可以在法兰悬臂27的法兰内转动，与绞龙连接的挡板后定位孔29可以绕着法兰悬臂27的法兰转动，则绞龙也绕着法兰悬臂27的法兰转动。
本除雪机的机械装置部分主要包括液压站、液压马达、液压缸、锥齿轮箱和链传动系统、集雪器、进雪口、排雪器、行走装置和智能控制系统等组成。其安装原理如下液压站1固定在机架2上，液压马达3的输出轴通过联轴器I4与轴I5连接，锥齿轮6套在轴I5上，另一锥齿轮7与锥齿轮6啮合且套在轴II8上，轴I5通过联轴器II11与轴III12连接，轴III12的另一端安有叶片13，轴II8通过联轴器III9与轴IV10连接，轴IV10的另一端安有链轮I14，链轮I14和链轮II16用链条I15连接，链轮II16套在轴V17的一端，轴V17中间部分装有链轮III18，链轮III18与链轮IV20用链条II19连接，链轮IV20与集雪器的绞龙轴21连接，绞龙轴21上连接双螺旋空心绞龙叶片22。
集雪器包括绞龙轴21、双螺旋空心绞龙叶片22、挡板23、法兰24、螺栓25、轴承I26、法兰悬臂、轴承II28和挡板后定位孔29组成。双螺旋空心绞龙叶片22连接在绞龙轴21上，绞龙轴21两端装轴承I26，轴承I26卡在法兰24内，与挡板23用螺栓25紧固。法兰悬臂一端固定在机架2上，另一端的法兰内装轴承II28，轴承II28内穿过轴V17，法兰外面则穿过挡板后定位孔29。这样轴V17的转动与集雪器被液压缸54顶起所引起的转动是相互独立的。
进雪口30与排雪器之间用可伸缩塑料管31连接。排雪器的结构原理是步进电机I32通过联轴器IV33与蜗杆34连接，蜗杆34与蜗轮35啮合，蜗轮35的内孔过盈配合一个法兰套36，法兰套36的内孔装有两个轴承III37，轴承III37内穿过轴III12，同时蜗轮35和排雪筒38之间由螺钉39连接，排雪筒38的底部两侧各有一个套有轴承IV40的轴VI41，以支撑排雪筒38，这样，排雪筒38和叶片13可以相对独立转动。
液压站包括三相电机42、液压泵43、溢流阀44、滤油器45、两位四通电磁阀46、单向阀47、三位四通电磁阀48、双单向节流阀49、空滤50、液位计51、压力表52、压力表开关53、固定在机架2上柱塞端顶在集雪器挡板后的两个液压缸54、油箱55。
行走装置机身两侧驱动轮机构相同，并且独立驱动。步进电机II56与蜗杆蜗轮减速器57用联轴器V58连接，蜗杆蜗轮减速器57的输出轴与驱动轮59连接。机架2前后各安装一个万向轮60。
本除雪机的工作原理步进电机II56通电时，驱动轮59转动，整个除雪机向前移动。两位四通电磁阀46通电时，液压马达3转动，通过一对锥齿轮6和7与两对链轮14和16、18和20传到绞龙轴21，绞龙轴21带动双螺旋空心绞龙叶片22转动，把雪传送到进雪口30，再通过可伸缩塑料管31进入排雪筒38内，同时液压马达3的转动使得排雪器内的叶片13转动，把雪抛出去。抛出雪的距离由步进电机I32控制，步进电机I32的正反转使得排雪筒38与水平面的夹角变化，从而改变抛出雪的距离。当需要转弯时，分别改变两步进电机II56的转速，两驱动轮58的转速不一样，引起机身的转弯。分别接通三位四通电磁阀48的两电极可以驱动液压缸54的伸缩使绞龙升降。
控制部分简介如图6所示为本自动控制除雪机的控制电路，单片机89C51管脚，P1.0-P1.7、P3.0、P3.1、P3.6、P3.7为输出管脚，经反向器74ALS04功率放大后作为控制信号。其中P1.3为步进电机56的快步脉冲，用于正常行进，P3.1向步进电机56发出缓步脉冲，使车身内侧轮子反转，而车身外侧的轮子正转，从而使车身转弯，P1.4为控制是否缓步脉冲或快步脉冲控制步进电机56，同理，P3.0为控制是否缓步脉冲或快步脉冲控制另一侧步进电机56，P1.0控制液压系统的三相电机42，低电平有效，P1.1、P1.2、P1.6分别控制液压系统的电磁阀46和48，P1.5、P1.7分别为步进电机32的方向控制信号，其中，P3.2、P3.3中断源可以采用查询法，扩展成多个中断源，接收硅光电池红外接收器(即传感器)的反馈信号，用于除雪机对有雪与无雪区域的智能判断。
