摘要：从分析冰雪物理性状的异同入手，结合我国冬季清冰除雪的实际工况，提出了对破冰装置的基本要求，设计了一种结构简单、效率较高的除冰装置。
关键词：公路养护；振动破冰装置：设计
随着城市的繁荣与发展，交通工具的日益增多，北方冬季地面覆盖的冰雪对城镇道路、公路交通的危害越来越大。特别是在高速公路、机场、城市道路上，积雪不仅堵塞交通，而且是造成交通事故发生的重要原因。据统计到２００１年底，国内高速公路的通车里程已达１．９万多公里，其中１／３左右处于北方降雪带，因此开发和研制快速、高效的清冰除雪设备是公路养护的必然趋势。
雪和冰虽然来源于水，但它们的物理性状却大不相同：新鲜雪，即降雪不久且未经车辆、行人碾压的雪，松散地覆盖于地面，与地面附着力小，清除时作业阻力小，采用国内常用的雪犁装置即可清除；压实雪，即降雪后经车辆、行人碾压的冰雪混合物，质地坚硬且和地面粘接紧密，用雪犁装置难以清除；冰层，是积雪因阳光照射或车辆碾压化成水后又冻结成冰，与地面粘接牢固，冰层坚硬而滑，清除更为困难。因此，对于压实雪和冰层必须采取“以动制静”即冲击等方法，先对其进行切割、破碎使之与地面分离后，再采用雪犁或其他机具将其转运、收集起来，从而达到道路除雪的目的。根据上述分析再结合人工清除积雪的方法，笔者研制出了公路养护滚轮式振动破冰装置（以下简称破冰装置，２００２年１１月获国家专利）。
１对破冰装置的基本要求
１．１ 工作时行进速度Ｖ（Ｋｍ／ｈ）
据有关资料介绍，较为理想的作业工况是：１００Ｋｍ的公路路面，降雪后１０ｈ内双车清出６ｍ宽的路面，单程清雪幅宽３ｍ，则所需清雪车速１０ Ｋｍ／ｈ。但是对于市内路面作业车辆来说，则以５～６ Ｋｍ／ｈ为宜，既不影响交通又不会造成交通事故。
１．２ 对路况的适应性及保护性
一要自动适应路况的高低起伏，二要在干净地清除冰雪的同时，对路面有一定的保护作用，使路面不会受到损伤。
１．３ 对冰层的适应性
降雪量的大小、环境气温的高低、气候湿度，都与冰层的厚度、密度以及冰层与地面粘结程度有一定的关系，因此，“冲击力＂的大小应是可以调节的；另外，冰层与路面分离后，冰块的大小应便于收集干净，不致因风吹而造成“二次污染”。
１．４ 整机的经济性
由于清冰除雪季节性较强，非专用除雪设备底盘可以实现一机多用，提高设备的利用率；另外冰由雪转变而来，因此清冰、除雪设备的有机结合对整机的经济性显得更为重要。
２ 破冰装置的结构设计及工作原理
２．１ 结构设计主要有连接架、振动轮和凸块刀板等三部分组成，如图１所示。
２．２ 工作原理 以我厂现有的ＺＬ５０Ｇ装载机为底盘，置于装载机前端，以主机的液压系统驱动振动轮的马达，带动偏心块的旋转，产生的径向离心力通过连接轴作用于滚轮。对路面冰层来说，既有上、下方向的振动作用力，又有水平方向的揉搓作用力，使得振动轮表面的凸块切入、挤压冰层后把冰层断裂破坏，使之与地面剥离，从而达到除冰的目的（详见后面分析）。根据冰层的厚度不同，可以选择大小不同的击振力，拓宽了设备的使用范围。
２．３ 破冰机理简析
大家知道冰层的物理特性颇似玻璃，弹性模量甚小，较小的变形即可导致断裂，由于冰层和路面紧密贴附，难于使冰层在纵向变形，可以用刀刃切入的方法促使其横向变形，故破冰作业的第一步是使凸块切入冰层，随着切入深度的增加，凸块的楔形截面及击振力的分力对冰层产生挤压作用，促使冰层横向位移和变形，进而脆性断裂、破碎、剥离。下图示意出在某一瞬间，击振力垂直向下，振动轮逆时针方向旋转时，冰层断裂、破碎、剥离的过程，其中，双向剖面线表示破碎的冰层，由上述分析可知，选择适当的击振力，是不会对路面造成损伤的。
２．４ 连接架的设计
连接架主要起连接作用，一端与振动轮相连，另一端与装载机的动臂和拉杆相连，实现了破冰装置的异地转移，整机具有良好的机动性能。
２．５ 振动轮的设计
振动轮主要有连接板、减振器、振动轮总成、偏心凸块、连接轴和振动马达等组成，其作用是由偏心凸块产生径向离心力，通过连接轴作用于滚轮外周的凸块刀板。
２．６ 凸块刀板的设计
该部件的作用是将冰层断裂破坏，使之与地面剥离。三块相同的凸块刀板，通过螺栓连接紧固于滚轮外周，凸块采用高强度耐磨材料铸造而成，沿径向均匀交错地焊接在刀板上，窄而尖的凸块易于切入冰层，横向逐渐变宽的刀身最大限度地挤裂冰层，同时加固了自身的强度，具有拆卸方便，易于更换等特点。
３ 破冰装置的技术参数
重量 ３０００Ｋｇ
作业速度 １１．５Ｋｍ／ｈ
破冰宽度 ２２００ｍｍ
最大破冰厚度 ３０ｍｍ
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