高速公路除雪設備形式研究

第第頁高速公路除雪設備形式研究近十多年我國高速公路事業(yè)蓬勃發(fā)展，截至2011年底已達8.5萬公里，高速公路通行情況關系著社會的各個方面。冬季高速公路除雪工作更是交通安全的一項重要工作，只有及時有效的清除才能是保證社會經(jīng)濟效益。國內(nèi)各種除雪設備近幾年快速發(fā)展，本文將參考國外設備的設計經(jīng)驗，淺析適合國內(nèi)道路情況的機械設備設計方案。高速公路除雪工作條件高速公路是全封閉、全立交式指定車輛快速通行的高等級公路，除雪工作外界條件穩(wěn)定：路面平整度較高，其他摻雜物較少，無障礙物，如封閉交通，則無干擾物。除雪有專業(yè)的養(yǎng)護人員，清除時限48-72小時之間。高速公路除雪工作方式根據(jù)降雪量，可封閉道路或開放交通，主要工作方式是人工清除和機械除雪。雪中開放交通情況下的各種機械設備配合除雪被稱為"實時清雪"：即將機械設備融入交通車流，隨下雪，隨清理，避免路上積雪被碾壓成冰的情況發(fā)生，這樣就可以做到雪中路通，循環(huán)清理路面而不影響交通；雪停路清，清雪工作到雪停即告完成。此種方式是各種機械設備的配合、高效組織下，效率高，技術強的現(xiàn)代除雪技術，在國外已普遍實施。國內(nèi)除雪機械設備現(xiàn)狀國內(nèi)設備廠家先后出現(xiàn)各類的除雪設備，如河南高遠、重慶迪馬、哈爾濱濱雪等，主要產(chǎn)品為推雪鏟、綜合除雪車、撒布機和破冰設備等，產(chǎn)品比較豐富，但有形式較單一，作業(yè)速度底，穩(wěn)定性差，多狀況適應性差，較為笨重等缺點，隨著國外各種除雪設備的引進，國內(nèi)產(chǎn)品也向著集成化，小型化，高速穩(wěn)定化提高中。主要除雪機械設備形式研究除雪機械設備根據(jù)原理主要有推移式、螺旋拋投式、滾壓式、鏟剁式、錘擊式、吹掃式、滾掃式等多種類型，配合化學法除雪出現(xiàn)的機械設備主要是顆粒和溶劑撒布裝置。其中滾壓式、鏟剁式、錘擊式主要是使用于壓實或冰凍雪層，在降雪較大，溫度低的東北、新疆地區(qū)需求量較大。國內(nèi)中、中南部高速公路在一般雪情下比較適宜的形式有推移式、滾掃式、撒布裝置和吹掃式設備，單一設備利用率很低，故采用多種形式綜合一體設備被廣泛接受。推移式設備推移式設備又被成為犁板式推雪板，推雪鏟等，其主要特點是結(jié)構簡單、造價低、性能可靠。作業(yè)時以直線運動為主，安裝于大型車輛前端，根據(jù)犁板體結(jié)構的不同，可分為單向犁式、V型犁式、刮雪板式、側(cè)板式等。高速公路需將雪清除到路面右側(cè)邊坡外，單向犁式為首選形式。其連接架裝置安裝于車輛底盤的前部，主要由液壓控制其升降和傾斜，一般由連接架、鏟板、斜度調(diào)節(jié)機構、彈性避讓器等組成。其轉(zhuǎn)向、調(diào)節(jié)高度一般由2組液壓桿實現(xiàn)，雪鏟的主要技術特點在于電控操作和障礙避讓功能。避讓設計形式主要有：鏟刃翻轉(zhuǎn)型，整板翻傾型，整體連桿型。高速公路清理速度較高，為減少沖擊，鏟刃翻轉(zhuǎn)型較為適合。電控操作主要是有防潮防凍穩(wěn)定性的要求較高，一般產(chǎn)品都能滿足使用。根據(jù)現(xiàn)行公路規(guī)范車道寬度，寬度在3米左右較合適，鏟體太寬將導致鏟體質(zhì)量過大，使前輪負荷增加，車輛行駛穩(wěn)定性降低；鏟體過窄會使兩側(cè)積雪回落而被輪胎碾壓，影響除雪效果。切角是一個重要參數(shù)，直接影響阻力及切削刃強度要求。切角太小使切削刃變薄、強度不足；但過大，切削阻力會顯著增大。實踐證明，各種積雪情況下，切角取值在25度左右時，清雪效果比較理想。前進角是雪鏟寬度方向與車輛前進方向夾角，根據(jù)經(jīng)驗一般工作是取值在30度左右。雪鏟在工作時，積雪沿著雪板面向上積累，同時向雪板傾斜方向運動，所以雪鏟板面的形狀也在推雪中起著重要作用，特別是雪情較大時，設計合理可在推雪同時產(chǎn)生拋雪的效果。主要形狀有橢圓弧形，拋物線型，漸開線型，根據(jù)國外成功經(jīng)驗，橫切面漸開線型效果較好，且縱向方向采取一定的喇叭型更可強化曲面螺旋效果，如圖1。滾掃式設備滾掃式設備在國外是成熟產(chǎn)品，被廣泛適用于市政道路，機場及高速公路，近幾年道路滾掃式除雪設備被引進國內(nèi)，大范圍使用實例是哈爾濱市政除雪，沈陽已有合資公司投產(chǎn)此類設備，隨著成本的下降，在未來幾年可能將被廣泛使用?，F(xiàn)國內(nèi)生產(chǎn)設備主要還是局限用于城市道路清掃，少部分用于道路除雪中，設備技術性能與進口產(chǎn)品還有差距。