《摊铺机工作原理.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《摊铺机工作原理.docx（7页珍藏版）》请在课桌文档上搜索。
1、沥青混合料摊铺机及摊铺技术来源：造价信息网I作者：奔一鸣等I日期：2022年5月9日I浏览1403次【大中小】摘要：沥青混合料摊铺机是集机、电、液技术为一体,在筑路机械中技术含量最高的一种复杂设备；也是铺筑高等级公路沥青路面必不可少的重要工具。本文简单地介绍了摊铺机的结构组成、工作原理、各结构参数的调整和选用以及在摊铺作业中应注意的事项等。供有关技术人员和监理人员参考。关键词：沥青混合料摊铺机摊铺作业摊铺基准1前言修筑高等级公路沥青路面，都必须用沥青混合料摊铺机（下简称摊铺机）进行沥青混合料的摊铺作业。这不仅是因为它的摊铺速度快，更重要的是要保证路面的关键技术指标一一平整度，非它莫属。目前作业
2、在我国高等级公路工地上的摊铺机，多为进口摊铺机，其中使用最多的是德国V;GELE和ABG两家公司的产品。自称摊铺机整机技术世界率先的美国BLAw-KNOX公司产品，也已打入我国筑路市场。据讲，仅近两年来已在我国销售了24台之多。这些摊铺机性能优越，自动化程度很高，可谓之近代摊铺机。近代摊铺机是集机、电、液技术为一体的非常复杂的机械，掌握它要涉及到多方面的专业知识，这对非筑路机械专业人员而言，并非易事。然而对它有着一般的了解，却又是路面施工技术人员及监理人员应必备的知识之一，否则，很难把握路面施工管理和保证路面质量。笔者在学习了有关摊铺机的诸多文献之后，结合沪宁高速公路南京段沥青路面的铺筑实践，
3、就摊铺机的结构、基本工作原理和摊铺作业中的一些技术问题作一简单介绍，供有关技术人员参考。2摊铺机通常使用的近代摊铺机，尽管出自不同厂家，有着不同外形和各自的特点，但其基本结构和工作原理却大同小异。2. 1结构组成近代摊铺机主要由发动机、传动系统、行走机构、供料系统、控制控制系统、车架、调平大臂、熨平板以及自动调平系统等组成。发动机是摊铺机的心脏，一切动力都来自于它，所以功率都很大。如BLAw-KNOX公司的PF-510型摊铺机发动机的功率为129kW;V;GELE公司的S-2000型发动机功率为15Ok肌它们大都为水冷式柴油发动机。基于摊铺机总是在高温环境下工作的特点，近来采用风冷式柴油机的日
4、渐增多。为了不挡住驾驶员的视线和限制作业时整机重心过多的先后挪移，发动机普通都是横向设置在整个摊铺机的中部O港篙系统是将发动机的动力通过机械或者液压传动驱使摊铺机的行走机构、大臂及供料系统等产生动作的一种结构组合。它主要由变速箱、分动箱、离合器、链条、液压泵、液压电动机、制动器等联合组成。行走机构是指带动整机行驶的机构，通过机械传动带动履带或者轮胎转动。因此，摊铺机有履带式和轮胎式之分。轮胎式转向灵便且连续，摊铺弯道时路表平整，但牵引力小；履带式接地面积大，比压小，牵引性能和通过性能都比轮胎式的好，但转向不灵便，铺弯道时路表易产生波纹，导致平整度欠佳。供料系统是由链式刮板输送器和螺旋分料器两部
