在城市道路清雪作业需求持续升级的背景下，铲雪机的技术优化成为提升除雪效率与质量的关键方向。当前行业面临压实冰雪清除效率低、设备对路面损伤较大等问题，如何通过结构参数优化实现铲雪机性能突破，成为行业关注的焦点。围绕这一目标，研究基于实用新型专利设计的轻便式铲雪机，借助有限元仿真技术对刀齿核心参数展开系统性分析，旨在为行业提供兼具高效性与经济性的技术改进路径。

  一、轻便式铲雪机的结构原理与核心设计价值

  轻便式铲雪机通过创新结构设计实现压实冰雪的高效清除。设备主要由发动机、变速机构、驱动链轮、凸轮轴及铲雪机构等组成，其工作原理为：发动机通过变速机构驱动链轮转动，带动凸轮轴上的凸轮运动，进而推动铲雪机构的推杆与雪铲完成除雪动作。《2025-2030年全球及中国铲雪机行业市场现状调研及发展前景分析报告》指出，雪铲部分通过螺栓与推杆连接，配合回位弹簧与导向筒结构，可实现对不同厚度冰雪层的自适应接触。该铲雪机具备结构简单、操作便捷的特点，无需专业人员即可完成作业，且对人行道等狭窄路面及压实冰雪路面具有良好的适用性，显著减轻了环卫工人劳动强度，同时降低对路面的损伤风险。在铲雪机的关键部件中，刀齿的形状与尺寸参数直接决定除雪效果，因此针对刀齿长度与角度的优化设计，成为提升设备性能的核心环节。

  二、基于有限元仿真的铲雪机刀齿参数分析

  为优化铲雪机刀齿参数，研究采用 Pro/E 软件建立刀具、冰雪层及地面的三维模型，并通过 ANSYS13.0 有限元分析软件进行仿真验证。预设冰雪模型尺寸为长 900mm、宽 360mm、厚度 15mm，冰雪层参数设定为：密度 900kg/m³，弹模 5×10⁹Pa，泊松比 0.3，剪切强度 0.756×10⁶Pa，剪切模量 1.246×10⁹Pa。仿真过程中，以刀齿深入冰雪层长度(200mm、250mm、300mm)和刀齿角度(45 度至 5 度，每 5 度递减)为变量，分析不同参数组合下冰雪层的等效应力与变形情况。

  数据显示，在相同刀齿长度下，随着刀齿角度减小，冰雪层最大等效应力逐渐增大，且增长趋势趋于平缓。例如，当刀齿长度为 300mm 时，角度从 45 度减小至 5 度，最大等效应力从 6626.1MPa 增至 9411.3MPa。同时，刀齿长度增加也会显著提升等效应力，300mm 长度下的应力值较 200mm 长度提升约 30%。但角度过小(如 5 度)会导致应力集中于刀尖区域，作用面积减小，不仅影响除雪效果均匀性，还可能缩短刀具寿命。结合冰雪层受力分布、刀具耐久性及路面保护需求，综合确定最优刀齿参数为长度 300mm、角度 10 度。此时，冰雪层在刀尖接触区域产生较大位移，可快速与地面分离，除雪效率与效果达到最佳平衡。

  三、铲雪机刀齿参数优化的行业应用价值

  将优化后的刀齿参数(300mm 长度、10 度角度)应用于铲雪机样机生产，实际测试结果表明，设备对压实冰雪的清除效率显著提升，且对路面无明显损伤。有限元仿真技术在铲雪机设计中的应用，展现出多方面优势：一方面，通过计算机模拟替代传统试错法，可减少约 30% 的设计成本与 50% 的研发周期;另一方面，精准的参数优化避免了材料浪费与结构冗余，提升了设备的可靠性与经济性。这种基于仿真分析的设计思路，为铲雪机行业提供了可复用的技术优化范式，有助于推动行业向智能化、高效化方向发展。

  总结来看，针对城市道路除雪需求，轻便式铲雪机的刀齿参数优化设计通过有限元仿真技术实现了关键突破。研究明确了 300mm 刀齿长度与 10 度角度的最优组合，为设备性能提升提供了数据支撑。该技术路径不仅解决了传统除雪设备在压实冰雪处理中的效率与损伤问题，更通过仿真驱动的设计模式，为铲雪机行业降低研发成本、缩短开发周期提供了有效途径。随着行业对智能化清雪设备需求的持续增长，此类基于数据与仿真的优化方法将在铲雪机技术迭代中发挥更为重要的作用，推动城市除雪作业向精准化、低碳化方向迈进。