一種多功能除雪車的冷態(tài)高壓吹除系統(tǒng)

劉尚宏

隨著我國道路交通的持續(xù)發(fā)展，冬季雪天道路尤其是高速公路上的機動車行駛安全越來越受到關(guān)注。如何保證雪天公路安全暢通，一直是公路管理部門的難點和重要課題。目前國內(nèi)清除積雪的手段、設(shè)備仍較為落后，效率偏低，難以滿足雪后公路快速通達的要求；而進口設(shè)備價格昂貴。因此，公路管理部門提出研制一種高效率、低成本，適應(yīng)我國道路交通快速發(fā)展需要的公路用多功能除雪車，以有效解決上述難題。

1 國內(nèi)公路除雪車現(xiàn)狀簡析

國內(nèi)用于機場除雪的除雪車較多，專門用于公路的除雪車還極少。目前高速公路除雪仍普遍依靠效能低下的除雪設(shè)備甚至人力，如推土機、在汽車前面加裝推雪板、撒布融雪劑等辦法。

國內(nèi)有利用軍用殲擊機WP5航空發(fā)動機吹出的高速高溫氣流來吹除道面積雪的除雪車(如圖1所示)，除雪效率很高；但在使用中，高速高溫氣流容易燒傷道面，且耗油量巨大，單車油耗達到1 900 kg/h，使用成本極高，且必須采用航空燃油，功能單一，主要用于機場；若用于公路除雪，其巨大的沖擊力 會對過往車輛造成安全影響并會損壞路面設(shè)施，而且高溫氣流會造成非預(yù)期凝冰，不適合高速公路除雪使用。

圖1 配置航空發(fā)動機的除雪車及其前吹雪噴口(左下圖)、后側(cè)吹雪噴口

國內(nèi)也有利用柴油機驅(qū)動渦輪風(fēng)機進行吹雪，其吹雪效果較好，但柴油機功率也達到450 kW以上，噪聲大，油耗較高，使用經(jīng)濟性差；其風(fēng)量可達1 400 m3/min，有效射程遠(可達20 m)，因此工作時難免會對公路標(biāo)識牌、綠化帶造成損壞，甚至影響行過往車輛的行駛穩(wěn)定性，也不適合高速公路除雪使用。

還有一些除雪車，其吹雪裝置采用柴油機驅(qū)動離心鼓風(fēng)機吹雪，其風(fēng)量雖然很大，但氣流壓力較低，一般不超過20 kPa，僅適合北方寒冷地區(qū)吹除粘度小的浮雪；作業(yè)效率不高，車速一般不超過5 km/h，除雪殘留率高，吹除不徹底。

2 一種利用冷態(tài)高壓吹雪的多功能除雪車因需而生

針對國內(nèi)上述現(xiàn)有除雪車吹雪功能的不足，一種具備掃雪、吹雪、軋冰、融冰、烘干等功能多功能除雪車被研制出來。該多功能除雪車的主要結(jié)構(gòu)如圖2所示。

其吹雪功能通過冷態(tài)高壓吹除系統(tǒng)實現(xiàn)，可主要用于一次性徹底清除公路一個車道上厚度50 mm以下浮雪，或配合掃雪裝置吹除掃后殘留的浮雪，也可以配合軋冰裝置和盤刷吹除破碎掃除后殘留的浮冰，做到即下即清。

冷態(tài)高壓吹除系統(tǒng)主要利用空氣壓縮機產(chǎn)生的高壓氣流進行浮雪吹除或掃后殘雪、破冰后殘冰的吹除作業(yè)；也為融冰烘干裝置提供高壓氣流以輔助烘干。該多功能除雪車的冷吹除系統(tǒng)主要參數(shù)如表1。

表1 多功能除雪車的冷吹除系統(tǒng)主要參數(shù)

3 冷態(tài)高壓吹除系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)與功能特點

冷態(tài)高壓吹除除雪是該多功能除雪車的重要功能之一。它主要由柴油機動力壓縮機組、前吹除裝置、后吹除裝置、控制系統(tǒng)等構(gòu)成(如圖2)。

3.1 壓縮機組

壓縮機組是冷態(tài)高壓吹除系統(tǒng)的核心，安裝在多功能除雪車車廂內(nèi)(如圖2所示)。它采用柴油機驅(qū)動空氣壓縮機產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定的高壓氣流，通過前、后吹除裝置進行吹雪作業(yè)，通過合理控制壓縮空氣壓力和流量的控制氣流吹雪的有效射程，滿足高速公路一個車道除雪作業(yè)；不會對過往車輛或路邊設(shè)施造成破壞，同時采用冷態(tài)氣流吹除，不會破壞路面，還可避免非預(yù)期融雪凝冰，提高了路面通行安全性，實現(xiàn)不封閉交通前提下實現(xiàn)隨下隨清。

