国内路面冰雪清除技术的现状及发展趋势

黎聪，刘宗战，张春晖，牟国良

(1.总装工程兵军代局驻天津地区军事代表室，天津300240；2.新疆农业大学机械交通学院，新疆乌鲁木齐830052)

0 前言

每年冬季我国很多地区遭受到冰雪的袭击，导致路面的摩擦系数降低，使得车辆行驶、制动困难产生打滑，容易引发交通事故给人民生命财产带来严重损失。为了保证交通顺畅和行车安全，提高道路通行能力和运营效益，避免或减少交通事故，必须采取有效的措施清除路面冰雪［1］。据统计，15%左右的交通事故与路面冰雪有关，严重影响了交通运输和经济建设。路面冰雪问题已成为困扰各地区交通管理部门的重要问题，因此，研究开发科学、有效的路面除冰雪技术，具有非常重要的社会、经济价值［2］。

1 冰雪清除技术的使用情况

目前，国内常用的道路冰雪清除方法有化学法、机械法、热力法和热力机械复合法等四种方法［3-4］，如图1所示。每种方法在实际的应用中各有利弊。

图1 路面常用除冰雪技术

1.1 化学冰雪清除方法

化学除冰雪法是通过在路面上撒布化学药剂(通常采用融冰雪剂)来降低冰雪融点，实现路面冰雪的融化和清除。化学法实施简单、方便，在一定的环境条件下效果明显可有效的清除路面冰雪，改善路况，提高路面的通过性。但融冰雪剂受到温度的影响较大，容易出现反结冰现象并且对混泥土路(桥)面和钢桥面有腐蚀作用以及污染环境。

据统计，每年在使用1 000万吨融冰雪剂的情况下，将会对路面和车辆造成29～59亿美元的损失，对停车场造成0.75～1.50亿美元的损失，并且导致5%～10%的植物出现病变枯死。北京曾因使用融冰雪剂导致4 000多棵树和4万多株灌木死亡，草地受害面积多大3万m2，直接经济损失1 500多万元［5］。

化学冰雪清除方法虽对冰雪的清除比较彻底，但存在效率低，费用高等问题，影响车辆通行机安全，不适合长时间的作业，只适用于重点路段以及冰雪量较小的冰雪清除。

1.2 机械冰雪清除方法

机械冰雪清除方法是机械装置直接对路面冰雪直接作业，目前常用的机械除冰方法按作用方式分为刷扫式、铲刮式、旋切式、铲剁式等类型。

1)刷扫式 其工作原理为利用刷子将路面冰雪进行扫除。该方法作业效率相对较低，适用范围狭窄；软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业时易对路面造成损伤［6］。

2)铲刮式 利用机械前进提供的动力将冰雪从路面上刮削下来。该方法在路面平整，积雪与路面粘着性低的作业环境下作业效率高；但压实积雪和融冻冰雪对铲刮阻力较大，故清除冰雪厚度受到限制。

3)旋切式 由驱动装置驱动滚轮旋转，滚轮上的斜齿或直尺相对压实积雪或融冻冰雪进行碾压铣刨，使路面硬质冰雪破碎，然后清除，但其铲刃磨损较快，对路面也有一定的破坏作用。

4)铲剁式 只适用于中等密实度的冰雪清除作业，且作业效率低，路面冰雪残留明显，不适合进行高速作业，若下剁力调节不合适，很容易损伤路面。因此，剁铲式冰雪清除设备的应用范围受到限制［6］。

1.3 热力冰雪清除方法

热力法是利用热能将路面冰雪融化，并采用相应的收集装置将融化冰雪收集。根据不同的加热介质可分为电加热和流体加热两种方式［7］。

1)流体加热主要采用包括燃煤(油)、天然气和可再生能源等提供热能，以及采用锅炉和热泵机组等加热装置。与化学除冰雪方法相比，该法融除冰雪效果好、不破坏路面、不污染环境，具有显著的经济、社会效益，但是存在初投资高、能源利用率低等缺点。

