冰面清冰凌設(shè)備在封凍期水文測(cè)驗(yàn)中的應(yīng)用

吳高莊，周艷軍，張立剛，梁秀日方

（松遼水利委員會(huì)水文局黑龍江中游水文水資源中心，黑龍江 同江 156400）

黑龍江流域地處中、高緯度，在極地大陸氣團(tuán)、蒙古高壓控制下，冬季漫長(zhǎng)、寒冷干燥，導(dǎo)致流域內(nèi)河流封凍歷時(shí)長(zhǎng)達(dá)半年之久。封凍時(shí)受強(qiáng)烈的降溫影響，冰塊互相擠壓，冰面極不規(guī)則。封凍后江面遍布大大小小的冰堆、冰包、碎冰，崎嶇不平，難于行走。在這種條件下，完成封凍期流量測(cè)驗(yàn)工作，傳統(tǒng)的處理方法是人工在測(cè)驗(yàn)斷面上用冰穿、鍬鎬清理出一條供人行走并能拖拽水文纜車通行的通道，然后再破冰打孔，用轉(zhuǎn)子式流速儀進(jìn)行流量測(cè)驗(yàn)。黑龍江干流中游段江面寬1000多米，且時(shí)常伴有大風(fēng)、吹雪堆積，道路需要經(jīng)常清理，導(dǎo)致基層水文職工寒冷冬季測(cè)驗(yàn)工作強(qiáng)度大且作業(yè)環(huán)境十分艱苦。結(jié)合實(shí)際情況，設(shè)計(jì)制作了旋轉(zhuǎn)刀片式冰面清冰凌設(shè)備，該設(shè)備可以將高于冰面的冰堆、冰包打碎并拋離清理，開辟出一條可供人和車輛通行的冰道，從而為采用農(nóng)用四輪車車載冰鉆設(shè)備，破冰打孔創(chuàng)造了先決條件，為改善冬季水文測(cè)驗(yàn)工作條件奠定了基礎(chǔ)。

1 設(shè)備組成及碎冰工藝

1）設(shè)備組成。旋轉(zhuǎn)刀片式冰面清冰凌設(shè)備由柴油機(jī)、傳動(dòng)軸、輥筒、刀片、鏈齒、鏈條、液壓支臂、液壓泵等配件組合而成。

2）破冰工藝。旋轉(zhuǎn)刀片式冰面清冰凌設(shè)備安裝在農(nóng)用四輪車前端，由液壓泵和液壓支臂控制其離地面的高度；柴油機(jī)提供動(dòng)力，通過傳動(dòng)軸和鏈輪、鏈條傳遞到輥筒，輥筒帶動(dòng)焊接在其表面的刀片高速旋轉(zhuǎn)，將高于冰面的冰堆、冰包打碎并拋離，從而清理出冰道。

2 主要制作工藝

1）利用四輪車前端的車架和保險(xiǎn)杠，分別安裝兩個(gè)吊臂、兩個(gè)支臂及一個(gè)液壓支臂，將該設(shè)備固定在四輪車上，通過液壓支臂可以調(diào)節(jié)離地面的高度。

2）柴油機(jī)和輥筒安裝在一個(gè)長(zhǎng)方體的框架上，框架設(shè)有上面板、防護(hù)板（其作用是防止碎冰被甩到四輪車上）、后面板，兩側(cè)采用加強(qiáng)的支架，用以安裝輥筒。

3）柴油機(jī)安裝在框架上方的中間位置（維持重量平衡），通過飛輪連接傳動(dòng)軸，傳動(dòng)軸設(shè)有十字軸（作用是減少不同心引起的震動(dòng)），傳動(dòng)軸另一側(cè)安裝鏈輪（?。?/p>

4）輥筒由中間軸、外筒及刀片組成。刀片為縱向排列，每組五片，沿輥筒外筒平均分布，橫向間距為0.10 m，交叉分布。

5）輥筒安裝在框架內(nèi)的中間位置，兩側(cè)由軸承座支撐其中軸，其中一側(cè)有輸入軸，安裝有鏈輪（大）。

6）大小鏈輪通過鏈條連接傳輸動(dòng)力，大小鏈輪的比例為3∶1，目的是降低轉(zhuǎn)速增加扭力。

旋轉(zhuǎn)刀片式冰面清冰凌設(shè)備簡(jiǎn)要示意圖，如下圖1（a、b、c）所示：

圖1 旋轉(zhuǎn)刀片式——冰面清冰凌設(shè)備簡(jiǎn)圖

3 技術(shù)指標(biāo)及特點(diǎn)

1）主要技術(shù)指標(biāo)。-10℃以下，車輛通行所需的安全行駛冰層厚度0.40 m；清冰高度不大于0.80 m、一次性清冰寬度1.65 m，四輪車功率不小于29.42 kW，柴油機(jī)功率不小于5.884 kW、電啟動(dòng)的機(jī)型轉(zhuǎn)速2 200～2 600 r/min，液壓桿自由行程0.50 m，輥筒直徑0.25 m，刀片長(zhǎng)度0.10 m三角形，輥筒順時(shí)針轉(zhuǎn)速800～850 r/min。

2）主要技術(shù)特點(diǎn)。旋轉(zhuǎn)刀片式冰面清冰凌設(shè)備包括移動(dòng)車、碎冰滾刀和動(dòng)力平臺(tái)。碎冰滾刀可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在動(dòng)力平臺(tái)的前端，在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)對(duì)冰面進(jìn)行破碎、并將破碎生成的冰凌向后拋離；動(dòng)力平臺(tái)可升降地安裝在移動(dòng)車的前端，利用動(dòng)力平臺(tái)帶動(dòng)碎冰滾刀豎直升降，從而驅(qū)動(dòng)碎冰滾刀從上往下切入冰面，以對(duì)冰層進(jìn)行豎向逐層破冰，并利用移動(dòng)車帶動(dòng)碎冰滾刀水平移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)水平逐層碎冰，直至把所有障礙冰塊全部打碎拋離。

該設(shè)備的碎冰滾刀的驅(qū)動(dòng)組件與移動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)組件相分離。碎冰滾刀采用優(yōu)質(zhì)的鋼材，具有低溫性能好、韌性好、耐磨等優(yōu)點(diǎn)，并通過動(dòng)力平臺(tái)與移動(dòng)車采用同軸快速連接結(jié)構(gòu)，單人即可快速完成設(shè)備組裝；操作人員在移動(dòng)車的駕駛室內(nèi)即可完成整機(jī)的全部操作，大大地提高了作業(yè)效率。

4 成果應(yīng)用及意義

旋轉(zhuǎn)刀片式冰面清冰凌設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作和安裝程序便捷、易于操作，成本較低，適用于北方冬季在測(cè)驗(yàn)河段冰面上破冰除障和清理道路，不僅能夠較好地破碎冰塊，而且能及時(shí)將冰塊拋離清理，安全可靠，實(shí)現(xiàn)冰面上自動(dòng)化高速清冰，進(jìn)而在冰面上打出平整的車道，便于人與車輛通行。通常情況下，清理一條1 km長(zhǎng)，2 m寬的冰道需要10個(gè)人2 d才能完成，而應(yīng)用旋轉(zhuǎn)刀片式冰面清冰凌設(shè)備只需2個(gè)人1 d就能完成，大大節(jié)省了人力物力，提高了勞動(dòng)效率，為改善冬季水文測(cè)驗(yàn)工作條件。

旋轉(zhuǎn)刀片式冰面清冰凌設(shè)備，可應(yīng)用于水文測(cè)驗(yàn)、交通運(yùn)輸、以及漁業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域當(dāng)中，有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。