一种铣削式路面除冰设备的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种铣削式路面除冰设备。一种铣削式路面除冰设备，包括两只以上铣刀模块，所述铣刀模块包括铣刀，所述铣刀包括转动轴线沿竖直方向的盘体和设置在盘体上的用于实现铣刀的径向进给的刀刃，定义铣削式路面除冰设备使用时向前移动，各铣刀模块左右并排设置以形成作业宽幅。铣削式路面除冰设备采用两只以上左右并排设置的铣刀模块形成作业宽幅，各铣刀模块的铣刀包括盘体和设置在盘体上的用于实现铣刀的径向进给的刀刃，因此，除冰设备前进时，铣削式路面除冰设备能够依靠铣刀模块的并行前进实现推进式除冰，与现有技术中的机械除冰设置相比，不需设置刀辊，有利于减轻整体重量，并且能够大大减少刀片数量，制造、维护方便。
【专利说明】
_种锐削式路面除冰设备
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种铣削式路面除冰设备。【背景技术】
[0002]目前，国内外清除道路表面积雪和冰层的常用的方法如图1所示，整体可以分为路面外部除冰法和路面内部除冰法，而这两种方法中常用的技术按照原理可以分为化学除冰法、热力除冰法和机械除冰法。
[0003]化学除冰法是通过撒布盐类除雪剂降低冰雪的冰点使冰雪融化实现清除冰雪降低冰雪危害。化学除冰法使用方便，既可清除路面结冰，同时在一定条件下能防止二次冻结。但是，化学试剂去除冰雪主要存在如下不足:1)受环境温度影响大，低温环境中，使用效果明显下降，需根据环境条件实时调整除雪剂使用量;2)化学试剂对路面有侵蚀作用，导致沥青混凝土和水泥混凝土的严重剥蚀，影响路面的使用寿命;3)路面上含有融雪剂、除雪剂的积水对行驶车辆的相关部件也有腐蚀作用。如锈蚀不断积聚在闸瓦上，它可以导致刹车片的衬面变形、松散、爆裂甚至失灵报废，造成很大的安全隐患;4)融雪剂、融雪剂对植被、 水源、桥梁道路、钢铁建筑等都有极强的腐蚀作用，其使用会对环境造成巨大的破坏。
[0004]热力除冰法是利用热能使冰雪融化，消除冰雪危害。按照加热形式主要分为微波加热、红外加热、喷气发动机加热等。1)红外加热，是使用燃料加热红外线加热板，利用热辐射作用使路面冰雪融化;2)喷气发动机加热:是利用废旧喷气式发动机排出的高温热气流对路面冰雪进行加热使其融化以达到清除目的。3)微波加热:是微波除冰是利用冰雪对微波的吸收能力较弱，同时路面对微波吸收能力强于冰雪，由此微波可透过冰层加热路面，通过加热路面融化路面与冰层间粘结层，使路面与冰层间的结合力消失，再利用机械方法清除冰层。上述前两种方法对于薄冰和小降雪量效果较好，当冰层较厚，降雪量较大时，其融化速度慢、能耗大、且融化出的水又会再次冻结，影响了清除冰雪的效果，同时，噪声大、对周围环境有极大的影响等使其很难在城市道路和高速公路上推广使用。第三种微波加热法微波除冰相对机械除冰其除净率高，同时因其只加热融解路面与冰层间粘结层耗能相对其他热力除冰方法小，是比较理想的除冰技术，但由于其除冰效率低、技术难度高、产业化困难使其至今未能在实际中的得到广泛的应用。
