機場跑道除膠車的發(fā)展現(xiàn)狀及研發(fā)方向

0 引言

隨著中國航空業(yè)的高速發(fā)展，民用機場航班起降頻率越來越高，跑道摩擦系數(shù)維護頻率也隨之提高，根據(jù)CCAR-140-R1《運輸機場運行安全管理規(guī)定》第八十條規(guī)定，表面摩擦系數(shù)低于維護規(guī)劃值時，機場管理機構(gòu)應當立即采取措施改善道面摩阻特性。近年來各民用運輸機場對除膠的需求越來越高，本文旨在研究機場跑道除膠車的前沿技術，并剖析國內(nèi)機場除膠作業(yè)特點，探討適合中國機場的除膠產(chǎn)品的研發(fā)方向。

1 定義及分類

飛機降落時，在輪胎接地之后由于制動系統(tǒng)啟動，輪胎與地面會劇烈摩擦，導致輪胎橡膠融化、剝離并附著在跑道上，隨著橡膠的積累，跑道摩擦系數(shù)會逐漸降低，飛機制動能力下降。機場跑道除膠車是用于清除機場跑道上附著的輪胎膠印，改善道面摩阻特性，提高摩擦系數(shù)的重要維護設備。根據(jù)原理的不同，機場跑道除膠車主要分為以下幾種類型：機械打磨式、化學溶劑噴灑式、高壓水射流式。

機械打磨式是通過機械方式打磨膠層，使其與路面分離，這種方法效率高，但是問題也很突出，極易損傷跑道，常見的拋丸法還容易損傷航空器。

化學溶劑噴灑式是通過噴灑化學溶劑使橡膠融化、脫落，從而清除膠層。這種方法的優(yōu)點是對水泥跑道幾乎沒有損傷，但是效率極低，同時污染環(huán)境，從環(huán)保及效率方面考慮，目前幾乎已經(jīng)淘汰。

來了一個人，正在打量投水似的神氣，把花條子襯衣下角長長的拖著，作成北京城大學生特有的丑樣子，在臉上，也正同樣有一派老去民族特有的憔悴顏色。

高壓水射流式是一種采用高壓/超高壓水射流沖擊路面膠質(zhì)，使其與路面剝離，從而達到清除膠質(zhì)、油漆、油污等目的。作業(yè)效率高，介質(zhì)清潔，無化學試劑污染，無砂粒等損傷地面及航空器，通過對壓力及車速等的精確控制，可以最大限度降低跑道的機械損傷，裝備回收系統(tǒng)還可以回收廢水、廢渣，防止二次污染。

近年來各民用機場及除膠施工單位對于除膠車操作便捷性、作業(yè)效率、作業(yè)安全、跑道保護、跑道清洗、環(huán)境保護等方面要求也越來越高，高壓水射流除膠技術在以上方面具有絕對的優(yōu)勢，已經(jīng)成為機場除膠的主流技術。

2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

真空回收與渦扇回收本質(zhì)上是一樣的，都是通過負壓產(chǎn)生氣流將廢水與廢渣帶走。但設計原理是不同的，真空回收方式是通過鼓風機的進氣端形成的負壓進行回收，一般采用羅茨風機或離心風機；渦扇回收方式是通過將噴桿設計成扇葉形狀，噴桿高速旋轉(zhuǎn)時即作為風扇產(chǎn)生氣流，這種設計不必裝備鼓風機，可以簡化系統(tǒng)，但缺點是空氣流量及風壓較小，回收效果不及鼓風機。目前絕大多數(shù)廠商采用真空回收系統(tǒng)，僅有美國Cyclone采用渦扇回收的方式。

受制于超高壓系統(tǒng)的技術壁壘，完全國產(chǎn)化的除膠車主要是采用高壓水射流技術，壓力較低，除凈率、效率均不理想，近年來各機場招標的除膠車均要求采用超高壓水射流技術，以進口整車為主，價格較高，由于需求的增長，國內(nèi)除膠車廠家也紛紛開始研發(fā)超高壓水射流除膠車，有望打破國外廠商的壟斷地位。

