鄧 銳

（太原高速公路有限公司 機(jī)械化養(yǎng)護(hù)中心，山西 清徐 030400）

1 融雪劑撒布裝置的基本性能

以機(jī)械式撒布車將融雪劑快速和均勻地撒布在落雪表面，使得落雪的冰點(diǎn)迅速降低，由固態(tài)雪轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)水流出路面是嚴(yán)寒冬季高速公路快速除雪的基本理念和作業(yè)工序。雖然融雪劑除雪成本較高[1]，但由于工藝簡單和除雪較為徹底仍被廣泛應(yīng)用。眾所周知，落雪后使道路盡快通行是高速公路管理和養(yǎng)護(hù)部門長期追求的目標(biāo)之一，但使落雪由固態(tài)雪轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)水流出需要一定時(shí)間，即落雪通常表現(xiàn)為固態(tài)雪（自然松散狀態(tài)、初壓雪和壓實(shí)雪），在其上布撒融雪劑后轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)水的時(shí)間（以下簡稱融雪時(shí)間）周期取決于下述因素：

1.1 融雪周期影響因素

a)落雪形態(tài)使融雪時(shí)間變化頗大，因此落雪后盡快施行融雪劑撒布，盡量避免原始雪形態(tài)的改變。

b)落雪厚度與排雪時(shí)間基本呈現(xiàn)直線正比關(guān)系。

c)融雪劑撒布密度與融雪時(shí)間成反比，但融雪劑在雪中的含量不能過大，以免對道路周邊環(huán)境（植物的正常生長和地下地表水）造成過大影響[2]。

1.2 融雪劑撒布車應(yīng)具備的基本功能

根據(jù)上述分析，作為目前高速公路冬季除雪專用設(shè)備的融雪劑撒布車應(yīng)當(dāng)具備下述基本功能：

a）融雪劑均勻撒布。為達(dá)此目的，撒布車的料斗橫斷面應(yīng)為一定角度的V型結(jié)構(gòu)，以便均勻順利落料且無落料死角；具有轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的螺旋出料系統(tǒng)；撒布裝置動力穩(wěn)定和強(qiáng)勁。

b）車行速度穩(wěn)定且具有較大的速度范圍。車速穩(wěn)定是保證融雪劑均勻撒布的另一重要條件。為了適應(yīng)落雪厚度的差異，具有較大的速度范圍即能夠?qū)崿F(xiàn)不同撒布密度以與落雪厚度的差異相適應(yīng)。

c）作為一種高速公路清除落雪障礙的應(yīng)急作業(yè)設(shè)備，融雪劑撒布車在滿足基本功能前提下應(yīng)結(jié)構(gòu)簡單、作業(yè)可靠和使用維護(hù)方便。

2 現(xiàn)有撒布車基本性能和結(jié)構(gòu)評價(jià)

為使雪后道路盡快通行，目前常用撒布融雪劑完成除雪。如山西省高速公路養(yǎng)護(hù)部門大量保有的TXSBJ-10自行式融雪劑撒布車采用EQ153為載車行走底盤，以車載12 kW小型汽油機(jī)帶動液壓油泵輸出動力來完成工作裝置作業(yè)。雖然其性能能夠滿足基本要求，但該車的下述問題是明顯的：

a)小型汽油機(jī)是典型的高速小扭矩動力裝置，而撒布車工作裝置是由螺旋出料和撒布裝置組成，這些裝置均由低速大扭矩馬達(dá)（液壓執(zhí)行裝置）驅(qū)動，因此所用汽油機(jī)顯然無法與之形成良好的匹配，結(jié)果使其作業(yè)裝置極易出現(xiàn)超負(fù)荷熄火問題。

b)置于撒布機(jī)后部的小型汽油機(jī)在作業(yè)過程中長時(shí)間受融雪劑的腐蝕又難以清洗，故障頻發(fā)，工作壽命受到很大影響，也使修理費(fèi)和燃油費(fèi)用大幅提高。

