城市道路冰雪清除技术现状及发展

李亚芹 庄腾飞 邱新伟 王俊发

城市道路冰雪清除技术现状及发展

李亚芹 庄腾飞 邱新伟 王俊发

文章对国外及国内的机械式冰雪清除技术现状进行了分析，提出目前我国机械式除雪存在技术水平低、作业效率低、功能单一、避让功能不理想、对路面保护能力差等问题，同时指出我国除雪机械将朝着小型化，多功能化、高可靠化、高效率化、安全化、舒适化方向发展。

我国北方大部分地区冬季降雪期每年长达3～5个月，一些高寒地区降雪期可持续5～6个月左右，而且降雪周期长、雪量大、范围广。路面积雪经过车辆和行人的反复碾压、温度变化引起的反复融冻及汽车尾气和泥土、沙粒等杂质的共同作用形成了表面结冰、内部含杂、质地坚硬且与路面粘结牢固的坚实冰雪。图1所示为佳木斯市学府路2012年12月出现的冰雪路面；图2所示为佳木斯市四丰路2014年3月出现的冰雪路面。

坚实冰雪覆盖的道路表面光滑，附着系数和摩擦因数较低，极易造成汽车刹车失灵、方向失控，多车追尾事故屡见不鲜。2014年2月2日，哈同高速发生13起车辆连环相撞事故，87辆车严重受损，直接原因就是道路积雪结冰。在冰雪道路上行驶的车辆发生交通事故的几率是正常天气的2倍。全国平均每年由于道路积雪结冰给国家造成的直接经济损失达数十亿元。

不仅如此，Jelisejevs等人对拉脱维亚洲际公路网的调查分析指出，由于道桥积雪结冰，致使车辆的燃料消耗增加约33％，同时尾气排放量也大幅增加，加重了环境污染。因此，快速清除道路积雪具有重要的现实意义。

国外机械式除雪技术现状

图1　佳木斯学府路冰雪路面

图2　佳木斯四丰路冰雪路面

在国外，城市人口密度、车路比例都比较小，降雪清除及时，基本不存在坚实冰雪。因此，国外以研究清除浮雪为主。迄今为止，国外浮雪清除设备多为专业化生产，除雪技术已相当成熟，该类除雪机械的代表公司有图3和图4所示的德国DAIMLER-BENZ公司的Unimog；瑞典SCANIA公司生产的G858X-2型除雪铲，如图5所示；美国卡特彼勒公司的143H除雪机，如图6所示；以工程、农业车辆为主机扩展的除雪机结构紧凑，机动灵活，越野性好，具有行走和作业两个速度档，具有代表性的是美国BOBCAT（山猫）公司，如图7所示美国山猫公司的863V形推雪铲和图8所示山猫公司的FH-501抛雪机。

CASE及山猫公司针对清除薄冰研制了小型单圆盘冰雪清除部件，如图9所示，该装置虽轻便灵活，但只能清除厚度为30mm以下的薄冰雪层，且无越障功能，除雪效率低。迄今为止，浮雪清除设备多为专业化生产且技术已相当成熟，但道路坚实冰雪清除设备及相关技术还不够完善。

国内机械式除雪技术现状

图3　德国DAIMLERBENZ公司的Unimog

图4　集雪运输一体机

图5　瑞典斯堪尼亚G858X-2型推雪铲

图6　美国卡特彼勒公司143H除雪机

图7　美国山猫公司FH-863V形推雪铲

图8　美国山猫公司生产的FH-501抛雪机

我国机械式除冰雪技术始于上世纪70年代末，研究及生产单位大多集中在我国冬季降雪较多的北方地区。清除浮雪机械以铲式、螺旋抛雪及清扫器为主，其技术主要来源于国外，因此，相对较为成熟。

针对坚实冰雪的清除技术起步相对较晚，2001年起佳木斯大学李乔非、吴洪山等先后研制了JDShX3200型除雪机和圆盘滚动直线切削式清雪机。2005年，吉林大学马文星、邓洪超等对多功能清雪机具的工作机理及参数优化进行深入的研究，研制了碾压磙式多功能除雪车，其关键部件碾压磙专门针对坚实冰雪。2007年起哈尔滨理工大学邵俊鹏等对振动式清雪机理及参数优化进行了深入的研究。

目前国内已开发出多种原理、多种型号的冰雪清除设备并投入使用。如哈尔滨林业机械研究所研制的CBX-216型综合破冰除雪机；长春大学机械工程学院程宪春研制的ZH1200型组合式破冰除雪机；吉林工业大学与吉林省公路机械厂联合研制CB1500型坚实冰雪清除机；徐工生产的ZL50G型滚轮式振动除冰装载机。另外代表性的产品还有：哈尔滨雪狼除雪机械设备有限公司生产的用于清除坚实冰雪、硬质冰雪的CXL-IIID型清雪机，如图10所示；雪狼2号CSYZ-I多功能清运装载转运设备，如图11所示；雪狼4号除雨冰机，适用于室外温度-1℃～-15℃时，清除雨加雪在路面形成的薄冰，如图12所示；哈尔滨中诚科技发展有限公司生产的雪狮清道夫XSP-I型除雪机，如图13所示。

图9　山猫小型单圆盘冰雪清除部件

图10　雪狼CXL-IIID型硬质冰雪清雪机

图11　雪狼CSYZ-I多功能清运装载转运设备

图12　雪狼4号除雨冰机

图13　雪狮清道夫XSP-I型除雪机

除雪机械存在的主要问题

经过多年的探索和研究，我国的路面冰雪清除技术和设备已取得了很大进步。但是从总体上看，路面除雪设备的研发和生产尚处于起步阶段，除雪设备的技术水平还比较落后，主要体现在以下几个方面。

（1）技术水平低、作业效率低。除冰雪设备在结构设计、制造、设备使用管理和性能维护等方面都存在问题。

（2）品种类型不全、功能单一。目前不少种类的路面除冰雪设备在我国还不成熟，尤其是适用于清除路面坚实冰雪的设备。

（3）避让功能不理想。我国现有的除冰设备大部分避障能力较差或根本无避障功能，在除冰雪作业中经常导致作业机具或者牵引主机的损坏。

（4）对路面保护能力差。在作业路面凸凹不平时，无仿形功能，除冰设备经常对路面造成破坏。

未来发展趋势

（1）向小型，多功能化方向发展

目前除雪机械大多庞大、笨重、功能单一、作业时操作困难、占道严重、同时价格也比较昂贵。因而小型、多功能化的除雪机械将会有更好的应用前景。

（2）向高可靠化、高效率化方向发展

目前大多除雪机械以增大作业宽幅来提高效率，但作业速度较低，导致机器笨重的同时作业效率低。另外目前除雪机械可靠性差，特别是有液压系统的除雪机，由于作业温度多为零下20摄氏度，导致作业可靠性差易出现故障，因而可提高除雪机械的自动控制、自动保护能力以提高其效率及可靠性。

（3）向安全化、舒适化方向发展

由于除雪作业天气恶劣，因而要提高除雪机的可操作性和安全性，同时可对现有工程机械、农业机械技术改进，设置防震、减噪装置，提高操作的安全性及可操控性。

高效冰雪清除技术是研发效率高、越障性能优良、对路面损伤小、故障率低的新型破冰除雪设备的前提条件，精良的除雪设备是保障我国北方城市冬季道路通畅，提高道路使用效率，保障车辆和行人安全的有效手段，对推动寒冷、多雪地区国民经济的发展具有重要的实际意义。因而先进的除雪技术研究势在必行。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.17.037