陶學(xué)恒，趙馨雅，任志偉，李小辰

大連工業(yè)大學(xué) 機械工程與自動化學(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硬的冰雪路面，在沒有大型除雪設(shè)備的時候，通常采用人工除雪的方式，通過鐵鍬、鎬頭等簡單工具將雪清除，這種方法耗時長、工作效率低、勞動強度大[1]。為了提高除雪效率，人們開始使用推土機來進(jìn)行推雪，這很大程度上解放了人力。從此，人們逐漸意識到使用車輛除雪的重要性，并開始對可以進(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、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)簡單而且安裝方便。該種車型的缺點在于：雪阻力的增大會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樱乐管囕v在路面打滑，減小剎車距離。除冰車主要分為平切式除冰機、立切式除冰機和旋切式除冰機[7-8]。平切式除冰機有犁板式和松土式。犁板式除冰機是通過切削刃與地面所成的銳角強行將鏟刃壓入冰層或?qū)嵮樱儆绍囕v向前推進(jìn)。這種除冰雪方式所受阻力極大，需要的動力過高，不利于使用避讓措施。松土式除冰機是通過梳狀彎鉤進(jìn)行工作，它依靠車輛的重量將雪鉤壓入冰層、實雪層，這種裝置在作業(yè)過程中活動靈活，有利于破冰破雪的作業(yè)。立切式除冰機分為立式銑削除冰機和立式?jīng)_擊破碎除冰機。立式銑削除冰機有單刀盤和多刀盤2種，該銑削盤大多置于車輛的前端和后端，對冰層進(jìn)行清除。立式?jīng)_擊破碎除冰機是基于冰的物理性質(zhì)，通過帶傳動、凸輪轉(zhuǎn)動帶動鏟刃上下運動，對冰面、實雪層進(jìn)行沖擊破碎[9-11]。旋切式除冰機分為臥式旋切除冰機和臥銑錘擊式除冰機。臥式旋切除冰機以裝載機作為動力，通過發(fā)動機的輸出動力驅(qū)動前端的刀軸旋轉(zhuǎn)，并帶動刀軸和刀盤旋轉(zhuǎn)進(jìn)而切削冰雪，中國已經(jīng)成功研制出了這種機型(CX-30型)[12-17]。臥銑錘擊式除冰機采用一個回轉(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除雪工作，它有帶斗式的裝雪機、螺旋式裝雪機等。帶斗式裝雪機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率，并增加了工作時間與人力的使用，用這些除雪車輛無法精準(zhǔn)地掌控除雪除冰的力度，從而會對路面造成破壞。

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)，減少對路面的損傷，已經(jīng)成為如今該領(lǐng)域重點關(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，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，渦輪增壓。經(jīng)液壓四輪同時驅(qū)動，抓地力強，適用于冰雪打滑地面。同時，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、滑行道和停機坪。其所擁有的推雪板、滾刷和吹雪機既可以單獨使用，也可以同時工作。其滾刷長度為4 200 mm，滾刷直徑為914 mm，高性能吹雪機氣流量達(dá)530 m3。該車采用液壓進(jìn)行驅(qū)動，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)及時間上的浪費，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，當(dāng)選擇安裝撒布機A和撒布機B時整車長度為10 085 mm，整車高度為3 490 mm；當(dāng)選擇安裝C型撒布機時整車長度為9 905 mm，高度為3 150 mm，在作業(yè)時可安裝上除雪鏟和滾刷，實現(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，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動作，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

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。路面除雪過程中會遇到未知的阻礙物，而除雪車的自動避讓能力較差，會導(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

(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)過路面時會對其造成一定的損害；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，這極大浪費了資源。為了使多功能除雪車四季通用，車體應(yīng)設(shè)計為每一個除雪工具都可進(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)，而且更加注重對環(huán)境的保護(hù)，電動車的出現(xiàn)使得許多除雪車不再使用柴油機作為其動力，改用電力作為驅(qū)動動力。

(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，盡可能增加自動避讓系統(tǒng)以保證駕駛?cè)藛T的安全。