2.1 技術路線

目前，國內(nèi)采用超高壓水射流技術的除膠車制造廠商主要有威海廣泰、煙臺杰瑞、南通威而多，江蘇路鑫達等，國外制造廠商主要包括美國HOG、英國Jetting System、美國Cyclone、德國Traffic lines等，各廠商的技術路線各有差異，但大體上分為以下幾類：(1)從工作方式上分為前推式和橫向往復式；(2)從結(jié)構(gòu)上分為車載式和拖掛式；(3)從行走傳動方式上分為機械傳動和靜液壓傳動；(4)從回收原理上分為真空回收和渦扇回收。

忽然，兩只成年的雄性腫頭龍擋住了冥河盜龍的去路，與冥河盜龍相比，腫頭龍的個頭還是很大的。只見兩只腫頭龍一左一右地站在冥河盜龍前面，就像兩個門神一樣。腫頭龍低著頭，將頭頂上圓形的厚顱頂朝向前方，眼睛則緊緊地盯著冥河盜龍。

拖掛式分為兩種，一種實際上是車載式的延伸，采用車載式加裝拖車的的結(jié)構(gòu)，拖車上裝拓展水箱，主要目的是延長作業(yè)時間，這種拖掛式仍然具有自行能力，典型代表廠商是南通威而多、德國Traffic-lines。第二種是完全拖掛式，機組及水箱均裝在拖掛車上，沒有自行能力，需要拖車牽引，優(yōu)點是成本低，典型代表廠商是美國HOG、英國Jetting System。但無論哪種拖掛式，都有共同的缺點，那就是機動性差，操作難度大，并且不適合快速調(diào)動及撤離。

超高壓水射流系統(tǒng)主要由柴油機、超高壓柱塞泵、旁通閥、泄壓閥、安全閥、供水泵、過濾器、清水箱、清洗器等組成。供水泵為柱塞泵提供一定的進水壓力，防止柱塞泵吸空產(chǎn)生氣蝕導致?lián)p壞。超高壓柱塞泵為系統(tǒng)增壓，形成高壓高速水射流，最大壓力一般為40000psi。旁通閥是一種節(jié)流閥，通過控制閥芯開度調(diào)節(jié)旁通流量，從而調(diào)節(jié)進入噴嘴的水流量，達到調(diào)節(jié)射流壓力的目的。泄壓閥本質(zhì)上是一個開關閥，打開后會立即釋放系統(tǒng)壓力，用于快速切換高壓和低壓狀態(tài)。為防止系統(tǒng)超壓，超高壓柱塞泵應至少安裝一個安全閥，通常采用爆破片式結(jié)構(gòu)。清洗器是直接用于作業(yè)的機構(gòu)，是除膠車的核心部件之一，由馬達、噴桿、噴嘴、回收罩、腳輪等組成。馬達用于驅(qū)動噴桿旋轉(zhuǎn)，除膠作業(yè)時噴桿同時進行直線運動和旋轉(zhuǎn)運動，通過車速和噴桿轉(zhuǎn)速的合理配合，可以使射流軌跡完全覆蓋清洗器經(jīng)過的整個區(qū)域。噴桿通常采用“一”字形結(jié)構(gòu)，裝有多個噴嘴，噴嘴具有微孔結(jié)構(gòu)，常用的霧化射流噴嘴直徑一般從0.005英寸到0.015英寸，采用鎢鋼或藍寶石材質(zhì)。

《史記》中寫道：飛將軍李廣喝酒喝到很晚，回去的路上走到霸陵亭，被霸陵尉攔下。李廣雖然自報家門，霸陵尉卻仍牛哄哄地說：“大將軍尚且不允許夜行，何況你呢？”李廣只好在亭子里挨了一宿。可見到了秦漢時期，夜禁制度已經(jīng)頗為嚴格，就算是位高權(quán)重也不能逾矩。

天熱，拭汗時發(fā)現(xiàn)身后有人遠遠跟著，遲恒心里掂量了下，未去理睬。部里采訪，兩個人的安全主任不擔心，一是“司令”，二是遲恒。“司令”屬中老年猛男，去非法鞭炮廠偷拍，掛了彩還能護著相機沖出重圍，一口氣跑進鄉(xiāng)派出所，十里地，逼他們抓人。回來后請客，說這趟劃算，搞了八千醫(yī)藥費。遲恒長處是穩(wěn)，像刺猬，要咬它無從下口，幾次都是有驚無險。記者不算高危行業(yè)，但年年有人橫死橫傷，主任把“司令”、遲恒當?shù)队茫瑧暗幕钆善渌恕?/p>

