CN205369145U

CN205369145U - 公路高压热气流快速除雪装置

Info

Publication number: CN205369145U
Application number: CN201620099494.8U
Authority: CN
Inventors: 范德涛
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-01-31
Filing date: 2016-01-31
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2026-01-31

Abstract

本实用新型公开了一种公路高压热气流快速除雪装置，包括前端安装有铲刀的动力机械，所述动力机械上安装有气泵和集气稳压罐，集气稳压罐上设置有限压阀和安全阀；所述气泵的进气管与动力机械的发动机排气管相连接，所述气泵的出气管与所述集气稳压罐相连接；所述铲刀上安装有喷射融雪装置，所述集气稳压罐通过高压气管与所述喷射融雪装置的输气管口相连接。本实用新型结构设计合理，利用发动机尾气热量加热融化路面积冰，使路面与积冰之间的粘接点积冰融化形成机械推铲楔入点，以发挥机械强大的推力作用，从而清除积冰。

Description

公路高压热气流快速除雪装置

技术领域

本实用新型涉及除雪工具技术领域，具体涉及一种公路高压热气流快速除雪装置。

背景技术

我国北方大部分地区，每年有3～5个月的降雪期，据统计，冰雪路面交通事故发生率是平时的6～8倍，每年造成的经济损失巨大。如何快速清除公路积雪已成为保证冬季公路安全和畅通的重要任务。目前国内外公路清冰雪技术主要有传统的人工清冰雪技术、在道路上撒施融雪剂融化冰雪、各种清冰雪机械清除积雪三种。

人工除冰雪功效低、浪费人力、作业成本高、占有路面时间长，且不安全因素多，易发生交通事故，不能适应公路清除冰雪的要求。

融雪剂又称除冰盐或道路防冻剂，其成分以氯化钠、氯化钙、氯化镁等盐类为主。融雪剂具有使用方便，价格适中等优点而被广泛使用。但是，融雪剂除雪在带来便利的同时，对道路环境也产生了不可忽视的危害，例如腐蚀道路设施、影响道路周边植物生长、污染水体、破坏土壤结构等。

除雪车是目前国内外普遍使用的公路清冰雪机械，它是通过机械对冰雪的直接作用，进行推扫或铲除，能较好地完成公路清除浮雪工作，具有快速高效的优点，但其对被车辆碾压冻结成冰的积雪清除效果并不理想。因此，研制性能优越的除雪机械，特别是研制对路面积冰进行快速有效清除的除雪机械成为世界上冬季降雪国家的一个重要课题。

降雪沉积在路面上未能及时清扫，经过车辆碾压、会冻结在路面上形成路面积冰。如果沉降的是冰雨雪，积冰现象会更加严重。积冰与路面的冻结力很大，现有的除雪机械都很难将其快速清除。主要原因是机械的除雪推铲铲尖难以楔入路面与积冰之间，机械强大的推力不能发挥作用。消除积冰的主要措施是加热融化，目前讨论较多的微波加热路面、路面埋设电热丝加热的方法均没有可操作性。而现在使用的专业除雪机、推土机、平地机等机械上都有未利用的热源即发动机尾气，上百度高温的发动机尾气排向大气，带出的热量没有被利用而浪费掉。

因此，设计一套装置安装在现有的除雪机械上，在机械清雪除冰时能将积冰与路面之间的粘接点积冰融化形成推铲楔入点，就可解决这一难题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构设计合理，利用发动机尾气热量加热融化路面积冰，使路面与积冰之间的粘接点积冰融化形成机械推铲楔入点，以发挥机械强大的推力作用，从而清除积冰的公路高压热气流快速除雪装置。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：公路高压热气流快速除雪装置，包括前端安装有铲刀的动力机械，所述动力机械上安装有气泵和集气稳压罐，集气稳压罐上设置有限压阀和安全阀；所述气泵的进气管与动力机械的发动机排气管相连接，所述气泵的出气管与所述集气稳压罐相连接；所述铲刀上安装有喷射融雪装置，所述集气稳压罐通过高压气管与所述喷射融雪装置的输气管口相连接。其中，所述动力机械为轮式推土机、除雪机或平地机。

作为优选的技术方案，所述喷射融雪装置包括安装于所述铲刀下部背面两侧的输气钢管，所述输气钢管连接有压缩空气室，所述铲刀上开设有与所述压缩空气室相连通的喷气孔道，所述铲刀上位于所述喷气孔道的前方安装有挡板，所述挡板与所述铲刀之间形成有朝向地面的喷射间隙。

作为对上述技术方案的改进，所述挡板上可拆卸安装有除冰撬。

本实用新型通过采用上述技术方案，具有以下有益效果：发动机动力通过动力输出装置传给气泵，气泵将发动机排气管排出的高温废气泵吸到集气稳压罐中，集气稳压罐上安装的限压阀、安全阀控制罐内气压。通过喷射融雪装置喷吹、加热融化路面积冰，将积冰与路面之间的粘接点积冰融化，形成铲刀铲尖楔入的缝隙，使推铲铲尖能楔入到路面与积冰之间，将积冰铲起并推移出路面，完成清除积冰任务。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：

