城市道路小型清雪机研究综述——本科毕业论文文献综述

城市道路小型清雪机研究综述摘要：本文对城市道路冰雪清除设备进行研究。根据冰雪清除设备的特点，将其按照不同的划分标准归纳分类，论述其各自的清除冰雪机理，总结各类设备的适用范围及优缺点。在此基础上，分析和阐述了道路冰雪清除设备的现状与发展趋势。关键词：道路；冰雪清除；设备；除雪车CityroadsnowclearingmachineofsmallAbstract:areviewofroadsnowremovingtechnologyanditsdevelopment.Accordingtothecharacteristicsofsnowandiceremovingequipment,willbesummarizedandclassifiedbydifferentclassificationstandards,discussestheirrespectivesnowremovingmechanism,summarizesthevariousequipmenttheapplicationrangeandadvantagesanddisadvantages.Onthisfoundation,analysedandexpoundedtheroadsnowremovingequipmentcurrentsituationanddevelopmenttrend.Keywords:road;iceandsnowremovalequipment;Snowremovalvehicles;近年来随着国民经济发展，我国基础设施建设飞速发展，高速公路、城市架桥、飞机场等大量兴建，汽车、火车等交通工具的数量也随之增加，同时通行速度也需要不断提高。我国北方地区冬季降雪、结冰是影响道路交通及行车安全的主要因素。2008年初，我国南方广大地区遭受罕见降雪、冻雨、冰冻灾害，高速公路、机场等路面积雪、结冰严重，严重影响交通。交通路面的积雪被称为交通安全的“白色杀手”，尤其在大雪和雨夹雪天气条件下及雪后气温变化较大时，积雪不能得到及时清除使路面结冰，交通工具的安全受到极大威胁，造成出行不便。因此，如何快速高效清除道路的积雪、冰以及冰雪混合物，保障道路正常通行、提高行车通行安全，成为目前冬季道路养护的主要问题。传统人工除雪法和污染较大的融雪剂除雪法，已经不能满足需要，迫切需要性能良好、自动化程度较高的机械来替代。1国内外研究现状及发展趋势1.1国外研究现状及发展趋势近几十年来，国外除雪车发展非常迅速，种类越来越多，各生产厂商在采用新技术、新材料、新工艺的同时，不断提高产品的作业性能和操作性能，以适应冬季除雪的更高要求，增强产品的竞争力[1-2]。德国的转子式和犁式清雪机的种类分别达十几种，动力机有的采用工程车辆，有的采用载重汽车，有的是专门设计的动力机。德国还开发了一种多功能路面机械，既能清扫路面、清洗标牌护栏，又能清除路面浮雪。美国福特公司用其生产的载重汽车改装了一种犁式清雪机。其他国家也相继开发了一些种类的转子式和犁式清雪机。犁式除雪机是国外使用较早的除雪机械，经过多年的发展，国外犁式除雪机已具有较高的技术水平。早在1943年，日本就开始把V形犁装在载重卡车上用于道路清雪,日本自70年代以来，清雪机械数量迅速增加，并开发了药剂撒布车。此外，旋转式清雪车及清雪卡车、清雪平地机等开始向大型化发展。现在，已能生产800PS~1000PS级的超大型旋转式清雪机[20]。俄罗斯新产品KO-812-2型犁式除雪机基础车采用MT3-80/82型拖拉机，其功能有除雪、清除垃圾和砂堆；既可以用于街道、人行道，也可用于公路和建筑工地的除雪，其工作装置有推土板、犁刀和圆盘刷等[21]。美国BOBCAT(山猫)公司、S&S公司和瑞士STEYR等公司主要生产以工程、农业车辆为主机扩展的清雪机械，该机结构紧凑、机动灵活、越野性好，具有行走和作业两个速度档，此机构通过前置螺旋式清雪装置或犁式清雪装置完成清雪作业[22]。