李亞芹 莊騰飛 邱新偉 王俊發(fā)

城市道路冰雪清除技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展

李亞芹 莊騰飛 邱新偉 王俊發(fā)

文章對(duì)國(guó)外及國(guó)內(nèi)的機(jī)械式冰雪清除技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，提出目前我國(guó)機(jī)械式除雪存在技術(shù)水平低、作業(yè)效率低、功能單一、避讓功能不理想、對(duì)路面保護(hù)能力差等問題，同時(shí)指出我國(guó)除雪機(jī)械將朝著小型化，多功能化、高可靠化、高效率化、安全化、舒適化方向發(fā)展。

我國(guó)北方大部分地區(qū)冬季降雪期每年長(zhǎng)達(dá)3～5個(gè)月，一些高寒地區(qū)降雪期可持續(xù)5～6個(gè)月左右，而且降雪周期長(zhǎng)、雪量大、范圍廣。路面積雪經(jīng)過車輛和行人的反復(fù)碾壓、溫度變化引起的反復(fù)融凍及汽車尾氣和泥土、沙粒等雜質(zhì)的共同作用形成了表面結(jié)冰、內(nèi)部含雜、質(zhì)地堅(jiān)硬且與路面粘結(jié)牢固的堅(jiān)實(shí)冰雪。圖1所示為佳木斯市學(xué)府路2012年12月出現(xiàn)的冰雪路面；圖2所示為佳木斯市四豐路2014年3月出現(xiàn)的冰雪路面。

堅(jiān)實(shí)冰雪覆蓋的道路表面光滑，附著系數(shù)和摩擦因數(shù)較低，極易造成汽車剎車失靈、方向失控，多車追尾事故屢見不鮮。2014年2月2日，哈同高速發(fā)生13起車輛連環(huán)相撞事故，87輛車嚴(yán)重受損，直接原因就是道路積雪結(jié)冰。在冰雪道路上行駛的車輛發(fā)生交通事故的幾率是正常天氣的2倍。全國(guó)平均每年由于道路積雪結(jié)冰給國(guó)家造成的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)數(shù)十億元。

不僅如此，Jelisejevs等人對(duì)拉脫維亞洲際公路網(wǎng)的調(diào)查分析指出，由于道橋積雪結(jié)冰，致使車輛的燃料消耗增加約33％，同時(shí)尾氣排放量也大幅增加，加重了環(huán)境污染。因此，快速清除道路積雪具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

國(guó)外機(jī)械式除雪技術(shù)現(xiàn)狀

圖1　佳木斯學(xué)府路冰雪路面

圖2　佳木斯四豐路冰雪路面

在國(guó)外，城市人口密度、車路比例都比較小，降雪清除及時(shí)，基本不存在堅(jiān)實(shí)冰雪。因此，國(guó)外以研究清除浮雪為主。迄今為止，國(guó)外浮雪清除設(shè)備多為專業(yè)化生產(chǎn)，除雪技術(shù)已相當(dāng)成熟，該類除雪機(jī)械的代表公司有圖3和圖4所示的德國(guó)DAIMLER-BENZ公司的Unimog；瑞典SCANIA公司生產(chǎn)的G858X-2型除雪鏟，如圖5所示；美國(guó)卡特彼勒公司的143H除雪機(jī)，如圖6所示；以工程、農(nóng)業(yè)車輛為主機(jī)擴(kuò)展的除雪機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)動(dòng)靈活，越野性好，具有行走和作業(yè)兩個(gè)速度檔，具有代表性的是美國(guó)BOBCAT（山貓）公司，如圖7所示美國(guó)山貓公司的863V形推雪鏟和圖8所示山貓公司的FH-501拋雪機(jī)。

CASE及山貓公司針對(duì)清除薄冰研制了小型單圓盤冰雪清除部件，如圖9所示，該裝置雖輕便靈活，但只能清除厚度為30mm以下的薄冰雪層，且無越障功能，除雪效率低。迄今為止，浮雪清除設(shè)備多為專業(yè)化生產(chǎn)且技術(shù)已相當(dāng)成熟，但道路堅(jiān)實(shí)冰雪清除設(shè)備及相關(guān)技術(shù)還不夠完善。

國(guó)內(nèi)機(jī)械式除雪技術(shù)現(xiàn)狀

圖3　德國(guó)DAIMLERBENZ公司的Unimog

圖4　集雪運(yùn)輸一體機(jī)

圖5　瑞典斯堪尼亞G858X-2型推雪鏟

圖6　美國(guó)卡特彼勒公司143H除雪機(jī)

圖7　美國(guó)山貓公司FH-863V形推雪鏟

圖8　美國(guó)山貓公司生產(chǎn)的FH-501拋雪機(jī)

我國(guó)機(jī)械式除冰雪技術(shù)始于上世紀(jì)70年代末，研究及生產(chǎn)單位大多集中在我國(guó)冬季降雪較多的北方地區(qū)。清除浮雪機(jī)械以鏟式、螺旋拋雪及清掃器為主，其技術(shù)主要來源于國(guó)外，因此，相對(duì)較為成熟。