2)电加热主要材料为矿物质绝缘电缆和电阻线。矿物质绝缘电缆为无机耐久电缆，具有良好的热稳定性。电阻线通常是聚乙烯或绝缘层硅橡胶的铜芯线。

流体加热除冰雪法是近年来发展的新方法，与电加热相比的明显优势为节约成本。试验表明，融化100单位面积、25.4mm厚的冰雪，电加热、天然气及燃油加热花费的成本为1.57、0.54和0.59美元。

1.4 复合冰雪清除方法

在对现有除冰雪的方法进行研究的基础上，黄钟岳，陈光等人提出了热力复合除雪除冰方案并进行相应的研究［8］。周建钊、黎聪等人提出了热力—水射流快速融除冰的方法(其方法为通过热力水射流将路面积冰切成菱形然后用机械铣削除冰装置其路面覆冰清除)［1］［9］，并进行相应的试验。

2 国内除冰雪机技术存在的问题

这几年我国除冰雪机械虽有了很大发展，但其总体水平与西方发达国家相比，产品数量、品种及性能还有很大的差距，适应不了我国公路的发展需求，主要表现在以下几方面［10］:

1)除冰雪机的品种不全。与发达国家相比，有些种类的除冰雪机械还是空白或者处在研制阶段，现有的设备无法满足公路、机场等地的作业要求，严重制约了国内除雪机械化的实现。

2)功能单一。目前国内的一些除冰雪机械只具有单一除雪功能或除冰功能，不仅加大作业成本而且加重了路面养护的负担。

3)生产量少。我国虽然有很多厂家和单位生产除冰雪机械，但其总产量不多，与公路、城市道路和机场除冰雪的需要相差很大，很多除冰雪机械产品长时间处还试验阶段，没有能够形成产业化批量生产。

4)技术水平低。由于我国对除冰雪机械的研究起步比较晚，使得除冰雪机械在结构设计、制造工艺、零部件供应，使用管理等方面都存在技术水平相对较低的问题，致使除雪机械可靠性差，故障多、效率低、寿命短、成本高，严重影响了除雪机械的发展［11］。

3 除冰雪机技术研究的发展趋势

根据目前国内外道路冰雪清除技术的研究情况，路面冰雪清除设备的发展具有以下趋势:

1)高效化 包括作业效率高效化和冰雪清除效率的高效化。只有提高设备的作业效率和路面清除效率，才能够保证及时快速的清除路面冰雪，保障道路安全和通过能力。

2)低能耗 资料统计表明，设备在清除路面冰雪时所消耗的能量占总成本的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 对目前现有的除冰雪设备进行改进研究，使其向一机多能、机电液一体化发展。工作方法的多功能可完成各类冰雪的清除，降低投入资金；采用机、电、液技术提高设备作业能力，减轻工作人员的负担。

4)环保化 环保已经成为了当前的主流，绿色机械将成为社会的主旋律。冰雪清除机械的环保包括机械对环境影响和清除方法对环境影响两部分。

4 结语

随着我国的经济不断发展，道路建设也取得了相应的发展。人们对道路的要求也越来越高，如何快速有效的清除路面冰雪已成为道路养护的一个重要课题。但我国对冰雪机械研究、生产起步都比较晚，目前我国路面冰雪清除大部分仍处于传统作业方式。因此需要加强对除冰雪机械的研究，逐步向高效化、低能耗、多功能化和环保方向发展。

［1］周建钊，黎聪，储伟俊，等.热力—水射流快速融除道路覆冰车的研制［J］.机械设计与制造，2012(08):113-115.

［2］王选仓，陆凯诠.沥青路面除冰雪技术综述［J］.黑龙江交通科技，2008(03):26-31.

［3］张洪伟，韩森，刘洪辉，等.沥青路面除冰雪技术综述［J］.黑龙江交通科技，2008，31(3):8-9.

［4］邓洪超，马文星，荆宝德，等.道路冰雪清除技术及发展趋势［J］.工程机械，2005(12):41-44.

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

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