圖2 多功能除雪車結(jié)構(gòu)示意圖

其柴油機具有冷啟動進氣加熱裝置，確保低溫環(huán)境啟動；空氣壓縮機采用原裝進口件，流量大、壓力高、可靠性好。

整個壓縮機組結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，自質(zhì)量輕，動力平衡性好，振動、噪聲較小，可實現(xiàn)無基礎(chǔ)運轉(zhuǎn)，適合在移動作業(yè)的專用汽車上使用；維持恒定壓力，自動化程度高，適應(yīng)性好；根據(jù)設(shè)定氣流、壓力自動控制柴油機轉(zhuǎn)速，節(jié)油、能耗低，使用經(jīng)濟性好；可實現(xiàn)遠程操控，操作維護方便。

3.2 前吹除裝置

前吹除裝置主要用于吹除厚度50 mm以下浮雪，配合滾刷吹除掃后殘留浮雪。如圖3所示，前吹除裝置位于駕駛室前下方、汽車前輪之前，以避免積雪被車輪碾壓造成吹除困難，吹除更有效。前吹除裝置由固定支架、前吹除支架、滑動臂、升降油缸、滑動油缸、噴嘴、管路、控制閥等構(gòu)成。固定支架安裝在汽車縱梁前端，前吹除支架立柱穿過固定支架套筒，通過升降油缸實現(xiàn)升降作業(yè)；滑動臂穿過前吹除支架導(dǎo)管后通過滑動油缸與前吹除支架相連接；噴嘴、控制閥、前吹除管路通過U型螺栓固定在滑動臂上，通過滑動油缸的伸縮可實現(xiàn)滑動臂和噴嘴的左右移動，滑動油缸伸長時，噴嘴隨滑動臂右移，滑動油缸縮短時，噴嘴隨滑動臂左移。

圖3 前吹除裝置結(jié)構(gòu)示意圖

前吹除裝置的噴嘴為可調(diào)節(jié)方向的萬向結(jié)構(gòu)，可進行手動調(diào)節(jié)噴嘴方向，改變噴嘴和與路面夾角。噴嘴共4個，分別由控制閥控制，開啟左側(cè)2個噴嘴可實現(xiàn)從左向右側(cè)吹除；開啟右側(cè)2個噴嘴可實現(xiàn)從右向左側(cè)吹除；開啟中間2個噴口，可實現(xiàn)從中間向兩側(cè)吹除(如圖4所示)。

圖4 前吹除作業(yè)示意圖

前吹除裝置的控制閥采用氣控球閥，為常閉結(jié)構(gòu)，接通24 V直流電源控制電磁閥實現(xiàn)氣缸的動作進行控制閥的開啟，斷開電源，控制閥關(guān)閉。這種電控氣閥便于實現(xiàn)遠程操作，使用非常方便。

工作時操作除雪車操縱系統(tǒng)，將前吹除裝置下落至工作高度，啟動空壓機組、開啟左側(cè)或右側(cè)、中間相應(yīng)控制閥，接通氣源，可進行向左或向右、向兩側(cè)吹除作業(yè)；工作中可根據(jù)需要任意切換吹除方向。實際應(yīng)用中，左側(cè)車道可向左或向兩側(cè)吹除，中間和右側(cè)車道采取向右側(cè)依次吹除，工作中可操作除雪車控制系統(tǒng)使滑動液壓油缸伸縮，噴嘴可隨滑動臂向左或向右滑動500 mm，以保證彎道或外側(cè)車道外側(cè)無漏吹現(xiàn)象；工作結(jié)束后，操縱除雪車控制系統(tǒng)，關(guān)閉控制閥，切斷氣源，使前吹除裝置回位升至運輸高度。

3.3 后吹除裝置

后吹除裝置主要配合盤刷，吹除掃后浮雪、破碎清掃后殘留浮冰。后吹除裝置位于汽車縱梁下后輪前部，由支座、連桿、導(dǎo)風(fēng)罩、升降油缸、噴嘴、懸鏈、控制閥、高壓軟管等組成，如圖5所示。