5、份组成，每台摊铺机上都装备两套，且对称于机身纵轴摆布配置，并能摆布独立驱动和控制。同一侧的链式括板输送器和螺旋分料器由一个传动装置控制，二者总是同步工作。控制控制系统是指对摊铺机各部件动作起控制作用的系统。它包括对履带或者轮胎的行走、转向、变速和刹车的控制；对送料、分料和料斗两翼合拢的控制以及对熨平板升降、延伸的控制等等。车架是连接先后桥、固定绝大部份部件的刚性架子。它相当于汽车的底盘。每台摊铺机都有两只调平大臂，简称大臂。它们分别位于主机两侧对称布置，形如人的双臂。每一个大臂的前端与主机上的找平液压缸被接（称为牵引点）,后端与熨平板相连。通过找平液压缸的伸缩，带动牵引点上下挪移，大臂前端亦随
6、之上下挪移，因大臂后端与熨平板相连，故熨平板亦跟着转动。熨平板位于摊铺机的最后端，是直接完成混合料的摊铺、初步振实和抹平的装置。它除板体外，还包括拱度调节装置、振捣器、振动器和加热系统等。熨平板有单层式与双层式之分。单层式熨平板仅在全宽范围内呈固定连接的一块板；双层式熨平板在长度方向（摊铺机前进方向）先后配置着两排大板。大型摊铺机多采用单层式熨平板。因为它结构简单，刚度大且便于总体布置。在摊铺较宽的路面时，可在基本熨平板两侧借助螺栓或者楔形锁把不同宽度的延伸熨平板固定上去。用它铺筑的混合料在全宽范围内，初始压实度均匀一致。沪宁高速公路南京段中央分隔带一侧沥青面层宽11.05m,就是用这种加宽了
7、的单层熨平板一次性铺筑的，收到了良好的效果。双层式熨平板的最大优点是，在宽度方向上能自动伸长或者缩短。当摊铺层宽度有变化时，无须停机此外加装或者拆卸延伸熨平板。同时，在最小摊铺宽度（基本熨平板的宽度）时，摊铺层将受到两次压实，所以混合料的初始压实度较高；但在摊铺较宽的路面时，由于延伸熨平板与基本熨平板间有一重合段，在该处的混合料要受到两次振实，而非重合处仅受到一次振实，因此，在摊铺层的全宽范围内初始压实度就不均匀；又因基本熨平板与延伸熨平板离螺旋分料器的距离不等，故而挡料板前的堆料高度就不一致，这都将影响摊铺层的质量和压实路面的平整度。自动调平系统是由传感器、调节器、电磁换向阀及支承件等组成。
8、通过这套系统更加完善摊铺机的调平功能。2.2工作原理这里不拟详细讨论诸如履带、螺旋分料器、料斗两翼等是如何动作的，而是把摊铺机为什么具有自动调平功能作为讨论重点。人们把摊铺机的调平大臂与熨平板的联合称为摊铺机的工作装置。通过该装置完成沥青混合料的摊铺与初步振实。工作装置形如图1,简化后其工作原理示于图2o调平大臂通过牵引点与主机较接在一起，另一端与熨平板相连。在作业时，熨平板的全部份量和大臂的部份分量都压在新铺的混合料上。主机通过牵引点、大臂带动熨平板前进。此时熨平板宛如一块滑雪板在混合料表面上滑行。所谓“动熨平板”即由此得名。图1摊铺机的工作装置图2工作装置原理示意图由图2可见，若旋动厚度调
9、节螺杆，让熨平板的后方向下挪移时，熨平板底面与其运动方向间便产生一个仰角Q（称为工作角）。当角一经固定，整个工作装置便成为一个刚性系统此时，若位于摊铺机履带或者轮胎下面的已铺层（或者称下卧层）绝对平整，混合料均匀一致，摊铺机以恒速前进，则作用于熨平板上的各个力相互平衡（即熨平板的重力Q与板底混合料对熨平板浮力的垂直分力N相等；牵引力S与混合料对熨平板底面的磨擦力T相等），熨平板将在相对于下卧层一定的垂直高度（即摊铺层厚度）上运动，不会上下浮动。因此摊铺层表面平整，且始终维持同一厚度。当再次旋转厚度调节螺杆，让工作角增加，此时，熨平板受的阻力（浮力）必然增加，其垂直分力亦相应增加，这时NQ,熨平