[0005]机械除冰法是通过机械装置对冰雪直接作用来清除冰雪，按工作原理可分为以下几类。1)振动式，通过液压马达驱动偏心块使振动轮沿圆周径向运动。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，振动轮表面的凸块切入并挤压冰层，使冰层断裂破碎并与地面剥离。2)静碾压裂式，工作装置悬挂于装载机前端，通过滚压轮上的组合刀片，依靠滚压轮自身的重量和来自装载机动臂和摇臂的协调压力，压碎冰层。 3)铲剁式，由多刀刃组成的工作铲在曲轴的带动下上下运动，对路面冰层进行剁击，该机构采用柔性连接，实现了对路面高低不平的自动补偿。机械除冰法易于实现一机多用，且很多可直接安装在现有的道路清除机械上，产业化难度低，同时无污染，故在国内应用最为广泛。但是，机械除冰法中除冰技术刀具对冰层的作用力可分为水平作用力Fx和垂直作用力Fy，如图2所示，其中垂直作用力Fy主要用于使刀具91嵌入冰层，水平作用力Fx用于使冰层 93与路面92分离，若要提高除净率，刀具一般需深入冰层93与路面92接触，作用于冰层93与路面92间的粘结层实现彻底清除路面覆冰。而因路面覆冰的密度、厚度等分布不均匀且不可测，为提高除净率，刀具作用于冰层的压强往往远大于冰层的抗压强度，达到可损伤路面范围。对水平作用力Fx，其主要功能是实现覆冰与路面的剥离，此时刀具与冰层间的作用同机械切削加工过程相似，所作用路面覆冰厚度等效于金属切削加工如刨削加工参数进给量，在金属切削加工过程中刀具所受阻力的大小、加工成形表面的粗糙度均与进给量相关， 进给量增大，刀具受到的阻力增大，且表面越粗糙。进给量过大将导致刀具所受阻力大于系统承载，则不能完成加工。并且，常用的机械除冰过程对冰层只施加一次作用力，所以对应的刀具除冰进给量即为当前冰层厚度或刀具所嵌入的深度，虽然路面覆冰的强度等远小于金属，但较大进给量所对应的阻力和所能得到的表面粗糙度也是较大的，导致机械除冰装置除冰的除净率低且同时会损伤路面。由此可见，机械方法的不足之处是除冰除净率与保护路面间矛盾，当积冰与路面结台紧密时，如果融雪剂械的力量太小，不能使冰层与路面有效分离，降低除冰除净率;力量太大，又往往会损伤道路甚至破坏路面。
[0006]综上所述，目前清除道路冰雪常用的三种方法各有优点和不足，化学法采用化学试剂融化冰雪，使用简单、快捷，但会对路面特别是混凝土路(桥)面和钢桥面产生腐蚀作用，同时对环境也有较大破坏;热力除冰法利用热能使冰雪融化、消除冰雪危害，主要有微波加热、红外加热、喷气发动机加热等类型，但现有的热力融冰雪技术还不够完善，虽然在理论上热力除冰特别是微波除冰是理想的除冰技术，但热力除冰冰雪融化速度慢、效率低、 能耗大、清除道路厚冰效果不够理想等问题制约其发展应用;机械法用于清除浮雪效果比较好，但当用来清除与地面紧密吸附的积冰时，除冰除净率与保护路面难以实现平衡。
[0007]申请号为201410783258.3、申请公布号为CN 104452646 A、申请公布日为 2015.03.25的中国专利公开了一种水射流道路除冰车，该除冰车是一种综合采用了热力除冰法和机械除冰法的铣削式路面除冰设备，包括作为装置架的底盘，底盘上由前向后依次设置有水射流装置、破冰辊、集冰铲、推冰板、传送带和吸管。水射流装置用于喷射高温水流以将地面的冰切割出带状的条纹;破冰辊上设有破冰齿，其转动轴线沿水平方向，并且在破冰辊与破冰齿内装有弹簧，目的是在不伤及路面的情况下将冰层快速从地面剥离;集冰铲、 推冰板和传送带构成碎冰收集装置，用于将碎冰收集起来。工作时，首先依靠水射流装置对冰层进行切割，然后利用破冰辊将地面上的带状条纹冰块破碎并从地面分离，被分离的碎冰被碎冰收集装置运送至车上指定位置，最后利用与风机连接的吸管将剩余在路面上的冰渣和残留在路面的水渍吸收干净，最终达到除冰、集冰并清洁路面的目的。
