國內(nèi)路面冰雪清除技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

黎聰，劉宗戰(zhàn)，張春暉，牟國良

(1.總裝工程兵軍代局駐天津地區(qū)軍事代表室，天津300240；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機械交通學(xué)院，新疆烏魯木齊830052)

0 前言

每年冬季我國很多地區(qū)遭受到冰雪的襲擊，導(dǎo)致路面的摩擦系數(shù)降低，使得車輛行駛、制動困難產(chǎn)生打滑，容易引發(fā)交通事故給人民生命財產(chǎn)帶來嚴重損失。為了保證交通順暢和行車安全，提高道路通行能力和運營效益，避免或減少交通事故，必須采取有效的措施清除路面冰雪［1］。據(jù)統(tǒng)計，15%左右的交通事故與路面冰雪有關(guān)，嚴重影響了交通運輸和經(jīng)濟建設(shè)。路面冰雪問題已成為困擾各地區(qū)交通管理部門的重要問題，因此，研究開發(fā)科學(xué)、有效的路面除冰雪技術(shù)，具有非常重要的社會、經(jīng)濟價值［2］。

1 冰雪清除技術(shù)的使用情況

目前，國內(nèi)常用的道路冰雪清除方法有化學(xué)法、機械法、熱力法和熱力機械復(fù)合法等四種方法［3-4］，如圖1所示。每種方法在實際的應(yīng)用中各有利弊。

圖1 路面常用除冰雪技術(shù)

1.1 化學(xué)冰雪清除方法

化學(xué)除冰雪法是通過在路面上撒布化學(xué)藥劑(通常采用融冰雪劑)來降低冰雪融點，實現(xiàn)路面冰雪的融化和清除。化學(xué)法實施簡單、方便，在一定的環(huán)境條件下效果明顯可有效的清除路面冰雪，改善路況，提高路面的通過性。但融冰雪劑受到溫度的影響較大，容易出現(xiàn)反結(jié)冰現(xiàn)象并且對混泥土路(橋)面和鋼橋面有腐蝕作用以及污染環(huán)境。

據(jù)統(tǒng)計，每年在使用1 000萬噸融冰雪劑的情況下，將會對路面和車輛造成29～59億美元的損失，對停車場造成0.75～1.50億美元的損失，并且導(dǎo)致5%～10%的植物出現(xiàn)病變枯死。北京曾因使用融冰雪劑導(dǎo)致4 000多棵樹和4萬多株灌木死亡，草地受害面積多大3萬m2，直接經(jīng)濟損失1 500多萬元［5］。

化學(xué)冰雪清除方法雖對冰雪的清除比較徹底，但存在效率低，費用高等問題，影響車輛通行機安全，不適合長時間的作業(yè)，只適用于重點路段以及冰雪量較小的冰雪清除。

1.2 機械冰雪清除方法

機械冰雪清除方法是機械裝置直接對路面冰雪直接作業(yè)，目前常用的機械除冰方法按作用方式分為刷掃式、鏟刮式、旋切式、鏟剁式等類型。

1)刷掃式 其工作原理為利用刷子將路面冰雪進行掃除。該方法作業(yè)效率相對較低，適用范圍狹窄；軟刷只能用于清除浮雪，硬刷只能用于清除高硬度的冰雪并且在作業(yè)時易對路面造成損傷［6］。

2)鏟刮式 利用機械前進提供的動力將冰雪從路面上刮削下來。該方法在路面平整，積雪與路面粘著性低的作業(yè)環(huán)境下作業(yè)效率高；但壓實積雪和融凍冰雪對鏟刮阻力較大，故清除冰雪厚度受到限制。

3)旋切式 由驅(qū)動裝置驅(qū)動滾輪旋轉(zhuǎn)，滾輪上的斜齒或直尺相對壓實積雪或融凍冰雪進行碾壓銑刨，使路面硬質(zhì)冰雪破碎，然后清除，但其鏟刃磨損較快，對路面也有一定的破壞作用。

4)鏟剁式 只適用于中等密實度的冰雪清除作業(yè)，且作業(yè)效率低，路面冰雪殘留明顯，不適合進行高速作業(yè)，若下剁力調(diào)節(jié)不合適，很容易損傷路面。因此，剁鏟式冰雪清除設(shè)備的應(yīng)用范圍受到限制［6］。

