冰面清冰凌设备在封冻期水文测验中的应用

吴高庄，周艳军，张立刚，梁秀日方

（松辽水利委员会水文局黑龙江中游水文水资源中心，黑龙江 同江 156400）

黑龙江流域地处中、高纬度，在极地大陆气团、蒙古高压控制下，冬季漫长、寒冷干燥，导致流域内河流封冻历时长达半年之久。封冻时受强烈的降温影响，冰块互相挤压，冰面极不规则。封冻后江面遍布大大小小的冰堆、冰包、碎冰，崎岖不平，难于行走。在这种条件下，完成封冻期流量测验工作，传统的处理方法是人工在测验断面上用冰穿、锹镐清理出一条供人行走并能拖拽水文缆车通行的通道，然后再破冰打孔，用转子式流速仪进行流量测验。黑龙江干流中游段江面宽1000多米，且时常伴有大风、吹雪堆积，道路需要经常清理，导致基层水文职工寒冷冬季测验工作强度大且作业环境十分艰苦。结合实际情况，设计制作了旋转刀片式冰面清冰凌设备，该设备可以将高于冰面的冰堆、冰包打碎并抛离清理，开辟出一条可供人和车辆通行的冰道，从而为采用农用四轮车车载冰钻设备，破冰打孔创造了先决条件，为改善冬季水文测验工作条件奠定了基础。

1 设备组成及碎冰工艺

1）设备组成。旋转刀片式冰面清冰凌设备由柴油机、传动轴、辊筒、刀片、链齿、链条、液压支臂、液压泵等配件组合而成。

2）破冰工艺。旋转刀片式冰面清冰凌设备安装在农用四轮车前端，由液压泵和液压支臂控制其离地面的高度；柴油机提供动力，通过传动轴和链轮、链条传递到辊筒，辊筒带动焊接在其表面的刀片高速旋转，将高于冰面的冰堆、冰包打碎并抛离，从而清理出冰道。

2 主要制作工艺

1）利用四轮车前端的车架和保险杠，分别安装两个吊臂、两个支臂及一个液压支臂，将该设备固定在四轮车上，通过液压支臂可以调节离地面的高度。

2）柴油机和辊筒安装在一个长方体的框架上，框架设有上面板、防护板（其作用是防止碎冰被甩到四轮车上）、后面板，两侧采用加强的支架，用以安装辊筒。

3）柴油机安装在框架上方的中间位置（维持重量平衡），通过飞轮连接传动轴，传动轴设有十字轴（作用是减少不同心引起的震动），传动轴另一侧安装链轮（小）。

4）辊筒由中间轴、外筒及刀片组成。刀片为纵向排列，每组五片，沿辊筒外筒平均分布，横向间距为0.10 m，交叉分布。

5）辊筒安装在框架内的中间位置，两侧由轴承座支撑其中轴，其中一侧有输入轴，安装有链轮（大）。

6）大小链轮通过链条连接传输动力，大小链轮的比例为3∶1，目的是降低转速增加扭力。

旋转刀片式冰面清冰凌设备简要示意图，如下图1（a、b、c）所示：

图1 旋转刀片式——冰面清冰凌设备简图

3 技术指标及特点

1）主要技术指标。-10℃以下，车辆通行所需的安全行驶冰层厚度0.40 m；清冰高度不大于0.80 m、一次性清冰宽度1.65 m，四轮车功率不小于29.42 kW，柴油机功率不小于5.884 kW、电启动的机型转速2 200～2 600 r/min，液压杆自由行程0.50 m，辊筒直径0.25 m，刀片长度0.10 m三角形，辊筒顺时针转速800～850 r/min。

2）主要技术特点。旋转刀片式冰面清冰凌设备包括移动车、碎冰滚刀和动力平台。碎冰滚刀可转动地安装在动力平台的前端，在转动时对冰面进行破碎、并将破碎生成的冰凌向后抛离；动力平台可升降地安装在移动车的前端，利用动力平台带动碎冰滚刀竖直升降，从而驱动碎冰滚刀从上往下切入冰面，以对冰层进行竖向逐层破冰，并利用移动车带动碎冰滚刀水平移动，从而实现水平逐层碎冰，直至把所有障碍冰块全部打碎抛离。

该设备的碎冰滚刀的驱动组件与移动车的驱动组件相分离。碎冰滚刀采用优质的钢材，具有低温性能好、韧性好、耐磨等优点，并通过动力平台与移动车采用同轴快速连接结构，单人即可快速完成设备组装；操作人员在移动车的驾驶室内即可完成整机的全部操作，大大地提高了作业效率。

4 成果应用及意义

旋转刀片式冰面清冰凌设备结构简单，制作和安装程序便捷、易于操作，成本较低，适用于北方冬季在测验河段冰面上破冰除障和清理道路，不仅能够较好地破碎冰块，而且能及时将冰块抛离清理，安全可靠，实现冰面上自动化高速清冰，进而在冰面上打出平整的车道，便于人与车辆通行。通常情况下，清理一条1 km长，2 m宽的冰道需要10个人2 d才能完成，而应用旋转刀片式冰面清冰凌设备只需2个人1 d就能完成，大大节省了人力物力，提高了劳动效率，为改善冬季水文测验工作条件。

旋转刀片式冰面清冰凌设备，可应用于水文测验、交通运输、以及渔业生产领域当中，有较高的推广应用价值。