基于主車動力驅動的融雪劑撒布車及其液壓系統設計

鄧 銳

（太原高速公路有限公司 機械化養護中心，山西 清徐 030400）

1 融雪劑撒布裝置的基本性能

以機械式撒布車將融雪劑快速和均勻地撒布在落雪表面，使得落雪的冰點迅速降低，由固態雪轉變為液態水流出路面是嚴寒冬季高速公路快速除雪的基本理念和作業工序。雖然融雪劑除雪成本較高[1]，但由于工藝簡單和除雪較為徹底仍被廣泛應用。眾所周知，落雪后使道路盡快通行是高速公路管理和養護部門長期追求的目標之一，但使落雪由固態雪轉變為液態水流出需要一定時間，即落雪通常表現為固態雪（自然松散狀態、初壓雪和壓實雪），在其上布撒融雪劑后轉變為液態水的時間（以下簡稱融雪時間）周期取決于下述因素：

1.1 融雪周期影響因素

a)落雪形態使融雪時間變化頗大，因此落雪后盡快施行融雪劑撒布，盡量避免原始雪形態的改變。

b)落雪厚度與排雪時間基本呈現直線正比關系。

c)融雪劑撒布密度與融雪時間成反比，但融雪劑在雪中的含量不能過大，以免對道路周邊環境（植物的正常生長和地下地表水）造成過大影響[2]。

1.2 融雪劑撒布車應具備的基本功能

根據上述分析，作為目前高速公路冬季除雪專用設備的融雪劑撒布車應當具備下述基本功能：

a）融雪劑均勻撒布。為達此目的，撒布車的料斗橫斷面應為一定角度的V型結構，以便均勻順利落料且無落料死角；具有轉速穩定的螺旋出料系統；撒布裝置動力穩定和強勁。

b）車行速度穩定且具有較大的速度范圍。車速穩定是保證融雪劑均勻撒布的另一重要條件。為了適應落雪厚度的差異，具有較大的速度范圍即能夠實現不同撒布密度以與落雪厚度的差異相適應。

c）作為一種高速公路清除落雪障礙的應急作業設備，融雪劑撒布車在滿足基本功能前提下應結構簡單、作業可靠和使用維護方便。

2 現有撒布車基本性能和結構評價

為使雪后道路盡快通行，目前常用撒布融雪劑完成除雪。如山西省高速公路養護部門大量保有的TXSBJ-10自行式融雪劑撒布車采用EQ153為載車行走底盤，以車載12 kW小型汽油機帶動液壓油泵輸出動力來完成工作裝置作業。雖然其性能能夠滿足基本要求，但該車的下述問題是明顯的：

a)小型汽油機是典型的高速小扭矩動力裝置，而撒布車工作裝置是由螺旋出料和撒布裝置組成，這些裝置均由低速大扭矩馬達（液壓執行裝置）驅動，因此所用汽油機顯然無法與之形成良好的匹配，結果使其作業裝置極易出現超負荷熄火問題。

b)置于撒布機后部的小型汽油機在作業過程中長時間受融雪劑的腐蝕又難以清洗，故障頻發，工作壽命受到很大影響，也使修理費和燃油費用大幅提高。

有鑒于這些問題和本文前述對撒布機的基本技術要求，太原高速機械化養護中心對TXSBJ-10自行式融雪劑撒布車的動力系統和液壓驅動裝置進行了必要的改進，并在實體除雪工程中取得了良好的應用效果。

3 液壓驅動裝置的改進和基本計算

采用液壓系統完成工作裝置的驅動對于撒布機這種扭矩多變的作業工況是合適的，液壓傳動有對外載荷自動適應的特性，但傳動效率較低，因此需要動力裝置具有一定的功率儲備，而原設計顯然功率較小。有鑒于此，考慮以載車主機進行動力分動驅動工作裝置液壓系統是一種可行的方案，它不僅能夠有效提高驅動功率，而且節省了原車載汽油機，能夠有效減少和規避作業時機械故障的發生頻率。為了完成撒布功能，融雪劑撒布車的工作裝置由融雪劑螺旋輸送裝置和撒布裝置組成，它們的協同動作連同載車的勻速行進構成了撒布車的作業工況。

3.1 螺旋輸送裝置

螺旋輸送裝置將V型料斗中的融雪劑依需要的數量勻速送出，為撒布裝置供料，其螺旋作業由液壓馬達經減速裝置直接驅動，馬達轉速800～1 000 r/min,系統壓力14 MPa。顯然，若選擇排量為18 mL/r的齒輪馬達，則所需流量為：