加拿大各大城市都设有专门的道路积雪清扫部门，配备有专门的铲雪车和其它除雪设备，并在主要路段建设并完善了道路气象系统，灵活使用各种除雪机械，及时、高效地铲除路面积雪。加拿大R.P.M.公司生产的除雪车主要类型有:P-5000-R、TM-3500、A90等型号的转子式除雪车；LM-220、T-220-B等型号的双螺旋转子式除雪车；JetAirIII、AF1等型号的吹雪车等。文献资料表明[3－5]，国外清雪车发展主要体现在以下几个方面：①一车多用化。即在一种车辆上，安装多种清雪及其它作业属具，使其能够完成多种作业功能。②研发能配置于普通底盘的高效的除雪属具。研发配置于普通底盘的除雪属具，提高机器的使用效率，拓宽机器的使用范围。研制高效的清除坚硬冰雪装置、拓宽作业装置、滑雪装置、高雪堤处理装置、药剂撒布装置等多种作业装置，并对已有除雪装置的结构、铲板形状、除雪切入角、叶片形状等进行优化设计；使除雪属具结构简单、受力合理、操作方便，提高其使用寿命、济性和安全性。③智能避让机构。为保护路面和除雪工作装置，提高除雪车的路面适应能力，避让机构向高速度、智能化、机电液一体化的方向发展。④基础信息系统研究。加强雪力学性质的分析研究，建立道路气象系统，及时、准确地提供路面温度、湿度、风向、风速、冰雪性质等方面信息；为灵活、高效地使用除雪车辆及提高除雪车设计水平提供基本依据。1.2国内研究现状及发展趋势我国的除雪机械研究起步较晚，始于上世纪80年代。研究单位集中在冬季较长的东北、西北和华北地区；除雪车的型号也很多，尤其是最近几年，一些厂家参照国外先进技术，研制出适合我国除雪作业急需的犁板式和转子式除雪车以及拖式撒盐车等车型[6-11]。国内现有的清雪车主要有：吉林省公路机械厂与原吉林工业大学共同开发的CB1500压实冰雪清除机；吉林交通科学研究所研制的CL-3.6和CL-3.5型系列除雪犁；吉林省盘石县公路养路段研制的CL-2.4型公路除雪器；哈尔滨雪狼除雪机械设备有限公司生产的用于清除硬冰雪的CXL-2、CXL-3型除雪机；哈尔滨林业机械研究所研制的CBX-216综合破冰除雪机；陕西高速公路管理局研制的FCX-1型除雪机；西安公路研究所研制的L9280型除雪车；重庆迪马公司生产的DMT5160TYH多功能除雪车，配备有推雪铲、滚刷、融雪剂散布机等装置；北京永峰科技有限公司研制的雪豹YF系列的多功能喷气式除雪车等。与世界先进国家除雪车发展相比，目前国内产品数量及性能差距较大，不能满足道路除雪需求，其主要原因为：①作业速度低。目前国外犁式除雪机最大除雪速度可达50km/h，旋切式除雪机最大速度达70km/h。吉林省交通科学研究所研制的CBX-1600型除雪机是国内技术水平较高的除雪机械，但其最大速度仅为2.15km/h。②整机利用率低、成本高。尽管中国的北方地区冬季降雪期可达3～4个月，可是资料表明冬季降雪次数并不太多，最多也只是十几次而已。如果除雪功能单一，就大大提高了除雪作业的成本，增加了公路养护部门的负担。③避让功能不理想。在除雪过程中，常常因遇路障而使主机或者除雪装置损坏。国内已有的犁式除雪机械，大部分回避路障的能力较差。④对路面保护能力差。当路面凹凸不平时，除雪机作业时会对路面造成损坏。虽然除雪机对路面的破坏程度目前还没有一个衡量标准，但国内的除雪机械在路面的仿形能力、对路面保护等方面，与国外相比还存在一定的差距。2清雪设备的主要特点2.1清雪设备的功能特点冰雪清除设备的功能有两个方面，一是工作性质，二是工作范围。按照冰雪的物理性质，可以把雪划分为浮雪、中等密实程度的实雪、高密实程度的实雪和高硬度冰雪等四种。若设备只能清除某一种类的冰雪，则属于功能单一性冰雪清除设备；若能清除所有种类冰雪，属于多功能冰雪清除设备。在雪季以外，若能拆除冰雪清除作业属具，设备主机在安装必要的作业属具以后还可以从事其它性质的工作，则冰雪清除设备属于多功能设备[23]。我国自行研制的DQX1型多功能道路清雪车就属于工作性质与工作范围交叉型的多功能道路清雪设备。