針對(duì)堅(jiān)實(shí)冰雪的清除技術(shù)起步相對(duì)較晚，2001年起佳木斯大學(xué)李喬非、吳洪山等先后研制了JDShX3200型除雪機(jī)和圓盤滾動(dòng)直線切削式清雪機(jī)。2005年，吉林大學(xué)馬文星、鄧洪超等對(duì)多功能清雪機(jī)具的工作機(jī)理及參數(shù)優(yōu)化進(jìn)行深入的研究，研制了碾壓磙式多功能除雪車，其關(guān)鍵部件碾壓磙專門針對(duì)堅(jiān)實(shí)冰雪。2007年起哈爾濱理工大學(xué)邵俊鵬等對(duì)振動(dòng)式清雪機(jī)理及參數(shù)優(yōu)化進(jìn)行了深入的研究。

目前國(guó)內(nèi)已開發(fā)出多種原理、多種型號(hào)的冰雪清除設(shè)備并投入使用。如哈爾濱林業(yè)機(jī)械研究所研制的CBX-216型綜合破冰除雪機(jī)；長(zhǎng)春大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院程憲春研制的ZH1200型組合式破冰除雪機(jī)；吉林工業(yè)大學(xué)與吉林省公路機(jī)械廠聯(lián)合研制CB1500型堅(jiān)實(shí)冰雪清除機(jī)；徐工生產(chǎn)的ZL50G型滾輪式振動(dòng)除冰裝載機(jī)。另外代表性的產(chǎn)品還有：哈爾濱雪狼除雪機(jī)械設(shè)備有限公司生產(chǎn)的用于清除堅(jiān)實(shí)冰雪、硬質(zhì)冰雪的CXL-IIID型清雪機(jī)，如圖10所示；雪狼2號(hào)CSYZ-I多功能清運(yùn)裝載轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備，如圖11所示；雪狼4號(hào)除雨冰機(jī)，適用于室外溫度-1℃～-15℃時(shí)，清除雨加雪在路面形成的薄冰，如圖12所示；哈爾濱中誠(chéng)科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的雪獅清道夫XSP-I型除雪機(jī)，如圖13所示。

圖9　山貓小型單圓盤冰雪清除部件

圖10　雪狼CXL-IIID型硬質(zhì)冰雪清雪機(jī)

圖11　雪狼CSYZ-I多功能清運(yùn)裝載轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備

圖12　雪狼4號(hào)除雨冰機(jī)

圖13　雪獅清道夫XSP-I型除雪機(jī)

除雪機(jī)械存在的主要問題

經(jīng)過多年的探索和研究，我國(guó)的路面冰雪清除技術(shù)和設(shè)備已取得了很大進(jìn)步。但是從總體上看，路面除雪設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)尚處于起步階段，除雪設(shè)備的技術(shù)水平還比較落后，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）技術(shù)水平低、作業(yè)效率低。除冰雪設(shè)備在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造、設(shè)備使用管理和性能維護(hù)等方面都存在問題。

（2）品種類型不全、功能單一。目前不少種類的路面除冰雪設(shè)備在我國(guó)還不成熟，尤其是適用于清除路面堅(jiān)實(shí)冰雪的設(shè)備。

（3）避讓功能不理想。我國(guó)現(xiàn)有的除冰設(shè)備大部分避障能力較差或根本無避障功能，在除冰雪作業(yè)中經(jīng)常導(dǎo)致作業(yè)機(jī)具或者牽引主機(jī)的損壞。

（4）對(duì)路面保護(hù)能力差。在作業(yè)路面凸凹不平時(shí)，無仿形功能，除冰設(shè)備經(jīng)常對(duì)路面造成破壞。

未來發(fā)展趨勢(shì)

（1）向小型，多功能化方向發(fā)展

目前除雪機(jī)械大多龐大、笨重、功能單一、作業(yè)時(shí)操作困難、占道嚴(yán)重、同時(shí)價(jià)格也比較昂貴。因而小型、多功能化的除雪機(jī)械將會(huì)有更好的應(yīng)用前景。

（2）向高可靠化、高效率化方向發(fā)展

目前大多除雪機(jī)械以增大作業(yè)寬幅來提高效率，但作業(yè)速度較低，導(dǎo)致機(jī)器笨重的同時(shí)作業(yè)效率低。另外目前除雪機(jī)械可靠性差，特別是有液壓系統(tǒng)的除雪機(jī)，由于作業(yè)溫度多為零下20攝氏度，導(dǎo)致作業(yè)可靠性差易出現(xiàn)故障，因而可提高除雪機(jī)械的自動(dòng)控制、自動(dòng)保護(hù)能力以提高其效率及可靠性。

（3）向安全化、舒適化方向發(fā)展

由于除雪作業(yè)天氣惡劣，因而要提高除雪機(jī)的可操作性和安全性，同時(shí)可對(duì)現(xiàn)有工程機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)改進(jìn)，設(shè)置防震、減噪裝置，提高操作的安全性及可操控性。

高效冰雪清除技術(shù)是研發(fā)效率高、越障性能優(yōu)良、對(duì)路面損傷小、故障率低的新型破冰除雪設(shè)備的前提條件，精良的除雪設(shè)備是保障我國(guó)北方城市冬季道路通暢，提高道路使用效率，保障車輛和行人安全的有效手段，對(duì)推動(dòng)寒冷、多雪地區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要的實(shí)際意義。因而先進(jìn)的除雪技術(shù)研究勢(shì)在必行。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.17.037