CN1470708A - 微波加热清除道路结冰的方法和微波除冰车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微波加热清除道路结冰的方法和微波除冰车。微波除冰车的整体构造，主要由车体、动力源、微波加热器、碎冰机构构成。动力源由内燃机和发电机来承担，内燃机提供给各机构运动的动力，同时带动发电机发电，向微波加热器提供电力。碎冰机构的前部是微波加热器，这样经过微波加热器加热后的冰会得到及时的击碎。利用微波加热的原理，根据冰吸收微波能力弱、路面材料吸收微波能力强的特点，微波穿透冰层加热与冰连接的地面，地面温度升高，融化了与地面连接处的冰，消除路面与冰层之间的结合力，在上述步骤后，利用机械的方法，对冰层施加机械力，破碎冰层，使冰层脱离地面，使清冰变得容易。
Description
技术领域
本发明涉及一种微波加热清除道路结冰的方法和微波除冰车。
背景技术
研究表明，道路条件在交通事故成因中占有较大比重，在寒冷地区尤为突出。冬季在寒冷地区，降雪以后道路上的雪如果不能够得到及时的清理，被车辆碾压后会在路面上形成积雪甚至积冰；导致路面的摩擦系数相比其它季节明显降低，使车辆行走、制动困难，严重影响行车安全，容易导致交通拥堵，交通事故频发，给人民生命财产造成了极大的损失。资料显示，在寒冷地区，冬季交通事故要比其他季节高出大约20％左右。
在我国北方的大部分地区，冬季时间较长，有些地区每年都要经历3～5个月的降雪期，降雪量较大，及时清除路面上的降雪，消除安全隐患，保障道路畅通就显得十分重要。过去清除积雪主要以人工清除为主，费时、费力、不安全、作业效率低，而且清除的区段也非常有限。
为了克服人工清除冰雪的弊病，人们已经探索和研制出了许多种有效清除冰雪的方法及配套清除冰雪的机械，其中的一些方法和设备已经应用到实际工作中。
物理融化是通过加热的方法，使路面的积雪或积冰融化掉。
一种是电加热。采用导电混凝土融化冰雪的机理。普通混凝土的电阻率一般在106～109Ω·cm范围内，既不属于绝缘体，也不属于良导体。导电混凝土是在普通混凝土中添加一定含量的导电组分材料，制成的一种新型的水泥基复合材料，导电组分材料使混凝土的导电性大大改善，从而成为具有良好导电性能的导电体。利用导电混凝土融雪化冰，即利用导电混凝土良好的导电性，通过外加交流或直流电场后所产生的热量将冰雪融化。
一种是加热车加热。代表产品有英达科技有限公司的生产的称为“加热王”的除冰车。该车用加热板加热冰雪。加热板以液化石油气为燃料，以100％热辐射加热方式对路面加热，加热板分为4个区，可以有控制地、均匀地加热。
物理融化的方法对于小降雪量和薄冰效果较好。当雪量较大时，要将所有的雪化掉，融化速度慢，效率低，能耗大，而且，融化出的大量的水也没有办法处理，当环境温温度较低时，水又会再次结成冰，影响了除冰雪的效果。
化学除冰雪的原理是通过给路面洒布一定量的防冻结化学材料，降低冰雪的结冰点，使路面冰雪溶化或降低其强度再利用其它方法清除。
一种是撒盐来融雪化冰。这一方法是利用盐降低水的冰点，使积雪自动融化。该方法具有材料来源广泛、价格便宜、化冰雪效果好等特点，因而得到了普遍应用。但是，撤盐法也给混凝土路面结构和环境带来了许多负面效应，主要表现为钢筋钢纤维锈蚀、路面剥蚀破坏和环境污染等问题。世界上不少国家因使用除冰盐，已造成道路、桥梁的严重破坏，目前正在花费巨额费用进行修复，其经济损失十分巨大。
机械除冰法是通过机械对冰雪直接作用，清除冰雪，解除冰雪危害，它的应用范围比较广泛。目前除冰机械种类繁多，各有所长。
