铲雪车照明装置的研制

陈爱勇

江苏沿江高速公路有限公司 江苏江阴 214400

冬季路面除雪作为高速公路养护日常工作之一，特别是近年来高速公路运营保畅提出“以雪为令，雪停路净”的指标，要求养护部门在降雪期间做到人歇机不歇，全天候24小时除雪作业。目前大多数铲雪设备利用现有的中、大型货车作为动力载体，在其前部安装铲雪板或滚刷用于铲雪作业。因铲雪部件高度和宽度均大于车前照明灯的高度和宽度，造成车灯被遮挡，导致夜间作业时视线模糊不清、视识距离短等现象。连续铲雪作业时，飞溅的冰雪还会覆盖在前大灯上，进一步影响视距，行车存在安全隐患。为降低除雪作业安全风险，提升作业效率，最大限度节约照明装置的成本，在铲雪车照明装置研制工作中，需紧密结合高速公路冬季除雪作业实际情况，对铲雪车照明装置所采用的材料、部件，以及照明装置设置方案等进行深入的比选、研制，通过现场试验和应用，达到了预期的效果。

1 现状调查

养护大队现有铲雪车5辆，其中附带铲雪板的铲雪车4辆，附带滚刷的铲雪车1辆。5辆铲雪车的铲雪设备高度与车前大灯的高度汇总如下：

（1）001号车附带雪板高度1米、宽度3.1米，车辆前大灯高度0.65米。视识距离10米；

（2）002号车附带雪板高度1.05米、宽度3.25米，车辆前大灯高度0.9米。视识距离10米；

（3）003号车附带雪板高度1.1米、宽度3.3米，车辆前大灯高度0.9米。视识距离12米；

（4）004号车附带雪板高度1米、宽度3.55米，车辆前大灯高度0.9米。视识距离12米；

（5）005号车附带雪板高度1.1米、宽度3.55米，车辆前大灯高度0.9米。视识距离12米。

2 计划选择方案

针对养护大队目前现状，提出2种改进照明方案：

（1）车辆原大灯均为卤素灯，更换大功率高亮度灯泡，提高车辆前大灯亮度；

（2）在车辆外部适当位置加装照明灯具（适当位置可选铲雪部件上部或车辆驾驶室顶部）。

3 方案分析、选择，见表1

表1 方案分析、选择

4 设定目标值

经以上比对，最终确定在驾驶室顶部加装照明灯具，设定目标值如下：

加装的照明灯具电压、功率分别符合车辆电压和负载等要求。夜间铲雪作业视识距离30米以上，车前5-20米范围内视识宽度12米以上，雪、雾等特殊天气铲雪作业时照明灯光有良好的穿透力。

4.1 灯具

4.1.1 灯具分析比较选择

（1）单一色光多头组合LED灯：需4个单一色光灯具，预计成本120×4=480元。支架及防雪罩4个，预计购买成本100×4=400元。制作安装有一定困难、色光（温）单一。

优点：能实现目标。

缺点：制作费用高且制作安装有一定难度。

分析结论：不采用。

（2）可调色光LED长条灯：需1盏调色光LED长条灯，成本360元。只需1套支架及防雪反光罩，成本240元。制作和安装较容易，效果好。

优点：能实现目标、成本较低、色光（温）可调，照射距离和宽幅能满足要求。

缺点：制作有一点难度。

分析结论：采用。

4.1.2 可调色光LED长条灯规格选择

除雪作业时，因车前照明灯被铲雪设备遮挡，可调色光LED长条灯安装后除雪作业时，可不开启汽车原大灯远、近光灯，汽车原大灯远近光灯的合计功率为300-310W之间，选择LED可调色光长条灯功率应与原大灯远近光灯的合计功率的原则相接近，因此选择228W选择LED可调色光长条灯[1]。

4.1.3 288W可调色光LED长条灯壳面发热温度分析

在不同天气条件下，随气温的降低，该长条灯运行15分钟、30分钟灯壳表面的温度也相应降低。气温0℃时匀速60km/h行车状态下运行30分钟后，灯壳表面仅2℃。降雪覆盖在灯壳上不易融化，影响灯具的使用，因此采用加装灯罩方案，防止积雪覆盖灯具[2]。

4.2 灯罩及支架

4.2.1 防雪罩及支架尺寸分析（单位：mm）

因不同车辆驾驶室顶部压型面的横向间距不同，防雪罩的长度介于550-800mm之间方便支架安装，将防雪罩的长度统一确定为680mm。长条灯支架采用U型，支架数量为2个，外侧立板安装防雪罩，内侧立板安装长条灯（具体详见图纸）。