[0008]申请号为201310124688.X、授权公告号为CN 103174106 B、授权公告日为 2015.03.25的中国专利公开的智能型道路联合除冰雪机，包括仿形机构、铣削除冰装置和用于清理从路面上剥离的冰雪的清扫装置，铣削除冰装置为转动轴线沿水平方向延伸的锤式铣刀，并与仿形机构联动，仿形机构用于控制锤式铣刀的铣刀高度。使用时，仿形机构的仿形脚支撑在已经清理完冰雪层的路面上，当路面出现起伏变化时，仿形脚根据路面的变化起伏前进，从而实现路面仿形，使得锤式铣刀的刀刃刚好能够完全清除路面冰层又不碰到路面。该智能型道路联合除冰雪机还包括智能感知控制系统，用于根据与锤式铣刀对应的预避障铰链的位置通过指令控制中心控制仿形机构的调节机构升降，保证锤式铣刀的高度能够完全清除路面冰层又不碰到路面。
[0009]可是，现有技术中采用破冰齿或者转动轴线沿水平方向延伸的卧式铣刀装置实现机械除冰，由于需要清理冰雪的路面一般较宽，因此即使采用窄作业宽幅多次作业的方式， 破冰齿或者卧式铣刀的刀盘也需要做成轴向尺寸较大的刀辊的形式，质量很大，导致除冰装置整体重量重，工作时容易在路面上打滑，严重影响作业效率，同时体积也较大，不利于其他零部件的安装。再者，为了实现对作业幅度内的冰雪的完全清理，刀辊上需要设置沿轴向排列的较多的刀片，作业中如果部分刀片出现故障，将会导致路面上残留条状冰带，故障率高，制造、组装、维护不方便。
[0010]另外，由于道路路面不可避免地存在沿道路延伸方向的起伏和沿道路宽度方向的起伏，并且冰层厚度不一，因此现有的上述第一种采用破冰齿的除冰装置受上述各种因素的影响很难发挥好破冰辊与破冰齿内的弹簧的作用，而第二种采用卧式铣刀的除冰装置是在仿形机构的刀刃碰到地面后才能实现调节机构的动作，工作时必然存在刀刃与地面碰撞的情况。可见，现有的除冰装置在实际使用时仍很难解决除冰除净率与保护路面之间的矛盾，依旧容易出现冰层残留、导致路面破损或者除冰车自身损坏的问题。
【发明内容】
[0011]本发明的目的是提供一种铣削式路面除冰设备，以解决现有的除冰装置重量大、 刀片数量多的问题。
[0012]为实现上述目的，本发明中采用的技术方案是:一种铣削式路面除冰设备，包括两只以上铣刀模块，所述铣刀模块包括铣刀，所述铣刀包括转动轴线沿竖直方向的盘体和设置在盘体上的用于实现铣刀的径向进给的刀刃，定义铣削式路面除冰设备使用时向前移动，各铣刀模块左右并排设置以形成作业宽幅。[0〇13] 进一步地:各铣刀模块在前后方向上相互错开，两相邻铣刀的转动轴线的左右间距小于两铣刀的半径之和。
[0014]铣削式路面除冰设备包括用于控制铣削模块的冰层去除量以在路面上留下余量冰层的除冰余量控制装置。
[0015]所述除冰余量控制装置包括用于在冰面上形成暴露出路面的冰槽的热水射流装置，热水射流装置后方设有与铣刀模块联动的滚动支撑装置。
[0016]所述铣刀模块沿竖直方向活动设置，所述滚动支撑装置包括固定在铣刀模块前部的滚轮架和转动装配在滚轮架上的滚轮，所述滚轮的最低点高于铣刀的最低点。
[0017]所述热水射流装置和滚动支撑装置沿左右方向活动设置在铣削式路面除冰设备上。
[0018]所述热水射流装置具有左右排列的多组喷嘴，各组中的喷嘴沿前后方向共线布置。[〇〇19]各铣刀模块独立对应有所述除冰余量控制装置。
[0020]所述铣刀的刀刃设置在铣刀本体的外周面上。[0〇21]所述余量冰层的厚度为1_。
[0022]本发明采用上述技术方案，铣削式路面除冰设备采用两只以上左右并排设置的铣刀模块形成作业宽幅，各铣刀模块的铣刀包括盘体和设置在盘体上的用于实现铣刀的径向进给的刀刃，因此，除冰设备前进时，铣削式路面除冰设备能够依靠铣刀模块的并行前进实现推进式除冰，与现有技术中的机械除冰设置相比，不需设置刀辊，有利于减轻整体重量， 并且能够大大减少刀片数量，制造、维护方便。【附图说明】