图1是本实用新型实施例的结构示意图；

图2是喷射融雪装置的结构示意图；

图3是本实用新型实施例的工作流程框图。

图中：1-铲刀；11-铲尖；2-喷射融雪装置；21-输气钢管；22-压缩空气室；23-喷气孔道；24-挡板；25-喷射间隙；26-除冰撬；3-高压气管；4-铲刀升降油缸；5-铲刀垂直倾斜油缸；6-横梁；7-集气稳压罐；8-气泵；9-积冰；10-路面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，进一步阐述本实用新型。

如图1所示，公路高压热气流快速除雪装置，包括前端安装有铲刀1的动力机械(轮式推土机)，所述动力机械上通过支架安装有气泵8和集气稳压罐7，集气稳压罐7上设置有限压阀和安全阀；所述气泵8的进气管与动力机械的发动机排气管相连接，所述气泵8的出气管与所述集气稳压罐7相连接；所述铲刀1上安装有喷射融雪装置2，所述集气稳压罐7通过高压气管3与所述喷射融雪装置2的输气管口相连接。铲刀1通过横梁6安装在机架上，并连接有铲刀升降油缸4和铲刀垂直倾斜油缸5，以实现其升降等动作。

参考图2，所述喷射融雪装置2包括安装于所述铲刀1下部背面两侧的输气钢管21，所述输气钢管21连接有压缩空气室22，所述铲刀1上开设有与所述压缩空气室22相连通的喷气孔道23，所述铲刀1上位于所述喷气孔道23的前方安装有挡板24，所述挡板24与所述铲刀1之间形成有朝向地面的喷射间隙25。

参考图1至图3，工作时，发动机动力通过动力输出装置传给气泵8，气泵8将发动机排气管排出的高温废气泵吸到集气稳压罐7中，集气稳压罐7上安装的限压阀、安全阀控制罐内气压。当需要热气流喷吹、加热融化路面积冰时，操作人员操作控制装置打开高压气管阀门，高温高压热气流通过高压气管3从两侧的输气钢管21进入铲刀1下部的压缩空气室22。铲刀1下部设有一定数量的被挡板24盖住的喷气孔道23，进入的高温压缩空气从小孔中高速喷出，并沿铲刀1曲面从上向下形成“高温高压气刀”，这层“高温高压气刀”在积冰9和路面10之间起着融化和切割积冰作用，将积冰9与路面10之间的粘接点积冰融化，形成铲刀铲尖11楔入的缝隙，使铲尖11能楔入到路面与积冰之间，将积冰铲起并推移出路面，完成清除积冰任务。

为了防止不工作时积雪冻结在挡板24内侧，可以在所述挡板24上可拆卸安装除冰撬26，可以采用螺栓实现即可，必要时通过旋动除冰撬26将结冰除掉。

下面介绍一下本除雪装置的相关计算。

1、热气流流量计算

以轮式推土机用6135柴油机作为发动机，选用WW-1.6/7型空气压缩机为气泵，进行计算。

6135柴油机参数为:总工作容积为12L，标定转速2200r/min，标定功率162kW。

WW-1.6/7空气压缩机参数为：容积流量1.6m³/min,排气压力0.7MPa,功率15kW,集气稳压罐容量0.27m³。

按柴油机燃烧后废气全部排出，标定工况时的柴油机排气流量约为：

S＝(L×n)/2＝(0.012×2200)/2＝13.2(m³/min)

式中：S为发动机标定工况排气流量(m³/min)；L为发动机总工作容积(m³)；n为发动机标定转速(r/min)；2为发动机每转2r排出总工作容积。

发动机标定工况排气流量13.2m³/min是空气压缩机容积流量1.6m³/min的8.25倍，因此，考虑发动机气缸内有一定的残余废气不能排出，排气管路有漏气现象，发动机排气流量也能够满足空气压缩机泵吸废气的数量要求。

2、除雪装置热气流的流速计算

设计气流挡板缝隙宽度1mm，挡板有效宽度2m，从挡板缝隙向路面喷出的高温高压气流的流速为：

v＝Q/(B×b)＝1.6/(2×0.001)＝800m/min＝13.33m/s

式中：Q为空气压缩机容积流量(m³/min)；B为气流挡板有效宽度(m)；b为气流挡板缝隙宽度(m)。

考虑输气管道漏气损失、输气管道沿程阻力损失，气流的流速仍可达到10m/s以上，可以满足对冰结点的切削要求。

3、除雪装置热气流的温度概算

标定工况时，从柴油机排气门排出的废气温度接近800℃，在流过缸体排气支管到达排气管口的过程中，柴油机冷却系冷却散热，废气温度降低到略高于柴油机工作温度的100℃左右。由气泵吸入集气稳压罐，并沿有保温隔热装置的气阀、输气管、喷射装置到达路面积冰粘结点。考虑输气管道各构件的散热损失，热气流的温度仍可达到90℃，足以将路面积冰粘结点冰雪融化成水。