在拆除清雪属具后，载重汽车可以从事其它运输工作见图2-1。该设备能够自动探测道路积雪厚度和道路上的障碍，实现作业属具的自动调节，保证路面不受损伤[24]。1.前铲2.中铲3.载重汽车4.后滚图2-1DQX1型多功能道路清雪车2.2冰雪清除设备的结构特点冰雪清除设备的作业属具类型直接关系到清除冰雪的种类、清除程度和作业效率，主要包括：①刮板式。此种设备是利用主机前进的推力，把冰雪从路面上刮削下来。作业环境要求路面平整，积雪密实程度小，且积雪与路面的粘着性很低。优点是作业效率高。按照刮板能否将刮削下的冰雪抛出作业区域，将刮板分为外抛式和顶推式两种。外抛式清雪设备可以将冰雪抛出作业区域之外一定距离，形成相对宽阔的车辆通路，要求主机行走速度较高。顶推式清雪设备只能将冰雪推出作业宽度之外，形成的车辆通道相对狭窄，对主机行走速度没有要求。②碾压式。利用主机前进的推动力，带动碾压滚前进。其作业机理是挤压、切削和破碎，并利用碾压滚自身重力破除路面上的冰雪。该种设备适用于中等密实度以上的路面冰雪清除。滚齿焊接方式的优点是加工方便，缺点是掉齿、坏齿后，在现场不能及时更换。螺栓连接滚齿的优点是可随时更换滚齿，缺点是加工不方便。对于带有振动系统的碾压滚，通常不采用焊接方法连接滚齿。振动碾压滚作业范围比无振动系统碾压滚的作业范围要宽。调频振动系统碾压设备可以根据现场冰雪特性，适当调节振动频率，提高冰雪清除程度。③刷式。刷式冰雪清除工具的工作原理是利用刷子把冰雪扫除到路面以外。按照刷子的硬度及其扫除冰雪的特点，分为软刷和硬刷两种。该种设备的作业效率相对较低，适用范围狭窄。软刷只能用于清除浮雪，硬刷只能用于清除高硬度的冰雪。硬刷式冰雪清除设备在作业时易对路面造成损伤。④剁铲式。剁铲式冰雪清除设备的作业属具是模仿人工作业方式，利用机械方法清除冰雪。该种设备只适用于中等密实度的冰雪清除作业，且作业效率低，路面冰雪残留明显，不适合进行高速作业。若下剁力调节不合适，很容易损伤路面。因此，剁铲式冰雪清除设备的应用范围受到了限制。⑤螺旋绞龙式。该设备利用螺旋叶片的旋转力，将浮雪绞入，并在旋转螺旋叶片离心力作用下将浮雪抛出作业区域。该种设备作业效率高，外抛浮雪距离远。但只适用于浮雪清除，且路面积雪残留较多。2.3冰雪清除设备的作业特点冰雪清除设备的清除冰雪机理分为以下两种：一种是利用纯机械力，另一种是利用其它物理能量。利用纯机械力清除冰雪的设备通常是指作业属具直接与冰雪接触，并利用作业属具产生的纯机械力清除冰雪。包括前面提到的刮板式、碾压式、刷式、剁铲式、螺旋绞龙式等冰雪清除设备。利用其它物理能量清除冰雪的冰雪清除设备包括以下几种[25]：①压风式。利用空气压缩机产生的压风将路面浮雪吹出路面。该种设备的缺点是能量消耗大，作业条件要求高；即浮雪粘度小、不粘结、与路面无粘连、无车辆和行人的践踏；优点是作业效率高。因此，该种设备通常只适用于机场等特殊场合。②热能式。利用热能将路面冰雪融化，使融化后的冰水流出路面或利用专门的收集装置将融化的冰雪收集起来。通常情况下，要配备压风机，及时将清除冰雪后的路面吹干，防止残留冰水在路面形成非常薄的镜面冰层。路面的镜面冰层对交通工具的危害程度远远高于其它冰雪对交通工具的危害。该种设备适合于清除任何形式和任何厚度的冰雪。其显著缺点是能量消耗很大，作业效率相对较低，只适用于极特殊场合。③波能式。利用电磁波、声波等形式的波能，将冰雪与路面分离，在其它工作装置的辅助下，将冰雪清除路面。波能式冰雪清除设备适合于清除浮雪以外的冰雪。由于波的穿透能力受到物料性质的影响，且厚度越大，能量损失越大，所以其清除冰雪的厚度受到限制。目前，在我国只有新疆进行了声波清除冰雪的理论研究，并研制出小型样机。3除雪车分类除雪车一般由除雪工作装置和动力机底盘两个部分组成。分类方法主要有两种：一种是按工作装置的特点分类；另一种是按工作装置与动力机底盘结合的整机结构特点分类[18]。3.1按工作装置