[0023]图1是目前国内外清除道路表面积雪和冰层的常用方法的分类图；图2是机械除冰方法刀具对路面冰层作用力的示意图；图3是本发明中铣削式路面除冰设备的一个实施例的整体结构示意图；图4是图3中热水射流装置的结构示意图；图5是热水射流装置的喷嘴的结构示意图；图6是图3中铣削除冰装置的部分结构的结构示意图；图7是图3的主视图；图8是图7的俯视图；图9是图7的右视图；图10是图6中铣刀模块的结构示意图；图11是铣削式路面除冰设备工作时的热水射流效果图；图12是铣削式路面除冰设备工作时的铣削除冰效果图；图13是铣削除冰装置的工作原理示意图。
[0024]图3?图13中各附图标记的名称为:10-机架，11-行走轮，12-洒水车挂载结构，20-热水射流装置，21-射流装置架，22-喷嘴安装座，23-喷嘴，30-机械除冰装置，31-除冰装置架，32-铣刀模块，33-盘体，40-除冰余量控制装置，41-滚轮，42-滚轮架，50-碎冰清理装置， 51-铲冰板，60-热力除冰装置，61-热水雾喷头，71-路面，72-冰层，73-余量冰层，74-冰槽。【具体实施方式】[〇〇25]下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
[0026]本发明中铣削式路面除冰设备的一个实施例如图3?图13所示，主要包括机架10、 能源供给系统、热水射流装置20、机械除冰装置30、除冰余量控制装置40、碎冰清理装置50 和热力除冰装置60,是一种采用了热射流-机械综合路面71除冰技术的除冰设备，综合应用了热水射流融冰、机械除冰与化学除冰技术，能够实现快速、高效除冰。
[0027]机架10的底部设有行走轮11，用于实现除冰设备的移动;机架10的前部设有洒水车挂载结构12,能够挂载到洒水车尾部，通过洒水车实现驱动和水源供应。洒水车主要提供射流融冰和热水或热水雾融冰所需的水，水的加热以及水与化学融雪剂的混合在机架10上方设置的燃油锅炉内完成。由于水射流的需水量较大，要求电加热系统功率在百千瓦级以上，不论是室内试验还是室外试验均难以实现，因此采用燃油锅炉作为能源供给系统成本低、使用方便，并且通过燃油锅炉自身的温度调节装置可保证在稳定供水条件下射流温度在一定范围内调节。
[0028]机械除冰装置30为铣削除冰装置，包括除冰装置架31，除冰装置架31设有多只沿左右方向排列的铣刀模块32。各铣刀模块32上下活动设置，包括电机、减速器和通过电机及前速器驱动的铣刀，铣刀包括圆形片状的盘体33和设置在盘体33外周面上的刀刃，盘体33 构成铣刀本体，刀盘的转动轴线沿竖直方向，刀刃用于实现铣刀的径向进给。各铣刀模块32 左右并排设置以形成作业宽幅，在设备前进时，旋转的铣刀刀刃对冰层72进行铣削，实现作业宽幅内冰层72的去除。为了保证相邻铣刀之间出现沿设备行进方向的残留冰带，各铣刀模块32在前后方向上相互错开，两相邻铣刀的转动轴线的左右间距小于两铣刀的半径之和，从而在相邻铣刀之间形成重叠部分，保证了清除效果。
[0029]除冰余量控制装置40设置在机械除冰装置30的前侧，具体地，各铣刀模块32的前侧分别设有独立的除冰余量控制装置40。除冰余量控制装置40包括与机械除冰装置30联动的滚动支撑装置，滚动支撑装置包括滚轮41和固定在铣刀模块32前侧的滚轮架42,滚轮41 能够根据路面71的起伏情况带动铣刀模块32本身上下运动，同时滚轮41能够将铣刀模块32 支撑起设定高度，使铣刀离路面71具有设定的距离。本实施例中，余量冰层73的厚度控制为 1mm，便于依靠热力除冰装置60清除干净，同时有效避免机械除冰装置30与路面71接触。当然，余量冰层73的厚度也可以结合冰层72情况和道路情况进行增减。