1.3 熱力冰雪清除方法

熱力法是利用熱能將路面冰雪融化，并采用相應(yīng)的收集裝置將融化冰雪收集。根據(jù)不同的加熱介質(zhì)可分為電加熱和流體加熱兩種方式［7］。

1)流體加熱主要采用包括燃煤(油)、天然氣和可再生能源等提供熱能，以及采用鍋爐和熱泵機組等加熱裝置。與化學(xué)除冰雪方法相比，該法融除冰雪效果好、不破壞路面、不污染環(huán)境，具有顯著的經(jīng)濟、社會效益，但是存在初投資高、能源利用率低等缺點。

2)電加熱主要材料為礦物質(zhì)絕緣電纜和電阻線。礦物質(zhì)絕緣電纜為無機耐久電纜，具有良好的熱穩(wěn)定性。電阻線通常是聚乙烯或絕緣層硅橡膠的銅芯線。

流體加熱除冰雪法是近年來發(fā)展的新方法，與電加熱相比的明顯優(yōu)勢為節(jié)約成本。試驗表明，融化100單位面積、25.4mm厚的冰雪，電加熱、天然氣及燃油加熱花費的成本為1.57、0.54和0.59美元。

1.4 復(fù)合冰雪清除方法

在對現(xiàn)有除冰雪的方法進行研究的基礎(chǔ)上，黃鐘岳，陳光等人提出了熱力復(fù)合除雪除冰方案并進行相應(yīng)的研究［8］。周建釗、黎聰?shù)热颂岢隽藷崃Α淞骺焖偃诔姆椒?其方法為通過熱力水射流將路面積冰切成菱形然后用機械銑削除冰裝置其路面覆冰清除)［1］［9］，并進行相應(yīng)的試驗。

2 國內(nèi)除冰雪機技術(shù)存在的問題

這幾年我國除冰雪機械雖有了很大發(fā)展，但其總體水平與西方發(fā)達國家相比，產(chǎn)品數(shù)量、品種及性能還有很大的差距，適應(yīng)不了我國公路的發(fā)展需求，主要表現(xiàn)在以下幾方面［10］:

1)除冰雪機的品種不全。與發(fā)達國家相比，有些種類的除冰雪機械還是空白或者處在研制階段，現(xiàn)有的設(shè)備無法滿足公路、機場等地的作業(yè)要求，嚴重制約了國內(nèi)除雪機械化的實現(xiàn)。

2)功能單一。目前國內(nèi)的一些除冰雪機械只具有單一除雪功能或除冰功能，不僅加大作業(yè)成本而且加重了路面養(yǎng)護的負擔。

3)生產(chǎn)量少。我國雖然有很多廠家和單位生產(chǎn)除冰雪機械，但其總產(chǎn)量不多，與公路、城市道路和機場除冰雪的需要相差很大，很多除冰雪機械產(chǎn)品長時間處還試驗階段，沒有能夠形成產(chǎn)業(yè)化批量生產(chǎn)。

4)技術(shù)水平低。由于我國對除冰雪機械的研究起步比較晚，使得除冰雪機械在結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造工藝、零部件供應(yīng)，使用管理等方面都存在技術(shù)水平相對較低的問題，致使除雪機械可靠性差，故障多、效率低、壽命短、成本高，嚴重影響了除雪機械的發(fā)展［11］。

3 除冰雪機技術(shù)研究的發(fā)展趨勢

根據(jù)目前國內(nèi)外道路冰雪清除技術(shù)的研究情況，路面冰雪清除設(shè)備的發(fā)展具有以下趨勢:

1)高效化 包括作業(yè)效率高效化和冰雪清除效率的高效化。只有提高設(shè)備的作業(yè)效率和路面清除效率，才能夠保證及時快速的清除路面冰雪，保障道路安全和通過能力。

