陶學(xué)恒，趙馨雅，任志偉，李小辰

大連工業(yè)大學(xué) 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院，遼寧 大連 116034

0 引言

冬季降雪后，路面積雪給人們的出行帶來不便，嚴(yán)重的影響交通安全。為了解決這一問題，人們發(fā)明了各種除雪工具，而隨著科技的不斷進(jìn)步，對(duì)除雪的效率與功效有了更高的要求。通過不斷的改進(jìn)與創(chuàng)新，各種大型除雪設(shè)備不斷涌現(xiàn)。當(dāng)松軟的初雪經(jīng)過行人踩踏、車輛碾壓后變成了堅(jiān)硬的冰雪路面，在沒有大型除雪設(shè)備的時(shí)候，通常采用人工除雪的方式，通過鐵鍬、鎬頭等簡(jiǎn)單工具將雪清除，這種方法耗時(shí)長、工作效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大[1]。為了提高除雪效率，人們開始使用推土機(jī)來進(jìn)行推雪，這很大程度上解放了人力。從此，人們逐漸意識(shí)到使用車輛除雪的重要性，并開始對(duì)可以進(jìn)行除雪工作的工具進(jìn)行改進(jìn)，使之能夠安裝在車輛上。

1 單一功能除雪車

單一功能的除雪車只具備除雪、破冰、清掃、收集等其中一種清理功能，例如：犁式除雪車、路面除冰車、裝雪車[2]。

圖1 單向犁

圖2 V形犁

(1)犁式除雪車是將犁板安裝在推土機(jī)、卡車、裝載車等車輛上的除雪車總稱[3-5]。將鏟板安裝在車輛的前端，依靠車的前進(jìn)動(dòng)力進(jìn)行推雪，為保證積雪可以推向道路兩側(cè)，犁板又分為單向犁、V形犁、變向犁和復(fù)合犁。單向犁(圖1)沿著固定的角度前進(jìn)，并通過犁板的曲面設(shè)計(jì)使雪拋向道路一側(cè)。V形犁(圖2)的切削角度在20～30，而行進(jìn)角度則在36～45，犁的左右相互對(duì)稱，并可向道路的兩側(cè)進(jìn)行排雪，一般用于單線鐵路的除雪作業(yè)。變向犁(圖3)的排雪方向與其行進(jìn)角度都可以發(fā)生變化，通過液壓系統(tǒng)的牽引，能夠有效適應(yīng)路面凹凸不平的情況。復(fù)合犁(圖4)可以自由地改變自身形狀，變成單向犁、V形犁等，適應(yīng)不同場(chǎng)所的清雪工作，大大提升了除雪速度。這些犁板不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而且安裝方便。該種車型的缺點(diǎn)在于：雪阻力的增大會(huì)直接影響排雪的能力。

圖3 變向犁

圖4 復(fù)合犁

(2)路面除冰車可清除積雪層下方的冰或?qū)嵮?，防止車輛在路面打滑，減小剎車距離。除冰車主要分為平切式除冰機(jī)、立切式除冰機(jī)和旋切式除冰機(jī)[7-8]。平切式除冰機(jī)有犁板式和松土式。犁板式除冰機(jī)是通過切削刃與地面所成的銳角強(qiáng)行將鏟刃壓入冰層或?qū)嵮?，再由車輛向前推進(jìn)。這種除冰雪方式所受阻力極大，需要的動(dòng)力過高，不利于使用避讓措施。松土式除冰機(jī)是通過梳狀彎鉤進(jìn)行工作，它依靠車輛的重量將雪鉤壓入冰層、實(shí)雪層，這種裝置在作業(yè)過程中活動(dòng)靈活，有利于破冰破雪的作業(yè)。立切式除冰機(jī)分為立式銑削除冰機(jī)和立式?jīng)_擊破碎除冰機(jī)。立式銑削除冰機(jī)有單刀盤和多刀盤2種，該銑削盤大多置于車輛的前端和后端，對(duì)冰層進(jìn)行清除。立式?jīng)_擊破碎除冰機(jī)是基于冰的物理性質(zhì)，通過帶傳動(dòng)、凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)鏟刃上下運(yùn)動(dòng)，對(duì)冰面、實(shí)雪層進(jìn)行沖擊破碎[9-11]。旋切式除冰機(jī)分為臥式旋切除冰機(jī)和臥銑錘擊式除冰機(jī)。臥式旋切除冰機(jī)以裝載機(jī)作為動(dòng)力，通過發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出動(dòng)力驅(qū)動(dòng)前端的刀軸旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)刀軸和刀盤旋轉(zhuǎn)進(jìn)而切削冰雪，中國已經(jīng)成功研制出了這種機(jī)型(CX-30型)[12-17]。臥銑錘擊式除冰機(jī)采用一個(gè)回轉(zhuǎn)軸上安裝的帶有刀刃的錘頭，回轉(zhuǎn)一周后擊向地面，通過沖擊力與錘頭的刀刃進(jìn)行除冰。