滚筒式破冰机主体是一圆柱状滚筒，在滚筒的外表面上，焊有排列有序的马蹄形铲刀，筒内装有沙子以增加质量，破冰机工作时由其他车辆拖拽前进，滚筒滚动利用铲刀将大面积的积雪或积冰捣碎并使之脱离地面，同时由配备在该机构后面的刮铲推到路边。此机构在平坦的路面上还可以，当路面凹凸不平时效果会很差，而且铲刀对路面的损伤也比较严重。
以除冰为主的机械，对于道路上的积雪效果较好，因为积雪一般和路面结合的不紧密，容易清除。但是当气温较低时，由于各种原因造成的由雪变成的冰与路面结合的会很紧密，而且此时冰的硬度很高，尽管在设计设备时考虑到设备对路面的损伤，试图通过控制作业设备的高度或力的大小来避免伤害路面、损坏设备，但除冰机械的力量小时，不可能使冰与路面分离；而如果使力增大，又会不可避免地损伤了路面。
发明内容
本发明的目的是提供一种微波加热清除道路结冰的方法和微波除冰车。利用微波加热的原理，根据冰吸收微波能力弱、路面材料吸收微波能力强的特点，微波穿透冰层加热与冰连接的地表面，地表面温度升高，融化了与地面连接处的冰，消除路面与冰层之间的结合力，在上述步骤后，利用机械的方法，对冰层施加机械力，破碎冰层，使冰层脱离地面，使清冰变得容易。
为实现上述目的，本发明采取以下设计方案：
微波除冰车的整体构造，主要由车体、动力源、微波加热器、碎冰机构构成。
车体是各设备固定的基础，动力源由内燃机和发电机来承担，内燃机提供给各机构运动的动力，同时带动发电机发电，向微波加热器提供电力。碎冰机构的前部是微波加热器，微波加热器、碎冰机构与车体连接，这样经过微波加热器加热后的冰会得到碎冰机构的击碎。为了能够控制各个部分的工作，还要有控制机构来控制各机构的状态。
由于路面和路面上的冰不会是平整的，所以控制加热器与路面之间的距离是一个问题。在微波加热器的下部安装车轮，加热器与车体之间利用弹簧进行联接。当弹簧为原长时，微波加热器的车轮与车体的车轮下边缘平齐。这样微波除冰车在路上作业，当经过路面的凹处时，由于自重的影响，加热器会下降一段距离，车轮会保持与路面接触；当经过路面的凸起处时，会压缩弹簧，加热器会上升一段距离，车轮仍然会保持与路面接触；这样无论在什么情况下，微波加热器与路面的距离始终是微波加热器的下边缘与微波加热器自身车轮之间的距离。保证了距离基本不变。为了防止路面对微波加热器的碰撞，在箱体的边缘上安装有橡胶圈。在微波加热器的外部有挡板，挡板与车体连接。使得微波加热器相对车体只能做上下运动，保证了微波加热器的位置。
微波加热器的后面是碎冰机构。它采用凸轮机构控制运动，凸轮旋转时，逐渐抬高碎冰铲的位置，当凸轮转到凸轮上的半径突变位置时，碎冰铲会在弹簧力的作用下，迅速下降，击碎路面的冰。
因为此时的冰由于加热已经和路面基本分离，没有了结合力，击碎冰需要的力要比纯机械方式小得多。
微波加热清除道路结冰的方法是：第一步：将安装有微波发生器的车辆运行器运行到冰面上；第二步：开启微波发生器，根据路面材料的不同设定微波发生器的功率，微波发生器的功率为(200-5000)千瓦/小时；第三步：开启除冰车的碎冰机构。
本发明的优点是：能够抓住除冰的关键，将冰层与地面的冻结连接处利用微波加热的方法，使之解冻，从而将冰脱离地面，再加上机械的作用破碎冰层，达到除冰清扫路面的目的。还有无化学污染、保护环境、除冰效率高、不伤地面等优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图
图2为本发明的碎冰机构示意图
图3为本发明的凸轮机构示意图
图4为本发明的微波加热器结构示意图
图5为本发明的微波加热器局部示意图
图6为本发明的碾冰雪机构示意图
具体实施方式
实施例1：微波加热清除道路结冰的方法是：第一步：将安装有微波发生器的车辆运行器运行到冰面上；第二步：开启微波发生器，微波发生器的功率为2500千瓦/小时；第三步：开启除冰车的碎冰机构。