有鑒于這些問題和本文前述對撒布機(jī)的基本技術(shù)要求，太原高速機(jī)械化養(yǎng)護(hù)中心對TXSBJ-10自行式融雪劑撒布車的動力系統(tǒng)和液壓驅(qū)動裝置進(jìn)行了必要的改進(jìn)，并在實(shí)體除雪工程中取得了良好的應(yīng)用效果。

3 液壓驅(qū)動裝置的改進(jìn)和基本計(jì)算

采用液壓系統(tǒng)完成工作裝置的驅(qū)動對于撒布機(jī)這種扭矩多變的作業(yè)工況是合適的，液壓傳動有對外載荷自動適應(yīng)的特性，但傳動效率較低，因此需要動力裝置具有一定的功率儲備，而原設(shè)計(jì)顯然功率較小。有鑒于此，考慮以載車主機(jī)進(jìn)行動力分動驅(qū)動工作裝置液壓系統(tǒng)是一種可行的方案，它不僅能夠有效提高驅(qū)動功率，而且節(jié)省了原車載汽油機(jī)，能夠有效減少和規(guī)避作業(yè)時(shí)機(jī)械故障的發(fā)生頻率。為了完成撒布功能，融雪劑撒布車的工作裝置由融雪劑螺旋輸送裝置和撒布裝置組成，它們的協(xié)同動作連同載車的勻速行進(jìn)構(gòu)成了撒布車的作業(yè)工況。

3.1 螺旋輸送裝置

螺旋輸送裝置將V型料斗中的融雪劑依需要的數(shù)量勻速送出，為撒布裝置供料，其螺旋作業(yè)由液壓馬達(dá)經(jīng)減速裝置直接驅(qū)動，馬達(dá)轉(zhuǎn)速800～1 000 r/min,系統(tǒng)壓力14 MPa。顯然，若選擇排量為18 mL/r的齒輪馬達(dá)，則所需流量為：

式中：Q1為螺旋輸送液壓馬達(dá)流量，L/min;n為馬達(dá)轉(zhuǎn)速，r/min；q為馬達(dá)排量，L/r;η為系統(tǒng)容積效率，可取0.9。

將已知參數(shù)代入式（1），可得螺旋輸送液壓馬達(dá)流量為18 L/min。

3.2 撒布裝置

撒布裝置將螺旋裝置輸送來的融雪劑呈圓形扇面拋灑到落雪表面上，其拋灑裝置的驅(qū)動軸由液壓馬達(dá)直接驅(qū)動，馬達(dá)轉(zhuǎn)速1 500 r/m，系統(tǒng)壓力14 MPa。顯然，若選擇排量為10 mL/r的齒輪馬達(dá)，則撒布裝置驅(qū)動馬達(dá)所需流量Q2為30 L/min（利用式（1）完成計(jì)算，過程略）。

顯然，由于螺旋輸送裝置和撒布裝置的協(xié)同動作，它們所需液壓系統(tǒng)流量為2個(gè)馬達(dá)各自流量的算術(shù)和，即：

3.3 液壓油泵的選型及其驅(qū)動功率

上述計(jì)算得出了所需液壓系統(tǒng)流量的理論值，對照我國液壓元件的產(chǎn)品系列，可選擇CB-32型齒輪油泵。同時(shí)，其基本技術(shù)參數(shù)為：排量32 mL/r，系統(tǒng)壓力14 MPa，根據(jù)主發(fā)動機(jī)額定轉(zhuǎn)速為1 600 r/min（由主變速箱第一軸直接輸出驅(qū)動，轉(zhuǎn)速范圍1 000～2 000 r/min，取 1 600 r/min為工作轉(zhuǎn)速），可以得到油泵的輸出流量：

撒布車配備的液壓油泵僅為驅(qū)動工作裝置所用，因此當(dāng)螺旋輸送裝置和撒布裝置所需馬達(dá)流量和系統(tǒng)壓力已知前提下，所需液壓油泵選擇CB-32是合適的。其相應(yīng)的驅(qū)動功率為：