[0030]热水射流装置20设置在机械除冰装置30和除冰余量控制装置40的前方，包括射流装置架21、喷嘴安装座22和喷嘴23。除冰装置架31上设有左右延伸的导轨，射流装置架21通过导轨沿左右方向活动设置在除冰装置架31上。喷嘴安装座22的上侧面上设有热水进口， 下侧面上设有左右排列的多组喷嘴23,各组中的喷嘴23沿前后方向共线布置。热水从热水进口进入喷嘴安装座22的内腔，然后从与内腔连通的各个喷嘴23喷射出，对冰层72进行冲击、融化，形成冰槽74。当然，热水射流装置20是为了清理出路面71为滚动支撑装置提供支撑，因此，热水射流装置20与滚动支撑装置是一一对应关系且对应的热水射流装置20与滚动支撑装置是前后共线设置。另外，热水射流装置20的上下位置可调，便于调节射流参数。 [〇〇31] 碎冰清理装置50包括上下活动地设置在除冰装置架31的后部的铲冰板51，俯视视角下，铲冰板51整体为V形，并且与V形的开口对应的后侧的顶部向后倾斜，用于实现对碎冰的引导，保证清理效果。另外，铣削式路面除冰设备还包括用于将碎冰输送到收集容器内的碎冰输送装置，收集容器内的碎冰可以利用燃油锅炉的高温尾气进行融化，作为热水射流用水和热水雾除冰装置用水。洒水车在每次出车前应先在道路管养单位灌满水，之后在清除道路覆冰的过程中通过收集破碎冰雪作为补充水源，从而可保证除冰的连续作业，经济、 实用，并能够提高能源利用率。[〇〇32] 热力除冰装置60设置在碎冰清理装置50后方，为热水雾除冰装置，包括热水雾喷头61和用于将热水或热水雾与融雪剂进行混合的融雪剂混合装置，使用时能够喷洒混合有融雪剂的热水，一方面能够将余量冰层73完全融化，另一方面能够避免融化后产生的冰水或新落下的雨雪再次结冰。在其他实施例中，也可以采用其他方式实现融雪剂的使用，利用采用热水除冰装置，将融雪剂与热水混合后喷洒;再如将热水除冰和融雪剂的施用分开设置，分别实现清除余量冰层73和放止再次结冰。当然，也可以仅设置热力除冰装置60,不施用融雪剂，或者采用另外的设备施用融雪剂。若不施用融雪剂，还可以配套相应的融化水清理设备，例如吸水设备，将路面71上的积水吸除，防止再次结冰。
[0033]采用上述方式，上述铣削式路面除冰设备针对机械、热力、化学除冰技术特点，取长避短，能够有效地发挥各种除冰方式的优势。一是热力除冰方面:铣削式路面除冰设备以水为储能介质融化冰雪，一方面水不论在获取还是加热方面较为容易，且利用水存储热能由于融冰时间历程短，水同空气等非工作介质间的能量交换少，可降低系统能量损失；另一方面水射流技术较完善，应用广泛，随着其参数(压力、流量、功率等)与喷射形式的不同，已应用于喷水推进、水雾灭火、射流切割、粉碎和表面清洗等方面，利用水射流技术控制水的运动可间接实现对能量流的控制。二是机械除冰方面:机械除冰技术的特点在于在不损伤路面71条件下，其除冰速度、除冰范围、能耗均优于热力、化学除冰，由此上述铣削式路面除冰设备设计采用铣削方法清除路面覆冰，实现在不损伤路面71条件下快速、高效除冰。三是化学除冰方面:化学除冰技术受其技术原理限制，在考虑成本的情况下，只能通过降低化学融冰剂使用量来弱化其对环境的危害;根据调查，每使用一吨融雪剂造成的腐蚀损失合计达803美元，若减少10%化学融冰剂使用量，其经济、环境效益也是很可观的。以华东地区冬季路面的覆冰现状为参考标准，设定路面覆冰厚度均值为6mm，通过机械除冰实现将路面覆冰削薄到1mm，最后使用热水雾除冰装置或热水除冰装置将残余覆冰完全清除，冰层由6_ 至1mm，覆冰厚度减少80%，对应的化学融冰剂剂量预计将减少50%以上。