微波除冰车的整体构造，主要由车体2、动力源17、微波加热器1、碎冰机构3构成。
车体2是各设备固定的基础，动力源17由内燃机19和发电机30来承担，内燃机19提供给各机构运动的动力，同时带动发电机30发电，向微波加热器1提供电力。碎冰机构3的前部是微波加热器1，微波加热器1、碎冰机构3与车体2连接，这样经过微波加热器1加热后的冰会得到及时的击碎。车轮8与车体2连接。
选择辐射型加热器。为了能够对路面进行均匀地加热，在辐射型加热器中选择一种现有的被称为近场微波炉的辐射型微波加热器，结构如图4所示。
微波加热器1的能量是由槽缝50来辐射的，槽缝50是在一个金属板上开的若干个半波长谐振槽，槽缝50的排列如图5所示。这些缝槽50由天线室45提供能量，天线室45通过上面的波导44经过对称地放置在天线室45的十字天线46进行能量的传输。通过槽缝50的辐射，微波就可以比较均匀地辐射到箱体下面的路面并加热路面。为了防止灰尘、污物等通过槽缝50进入天线室45影响微波加热器1的正常工作，在开槽金属板42的下面安装有陶瓷板41，因为陶瓷属于绝缘体材料，通常它吸收的微波功率很小，微波大部分都会透过陶瓷，在不影响微波传递的情况下，达到防尘的目的。在箱体47的下边缘与陶瓷板41之间留有一定的距离，来保护陶瓷板41。微波管43与波导44连接。
由于路面和路面上的冰不会是平整的，所以控制微波加热器1与路面之间的距离是一个问题。在微波加热器1的下部安装上四个车轮5，微波加热器1与车体2之间利用弹簧7进行联接。当弹簧7为原长时，微波加热器1的车轮5与车体2的车轮8下边缘平齐。这样微波除冰车在路上作业，当经过路面的凹处时，由于自重的影响，微波加热器1会下降一段距离，四个车轮5会保持与路面接触；当经过路面的凸起处时，会压缩弹簧7，微波加热器1会上升一段距离，四个车轮5仍然会保持与路面接触；这样无论在什么情况下，微波加热器1与路面的距离始终是微波加热器1的下边缘与微波加热器1自身车轮5之间的距离。保证了距离基本不变。为了防止路面对微波加热器1的碰撞，在箱体的边缘上安装有橡胶圈40。在微波加热器1的外部有挡板31连接，使得微波加热器1相对车体2只能做上下运动，保证了微波加热器1的位置。
微波加热器1的后面是碎冰机构3。如图2所示，至少两个支撑19与车体2连接，支撑19与轴21活动连接。凸轮20与轴21连接，并与轴21一起转动。凸轮20与轴22接触，轴22与两个立柱18连接，立柱18上有弹簧6，碎冰铲4与立柱18连接，构成一组冰铲，至少有一组冰铲安装在车体2上。变速机构23与轴21连接。变速机构23由动力源17提供旋转动力，采用凸轮机构控制运动，凸轮20旋转时，逐渐抬高碎冰铲4的位置，当凸轮20转到凸轮20上的半径突变位置时，碎冰铲4会在弹簧6力的作用下，迅速下降，击碎路面的冰。
因为此时的冰由于加热已经和路面基本分离，没有了结合力，击碎冰需要的力要比纯机械方式小的多，利用硬橡胶做碎冰铲4的头部，这样既能够击碎路面上已经和路面分离的冰，又可以保护路面，使其不受到机械损伤。
实施例2：碎冰机构3有如图6所示的碾冰雪机构，车辆运行器至少有前后两组车轮，碾冰雪机构安装在后车轮前部两组车轮之间，碾冰辊63的外圆周布满锥钉62，碾冰辊63的宽度与微波加热器加热地面的宽度相配。碾冰辊63的一侧的结构为：通过摆杆69、连接铰座66与车身67连接，油缸68与曲柄64、连杆70通过轴连接，曲柄64与连接铰座65通过轴连接，连接铰座65与车身67连接，连杆70与摆杆69通过轴连接。在碾冰辊63的另一侧有前述相同的结构。在油缸68的活塞杆伸长将曲柄64连杆70和摆杆69成三角形状，碾冰辊63与道路60上的结冰61接触，此时后车轮悬空，与道路60上的结冰61脱离接触。碾冰辊63转动并利用自重和碾冰辊63上的锥钉62碾碎结冰61。在油缸68的活塞杆收回，使得曲柄64和连杆70被拉起，带动摆杆69以连接铰座66的轴为圆心转动，碾冰辊63与道路60上的结冰61脱离接触，此时后车轮落地，与道路60上的结冰61接触。