滾掃裝置由整體架、液壓管路、滾軸、滾刷，控制電路等組成，動力來源于車輛或獨立液壓泵。滾掃裝置可固定于車輛前部、底盤中部或者后部，如固定中部，并與與前雪鏟配合使用，能快速清掃前鏟作業(yè)后殘留的積雪。單獨作用缺陷是無法清除壓實、結(jié)塊或厚度較大的積雪。滾掃式設備的工作原理為液壓裝置控制其升起、下壓，大馬力液壓馬達控制其旋轉(zhuǎn)，特制尼龍掃刷成螺旋分布，在下壓后收縮，旋轉(zhuǎn)后可使積雪向反方向運動，同時軸向方向亦產(chǎn)生移動，達到向路外掃雪效果，根據(jù)不同積雪情況，可調(diào)整下壓力度和轉(zhuǎn)速，可達到較好的掃雪效果。滾掃式設備參數(shù)有直徑，長度，轉(zhuǎn)速，旋向等，其中直徑和轉(zhuǎn)速為技術特征數(shù)值，大小取決于安裝位置、作業(yè)速度和液壓馬達功率。預留一定的升降空間后，安裝位置決定直徑大小，如前置或后置，其直徑越大要求的液壓機構技術標準越高。作業(yè)速度和轉(zhuǎn)速的配合研究關鍵在于：在作業(yè)時，轉(zhuǎn)速配合作業(yè)速度調(diào)整，以免產(chǎn)生向軸向清理速度過慢，積雪堆積前部的現(xiàn)象。此類設備行業(yè)使用較少故經(jīng)驗參數(shù)和其他數(shù)據(jù)均較少。撒布裝置化學式除雪主要是依靠"氯鹽"無機或醋酸鉀有機融雪劑降低水的冰結(jié)溫度來實現(xiàn)除雪的，此類材料有顆粒狀、溶劑型兩種，對應其使用的機械設備有顆粒撒布機和液體噴灑機。顆粒撒布機結(jié)構比較簡單，主要是由倒臺狀料倉、轉(zhuǎn)送裝置、輸送通道、撒布轉(zhuǎn)盤或噴撒裝置組成，動力來源可是獨立發(fā)動機或液壓馬達驅(qū)動。其主要技術難點是傳送和撒布速度的配合，以及撒布量的配合調(diào)整等，其一般結(jié)構如圖2。溶劑噴灑較顆粒撒布比較可節(jié)省30%的材料，原理比較簡單，現(xiàn)在國內(nèi)主要采取的方式是設置大型融化池，使用灑水車噴灑，優(yōu)點是使用方便，通用性強，但是缺少可控制調(diào)節(jié)，不能隨雪情進行精細調(diào)整，對車輛腐蝕較大。此類設備國內(nèi)單獨成熟性產(chǎn)品較少，如單獨研發(fā)此類產(chǎn)品，發(fā)展前景較好。國外主要采用耐腐蝕合成樹脂裝載體，單獨可控制噴頭，技術較成熟，如圖3。另有固定式噴灑裝置，因大路段使用投入成本極高，適合用于局部路段或橋梁上，其組成為中央儲存罐，大型壓力泵，管道，控制機構，噴灑裝置，作業(yè)情況如圖4。#p#分頁標題#e#吹掃式設備吹掃是利用機械設備產(chǎn)生氣流來吹除積雪。按照動力不同分為：飛機發(fā)動機產(chǎn)生吹力；發(fā)動機帶動鼓風機產(chǎn)生吹力。飛機發(fā)動機產(chǎn)生吹力的設備主要是國內(nèi)軍工設計生產(chǎn)，采用渦噴5型航空發(fā)動機為吹動力，固定在大型重載車輛上，采用專用噴氣管道，被稱為吹雪車，起初主要用于機場大面除雪，后被延伸用于高速公路除雪。其特點是效率高，使用靈活，價格便宜，清除徹底，適用各種雪情。工作原理是利用渦噴發(fā)動機排出的高速燃氣流，在雪層表面造成微低壓，使積雪與地面分離，被高速燃氣流吹走，最大轉(zhuǎn)數(shù)9000r/min,排氣溫度≯645℃，主噴口壓力2噸左右。缺點是噪音較大，保養(yǎng)維修較困難，燃料供給困難，且工作消耗巨大，使用成本較高。但整機價格50萬左右使得其前期投入較小，在北方地區(qū)保有量較大，隨著南方冰凍雨雪災害的出現(xiàn)，少部分機場、高速公路也有新配，圖5展示。發(fā)動機帶動鼓風機產(chǎn)生吹力的吹掃設備，相對的被稱為冷吹吹雪車，主要工作原理由大型發(fā)動機帶動傳動裝置的連接機構把動力傳遞給風機，從風機口吹出極強的冷風，通過管道以合適的角度吹響積雪，強大的風力將雪吹走。此類設備采用大功率柴油機帶動鼓風機，但相對航空發(fā)動機吹雪車吹力較小，在積雪較松散的情況下效果好。其優(yōu)點維修保養(yǎng)方便，燃料消耗小，使用成本低，效率較高，機動靈活，操作簡單。但單獨作用時其效果確實稍遜于航空發(fā)動機吹雪車。但是如配合其他設備使用可彌補其一定缺陷。組合綜合機械根據(jù)高速公路特點，可以看出推移式、滾掃式、撒布裝置和吹掃式設備適合在冬季除雪中使用，在極端氣候時，破冰設備才能被使用。單獨看推移式、滾掃式、撒布裝置和吹掃式設備均各有不足之處，但是其整合設備效果將大大提高，且組合形式具有多樣性，可廣泛適用于各類雪情。組合種