機械傳動是通過在底盤傳動系統(tǒng)中增加一個減速箱，通過控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)超低速無級變速，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、可靠，傳動效率高，缺點是如果液壓系統(tǒng)也是底盤柴油機驅(qū)動的話，那么行走系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)不能同時工作。靜液壓傳動是通過底盤變速箱取力驅(qū)動液壓泵，液壓馬達通過分動箱驅(qū)動后橋，通過控制泵的排量從而實現(xiàn)超低速無級調(diào)速。優(yōu)點是由于柴油機可以恒轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，行走系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)可以同時工作，缺點是結(jié)構(gòu)復雜、傳動效率低。絕大部分廠商采用靜液壓傳動，僅有Jetting System標配機械傳動。

歐美國家民用運輸機場起步早、規(guī)模大、流量大，因此除膠技術也較成熟，在裝備及相關配套的研發(fā)及應用方面處于領先的地位。盡管中國航空業(yè)近年來發(fā)展迅速，但與歐美國家相比規(guī)模仍有差距，除膠設備的市場較小，這成為阻礙除膠設備行業(yè)發(fā)展的主要因素。

綜上，目前機場跑道除膠車的主流技術路線是前推式、車載式、真空回收、靜液壓傳動。

2.2 配置及技術指標

回收罩用于聚集廢水和廢渣，也是回收系統(tǒng)的一部分。

3 基本設計要求

目前機場跑道除膠車沒有相關國家標準或民航標準，僅有機械行業(yè)標準JB∕T 11366-2013 《機場跑道除膠設備》，但其主要針對高壓水射流除膠設備，超高壓水射流除膠設備可以參考，同時還應參考機場相關管理規(guī)定：CCAR-140-R1《運輸機場運行安全管理規(guī)定》；CCAR-331SB-R1《民用機場航空器活動區(qū)道路交通安全管理規(guī)則》；AC-140-CA-2010-3《民用機場飛行區(qū)場地維護技術指南》；MH5001-2021《民用機場飛行區(qū)技術標準》。

4 基本系統(tǒng)組成

超高壓水射流機場跑道除膠車主要包括行走系統(tǒng)、超高壓水射流系統(tǒng)、回收系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)六部分。

4.1 行走系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)主要用于清洗器的展開和撤收、廢水箱的舉升、驅(qū)動噴桿馬達、行走馬達以及供水泵、鼓風機等。主要包括液壓泵、閥組、液壓油箱、冷卻器等，通過底盤取力器驅(qū)動一個或幾個液壓泵。靜液傳動行走系統(tǒng)為閉式系統(tǒng)，其他輔助執(zhí)行元件一般采用開式系統(tǒng)。

4.2 超高壓水射流系統(tǒng)

前推式和橫向往復式各有優(yōu)缺點，前推式結(jié)構(gòu)簡單，成本低，可靠性高，作業(yè)時清洗器隨車輛推進，前進速度快，但是方向不易控制，易出現(xiàn)重疊率過大或者遺漏的情況，對操作人員的操作技能要求較高。如果清洗器寬度較小，還需要多次調(diào)頭，降低效率。橫向往復式結(jié)構(gòu)及控制都比較復雜，成本高，可靠性低。清洗器隨車輛前進的同時還需要橫向往復運動，由于可以靠程序精確控制清洗器的運動軌跡，重疊率可以精確控制。但是這種原理決定了車輛前進的速度很慢，對超低速行走的穩(wěn)定性要求很高，優(yōu)點是車輛前進的方向更容易控制，且除膠寬度較大。從效率的角度看，相同功率的情況下，二者效率差別并不大，但是從用戶的角度，更低的成本和更高的可靠性更具有吸引力，因此，國內(nèi)市場上很少有采用橫向往復式的作業(yè)方式。國內(nèi)外生產(chǎn)橫向往復式除膠車的廠家不多，國內(nèi)只有江蘇路鑫達，國外只有Jetting System。車載式除膠車采用二類底盤改裝，自帶超高壓泵機組及水箱，具備自行能力，機動靈活，適用于機場內(nèi)快速撤離及機場之間的調(diào)動。