式中：W2為液壓油泵的驅(qū)動功率，kW;P為液壓系統(tǒng)壓力，MPa;Q0為系統(tǒng)流量，L/min。

代入已知數(shù)據(jù)，得到油泵的驅(qū)動功率（取整數(shù)）為13 kW。

3.4 液壓系統(tǒng)油箱容量

液壓系統(tǒng)的油箱儲油不僅用于系統(tǒng)作業(yè)供油（循環(huán)），而且起到降低或保持系統(tǒng)油溫（最佳作業(yè)溫度40～60℃）的作用。油溫過低會降低作業(yè)效率，反之容易引起液壓油的內(nèi)外泄露。從理論上講，油箱儲油以大為宜，但對撒布車這類行走機(jī)械來說，過大的箱容會減少車輛的其他荷載，也難以在有限的車廂空間內(nèi)進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置。所以油箱儲油容量可由下式進(jìn)行選擇：

式中：V為油箱儲油容量，L;Q0為系統(tǒng)流量，L/min。

考慮到TXSBJ-10的作業(yè)為具有一定運(yùn)行速度的流動作業(yè)（最大轉(zhuǎn)移和作業(yè)速度分別為100 km/h和40 km/h），因此液壓油箱具有良好的迎風(fēng)散熱條件，故（4）式中的比例系數(shù)可取下限值。將已知參數(shù)代入式（4），可得到油箱儲油容量為76.8 L，實(shí)際設(shè)計(jì)取整數(shù)80 L（有效箱容）。

4 動力系統(tǒng)的升級改進(jìn)及其功率的平衡

TXSBJ-10的載車底盤采用國產(chǎn)EQ153通用二類車，主車驅(qū)動功率W0為155 kW。其驅(qū)動功率的選擇是以滿載12 t和不低于100 km/h速度運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)工況配置。而融雪劑撒布車的設(shè)計(jì)滿載小于等于10 t（包括融雪劑及其容器箱總成）,正常作業(yè)速度不高于40 km/h，且作業(yè)地段為平整度優(yōu)良和坡度很?。ㄐ∮诘扔?%）的高速公路，由此能夠容易計(jì)算出該型融雪劑撒布車在正常作業(yè)狀態(tài)時(shí)至少保有30%～40%的儲備功率[3]，這些儲備功率在正常作業(yè)時(shí)因所需功率較小而閑置。這就為用于融雪劑撒布裝置的取力驅(qū)動創(chuàng)造了條件。

根據(jù)上述分析和計(jì)算，能夠列出融雪劑撒布車動力升級改造后全車新的動力驅(qū)動平衡式：

式中：W0為主車驅(qū)動功率，kW;W1為行車所需功率（取平均值70%），kW;W2為工作裝置液壓系統(tǒng)所需功率，kW;Wt為儲備功率，kW。

將式（5）進(jìn)行移位，把已知參數(shù)代入后可得到TXSBJ-10的動力系統(tǒng)升級改進(jìn)后的主車動力仍有33.5 kW的儲備功率（占主車驅(qū)動總功率的21.6%）。對于融雪劑撒布車這類工程車輛，其儲備功率的選擇和設(shè)計(jì)是比較合理的。

5 結(jié)語

升級改造后的融雪劑撒布車以主車（行走）動力經(jīng)分動裝置帶動液壓系統(tǒng)進(jìn)行動力輸出驅(qū)動工作裝置，較原車的小型專用內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動功率大大提高（特別是主車較大的儲備功率亦可作為工作裝置的儲備功率），徹底解決了原車因驅(qū)動功率不足常常出現(xiàn)的超負(fù)荷熄火問題，可使融雪劑撒布寬度由6 m提高到9 m，相應(yīng)的作業(yè)效率提高了30%以上[3]。太原高速機(jī)械化養(yǎng)護(hù)中心已于2012年冬季完成了所保有全部TXSBJ-10融雪劑撒布車動力和液壓系統(tǒng)的升級改造，保證了所屬高速公路冬季除雪任務(wù)的盡快完成，實(shí)體工程應(yīng)用的良好效果證明融雪劑撒布車的改進(jìn)設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期效果。