(3)裝雪車常常是配合其他車輛來完場(chǎng)除雪工作，它有帶斗式的裝雪機(jī)、螺旋式裝雪機(jī)等。帶斗式裝雪機(jī)是通過人工或其他車輛的幫助將清除的積雪裝入車中[16-18]。螺旋式裝雪機(jī)則是通過自帶的螺旋式傳送裝置將積雪輸送至車中，減少了輔助車輛和人工的作業(yè)，大大提高裝雪速度。

單一式除雪車的功能簡(jiǎn)單，在除雪工作中常常要配有其他功能的除雪車進(jìn)行輔助工作，在這一過程中增加了車輛的浪費(fèi)率，并增加了工作時(shí)間與人力的使用，用這些除雪車輛無法精準(zhǔn)地掌控除雪除冰的力度，從而會(huì)對(duì)路面造成破壞。

2 多功能除雪車

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，越來越多的人對(duì)一車多用的概念有了更深入的了解，在除雪過程中如何將除雪、破冰、收集、清掃等功能融入一輛車中，使之在作業(yè)工作中相互不干擾，以及如何在現(xiàn)有的技術(shù)上進(jìn)行改進(jìn)，減少對(duì)路面的損傷，已經(jīng)成為如今該領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注的問題。

2.1 國外多功能除雪車

圖 5 豪特S990多功能拋雪車

國外除雪機(jī)械起步較早，知名多功能除雪車品牌有德國施密特、德國豪特、丹麥依波克、美國漢德森等[10-11]。

(1)豪特S990多功能拋雪車(圖5)。該車一年四季都可以使用，冬季的除雪能力達(dá)到1 000 t級(jí)，拋雪距離為25 m，除雪寬度為1.8～2 m，采用道依茨柴油發(fā)電機(jī)，渦輪增壓。經(jīng)液壓四輪同時(shí)驅(qū)動(dòng)，抓地力強(qiáng)，適用于冰雪打滑地面。同時(shí)，還可搭配破冰頭、推雪鏟等。其他季節(jié)則可利用該設(shè)備進(jìn)行道路清洗、草木修剪等工作，減少了非雪季車輛空閑的情況。

(2)施密特CJS Super Ⅱ緊湊型掃雪車(圖6)。該除雪車適用于清掃跑道、滑行道和停機(jī)坪。其所擁有的推雪板、滾刷和吹雪機(jī)既可以單獨(dú)使用，也可以同時(shí)工作。其滾刷長度為4 200 mm，滾刷直徑為914 mm，高性能吹雪機(jī)氣流量達(dá)530 m3。該車采用液壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，吹雪速度可以調(diào)節(jié)。

圖 6 施密特CJS Super Ⅱ緊湊型掃雪車

(3)依波克S3500型除雪車(圖7)[12]。該除雪車具有除雪與融雪的功能，擁有大容量的料倉長4.35 m、寬2.08 m、高2.15 m，減少了添加融雪劑的次數(shù)及時(shí)間上的浪費(fèi)，其除雪鏟長3.7 m，左端高0.7 m，右端高1.7 m，可以將積雪排向路邊，除雪與融雪的結(jié)合可有效去除了一次除雪所殘留的積雪。

