文_晨夕
冰雪奇缘
——扒一扒冬天里使用的那些专用车
文_晨夕
冰雪来临的季节,不仅有难得一见的美景,更有平时少见的那些冰雪专用车。各式各样的冰雪专用车,在除雪铲冰方面可谓是效率奇高,瞬间就能把冰雪清理干净,人们的冬季交通也得到了保障。
当你身处炎炎夏日,常常会看见洒水车在街道上来回往来,为炽热的空气注入些许凉爽。但当冬季来临时,不仅有瑟瑟的寒风,可能还会时不时迎来漫天的雪花,如果温度乍暖还寒,还会让不忍离去的冬雪化为冰晶,此时,我们就能看到一些只有在冬天才能见到的专用车。它们中有推走厚厚积雪的除雪车,也有清扫轻薄雪层的扫雪车;有利用融雪盐消融积雪的撒盐车,也有将成堆积雪融化的融雪车。这些车辆不仅是冬天里独有的一道城市景观,同时也是交通畅通的重要保障。
冰雪专用车通常都是采用自卸车底盘,然后进行适应性改进,再安装上经过特殊设计的除雪装置。很多市政部门会针对不同的人行道、自行车道、小路选用更小一些的冰雪专用车。在温带或者寒带地区的国家,道路维护部门或者承包商通常都拥有自己的冰雪专用车队,以保证道路不受冰雪影响和提高驾驶安全性。对于机场来说,他们也需要拥有自己的冰雪专用车辆,这些车辆除了为飞机表面除冰,还要为飞机跑道和滑行跑道除雪铲冰,一旦这些跑道上有冰雪就会在飞机起飞和降落时影响它的航空动力学性能,导致严重的事故发生。今天,我们就来扒一扒国外的冰雪专用车,看看这些专用车产品在国外的使用情况。
人们除雪的历史最早可以追溯到中世纪时期,早期的除雪工具也仅仅是一些铲子或扫帚,除雪范围仅仅局限于人行道和小型道路上。在机械化交通工具普及以前,除雪工作并没有得到应有的重视,特别是一些非铺装道路,一旦下雪或者结冰时,路面不仅崎岖不平而且十分危险。多数农民不得不将马车变成雪橇,以便在运送木材等重型货物时相对容易一些。在美国北部和加拿大的早期居民社区中,当地人甚至还会采用家畜拉动的雪滚来压实大雪覆盖的路面,这也可以认为是最早的“冰雪专用车”。这种压实冰雪的做法使冰雪存留的时间更长,也让雪橇行驶起来更加轻松。有些地方还会专门雇佣人负责扩大冰雪覆盖路面的范围,他们将雪铺洒到桥面等没有冰雪的地方,当然,他们的主要目的还是增加可以使用雪橇的路线,方便交通运输。
然而,随着城市规模的扩大和铺装道路的不断增加,为道路铺雪的做法逐渐被放弃,原因很简单,铺雪路面更滑,会给行人和车辆交通带来更大危险。有资料记载的世界上最早的除雪车专利出现在1840年,但是直到1862年,这一专利才在美国密尔沃基的马拉除雪车上得到实践。马拉除雪车很快在其他城市被广泛应用,特别是那些经常遭遇大雪的地区。
1913年,第1款机械化除雪车问世,它采用的是卡车的车身。机械化除雪车最大的进步之处是引入了机械化的操作,这也让除雪效率大大提高,并且减少了以往除雪时需要的大量人力。
到20世纪初期,随着汽车和航空领域的发展,越来越多的大型机械化除雪车辆开始被采用。对于机场,即便是极其轻微的雪层或冰面都能造成严重的航空事故,所以机场方面一般都会在机场周边竖起防雪栅栏抵御随风飘来的雪,同时,他们也开始组建能够在恶劣天气中清理飞机跑道的车队。
随着汽车的大范围普及,人们发现传统的除雪车并不能保证所有道路上的冰雪都能够被清除干净,因此,撒盐车应运而生。这种车辆能够通过撒盐来加速冰雪的融化。开始时,除雪撒盐车并不受欢迎,因为这种除雪方法不仅使桥梁等金属结构腐蚀,还会弄脏行人的鞋子;然而,随着交通事故的不断增加,到20世纪20年代末,反对的声音才逐渐平息,美国的大多数城市开始使用盐和沙土除雪或铺路,以保证交通行车的安全。20世纪60~70年代,人们对于环境保护的意识越来越强,反对撒盐车的呼声再次出现,这也使得人们不得不开始尝试替代融雪盐的更高效的除雪剂。随着机械技术的不断发展,各式各样的冰雪专用车不断涌现,这也令从前被冰雪覆盖的冬季道路不再存在诸多的危险隐患,人们在冬季的日常生活得到更好的保障。