需要说明的是，通过合理选择铣刀的刀刃形式，也可以使铣刀即能够实现径向进给铣削，也能够实现轴向进给铣削，从而适应复杂的道路状况，当然，对于较平整的道路，仅需要能够实现径向进给铣削即可。[〇〇34]在上述实施例中，铣削式路面除冰设备包括热力除冰装置60,热力除冰装置60为热水雾除冰装置或热水除冰装置。在本发明的其他实施例中，热力除冰装置60也可以省去， 铣削除冰后再进行化学除冰，或者替换为其他形式的热力除冰装置60,例如将热力除冰装置60替换为【背景技术】中的红外加热、喷气发动机加热或微波加热除冰装置。[〇〇35]在上述实施例中，除冰余量控制装置40采用了热水射流装置20和滚动支撑装置， 在本发明的其他实施例中，除冰余量控制装置40也可以省去，仅采用铣削模块进行铣削，或者先依靠铣削模块清除表层冰雪，再利用热力除冰技术或化学除冰技术除冰，当然，除冰余量控制装置40也可以替换为其他形式，例如将热水射流装置20替换为常温水射流装置、机械除冰装置30等，由于仅需要路面71的一小部分暴露出，因此能够很方便地实现，再如将除冰余量控制装置40替换为依靠波的反射来探测路面71的位置并以此控制铣刀模块32升降的控制装置。
[0036]另外，上述实施例中铣削式路面除冰设备采用挂载在洒水车上的形式，在其他实施例中，铣削式路面除冰设备也可以通过其他方式实现移动，例如自身设置行走装置，或者挂载在其他形式的车辆上。
【主权项】
1.一种铣削式路面除冰设备，其特征在于:包括两只以上铣刀模块，所述铣刀模块包括 铣刀，所述铣刀包括转动轴线沿竖直方向的盘体和设置在盘体上的用于实现铣刀的径向进 给的刀刃，定义铣削式路面除冰设备使用时向前移动，各铣刀模块左右并排设置以形成作 业宽幅。2.根据权利要求1所述的铣削式路面除冰设备，其特征在于:各铣刀模块在前后方向上 相互错开，两相邻铣刀的转动轴线的左右间距小于两铣刀的半径之和。3.根据权利要求1或2所述的铣削式路面除冰设备，其特征在于:铣削式路面除冰设备 包括用于控制铣削模块的冰层去除量以在路面上留下余量冰层的除冰余量控制装置。4.根据权利要求3所述的铣削式路面除冰设备，其特征在于:所述除冰余量控制装置包 括用于在冰面上形成暴露出路面的冰槽的热水射流装置，热水射流装置后方设有与铣刀模 块联动的滚动支撑装置。5.根据权利要求4所述的铣削式路面除冰设备，其特征在于:所述铣刀模块沿竖直方向 活动设置，所述滚动支撑装置包括固定在铣刀模块前部的滚轮架和转动装配在滚轮架上的 滚轮，所述滚轮的最低点高于铣刀的最低点。6.根据权利要求4所述的铣削式路面除冰设备，其特征在于:所述热水射流装置和滚动 支撑装置沿左右方向活动设置在铣削式路面除冰设备上。7.根据权利要求4所述的铣削式路面除冰设备，其特征在于:所述热水射流装置具有左 右排列的多组喷嘴，各组中的喷嘴沿前后方向共线布置。8.根据权利要求3所述的铣削式路面除冰设备，其特征在于:各铣刀模块独立对应有所 述除冰余量控制装置。9.根据权利要求1或2所述的铣削式路面除冰设备，其特征在于:所述铣刀的刀刃设置 在铣刀本体的外周面上。10.根据权利要求1或2所述的铣削式路面除冰设备，其特征在于:所述余量冰层的厚度 为 lmm〇
【文档编号】E01H5/12GK105970873SQ201610516316
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年7月4日
【发明人】李涛, 高立龙, 宋瑞丽, 雷玉琼, 万明杰, 张茜萍, 蒋文峰, 赖思伟, 钱叶魁, 李毓辉, 马士友, 王闯, 陈斌, 陈欣鹏, 李九林
【申请人】中国人民解放军防空兵学院