城市道路冰雪清除技術現狀及發展

李亞芹 莊騰飛 邱新偉 王俊發

城市道路冰雪清除技術現狀及發展

李亞芹 莊騰飛 邱新偉 王俊發

文章對國外及國內的機械式冰雪清除技術現狀進行了分析，提出目前我國機械式除雪存在技術水平低、作業效率低、功能單一、避讓功能不理想、對路面保護能力差等問題，同時指出我國除雪機械將朝著小型化，多功能化、高可靠化、高效率化、安全化、舒適化方向發展。

我國北方大部分地區冬季降雪期每年長達3～5個月，一些高寒地區降雪期可持續5～6個月左右，而且降雪周期長、雪量大、范圍廣。路面積雪經過車輛和行人的反復碾壓、溫度變化引起的反復融凍及汽車尾氣和泥土、沙粒等雜質的共同作用形成了表面結冰、內部含雜、質地堅硬且與路面粘結牢固的堅實冰雪。圖1所示為佳木斯市學府路2012年12月出現的冰雪路面；圖2所示為佳木斯市四豐路2014年3月出現的冰雪路面。

堅實冰雪覆蓋的道路表面光滑，附著系數和摩擦因數較低，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，哈同高速發生13起車輛連環相撞事故，87輛車嚴重受損，直接原因就是道路積雪結冰。在冰雪道路上行駛的車輛發生交通事故的幾率是正常天氣的2倍。全國平均每年由于道路積雪結冰給國家造成的直接經濟損失達數十億元。

不僅如此，Jelisejevs等人對拉脫維亞洲際公路網的調查分析指出，由于道橋積雪結冰，致使車輛的燃料消耗增加約33％，同時尾氣排放量也大幅增加，加重了環境污染。因此，快速清除道路積雪具有重要的現實意義。

國外機械式除雪技術現狀

圖1　佳木斯學府路冰雪路面

圖2　佳木斯四豐路冰雪路面

在國外，城市人口密度、車路比例都比較小，降雪清除及時，基本不存在堅實冰雪。因此，國外以研究清除浮雪為主。迄今為止，國外浮雪清除設備多為專業化生產，除雪技術已相當成熟，該類除雪機械的代表公司有圖3和圖4所示的德國DAIMLER-BENZ公司的Unimog；瑞典SCANIA公司生產的G858X-2型除雪鏟，如圖5所示；美國卡特彼勒公司的143H除雪機，如圖6所示；以工程、農業車輛為主機擴展的除雪機結構緊湊，機動靈活，越野性好，具有行走和作業兩個速度檔，具有代表性的是美國BOBCAT（山貓）公司，如圖7所示美國山貓公司的863V形推雪鏟和圖8所示山貓公司的FH-501拋雪機。

CASE及山貓公司針對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，浮雪清除設備多為專業化生產且技術已相當成熟，但道路堅實冰雪清除設備及相關技術還不夠完善。

國內機械式除雪技術現狀

圖3　德國DAIMLERBENZ公司的Unimog

圖4　集雪運輸一體機

圖5　瑞典斯堪尼亞G858X-2型推雪鏟

圖6　美國卡特彼勒公司143H除雪機

圖7　美國山貓公司FH-863V形推雪鏟

圖8　美國山貓公司生產的FH-501拋雪機

我國機械式除冰雪技術始于上世紀70年代末，研究及生產單位大多集中在我國冬季降雪較多的北方地區。清除浮雪機械以鏟式、螺旋拋雪及清掃器為主，其技術主要來源于國外，因此，相對較為成熟。

針對堅實冰雪的清除技術起步相對較晚，2001年起佳木斯大學李喬非、吳洪山等先后研制了JDShX3200型除雪機和圓盤滾動直線切削式清雪機。2005年，吉林大學馬文星、鄧洪超等對多功能清雪機具的工作機理及參數優化進行深入的研究，研制了碾壓磙式多功能除雪車，其關鍵部件碾壓磙專門針對堅實冰雪。2007年起哈爾濱理工大學邵俊鵬等對振動式清雪機理及參數優化進行了深入的研究。

目前國內已開發出多種原理、多種型號的冰雪清除設備并投入使用。如哈爾濱林業機械研究所研制的CBX-216型綜合破冰除雪機；長春大學機械工程學院程憲春研制的ZH1200型組合式破冰除雪機；吉林工業大學與吉林省公路機械廠聯合研制CB1500型堅實冰雪清除機；徐工生產的ZL50G型滾輪式振動除冰裝載機。另外代表性的產品還有：哈爾濱雪狼除雪機械設備有限公司生產的用于清除堅實冰雪、硬質冰雪的CXL-IIID型清雪機，如圖10所示；雪狼2號CSYZ-I多功能清運裝載轉運設備，如圖11所示；雪狼4號除雨冰機，適用于室外溫度-1℃～-15℃時，清除雨加雪在路面形成的薄冰，如圖12所示；哈爾濱中誠科技發展有限公司生產的雪獅清道夫XSP-I型除雪機，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型硬質冰雪清雪機

圖11　雪狼CSYZ-I多功能清運裝載轉運設備

圖12　雪狼4號除雨冰機

圖13　雪獅清道夫XSP-I型除雪機

除雪機械存在的主要問題

經過多年的探索和研究，我國的路面冰雪清除技術和設備已取得了很大進步。但是從總體上看，路面除雪設備的研發和生產尚處于起步階段，除雪設備的技術水平還比較落后，主要體現在以下幾個方面。

（1）技術水平低、作業效率低。除冰雪設備在結構設計、制造、設備使用管理和性能維護等方面都存在問題。

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

（3）避讓功能不理想。我國現有的除冰設備大部分避障能力較差或根本無避障功能，在除冰雪作業中經常導致作業機具或者牽引主機的損壞。

（4）對路面保護能力差。在作業路面凸凹不平時，無仿形功能，除冰設備經常對路面造成破壞。

未來發展趨勢

（1）向小型，多功能化方向發展

目前除雪機械大多龐大、笨重、功能單一、作業時操作困難、占道嚴重、同時價格也比較昂貴。因而小型、多功能化的除雪機械將會有更好的應用前景。

（2）向高可靠化、高效率化方向發展

目前大多除雪機械以增大作業寬幅來提高效率，但作業速度較低，導致機器笨重的同時作業效率低。另外目前除雪機械可靠性差，特別是有液壓系統的除雪機，由于作業溫度多為零下20攝氏度，導致作業可靠性差易出現故障，因而可提高除雪機械的自動控制、自動保護能力以提高其效率及可靠性。

（3）向安全化、舒適化方向發展

由于除雪作業天氣惡劣，因而要提高除雪機的可操作性和安全性，同時可對現有工程機械、農業機械技術改進，設置防震、減噪裝置，提高操作的安全性及可操控性。

高效冰雪清除技術是研發效率高、越障性能優良、對路面損傷小、故障率低的新型破冰除雪設備的前提條件，精良的除雪設備是保障我國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，對推動寒冷、多雪地區國民經濟的發展具有重要的實際意義。因而先進的除雪技術研究勢在必行。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.17.037