本机采用单片机程序控制，可应用于具有固定形状的场所，例如大型飞机场、广场，停车场等，此系统可实现无人操纵、智能化工作，对于形状相似的场所例如大部分场所都可以近似于矩形只要修改程序中的相关参数，而无须重新编程，而且一次修改，长久适用。本机也可以加入遥控系统，以适应不规则图形场地的除雪。
控制器件主体机械部分绞龙的旋转与排雪风扇的旋转用液压马达驱动。液压装置具有扭矩大、运行平稳的优点，较理想的完成收雪与排雪的任务，排雪口的旋转采用四通电机公司生产的56系列步进电动机控制，具有体积小、转矩大、旋转角度定位精确的特点步距角为0.9度，转矩为1.72NM可以根据需要灵活控制除雪口向车左车右两个方向旋转。
主动轮位于车两侧，由四通电机公司生产的110系列步进电动机，转矩为8.5NM，步距角为0.9度，可精确控制车的前进与转向。车前车后各安装一个万向轮作为从动轮。
绞龙与挡雪板的升降由液压系统的油缸控制。
以机场跑道除雪为例，本机采用激光及自动识别系统相结合的技术，依靠程序的优化算法，实现自动行走除雪作业模式。
因国际规定机场跑道定长定宽，必须笔直。所以事先将长宽参数输入，程序自动算出行走的趟数和每趟长度。
行走模式第一趟依靠对面射来的两束激光准直行走并除雪，行使到第一趟终点，自动转身，之后依靠自动识别系统判断有雪与无雪量区域的交界，沿交界线定向，结合输入参数，自动完成以后所有的行走、出雪、转身、停止行为。
权利要求1.一种自动控制除雪机包括机架(2)、行走机构、动力及动力传输机构、除雪装置，其特征在于，其动力及动力传输机构包括固定在机架(2)上的液压站(1)及液压马达(3)，与液压马达(3)相连接的锥齿轮减速器、链轮减速机构；行走机构包括安装在机架(2)上的步进电机II(56)、与步进电机II(56)相连接的蜗杆蜗轮减速器(57)、与蜗杆蜗轮减速器(57)相连接的驱动轮(59)、安装在机架(2)前后的两个万向轮(60)；除雪装置包括集雪器、排雪器，在集雪器和排雪器之间装有进雪口(30)和可伸缩塑料管(31)，其中集雪器包括绞龙轴(21)、位于绞龙轴(21)上的双螺旋空心绞龙叶片(22)、挡板(23)，链轮减速机构的终端与绞龙轴(21)相连；排雪器包括步进电机I(32)、与步进电机I(32)相连接的蜗杆(34)，蜗杆(34)与蜗轮(35)啮合，蜗轮(35)和排雪筒(38)轴向连接，排雪筒(38)的底部两侧各设有一个轴VI(41)，轴VI(41)上套有两个轴承IV(40)；在机架(2)上装有控制箱，控制箱中包括含有单片机的控制电路、变压器、驱动器。
2.根据权利要求1所述的自动控制除雪机，其特征在于，其控制电路中，单片机89C51管脚，P1.0～P1.7、P3.0、P3.1、P3.6、P3.7为输出管脚，经反向器74LS04后，P1.3、P3.1与步进电机(56)连接，P1.4与步进电机(56)连接，P3.0与另一侧步进电机(56)连接，P1.0与三相电机(42)连接，P1.6与电磁阀(46)连接，P1.1、P1.2与电磁阀(48)，方向控制信号的管脚P1.5、P1.7与步进电机(32)连接。
3.根据权利要求1所述的自动控制除雪机，其特征在于，其控制电路中，P3.2、P3.3可接入传感器。
专利摘要本实用新型公开了一种可以用于清理地面积雪的自动控制除雪机，技术方案包括，机架(2)、行走机构、液压站(1)及液压马达(3)、步进电机II(56)、蜗杆蜗轮减速器(57)、驱动轮(59)、两个万向轮(60)、绞龙轴(21)、双螺旋空心绞龙叶片(22)、挡板(23)、步进电机I(32)、蜗杆(34)、蜗轮(35)，在机架(2)上装有包括含有单片机的控制电路、变压器、驱动器的控制箱。本机重量轻、结构设计合理，自动化程度高，成本低，无需人工操作，提高了工作效率。
文档编号E01H5/08GK2641120SQ0325059
公开日2004年9月15日 申请日期2003年4月23日 优先权日2003年4月23日
发明者王冰, 王大海, 张晗 申请人:中国农业大学