冰雪专用车通常都采用自卸车底盘,由整车厂或者专业改装厂设计上装。典型的除雪车通常具有以下特征:将普通车辆上的部分钢材质替换为防腐性强的铝合金或钢化玻璃材料,暴露的电子元件须经过防水处理,车辆上装采用经过特殊设计的货箱,前部安装除雪设备臂架,选用通过性更好的车轮,保险杠经过加强处理,前大灯亮度更高,增加警示灯和更多的车身反光标识,等等。其他一些常见的特殊改进还包括采用雨水胎、泥地胎、冬季胎替换原装轮胎,减小轴距以提高车辆的操控性能等。同时,更小规模的除雪铲冰作业需要尺寸更小的冰雪专用车。在加拿大,皮卡车辆也能改装成除雪车,这些车辆的前部增加了除雪铲,后部则增加了除冰装置;也有些地方在除雪车底部的车轴之间增加了除雪铲冰装置,以平衡车辆底盘的应力作用。
在多数国家,冰雪专用车一般都装配琥珀色的警示灯,表明自己以低于当地限速的车速行驶,以减少与其他车辆发生交通事故的几率。在其他地区,也有采用其他颜色警示灯的冰雪专用车。例如在加拿大的安大略省,冰雪专用车就采用了应急服务车辆的蓝色警示灯。也有些地方的管理机构将冰雪专用车的车身颜色涂为橙色或黄色,这种颜色在冰雪覆盖的白色环境中更加显眼。
用于清除人行步道或小路上冰雪的车辆,一般都选用尺寸比较小的卡车底盘或者定制化的底盘。这些车辆通常都具备多种用途。除了除雪铲冰装置,它们还能装配清扫刷、割草机、车载起重机等设备,以保证车辆在非冰雪天气也能发挥作用。由于在功能上的差异化,管理部门或运营商能够尽量缩减车队的规模,以降低运营成本。
现代化的冰雪专用车已经普遍采用卫星定位联网系统,这样驾驶员能够提前了解天气情况,进而尽早规划工作线路和区域,比如有些下过雪的地方可能会下雨,这种天气就有可能冲走刚刚铺好的防滑砂石,如果提前规划好工作路线就能避免重复劳动。现在更加先进的冰雪专用车甚至能够综合分析天气、道路状况,为车辆选择适合的除雪装置。
此外,多数冰雪专用车都是依靠轮胎行驶,有时也会在轮胎上加装防滑链或者防滑钉,也有些地方的车辆会选用履带,这样车辆就能在冰雪路面畅行无阻。采用履带的非道路冰雪专用车典型代表是雪地履带式车辆,这种车辆通常装配除雪铲或者扫雪刷,用来平整滑雪道和雪地摩托场地,它还能替代缆车来运送人员。
由于特殊的用途,军用冰雪专用车通常都采用沉重的装甲,主要作战地区是极地地区和山区战地,这些车辆一般都是由战斗推土机或者高机动多功能轮式运输车改装而成。科索沃战争期间,联合国部队、南联盟部队、美国陆军都在欧洲中部采用了大量军用冰雪专用车;在冷战期间,英国皇家海军陆战队和英国皇家通信兵部队同样在北约与苏联的交接地带——挪威,部署了大量军用冰雪专用车。
国外的冰雪专用车一般都是由政府机构或私人承包商负责运营。对于一些每年都有固定降雪的国家,他们通常都会拥有自己的冰雪专用车队;但在一些降雪时间并不固定或者降雪量很少的地方,他们则采用雇佣第三方承保公司的方法,这样不仅能减少车队维护费用,同时也能保证及时清理路面上的冰雪。在英国,冰雪专用车是所有道路机动车中唯一能够加注红色柴油(红色柴油为英国低税燃油,只有注册的农业、工程车辆才能加注)的车辆,尽管这些车辆也可以使用公共高速公路,但是政府方面还是规定这些车辆需要支付额外的税费,以控制私人承包商在参与市政道路除雪铲冰工作中的比重。