2.2 國內(nèi)多功能除雪車

近幾年中國的除雪機(jī)械飛速發(fā)展，出現(xiàn)了一些高性能的除雪車如黃海、中聯(lián)重科、青專等。

圖7 依波克S3500型除雪車

(1)黃海DD5251TCXZE型除雪車(圖8)。該除雪車可以選裝3種撒布機(jī)，當(dāng)選擇安裝撒布機(jī)A和撒布機(jī)B時(shí)整車長度為10 085 mm，整車高度為3 490 mm；當(dāng)選擇安裝C型撒布機(jī)時(shí)整車長度為9 905 mm，高度為3 150 mm，在作業(yè)時(shí)可安裝上除雪鏟和滾刷，實(shí)現(xiàn)除雪、掃雪、融雪和融冰的功能。

圖8 黃海DD5251TCXZE型除雪車

(2)中聯(lián)重科ZLJ5250TCXZE3型多功能除雪車(圖9)。該車可以滿足各種環(huán)境情況下的除冰雪要求。它是一款25 t級(jí)大功率破冰除雪車，擁有前置除雪鏟、滾刷、側(cè)置翼鏟、下置刮冰裝置和后置融雪撒布機(jī)，撒布寬度達(dá)到20 m，作業(yè)速度可達(dá)40 km·h-1，可以連續(xù)穩(wěn)定工作。

圖9 中聯(lián)重科ZLJ5250TCXZE3型多功能除雪車

(3)青專QDZ5250TCXZH多功能除雪車(圖10)。該車可同時(shí)進(jìn)行除雪與破冰作業(yè)，當(dāng)車體安裝除雪鏟和破冰鏟后，推雪寬度為3 360 mm，破冰寬度達(dá)到2 810 mm。該車的功能多，極大地提升了工作效率，可適用于各種路面的除雪破冰。

這些車輛都集成了多種功能，使得一次清除工作可以完成多項(xiàng)動(dòng)作，除雪效率得到了很大程度的提升。

圖10 青專QDZ5250TCXZH多功能除雪車

3 除雪車載裝備的發(fā)展趨勢(shì)

3.1 除雪車載裝備存在的問題

(1)成本高、速度低?，F(xiàn)今國外除雪車能達(dá)到的較高除雪速度為50 km·h-1，中國除雪車的除雪速度與之相比偏低，而單一的除雪功能使得除雪車在其他季節(jié)無法使用，這極大地增加了除雪成本。

(2)對(duì)路面損害過大。除雪車的路面模擬體系還不是很完善，因此在作業(yè)過程中因無法適應(yīng)地面凹凸不平而對(duì)其產(chǎn)生一定程度的傷害，從而縮短了路面使用壽命。

(3)安全性能差。路面除雪過程中會(huì)遇到未知的阻礙物，而除雪車的自動(dòng)避讓能力較差，會(huì)導(dǎo)致除雪工具與障礙物發(fā)生碰撞，導(dǎo)致除雪工具的損壞，更可能影響駕駛?cè)藛T的安全。

3.2 除雪車載裝備的發(fā)展趨勢(shì)

(1)向小型化發(fā)展。除雪車體積過于龐大從而導(dǎo)致整車的重量過大，經(jīng)過路面時(shí)會(huì)對(duì)其造成一定的損害；另外，車體的龐大增加了風(fēng)等因素的阻力，使得除雪的速度變慢；同時(shí)過大體積的除雪車無法進(jìn)入小街小巷，為除雪帶來不便。因此，人們開始逐漸縮小除雪車的體積，以減少對(duì)路面的損害，提高工作速度。

(2)向多用途發(fā)展。多功能除雪車絕大多數(shù)只能在冬季使用，而其他季節(jié)該除雪車將閑置，這極大浪費(fèi)了資源。為了使多功能除雪車四季通用，車體應(yīng)設(shè)計(jì)為每一個(gè)除雪工具都可進(jìn)行拆卸安裝，不同季節(jié)可更換不同的作業(yè)工具，真正實(shí)現(xiàn)一車用四季。

(3)向節(jié)能環(huán)保發(fā)展。新型的多功能除雪車不但從除雪功能上進(jìn)行改進(jìn)，而且更加注重對(duì)環(huán)境的保護(hù)，電動(dòng)車的出現(xiàn)使得許多除雪車不再使用柴油機(jī)作為其動(dòng)力，改用電力作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力。

(4)提高安全性能。在冰天雪地中除雪，往往伴隨著安全問題，因此除雪車的操作難度應(yīng)大幅度下降，盡可能增加自動(dòng)避讓系統(tǒng)以保證駕駛?cè)藛T的安全。