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近十多年我國高速公路事業蓬勃發展，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濟效益。國內各種除雪設備近幾年快速發展，本文將參考國外設備的設計經驗，淺析適合國內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。除雪有專業的養護人員，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生，這樣就可以做到雪中路通，循環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，技術強的現代除雪技術，在國外已普遍實施。   國內除雪機械設備現狀   國內設備廠家先后出現各類的除雪設備，如河南高遠、重慶迪馬、哈爾濱濱雪等，主要產品為推雪鏟、綜合除雪車、撒布機和破冰設備等，產品比較豐富，但有形式較單一，作業速度底，穩定性差，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，國內產品也向著集成化，小型化，高速穩定化提高中。   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、新疆地區需求量較大。國內中、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，其主要特點是結構簡單、造價低、性能可靠。作業時以直線運動為主，安裝于大型車輛前端，根據犁板體結構的不同，可分為單向犁式、V型犁式、刮雪板式、側板式等。高速公路需將雪清除到路面右側邊坡外，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、斜度調節機構、彈性避讓器等組成。其轉向、調節高度一般由2組液壓桿實現，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，鏟刃翻轉型較為適合。電控操作主要是有防潮防凍穩定性的要求較高，一般產品都能滿足使用。根據現行公路規范車道寬度，寬度在3米左右較合適，鏟體太寬將導致鏟體質量過大，使前輪負荷增加，車輛行駛穩定性降低；鏟體過窄會使兩側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，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°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，根據經驗一般工作是取值在30°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，根據國外成功經驗，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，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此類設備，隨著成本的下降，在未來幾年可能將被廣泛使用。現國內生產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后殘留的積雪。單獨作用缺陷是無法清除壓實、結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，特制尼龍掃刷成螺旋分布，在下壓后收縮，旋轉后可使積雪向反方向運動，同時軸向方向亦產生移動，達到向路外掃雪效果，根據不同積雪情況，可調整下壓力度和轉速，可達到較好的掃雪效果。滾掃式設備參數有直徑，長度，轉速，旋向等，其中直徑和轉速為技術特征數值，大小取決于安裝位置、作業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。作業速度和轉速的配合研究關鍵在于：在作業時，轉速配合作業速度調整，以免產生向軸向清理速度過慢，積雪堆積前部的現象。此類設備行業使用較少故經驗參數和其他數據均較少。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溫度來實現除雪的，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。顆粒撒布機結構比較簡單，主要是由倒臺狀料倉、轉送裝置、輸送通道、撒布轉盤或噴撒裝置組成，動力來源可是獨立發動機或液壓馬達驅動。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整等，其一般結構如圖2。溶劑噴灑較顆粒撒布比較可節省30%的材料，原理比較簡單，現在國內主要采取的方式是設置大型融化池，使用灑水車噴灑，優點是使用方便，通用性強，但是缺少可控制調節，不能隨雪情進行精細調整，對車輛腐蝕較大。此類設備國內單獨成熟性產品較少，如單獨研發此類產品，發展前景較好。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生氣流來吹除積雪。按照動力不同分為：飛機發動機產生吹力；發動機帶動鼓風機產生吹力。飛機發動機產生吹力的設備主要是國內軍工設計生產，采用渦噴5型航空發動機為吹動力，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，最大轉數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，在北方地區保有量較大，隨著南方冰凍雨雪災害的出現，少部分機場、高速公路也有新配，圖5展示。發動機帶動鼓風機產生吹力的吹掃設備，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，但相對航空發動機吹雪車吹力較小，在積雪較松散的情況下效果好。其優點維修保養方便，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。組合種類列舉見表1。其中：形式2、3、4、5為國外廣泛采用的，現國內已有研制成功的設備，圖6展示。高速公路除雪工作不僅僅是依靠高水平的機械設備，科學的組織安排同樣非常重要，養護工作者也付出辛勤的勞動。隨著國內機械設備制造和研發水平的不斷提高，機械除雪被廣泛應用，高速公路除雪工作開展將更加迅速、高效，給司乘人員帶來更大的安全性，為社會創造更大的效益。