在对驾驶员的要求方面,美国对于冰雪专用车驾驶员则有相应的要求,比如必须持有商用车A级或B级驾驶执照才能驾驶这类车辆,并且需要经过驾驶培训和安全教育才能上岗,不过也有一些特殊情况,美国明尼苏达州就没有上述的这些要求。也有一些地方会有新驾驶员驾驶冰雪专用车须有老驾驶员陪同的规定;也有为模拟冬季驾驶环境开发的仿真驾驶设备,供驾驶员练习使用。另外,有些国家要求驾驶员具备特定的冰雪专用车驾驶执照,英国就是其中之一,英国高速公路管理局要求驾驶员须同时具备城市车辆驾驶执照和冬季设备驾驶执照才能驾驶此类车辆。
在工作时间上,冰雪专用车驾驶员一般不是全天制工作,通常情况下是执行12~16 h轮班制度。车辆工作时也是依照由主到次的方式,先清理主要干道,以保证交通畅通;车辆可以在特定距离间隔的融雪盐仓库进行补给,以保证车辆正常工作,驾驶员则可以在轮班或者长时间降雪期间在公路维护站点休息小憩。
有趣的是,并非温带地区的国家就用不到冰雪专用车,要知道,海拔高度也是决定天气情况的重要因素。如果一些气温较高的地方有高耸的山脉,那么驾驶员有时候也能遇到冰雪路面。在海拔较高的地方,温度下降得很快,容易形成霜。因此,冰雪专用车就要提前做好准备,在降雪季节来临前后及时清理容易上霜结冰的山路。对于这些道路,传统的大型冰雪专用车并不能发挥作用,自质量过大加上沉重的除雪设备,让这些车辆在上坡时就需要输出很大转矩,这就对与之匹配的变速器提出了相应的匹配要求。而在一些类似发卡弯的崎岖山路上,冰雪专用车太长的话也不易操控,通常人们都会选择4轮或6轮等更短的一些车辆。
经过上百年的演变,冰雪专用车的种类已经达到极其丰富的水平。因此,笔者只对目前国外较为常见的部分类型产品进行简单介绍。
很多冬季冰雪专用车都能通过安装除雪铲清除道路上的厚厚积雪。多数情况下,除雪铲由液压驱动装置控制,可以调整其高低角度,方便进行除雪作业。据统计,英国高速公路管理局中75%的冰雪专用车都有可以安装除雪铲的框架结构,这也可以看出除雪车在冰雪专用车中的重要地位。通常配有除雪铲框架和后部清雪货箱的车辆都被视为通用型冬季除雪车,这种车辆比专用型车辆具有更广泛的适用性。
其他具备特殊用途的冰雪专用车可能并不具备除雪功能,但人们也能使用其他车辆或工程机械来实现除雪功能,比如平路机、推土机、前端装载机、滑移转向装载机、皮卡、垃圾车等。需要注意的是,除雪车在行驶中变道超车是十分危险的,通常情况下对向车道可能有积雪存在,除雪车超车过程中会扬起雪沫,导致对向行驶车辆视线模糊,进而产生安全隐患。
扫雪车主要是用来清除小型道路上的轻薄雪层,当除雪车或其他大型除雪设备工作过后,扫雪车就会派上用场,它能够把大型设备清理过程中的遗漏之处打扫干净。扫雪车通常应用于机场跑道、赛车赛道等场合,较为柔软的清扫刷相比除雪车的雪铲或吹雪机的切刀更加轻柔缓和。扫雪车还能清理交通路口和电车站的导盲道地砖,因为如果用其他类型的冰雪专用车都有可能损坏导盲道地砖。
对于10 cm以下厚度的积雪,扫雪车能够发挥最大的清扫效果,并且清扫后的路面粗糙不平、阻力较大;如果积雪深度超过15 cm,扫雪车就不能发挥作用,而且较厚的积雪会损坏扫雪设备。人们也对此类车型进行了进设计——加装吹扫机,就是在清扫刷后方安装鼓风机,这样就能吹走清扫过的路面上残留的雪,也能防止松散的雪凝结成块。