4、除雪装置热气流传热量计算

6135柴油机标定功率162，最低耗油量为0.217kg/(kW×h),0号柴油低热值为40193.28J/kg,废气通过排气管带走的热量占燃料放热量的比例为35％～40％,因此废气带走的热量为：

Q＝P×h×Hu×c

＝162×0.217×40193.28×0.35

＝494532.26(kJ/h)

＝8242.13(kJ/min)

式中：P为6135柴油机标定功率kW；b为6135柴油机最低耗油量kg/(kW/h)；Hu为0号柴油低热值(J/kg)；c为废气带走的热量占燃料放热量的比例。

其中空气压缩机泵吸加压提供给除冰装置的废气量占总废气量的1/8.25，所以除冰装置喷出的废气含热量为废气带走的热量Q的1/8.25，即为999.05kJ/min。

因0℃的冰融化成0℃的水的融化热为334.40kJ/kg，所以，每分钟除冰装置喷出的废气带来的热量能融化的冰的质量为：

M＝Q1/e＝238.62/334.40≈0.71(kg/min)

式中：Q1为除冰装置废气带来的热量(kJ/min)；e为0℃的冰变成融化水的融化热(kJ/kg)。

这样的融冰量足以融化路面粘接点的积冰。

5、除雪装置热气流的压力计算

热气流从空气压缩机出来到气流挡板缝隙出口，其压力损失主要由输气管道沿程摩擦阻力损失和管道收缩、扩大、弯道、三通、阀门造成的局部阻力损失组成。压缩机排气压力减去压力损失即为气流挡板缝隙气流压力。根据设计的管路结构，取输气管道阻力系数为0.1MPa×min²/m⁶，气流挡板缝隙气流压力为：

P2＝P1-H＝P1–RQ²

＝0.7-0.1×1.6²＝0.444MPa

式中：P2为气流挡板缝隙气流压力(MPa)；P1为空气压缩机排气压力(MPa)；H为输气管道阻力(MPa)；R为输气管道阻力系数(MPa×min²/m⁶)；Q为空气压缩机容积流量(m³/min)。

在没有路面积冰强度实验数据的情况下，借鉴河流冰的强度实验数据，当冰的厚度为0.15～0.30m时，在最高流冰水位情况下，冰的抗压强度为0.450MPa。因此，路面积冰在0.444MPa压力、90℃高温气流作用下，其路面与积冰粘结点的冰雪可以碎裂融化成水，可以形成需要的铲刀铲尖楔入缝隙。

由此可见，该设计中，发动机尾气排量、热量、温度以及空气压缩机提供的热气流流速、气压均可满足要求；在专业除雪机、推土机、平地机机架上均有足够的空间布置安装空气压缩机和输气管道；在各种机械的铲刀上设计安装喷射装置也是可行的。

同时，发动机换气质量直接关系到发动机发出的功率大小，新鲜可燃气体进入汽缸数量越多，废气排出汽缸数量越多，发动机功率越大。气泵在发动机排气管口的泵吸作用使排气管口形成负压状态，排气时发动机缸内压力与排气管口压力差加大，使排气更加彻底，新鲜可燃气体进入汽缸数量增多，改善了发动机换气质量，提高了发动机功率，在一定程度上弥补了发动机带动空气压缩机工作造成的功率损耗，适于推广应用。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。

Claims

1.公路高压热气流快速除雪装置，包括前端安装有铲刀的动力机械，其特征在于：所述动力机械上安装有气泵和集气稳压罐，集气稳压罐上设置有限压阀和安全阀；所述气泵的进气管与动力机械的发动机排气管相连接，所述气泵的出气管与所述集气稳压罐相连接；所述铲刀上安装有喷射融雪装置，所述集气稳压罐通过高压气管与所述喷射融雪装置的输气管口相连接。

2.如权利要求1所述的公路高压热气流快速除雪装置，其特征在于：所述喷射融雪装置包括安装于所述铲刀下部背面两侧的输气钢管，所述输气钢管连接有压缩空气室，所述铲刀上开设有与所述压缩空气室相连通的喷气孔道，所述铲刀上位于所述喷气孔道的前方安装有挡板，所述挡板与所述铲刀之间形成有朝向地面的喷射间隙。

3.如权利要求2所述的公路高压热气流快速除雪装置，其特征在于：所述挡板上可拆卸安装有除冰撬。

4.如权利要求1、2或3所述的公路高压热气流快速除雪装置，其特征在于：所述动力机械为轮式推土机、除雪机或平地机。