近十多年我國(guó)高速公路事業(yè)蓬勃發(fā)展，截至2011年底已達(dá)8.5萬(wàn)公里，高速公路通行情況關(guān)系著社會(huì)的各個(gè)方面。冬季高速公路除雪工作更是交通安全的一項(xiàng)重要工作，只有及時(shí)有效的清除才能是保證社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。國(guó)內(nèi)各種除雪設(shè)備近幾年快速發(fā)展，本文將參考國(guó)外設(shè)備的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，淺析適合國(guó)內(nèi)道路情況的機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)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(jí)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(wú)障礙物，如封閉交通，則無(wú)干擾物。除雪有專業(yè)的養(yǎng)護(hù)人員，清除時(shí)限48-72小時(shí)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(jī)械除雪。雪中開放交通情況下的各種機(jī)械設(shè)備配合除雪被稱為“實(shí)時(shí)清雪”：即將機(jī)械設(shè)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(jī)械設(shè)備的配合、高效組織下，效率高，技術(shù)強(qiáng)的現(xiàn)代除雪技術(shù)，在國(guó)外已普遍實(shí)施。

國(guó)內(nèi)除雪機(jī)械設(shè)備現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)設(shè)備廠家先后出現(xiàn)各類的除雪設(shè)備，如河南高遠(yuǎn)、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(jī)和破冰設(shè)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(yīng)性差，較為笨重等缺點(diǎn)，隨著國(guó)外各種除雪設(shè)備的引進(jìn)，國(guó)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(jī)械設(shè)備形式研究

除雪機(jī)械設(shè)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(xué)法除雪出現(xiàn)的機(jī)械設(shè)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(shí)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(guó)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(shè)備，單一設(shè)備利用率很低，故采用多種形式綜合一體設(shè)備被廣泛接受。

推移式設(shè)備

推移式設(shè)備又被成為犁板式推雪板，推雪鏟等，其主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、性能可靠。作業(yè)時(shí)以直線運(yùn)動(dòng)為主，安裝于大型車輛前端，根據(jù)犁板體結(jié)構(gòu)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(jī)構(gòu)、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(shí)現(xiàn)，雪鏟的主要技術(shù)特點(diǎn)在于電控操作和障礙避讓功能。避讓設(shè)計(jì)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?zèng)_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(dǎo)致鏟體質(zhì)量過(guò)大，使前輪負(fù)荷增加，車輛行駛穩(wěn)定性降低；鏟體過(guò)窄會(huì)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(gè)重要參數(shù)，直接影響阻力及切削刃強(qiáng)度要求。切角太小使切削刃變薄、強(qiáng)度不足；但過(guò)大，切削阻力會(huì)顯著增大。實(shí)踐證明，各種積雪情況下，切角取值在25°左右時(shí)，清雪效果比較理想。前進(jìn)角是雪鏟寬度方向與車輛前進(jìn)方向夾角，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般工作是取值在30°左右。雪鏟在工作時(shí)，積雪沿著雪板面向上積累，同時(shí)向雪板傾斜方向運(yùn)動(dòng)，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(shí)，設(shè)計(jì)合理可在推雪同時(shí)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(guó)外成功經(jīng)驗(yàn)，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(qiáng)化曲面螺旋效果，如圖1。

滾掃式設(shè)備

滾掃式設(shè)備在國(guó)外是成熟產(chǎn)品，被廣泛適用于市政道路，機(jī)場(chǎng)及高速公路，近幾年道路滾掃式除雪設(shè)備被引進(jìn)國(guó)內(nèi)，大范圍使用實(shí)例是哈爾濱市政除雪，沈陽(yáng)已有合資公司投產(chǎn)此類設(shè)備，隨著成本的下降，在未來(lái)幾年可能將被廣泛使用。現(xiàn)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)設(shè)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(shè)備技術(shù)性能與進(jìn)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(dòng)力來(lái)源于車輛或獨(dú)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(dú)作用缺陷是無(wú)法清除壓實(shí)、結(jié)塊或厚度較大的積雪。滾掃式設(shè)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(dá)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(yùn)動(dòng)，同時(shí)軸向方向亦產(chǎn)生移動(dòng)，達(dá)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(dá)到較好的掃雪效果。滾掃式設(shè)備參數(shù)有直徑，長(zhǎng)度，轉(zhuǎn)速，旋向等，其中直徑和轉(zhuǎn)速為技術(shù)特征數(shù)值，大小取決于安裝位置、作業(yè)速度和液壓馬達(dá)功率。預(yù)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(jī)構(gòu)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)越高。作業(yè)速度和轉(zhuǎn)速的配合研究關(guān)鍵在于：在作業(yè)時(shí)，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(guò)慢，積雪堆積前部的現(xiàn)象。此類設(shè)備行業(yè)使用較少故經(jīng)驗(yàn)參數(shù)和其他數(shù)據(jù)均較少。撒布裝置化學(xué)式除雪主要是依靠“氯鹽”無(wú)機(jī)或醋酸鉀有機(jī)融雪劑降低水的冰結(jié)溫度來(lái)實(shí)現(xiàn)除雪的，此類材料有顆粒狀、溶劑型兩種，對(duì)應(yīng)其使用的機(jī)械設(shè)備有顆粒撒布機(jī)和液體噴灑機(jī)。顆粒撒布機(jī)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，主要是由倒臺(tái)狀料倉(cāng)、轉(zhuǎn)送裝置、輸送通道、撒布轉(zhuǎn)盤或噴撒裝置組成，動(dòng)力來(lái)源可是獨(dú)立發(fā)動(dòng)機(jī)或液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。其主要技術(shù)難點(diǎn)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(gòu)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(jiǎn)單，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)主要采取的方式是設(shè)置大型融化池，使用灑水車噴灑，優(yōu)點(diǎn)是使用方便，通用性強(qiáng)，但是缺少可控制調(diào)節(jié)，不能隨雪情進(jìn)行精細(xì)調(diào)整，對(duì)車輛腐蝕較大。此類設(shè)備國(guó)內(nèi)單獨(dú)成熟性產(chǎn)品較少，如單獨(dú)研發(fā)此類產(chǎn)品，發(fā)展前景較好。國(guó)外主要采用耐腐蝕合成樹脂裝載體，單獨(dú)可控制噴頭，技術(shù)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(chǔ)存罐，大型壓力泵，管道，控制機(jī)構(gòu)，噴灑裝置，作業(yè)情況如圖4。