撒盐车与撒沙车是同一类产品,都属于冰雪专用车中最为常见的一种车型。顾名思义,撒盐车就是把颗粒状的融雪盐撒在道路上,融雪盐/防滑沙存储在车辆后部的货箱里,货箱上面被金属丝网覆盖以防其他异物进入撒播机械装置,造成机械故障。融雪盐通过叶轮装置撒布到道路上,叶轮则通过液压驱动装置连接到额外的车载发动机。直到20世纪70年代,撒盐车工作都是依靠人力一铲一铲的从后部加注到卸料斗中,一些更老的撒盐车还需要人们把融雪盐从货箱里加注到叶轮里。
融雪盐遇到冰雪融化后,能够与冰雪混合在一起,即便温度降低时,雪水也能融化从道路两侧流走;防滑沙能够增加车辆轮胎与路面的摩擦力。二者都具备降低冰雪对交通影响的功能。不同的环境状况需要不同用量的融雪盐,比如为了防止薄冰层的形成,只需要10 g/m2的用量;积雪较厚时融雪盐用量最多要用40 g/m2,而且还要与防滑沙混合使用。有时为了提高融雪效果,人们还会在融雪盐中增加糖浆,这样就能把融化物粘结在道路表面,不过,这样的方法也有弊端,糖浆的甜味会引来其他牲畜、动物舔舐路面,这样则会形成新的交通安全隐患。
撒沙车同样也能在温暖天气中使用,当环境温度达到足够的高温时,柏油路面中的沥青会变软融化,此时车辆行驶在这样柏油路面上会把沥青粘黏到轮胎上,导致柏油路损坏,如果向这样的路面上撒上防滑沙,就能有效保护柏油路面。
吹雪车通常也被成为旋转式扫雪车或者切雪车,这类车辆在功能上与除雪车大体相同。吹雪车包含了前部快速旋转的切雪刀,切碎的雪再由切雪设备上方的漏斗状出风口吹出去。严格来说,吹雪车的工作效率要比一般的除雪车高很多,前者的最大除雪量可达5 000 t/h,并且能够清理更厚的积雪。此外,吹雪机能将清理的积雪完全吹到道侧,而不会在路面上造成遗撒,清理到路侧的积雪也更容易用其他铲雪机械清理走。
除了一般的吹雪机,一些铁路部门偶尔也会“开挂”,使用喷气动力吹雪机。这种设备上的喷气式发动机能够吹走铁轨和变道器上的积雪。不过,与其说是吹雪,不如说是蒸发雪,因为这种吹雪机是利用喷气式发动力喷出的强劲气体来工作的,喷出的气体温度超过500℃,瞬间就能够把积雪吹走、融化、蒸发。20世纪60~80年代,美国大约一共生产了100台喷气动力吹雪机,但这些设备并没有因为时间的推移而被淘汰,反而被人们一直悉心维护使用。比如波士顿马萨诸塞湾交通局就有2台RP-3 Portec RMC飓风型喷气动力吹雪机,这2台设备主要用于清理Ashmont–Mattapan高速公路和Wellington大道上的厚重积雪,人们还给它们起了个十分霸气的绰号——“雪斯拉(Snowzilla)”。虽然相比传统的除雪设备,喷气动力吹雪机的效率惊人,不过这种设备也有一个致命的缺点——耗油量极其之高。
融雪车的工作原理简单来说就是把雪集中到车上的融雪池中融化。融雪池中充满了热水,热水则由车载锅炉提供热量。车载锅炉不仅为融雪池加热,产生的热气还能注入到融雪池中加快融雪速度。融化的雪再由融雪车上的排水口排注到下水道中。
由于一般的融雪车需要匹配大型的融雪池、锅炉和大量的燃料,因此车辆在体积上通常会很大,融雪设备通常都被集成在18 m长的半挂牵引车上,这样不仅移动方便,而且设备布局空间也更充裕。此外,融雪车的融雪效率要比一般的除雪车或吹雪车低很多,一款大型融雪车的融雪量仅为500 t/h,相比一些大型吹雪机5 000 t/h的除雪量要差很大一截。
不过,融雪车还要比撒盐车更加环保,前者不会在工作过程中产生对环境有害的其他化学物质,而且它还能把已经清理出来的积雪及时溶解,并将废水及时排到下水道。不过融雪车也有不足之处,这种车辆不能单独工作,它需要其他车辆将积雪搬运到融雪池中,而且融雪过程也需要车载锅炉不断加热,其能源消耗量也比较高。