2)低能耗 資料統(tǒng)計表明，設(shè)備在清除路面冰雪時所消耗的能量占總成本的80%以上。因此降低能量的消耗是降低成本最直接有效的方法。

3)多功能化 對目前現(xiàn)有的除冰雪設(shè)備進行改進研究，使其向一機多能、機電液一體化發(fā)展。工作方法的多功能可完成各類冰雪的清除，降低投入資金；采用機、電、液技術(shù)提高設(shè)備作業(yè)能力，減輕工作人員的負擔。

4)環(huán)保化 環(huán)保已經(jīng)成為了當前的主流，綠色機械將成為社會的主旋律。冰雪清除機械的環(huán)保包括機械對環(huán)境影響和清除方法對環(huán)境影響兩部分。

4 結(jié)語

隨著我國的經(jīng)濟不斷發(fā)展，道路建設(shè)也取得了相應(yīng)的發(fā)展。人們對道路的要求也越來越高，如何快速有效的清除路面冰雪已成為道路養(yǎng)護的一個重要課題。但我國對冰雪機械研究、生產(chǎn)起步都比較晚，目前我國路面冰雪清除大部分仍處于傳統(tǒng)作業(yè)方式。因此需要加強對除冰雪機械的研究，逐步向高效化、低能耗、多功能化和環(huán)保方向發(fā)展。

［1］周建釗，黎聰，儲偉俊，等.熱力—水射流快速融除道路覆冰車的研制［J］.機械設(shè)計與制造，2012(08):113-115.

［2］王選倉，陸凱詮.瀝青路面除冰雪技術(shù)綜述［J］.黑龍江交通科技，2008(03):26-31.

［3］張洪偉，韓森，劉洪輝，等.瀝青路面除冰雪技術(shù)綜述［J］.黑龍江交通科技，2008，31(3):8-9.

［4］鄧洪超，馬文星，荊寶德，等.道路冰雪清除技術(shù)及發(fā)展趨勢［J］.工程機械，2005(12):41-44.

［5］王選倉，張聰，林榮安，等.綠色太陽能融雪化冰水泥路面關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.筑路機械與施工機械化，2010，27(12):28-31.

［6］劉長生.我國南方道路除冰機械的研究［J］.中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報，2009(3).

［7］郭子儀，羅茂盛，范振華，等.道路除雪化冰技術(shù)研究［J］.交通科技，2011，248(05):71-74.

［8］黃鐘岳，陳光，王曉放，等.熱力機械復(fù)合除雪除冰方法研究［J］.筑路機械與施工機械化，2004(05):28-30.

［9］Jianzhao Zhou，Siwei Lai，Xiaopan XU，Yunhe Chen，Weijun Chu，Yaming Gao，“R＆D of Equipment for Deicing by Thermal Water-jet and Mechanical Deicing Method”，IEEE Int.Conf.on Applied Mechanics，Materials and Manufacturing，Changchun，China，1288-1293 November(2012).

［10］王振.國內(nèi)除雪除冰機械現(xiàn)狀芻議［J］.專題綜述，2001(07):46-47.

［11］李笑，徐宇工，劉福利，等.微波除冰方法研究［J］.哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2003，11(35):1342-1343.

［12］王有為，牟樂，陸程，等.淺談我國除雪機械的發(fā)展及在除雪工作中的應(yīng)用［J］.北方交通，2009，11(07):115-117.

［13］Pamela Silver，hannon M.Rupprecht，Mark F.Stauffer，“Temperature-dependent Effects of Road Deicing Salt on Chironomid Larvae ” WetlandsJournal， Vol.29， 942-951，(2009).

［14］Pamela Silver，hannon M.Rupprecht，Mark F.Stauffer:in Journal of Wetlands Journal，Vol.29，942-951，(2009).

［15］Ben Jamintgree N.，Kerop D.Janoyan，“Use of Electrically Conductive Concrete Overlays for Passive Control of Snow and Ice on Road”，IEEE Int.Conf.on Energy，Environment and Disasters，Charlotte，N.C.，USA，795-801 July(2005).

［16］關(guān)明慧，徐宇工，盧太金，等.微波加熱技術(shù)在清除道路積冰中的應(yīng)用［J］.北京交通大學(xué)學(xué)報，2003，27(4):80-92.

［17］童華橋，張衛(wèi)波.除冰車除冰技術(shù)淺談［J］.福建工程學(xué)院學(xué)報，2008，6(12):1-3.