圖5 后吹除裝置結(jié)構(gòu)圖

后吹除裝置的導(dǎo)風(fēng)罩通過連桿與固定在汽車縱梁上的支座相連，通過升降油缸實現(xiàn)升降。導(dǎo)風(fēng)罩前后下緣均安裝有橡膠板，既能保證工作中下緣與地面盡可能貼合，也能避免下緣與地面刮擦損毀路面。懸鏈上端固定在車架上，下端固定在導(dǎo)風(fēng)罩上，當(dāng)升降油缸伸長，導(dǎo)風(fēng)罩落下至懸鏈拉緊后，升降油缸下端可在在下支座長槽內(nèi)滑動，此時導(dǎo)風(fēng)罩不再下落。

噴嘴固定在導(dǎo)風(fēng)罩左端，噴嘴方向可調(diào)。通過高壓軟管、控制閥與空氣壓縮機組相連接?？呻S導(dǎo)風(fēng)罩升降，從左側(cè)向右側(cè)吹除。

調(diào)節(jié)導(dǎo)風(fēng)罩時，落下導(dǎo)風(fēng)罩，導(dǎo)風(fēng)罩離地間隙可通過調(diào)節(jié)懸鏈的長度進行調(diào)整，后部橡膠板下緣盡可能與地面貼合，前部橡膠板下緣保證離地間隙30～50 mm，保證工作中地面殘雪(殘冰)能夠進入導(dǎo)風(fēng)罩內(nèi)被吹除，而又不被掛起造成擁堵為宜。

工作時，操縱除雪車液壓系統(tǒng)，升降油缸伸長，噴嘴隨導(dǎo)風(fēng)罩下落至工作高度，當(dāng)升降油缸下鉸接點到達下支座長槽中間位置時，導(dǎo)風(fēng)罩和噴嘴到達工作高度，此時懸鏈張緊，升降油缸下鉸接點懸浮，開啟空壓機組氣源、控制閥，按車道依次由內(nèi)向外進行側(cè)向吹雪作業(yè)。

工作中，后吹除裝置遇到地面突出障礙物時，導(dǎo)風(fēng)罩會繞連桿上鉸接點向后上方升起，直到升降油缸下鉸接點到達下支座長槽下端時，導(dǎo)風(fēng)罩到達避障的最大高度。如遇到較高障礙物時，可操作液壓系統(tǒng)使升降油缸縮回，導(dǎo)風(fēng)罩會升到最大高度。

工作結(jié)束后關(guān)閉氣源、斷開氣動控制閥，操縱液壓系統(tǒng)，液壓油缸縮回，導(dǎo)風(fēng)罩升至運輸高度。

后吹除裝置設(shè)置導(dǎo)風(fēng)罩，即可保持氣流，增強吹除效果，也可避免飛濺，實用性強，具有氣流集中、擴散角小、能量利用率高、沖擊力大等特點，克服了純空氣氣流吹雪作用力分散、能量擴散角大、沖擊力小、能量損失大等缺點；大幅度提高了吹雪效率，經(jīng)過實踐，其效果良好。試驗表明，這種裝置使空壓機組所需功耗也明顯降低。

3.4 操縱控制系統(tǒng)

操縱控制系統(tǒng)采用電、氣、液聯(lián)合控制?？紤]到除雪作業(yè)低溫環(huán)境和工作安全，操縱控制系統(tǒng)采用了雙重操作功能，在除雪車駕駛室內(nèi)和車廂內(nèi)均設(shè)有操作系統(tǒng)，根據(jù)工作或維護情況可自由選擇在駕駛室內(nèi)或車廂內(nèi)操作，實現(xiàn)空壓機組的遠程啟動、加載、前后吹除裝置的升降、控制閥開啟等。使用維護操縱極為方便。

4 結(jié)束語

該冷態(tài)高壓吹除系統(tǒng)已在多功能除雪車上得到應(yīng)用(實車如圖6)。使用情況表明，它吹雪徹底，對路面無損壞，對不封閉交通路面的過往車輛不會造成安全影響。根據(jù)冰雪狀況，它可單獨作業(yè)，也可配合掃雪、軋冰、融冰烘干輔助作業(yè)；應(yīng)用范圍廣，既可用于高速公路的大面積除雪，也可用于機場跑道、市政街道、廣場的除雪作業(yè)。該系統(tǒng)已申請實用新型專利(專利號：ZL201120179556.3；ZL201120173464.4；ZL201120173466.3。)

圖6 采用冷態(tài)高壓吹除系統(tǒng)的多功能除雪車及其前吹除裝置(左下圖)、后吹除裝置