4.2.2 固定方式分析

（1）直径88cm强磁吸盘方式：简单、安装方便快捷；费用较高约100元；效果好，方便调节，拆装。

（2）M12mm螺栓固定方式：安装难度大；费用约35元；效果一般，不利于调节；驾驶室顶需开孔，存在漏水风险。拆装不方便。

（3）拉钩固定方式：安装难度较大；费用约80元；效果一般，不利于调节；拆装不方便。

为便于长条灯的的调节、拆装，不破坏车辆设备的条件下，综合考虑使用直径88mm强磁吸盘方式固定。

4.2.3 防雪罩及支架材料的分析

防雪罩及支架选材：

（1）304型不锈钢板（7.98g/cm3），其优点为硬度高，可长期使用；缺点为价格高。

（2）6061型铝合金板（2.73g/cm3），其优点为重量轻，价格较低；缺点为强度低。

经对比分析，304型不锈钢板具有耐腐蚀性好、刚度大，硬度高、价格相对适中的优点，因此确定采用304型不锈钢板加工防雪罩和支架。

4.2.4 防雪罩、支架厚度选择

结合制作成本和条件，防雪罩选用厚度1.0mm304不锈钢板、支架确定选用厚度2.0mm304不锈钢板。

4.2.5 连接螺栓、螺帽规格的分析

LED可调色光长条灯的螺孔直径为8mm,深度为8mm。LED可调色光长条灯固定于支架上，支架壁厚2mm,垫圈厚度1mm，因此选择螺栓规格为M8*10mm[3]。为方便材料选购，防雪罩和支架的连接同样采用304不锈钢M8*10mm内六角螺栓。

4.3 确定最佳方案

（1）灯具：选择长度为520mm,功率为288wLED可调色光（温）、具备聚泛光功能的长条灯。灯光的发射角度为135度。

（2）防雪反光罩：采用1.0mm厚304不锈钢板加工，在防雪罩内粘贴软镜子，利用灯光的发射角与防雪罩之间有10-15°的角度，在灯具照射前方的同时，对散射的余光通过镜面反射到车辆前部，增加亮度[4]。

（3）支架及固定：支架采用2.0mm厚304不锈钢板加工，正立面样式为U型，高度150mm，长度150mm,宽度80mm。支架与车辆驾驶室顶部的连接方式为强磁吸盘固定。

5 加工防雪罩、支架及长条灯组装

5.1 绘制防雪罩及支架图纸，见下图

5.2 防雪罩、支架、强磁吸盘组装，可调色光长条灯安装

（1）将∅88mm强磁底座采用螺栓固定于U型支架底部，每个U型支架安装2个强磁底座；将软镜子裁剪成680mm×170mm，撕去背面塑料膜，将其粘贴于防雪罩的内侧面。

（2）采用M8*10mm内六角螺丝，将LED长条灯两端分别固定于U型支架内侧立板上。

（3）采用M8*10mm内六角螺丝，将防雪罩固定于U型支架外侧立板上，折边上仰面应位于灯具前方。将组装完成的灯具安装于车辆驾驶室顶部居中靠前位置。

（4）控制线安装、LED可调色光长条灯射光角度调整、防雪罩反光角度调整

5.3 LED可调色光长条灯控制线安装

（1）将控制线输出端与LED长条灯电线连接。

（2）自驾驶室操控台接线盒至车顶布设LED长条灯控制线，控制线红色线缆与车辆电源正极连接，黑色线缆与负极相连（搭铁端），并采用电工胶带包扎完好。

（3）启动车辆，开启LED长条灯控制开关，调整LED灯的照射角度及防雪反光罩的反光角度，直至满足视识要求。因不同车辆顶部前倾角度不同，在调节LED灯的照射角度及防雪反光罩的反光角度时应先调整LED灯的照射角度，确保LED灯的聚光区中心位于车前20-25米左右，对LED灯两端螺丝进行紧固。然后调整防雪反光罩前倾角，使反射光的明亮区位于车辆前方5-10米左右，对防雪罩两端的螺丝进行紧固。

（4）对LED长条灯固定螺丝和防雪罩固定螺丝进行全面紧固，长条灯和防雪反光罩的紧固螺丝均应配弹簧垫圈，防止因震动导致螺丝松脱。

6 效果检查

6.1 与设定的目标值对比

（1）实施前（采用原前大灯照明）：车前视线清晰距离10-12米；车前5-20米视线清晰宽度5-8米。

（2）实施后（采用铲雪照明装置）：车前视线清晰距离32-35米；车前5-20米视线清晰宽度12.5-13米。

（3）采用铲雪照明装置后车前视线清晰距离30米以上；车前5-20米视线清晰宽度12米以上的目标值。

6.2 铲雪速度的提升

（1）实施前（采用原前大灯照明）：高速公路主线行车速度35km/h左右；高速公路互通枢纽匝道行车速度15km/h左右。

（2）实施后（采用铲雪照明装置）：高速公路主线行车速度45km/h左右；高速公路互通枢纽匝道行车速度25km/h左右。

6.3 一定程度上消除铲雪作业安全风险

使用该灯具后，提高了驾驶员的视识距离及视识宽度。降雪期间除雪作业时使用黄色灯光，能有效降低视觉疲劳，一定程度上降低了铲雪作业安全风险。

7 结语

随着国家经济快速发展，高速公路的车流量不断增加，社会对高速公路通行服务能力的需求提出了更高的要求。特别是冬季降雪期间，做到人歇机不歇全天候24小时除雪作业，实现“以雪为令，雪停路净”的指标，为过往车辆提供满足安全通行要求的道路尤为重要[5]。实现全天候除雪作业，不仅仅是铲雪部件需要满足除雪要求，夜间铲雪车作业时的照明效果也尤为重要，这直接影响行车安全和作业效率。