式中：Q1為螺旋輸送液壓馬達流量，L/min;n為馬達轉速，r/min；q為馬達排量，L/r;η為系統容積效率，可取0.9。

將已知參數代入式（1），可得螺旋輸送液壓馬達流量為18 L/min。

3.2 撒布裝置

撒布裝置將螺旋裝置輸送來的融雪劑呈圓形扇面拋灑到落雪表面上，其拋灑裝置的驅動軸由液壓馬達直接驅動，馬達轉速1 500 r/m，系統壓力14 MPa。顯然，若選擇排量為10 mL/r的齒輪馬達，則撒布裝置驅動馬達所需流量Q2為30 L/min（利用式（1）完成計算，過程略）。

顯然，由于螺旋輸送裝置和撒布裝置的協同動作，它們所需液壓系統流量為2個馬達各自流量的算術和，即：

3.3 液壓油泵的選型及其驅動功率

上述計算得出了所需液壓系統流量的理論值，對照我國液壓元件的產品系列，可選擇CB-32型齒輪油泵。同時，其基本技術參數為：排量32 mL/r，系統壓力14 MPa，根據主發動機額定轉速為1 600 r/min（由主變速箱第一軸直接輸出驅動，轉速范圍1 000～2 000 r/min，取 1 600 r/min為工作轉速），可以得到油泵的輸出流量：

撒布車配備的液壓油泵僅為驅動工作裝置所用，因此當螺旋輸送裝置和撒布裝置所需馬達流量和系統壓力已知前提下，所需液壓油泵選擇CB-32是合適的。其相應的驅動功率為：

式中：W2為液壓油泵的驅動功率，kW;P為液壓系統壓力，MPa;Q0為系統流量，L/min。

代入已知數據，得到油泵的驅動功率（取整數）為13 kW。

3.4 液壓系統油箱容量

液壓系統的油箱儲油不僅用于系統作業供油（循環），而且起到降低或保持系統油溫（最佳作業溫度40～60℃）的作用。油溫過低會降低作業效率，反之容易引起液壓油的內外泄露。從理論上講，油箱儲油以大為宜，但對撒布車這類行走機械來說，過大的箱容會減少車輛的其他荷載，也難以在有限的車廂空間內進行結構布置。所以油箱儲油容量可由下式進行選擇：

式中：V為油箱儲油容量，L;Q0為系統流量，L/min。

考慮到TXSBJ-10的作業為具有一定運行速度的流動作業（最大轉移和作業速度分別為100 km/h和40 km/h），因此液壓油箱具有良好的迎風散熱條件，故（4）式中的比例系數可取下限值。將已知參數代入式（4），可得到油箱儲油容量為76.8 L，實際設計取整數80 L（有效箱容）。

4 動力系統的升級改進及其功率的平衡

TXSBJ-10的載車底盤采用國產EQ153通用二類車，主車驅動功率W0為155 kW。其驅動功率的選擇是以滿載12 t和不低于100 km/h速度運行的標準工況配置。而融雪劑撒布車的設計滿載小于等于10 t（包括融雪劑及其容器箱總成）,正常作業速度不高于40 km/h，且作業地段為平整度優良和坡度很小（小于等于5%）的高速公路，由此能夠容易計算出該型融雪劑撒布車在正常作業狀態時至少保有30%～40%的儲備功率[3]，這些儲備功率在正常作業時因所需功率較小而閑置。這就為用于融雪劑撒布裝置的取力驅動創造了條件。

根據上述分析和計算，能夠列出融雪劑撒布車動力升級改造后全車新的動力驅動平衡式：

式中：W0為主車驅動功率，kW;W1為行車所需功率（取平均值70%），kW;W2為工作裝置液壓系統所需功率，kW;Wt為儲備功率，kW。

將式（5）進行移位，把已知參數代入后可得到TXSBJ-10的動力系統升級改進后的主車動力仍有33.5 kW的儲備功率（占主車驅動總功率的21.6%）。對于融雪劑撒布車這類工程車輛，其儲備功率的選擇和設計是比較合理的。

5 結語

升級改造后的融雪劑撒布車以主車（行走）動力經分動裝置帶動液壓系統進行動力輸出驅動工作裝置，較原車的小型專用內燃機驅動功率大大提高（特別是主車較大的儲備功率亦可作為工作裝置的儲備功率），徹底解決了原車因驅動功率不足常常出現的超負荷熄火問題，可使融雪劑撒布寬度由6 m提高到9 m，相應的作業效率提高了30%以上[3]。太原高速機械化養護中心已于2012年冬季完成了所保有全部TXSBJ-10融雪劑撒布車動力和液壓系統的升級改造，保證了所屬高速公路冬季除雪任務的盡快完成，實體工程應用的良好效果證明融雪劑撒布車的改進設計達到了預期效果。