实施例3：操作微波除冰车的步骤方法是：第一步：将安装有微波发生器的车辆运行器运行到冰面上；第二步：开启微波发生器，微波发生器的功率为200千瓦/小时；第三步：开启除冰车的碎冰机构。
实施例4：操作微波除冰车的步骤方法是：第一步：将安装有微波发生器的车辆运行器运行到冰面上；第二步：开启微波发生器，微波发生器的功率为5000千瓦/小时；第三步：开启除冰车的碎冰机构。
车辆运行器包括可驾驶的汽车或拖车。
Claims (9)
1、一种微波除冰车，由车体、动力源、微波加热器、碎冰机构构成，其特征在于：碎冰机构的前部是微波加热器，微波加热器、碎冰机构与车体连接，这样经过微波加热器加热后的冰会得到碎冰机构的击碎。
2、根据权利要求1所述的微波除冰车，其特征在于：所述的微波加热器为辐射型微波加热器。
3、根据权利要求1所述的微波除冰车，其特征在于：所述的微波加热器的下部安装车轮，微波加热器与车体之间利用弹簧进行联接，在微波加热器的外部有挡板连接，使得微波加热器相对车体只能做上下运动。
4、根据权利要求2、3所述的微波除冰车，其特征在于：所述的微波加热器的能量是由槽缝来辐射的，槽缝是在一个金属板上开的若干个半波长谐振槽，这些缝槽由天线室提供能量，天线室通过上面的波导经过对称地放置在天线室的十字天线进行能量的传输，在开槽金属板的下面安装有陶瓷板，在箱体的下边缘与陶瓷板之间留有一定的距离。
5、根据权利要求2、3所述的微波除冰车，其特征在于：所述的碎冰机构至少有两个支撑与车体连接，支撑与轴活动连接，凸轮与轴连接，并与轴一起转动，凸轮与轴接触，轴与两个立柱连接，立柱上有弹簧，碎冰铲与立柱连接，构成一组冰铲，至少有一组冰铲安装在车体上，变速机构与轴连接。
6、根据权利要求4、5所述的微波除冰车，其特征在于：所述的变速机构由动力源提供旋转动力，采用凸轮机构控制运动，凸轮旋转时，逐渐抬高碎冰铲的位置，当凸轮转到凸轮上的半径突变位置时，碎冰铲会在弹簧力的作用下，迅速下降，击碎路面的冰。
7、根据权利要求3所述的微波除冰车，其特征在于：所述的变速机构由动力源提供旋转动力，采用凸轮机构控制运动，凸轮旋转时，逐渐抬高碎冰铲的位置，当凸轮转到凸轮上的半径突变位置时，碎冰铲会在弹簧力的作用下，迅速下降，击碎路面的冰。
8、根据权利要求2、3所述的微波除冰车，其特征在于：所述的碎冰机构为碾冰雪机构，碾冰雪机构安装在后车轮前部两组车轮之间，碾冰辊通过摆杆、连接铰座与车身连接，碾冰辊的外圆周布满锥钉，油缸与曲柄、连杆通过轴连接，曲柄与连接铰座通过轴连接，连接铰座与车身连接，连杆与摆杆通过轴连接，在油缸的活塞杆伸长将曲柄、连杆和摆杆成三角形状，碾冰辊与道路上的结冰接触，此时后车轮悬空，碾冰辊转动，碾冰辊上的锥钉碾碎结冰，在油缸的活塞杆收回，使得曲柄和连杆被拉起，带动摆杆以连接铰座的轴为圆心转动，碾冰辊与道路上的结冰脱离接触，此时后车轮落地，与道路上的结冰接触。
9、一种微波加热清除道路结冰的方法，其特征在于：操作所述的微波除冰车有以下步骤：
第一步：将安装有微波发生器的车辆运行器运行到冰面上；第二步：开启微波发生器，微波发生器的功率为(200-5000)千瓦/小时；第三步：开启除冰车的碎冰机构。
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