除冰车除冰的原理是喷出经过加热的除冰液体,来融化道路或飞机表面的冰层,这些液体的要成分是丙二醇或乙二醇。这些液体能够防止飞机在地面停放时机身结冰。一旦机身结冰,机翼会变得更加粗糙不平,飞机起飞或滑行时需要克服的阻力也就更大;而且机身结冰还会增加飞机的质量,影响飞机的平衡性,这些都会带来极大的安全隐患。
飞机除冰车通常都有一个大型的储液罐,里面装满了除冰液体,在使用时还需要根据环境温度的不同,加注一定量的水稀释。此类车辆还有一个比较显著的特征,就是车身上还装配了可以载人的吊臂,这样操作人员就能在最短的时间内完成机身各个角度的除冰工作。以波音737飞机为例,使用飞机除冰车除冰仅需要不到10 min的时间。
在另外一些冰雪覆盖的道路,人们也经常采用除雪剂(以盐溶剂为主)防止路面结冰,此类车辆也有一个大型的储液罐,在大雪来临前或者刚开始下雪时,提前喷洒除雪剂,这样就能防止冰雪堆积时粘结在一起,除雪车后期进行除雪工作时也更容易清走积雪。融雪盐也能用来进行除雪,不仅除雪效率高,并且能够轻易覆盖人行道等不易除雪的地方。不过除雪剂要比融雪盐的适用条件更广泛,前者一般不会对正常交通造成很大影响,而且更加环保,最重要的是,清理同样长度的道路,前者的用量要比后者少很多。
机场跑道也需要除冰车,不过这种除冰车需要经过特殊改装,它们通常都有一个很长的喷洒臂架,保证喷洒宽度足够覆盖整个跑道,这样就能一次清理一条跑道,大大缩减工作时间,提高了除冰除雪效率。
平雪机是一种用来压实、平整雪地的机械,这种设备并不会把积雪清理走。早期的平雪机是居住在偏远郊区的人们用来清理自己家附近积雪的设备,在机械化设备出现之前,他们用牛马等家畜拖拽沉重的滚子压实雪地。随着机械化设备的普及,尽管在大城市的主要地区都已经由除雪车和吹雪车完成清雪工作,但在滑雪度假地,平雪机仍然具有不可替代的重要作用。人们要滑雪、玩雪地摩托之前,必须用平雪机清理场地。这类设备问世至今在工作原理上基本没有改变,只不过原来由家畜拖拽变为由拖拉机或雪地履带式车辆提供动力。
20世纪80年代,电子设备的发展使得平雪机具备更多的功能,而且对不同环境的工作适应性也更强,平雪机甚至可以清理出单板滑雪需要的U型池赛道,它还能与雪炮组成一套工作系统,帮助积雪均匀撒布到场地的每个角落。不过,有些环保人士认为平雪机会对环境造成一定的不良影响,压实的积雪减缓了冰雪的融化速度,也使得水的渗透率变得更低,环境土壤的含水量也大大减少。
前端装载机是一种比较常见的大型清雪设备,它能够轻松铲走路侧积雪,也能清走很多除雪车或除雪设备难以覆盖地方的积雪。这类设备因为前方有一个大型雪铲,后方一般也会有一个货箱或货斗,因此常被当作铲雪车使用;它的另外一个用途是把雪铲起来装到专门运输雪的卡车上。
路面摩擦试验车是用来测量路面摩擦情况的一种车辆。通常,车辆后部安装有一个小型测试轮,该车轮与后轴上的液压系统连接,当车辆行驶时,该车轮能够自由滚动。如果路面状况发生变化时,该车轮能够相应的发生侧滑转向。安装在该车轮车轴上的传感器根据车轮的转速测算出车轮和路面产生的阻力。路面摩擦试验车能够把测算出的数据回传到控制中心,控制中心根据这些数据安排路面清扫车辆。
此类车辆通常还会安装洒水系统,为的是在降水之前模拟湿滑路面的情况进行测试。测试传感器部分一般都安装在小型板车或小型挂车上。大型冰雪专用车通常都不作为实验车辆,因为路面摩擦实验选用的车辆牵引车辆越轻,测试结果就更加精准。
冰雪专用车的种类繁多,本文所介绍的仅为部分常见的种类,而道路交通的不断发展,未来也将会有越来越多的各类高效冰雪专用车出现,对于这一细分产品,其未来发展也值得我们去关注。