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除膠車的關鍵技術指標主要包括除膠效率和連續(xù)作業(yè)時間，與之相關的配置即為核心配置，各主要廠商相關技術指標及核心配置見表1：

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腳輪用于支撐清洗器，使清洗器能夠隨車推進并使噴嘴保持固定的離地間隙。

對于橫向往復式清洗器，還包括一套軌跡控制系統(tǒng)，通過復雜的算法使噴桿保持穩(wěn)定的往復軌跡，并精確控制重疊率。

4.3 回收系統(tǒng)

回收系統(tǒng)用于回收除膠作業(yè)過程中產(chǎn)生的廢水和廢渣。常見的方式是真空回收，也有采用渦扇回收，真空回收系統(tǒng)一般包括鼓風機、空氣過濾器、負壓軟管、廢水箱和回收罩。

ZHANG Min-min, LI Zi-fu, LI Qiang, CHEN Lei, ZHU Xuan, JIANG Yi, WU Tao, ZHANG Yong-wei, YANG Peng-fei, LIU Jian-min,DENG Ben-qiang

鼓風機為系統(tǒng)提供負壓，通常采用機械傳動或者液壓傳動。空氣過濾器用于過濾廢水和廢渣，一般位于廢水箱與鼓風機之間，以保護鼓風機；負壓軟管應具備一定的耐負壓能力，避免吸癟；

除膠作業(yè)時，廢水和廢渣聚集在回收罩中，通過控制回收罩的離地間隙以獲得高速的氣流，將廢水和廢渣收集到廢水箱。

廢水箱應具有排水和排渣功能，通常采用手動或氣動碟閥排水，液壓舉升排渣。

“高校固定資產(chǎn)管理平臺”促進了學校固定資產(chǎn)信息的共享，可根據(jù)固定資產(chǎn)管理體系，建立不同的權(quán)限級別，在確保信息安全的條件下，開放校內(nèi)固定資產(chǎn)信息，來滿足不同權(quán)限用戶的需要，實現(xiàn)固定資產(chǎn)的優(yōu)化配置，并為學校固定資產(chǎn)相關決策提供依據(jù)。也可以將學校所有閑置固定資產(chǎn)信息經(jīng)平臺進行公布，凡確有需要的，可調(diào)撥使用，提高固定資產(chǎn)使用效益。

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4.4 液壓系統(tǒng)

采用靜液壓傳動系統(tǒng)時，底盤變速箱需提供取力接口，同時需要斷開傳動軸，加裝分動箱，用于切換底盤傳動系統(tǒng)和靜液壓傳動系統(tǒng)。采用機械傳動時，底盤也需要斷開傳動軸，加裝減速箱，但減速箱除了提供大速比用于超低速行走之外，還需要提供1:1的速比，用于高速行駛。

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4.5 氣動系統(tǒng)

氣動系統(tǒng)一般用于離合器、分動箱、取力器、減速箱等傳動部件的換檔，采用電控換向閥控制，考慮應急狀況，換向閥均應具有手動越權(quán)功能。

4.6 電氣系統(tǒng)

電氣系統(tǒng)用于除膠車各功能的控制，包括控制柜、控制臺、傳感器、照明燈等。采用PLC控制，結(jié)構(gòu)緊湊、技術成熟；控制臺為操作者提供操作界面，位于駕駛室內(nèi)，采用開關控制或者觸摸屏控制。當噴桿停轉(zhuǎn)或車停止前進時，如果超高壓射流仍在進行，則地面會立即損傷，為了避免這種情況，控制系統(tǒng)應具備車速、轉(zhuǎn)速、射流聯(lián)動邏輯保護功能。

5 國內(nèi)機場跑道的除膠作業(yè)特點

與歐美發(fā)達國家機場相比，國內(nèi)機場客流量及日均起降架次偏少，除膠作業(yè)有如下幾個特點：

5.1 機場除膠以外包為主

國內(nèi)絕大多數(shù)機場沒有配備除膠車，僅有白云機場、浦東機場、虹橋機場、雙流機場等日起降1000架次以上的機場配備了除膠車，可以自行除膠，其他機場均為外包作業(yè)。

