高速公路除雪设备形式研究

近十多年我国高速公路事业蓬勃发展，截至2011年底已达8.5万公里，高速公路通行情况关系着社会的各个方面。冬季高速公路除雪工作更是交通安全的一项重要工作，只有及时有效的清除才能是保证社会经济效益。国内各种除雪设备近几年快速发展，本文将参考国外设备的设计经验，浅析适合国内道路情况的机械设备设计方案。

高速公路除雪工作条件

高速公路是全封闭、全立交式指定车辆快速通行的高等级公路，除雪工作外界条件稳定：路面平整度较高，其他掺杂物较少，无障碍物，如封闭交通，则无干扰物。除雪有专业的养护人员，清除时限48-72小时之间。

高速公路除雪工作方式

根据降雪量，可封闭道路或开放交通，主要工作方式是人工清除和机械除雪。雪中开放交通情况下的各种机械设备配合除雪被称为“实时清雪”：即将机械设备融入交通车流，随下雪，随清理，避免路上积雪被碾压成冰的情况发生，这样就可以做到雪中路通，循环清理路面而不影响交通；雪停路清，清雪工作到雪停即告完成。此种方式是各种机械设备的配合、高效组织下，效率高，技术强的现代除雪技术，在国外已普遍实施。

国内除雪机械设备现状

国内设备厂家先后出现各类的除雪设备，如河南高远、重庆迪马、哈尔滨滨雪等，主要产品为推雪铲、综合除雪车、撒布机和破冰设备等，产品比较丰富，但有形式较单一，作业速度底，稳定性差，多状况适应性差，较为笨重等缺点，随着国外各种除雪设备的引进，国内产品也向着集成化，小型化，高速稳定化提高中。

主要除雪机械设备形式研究

除雪机械设备根据原理主要有推移式、螺旋抛投式、滚压式、铲剁式、锤击式、吹扫式、滚扫式等多种类型，配合化学法除雪出现的机械设备主要是颗粒和溶剂撒布装置。其中滚压式、铲剁式、锤击式主要是使用于压实或冰冻雪层，在降雪较大，温度低的东北、新疆地区需求量较大。国内中、中南部高速公路在一般雪情下比较适宜的形式有推移式、滚扫式、撒布装置和吹扫式设备，单一设备利用率很低，故采用多种形式综合一体设备被广泛接受。

推移式设备

推移式设备又被成为犁板式推雪板，推雪铲等，其主要特点是结构简单、造价低、性能可靠。作业时以直线运动为主，安装于大型车辆前端，根据犁板体结构的不同，可分为单向犁式、V型犁式、刮雪板式、侧板式等。高速公路需将雪清除到路面右侧边坡外，单向犁式为首选形式。其连接架装置安装于车辆底盘的前部，主要由液压控制其升降和倾斜，一般由连接架、铲板、斜度调节机构、弹性避让器等组成。其转向、调节高度一般由2组液压杆实现，雪铲的主要技术特点在于电控操作和障碍避让功能。避让设计形式主要有：铲刃翻转型，整板翻倾型，整体连杆型。高速公路清理速度较高，为减少冲击，铲刃翻转型较为适合。电控操作主要是有防潮防冻稳定性的要求较高，一般产品都能满足使用。根据现行公路规范车道宽度，宽度在3米左右较合适，铲体太宽将导致铲体质量过大，使前轮负荷增加，车辆行驶稳定性降低；铲体过窄会使两侧积雪回落而被轮胎碾压，影响除雪效果。切角是一个重要参数，直接影响阻力及切削刃强度要求。切角太小使切削刃变薄、强度不足；但过大，切削阻力会显著增大。实践证明，各种积雪情况下，切角取值在25°左右时，清雪效果比较理想。前进角是雪铲宽度方向与车辆前进方向夹角，根据经验一般工作是取值在30°左右。雪铲在工作时，积雪沿着雪板面向上积累，同时向雪板倾斜方向运动，所以雪铲板面的形状也在推雪中起着重要作用，特别是雪情较大时，设计合理可在推雪同时产生抛雪的效果。主要形状有椭圆弧形，抛物线型，渐开线型，根据国外成功经验，横切面渐开线型效果较好，且纵向方向采取一定的喇叭型更可强化曲面螺旋效果，如图1。

滚扫式设备

滚扫式设备在国外是成熟产品，被广泛适用于市政道路，机场及高速公路，近几年道路滚扫式除雪设备被引进国内，大范围使用实例是哈尔滨市政除雪，沈阳已有合资公司投产此类设备，随着成本的下降，在未来几年可能将被广泛使用。现国内生产设备主要还是局限用于城市道路清扫，少部分用于道路除雪中，设备技术性能与进口产品还有差距。滚扫装置由整体架、液压管路、滚轴、滚刷，控制电路等组成，动力来源于车辆或独立液压泵。滚扫装置可固定于车辆前部、底盘中部或者后部，如固定中部，并与与前雪铲配合使用，能快速清扫前铲作业后残留的积雪。单独作用缺陷是无法清除压实、结块或厚度较大的积雪。滚扫式设备的工作原理为液压装置控制其升起、下压，大马力液压马达控制其旋转，特制尼龙扫刷成螺旋分布，在下压后收缩，旋转后可使积雪向反方向运动，同时轴向方向亦产生移动，达到向路外扫雪效果，根据不同积雪情况，可调整下压力度和转速，可达到较好的扫雪效果。滚扫式设备参数有直径，长度，转速，旋向等，其中直径和转速为技术特征数值，大小取决于安装位置、作业速度和液压马达功率。预留一定的升降空间后，安装位置决定直径大小，如前置或后置，其直径越大要求的液压机构技术标准越高。作业速度和转速的配合研究关键在于：在作业时，转速配合作业速度调整，以免产生向轴向清理速度过慢，积雪堆积前部的现象。此类设备行业使用较少故经验参数和其他数据均较少。撒布装置化学式除雪主要是依靠“氯盐”无机或醋酸钾有机融雪剂降低水的冰结温度来实现除雪的，此类材料有颗粒状、溶剂型两种，对应其使用的机械设备有颗粒撒布机和液体喷洒机。颗粒撒布机结构比较简单，主要是由倒台状料仓、转送装置、输送通道、撒布转盘或喷撒装置组成，动力来源可是独立发动机或液压马达驱动。其主要技术难点是传送和撒布速度的配合，以及撒布量的配合调整等，其一般结构如图2。溶剂喷洒较颗粒撒布比较可节省30%的材料，原理比较简单，现在国内主要采取的方式是设置大型融化池，使用洒水车喷洒，优点是使用方便，通用性强，但是缺少可控制调节，不能随雪情进行精细调整，对车辆腐蚀较大。此类设备国内单独成熟性产品较少，如单独研发此类产品，发展前景较好。国外主要采用耐腐蚀合成树脂装载体，单独可控制喷头，技术较成熟，如图3。另有固定式喷洒装置，因大路段使用投入成本极高，适合用于局部路段或桥梁上，其组成为中央储存罐，大型压力泵，管道，控制机构，喷洒装置，作业情况如图4。