5.2 除膠頻率普遍偏低

除了少數(shù)自有除膠車的機場除膠頻率較高，每月除膠3次左右，起降架次相對較多的部分省會級機場大約每年除膠2-3次，其他機場可能需要2-3年甚至更長的時間除膠1次，有些支線機場甚至從未除過膠。

5.3 膠層較厚且附著力強

大多數(shù)機場為了降低除膠費用，一般要等到膠層積累到足夠厚度，摩擦系數(shù)低于維護值時才招標除膠，因此外包除膠的機場膠層普遍偏厚且附著力強。

黑水虻可以對家蠅的滋生產(chǎn)生抑制作用。Sheppard推測黑水虻幼蟲可能會產(chǎn)生驅(qū)避家蠅的物質(zhì)，研究發(fā)現(xiàn)，家蠅幼蟲不適合在經(jīng)黑水虻幼蟲取食過的糞便中生長，黑水虻幼蟲生活的糞便中也不利于家蠅成蟲產(chǎn)卵，經(jīng)黑水虻處理后雞糞對家蠅具有100%的控制率，對小家蠅具有99.9%的控制率[11]。因此利用黑水虻處理畜禽糞便，有利于解決畜禽養(yǎng)殖過程中家蠅滋生的問題。

5.4 除膠作業(yè)沒有統(tǒng)一的驗收標準

盡管CCAR-140-R1《運輸機場運行安全管理規(guī)定》中規(guī)定了跑道摩擦系數(shù)的維護值，但大多數(shù)機場對于除膠作業(yè)的要求高于這個標準，以主觀判斷為主，因此，工程驗收沒有統(tǒng)一標準，不確定性較強。

5.5 單日作業(yè)時間短

大多數(shù)機場的停航時間是凌晨1點到5點，大約4個小時的時間，除去進場、離場以及跑道FOD檢查時間，每天實際除膠時間最多3.5小時。有些起降架次特別少的機場的停航時間也可能較長，但是這種機場除膠作業(yè)量一般也很小，實際作業(yè)時間也很短。

6 研發(fā)方向

針對國內(nèi)機場除膠作業(yè)的特點，除膠車廠商在研發(fā)產(chǎn)品時不能簡單的照搬國外除膠車的技術路線或者作業(yè)參數(shù)，而應因地制宜，避免出現(xiàn)利用率不高或者性能不足的情況，有以下幾點建議:

6.1 研發(fā)適合城市穿梭的除膠車

機場跑道除膠車雖然是用于機場跑道除膠，但是由于絕大部分機場不配備除膠車，除膠施工單位通常會配備一輛或者幾輛除膠車覆蓋數(shù)個機場，這就需要除膠車可以合法上路，且具備高速行駛能力。

6.2 研發(fā)適合多種膠層狀況的除膠車

國內(nèi)現(xiàn)有的大多數(shù)除膠車均采用寬幅清洗器，在膠層較薄的區(qū)域這種配置有一定的優(yōu)勢，但是在膠層較厚區(qū)域，射流沖擊力分散的缺點就會暴露出來，出現(xiàn)無法一次除凈的問題，雖然可以通過減少作業(yè)噴桿的方式解決，但是更換噴嘴或者噴桿一般不允許在跑道上進行，實際作業(yè)只能通過反復多次除膠的方式進行，效率大大降低。窄幅清洗器應對厚膠有明顯的優(yōu)勢，但是對于較薄的膠層，雖然可以通過提高車速來彌補寬度的不足，但需要多次調(diào)頭，并且重疊率相對較高，效率也會有所下降。

因此，研發(fā)一種可以實時快速調(diào)整作業(yè)寬度或者噴嘴配置的除膠車更適合中國的國情。

6.3 合理配置水箱容量

清水箱和廢水箱的容量并非越大越好，而應該根據(jù)實際連續(xù)作業(yè)時間進行合理配置，根據(jù)國內(nèi)機場的特點，連續(xù)作業(yè)時間3.5-4小時是一個比較合理的配置。另一方面，清水箱和廢水箱的容量配比應合理，對于回收效率較高的真空回收系統(tǒng)，廢水箱的容量應不小于清水箱的容量。

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