10、板势必被抬高，摊铺层加厚。因牵引点O的高度并未改变，所以熨平板的抬高相当于工作装置绕O点逆时针转了一个角度，这样一来，工作角a随之减小，直到重新达到新的平衡状态。同理，当旋转厚度调节螺杆让工作角a减小时，熨平板必然下降，摊铺层跟着变薄。由此看来，熨平板工作角的变化，决定着摊铺层的厚度的变化，亦即欲调整摊铺层厚度，可借调整熨平板的工作角来实现。由图2还可看出，当改变牵引点O的高度时，熨平板的工作角a亦随着改变。因之，摊铺层厚度亦产生变化。在实际摊铺作业中，下卧层（如路面基层）表面不可能是理想的平面，因此，摊铺机行驶在上面必然会上下浮动和摆布摆动，与主机校接着的大臂牵引点位置将不断变化，熨平板工作
11、角亦跟着变化，所以摊铺层厚度也变化，这将导致压实后路表面平整度的降低。但是，由于大臂较长，加之熨平板自重很大，惯性十足，牵引点细微的位置变化要传到熨平板需要一定的时间，实验证明，大约在摊铺机行驶过5倍于调平大臂长度的距离后，这个传递才干全部完成。在正常施工条件下，下卧层的平整度不可能太差，亦即其表面起伏变化的波长不可能太大，在未完成这一传递前，牵引点可能又早已回到了原来的高度位置，对熨平板的影响不是太大，故在很大程度上保证了摊铺层表面的平整，所以摊铺机的这种工作装置起到了“滤波”的作用。有人对摊铺机的自动调平工作原理形象地比作放风筝。风筝相当于浮动熨平板，风筝线相当于调平大臂，人手握线处相当于
12、大臂的牵引点，人及人的行走相当于摊铺机及整机的行走，气流对风筝的浮力相当于混合料对熨平板的浮力。当风筝放到一定高度人恒速前进时，若风力不变，风筝将维持在一定的高度上，即使地面略有不平，也不致显著引起风筝的高低。这就是浮动熨平板的特点，也是摊铺机能自动调平的结构原因。3摊铺技术3.1 摊铺机结构参数的调整与选用这里，所谓摊铺机结构参数是指熨平板的宽度、拱度、工作角，螺旋分料器的长度、位置，振捣器和振动器的振幅、频率等。同一台摊铺机当选用了不同的结构参数时，所铺筑出摊铺层的性质就不一样，合理地调整与选用各结构参数值，是保证摊铺层均匀一致、平整密实的重要前提。3.1.1 熨平板宽度的调整与选用每种型
13、号的摊铺机其熨平板都有一个基本宽度，也就是最小宽度。这个基本宽度，小型机约2m,大型机略大于3m。若摊铺层的宽度小于熨平板的基本宽度，则很难摊铺；若大于基本宽度，则可借加宽熨平板的办法摊铺。加宽不是无限制的，目前见到的摊铺机其熨平板最大加宽达12m,路面再宽，只好采用纵向接缝的办法分次摊铺，或者采用多台摊铺机呈梯队形同时作业。加宽熨平板的方法，前己述及，即单层式熨平板采用拼接法，双层式熨平板采用液压法。这里着重指出的是，当使用具有单层式熨平板，且单机作业，路面宽度又很大于熨平板加宽后的最大宽度时，如何组合熨平板的宽度。这时，组合的原则是，在该组合宽度下铺成的路面纵缝至少，且剩下的最后一道铺幅要
14、略大于熨平板基本宽度。这样，既能保证路面质量，又能节省工时，还避免了因剩下的最后一幅太窄不得不用人工摊铺的缺点。在遵从上述原则组合熨平板宽度时，还应顾及到纵向接缝最好能位于路面的纵向标志线上，尽量不要设在主车道的中间位置。此外，加宽熨平板时还要遵从对称原则，即组合后的熨平板要尽量对称于摊铺机的纵轴。否则，将因摊铺机摆布阻力不等而易自行走偏，为维持其沿路线方向前进，驾驶员不得不频繁控制，从而殃及摊铺层的平整。在进行多层路面施工时，摊铺机熨平板宽度的组合还应注意要避免上下层间纵缝的重合。3.1.2 熨平板工作角的调整与选用已如前述，在摊铺机供料充足保证恒速前进，且混合料性质不变的前提下，熨平板工作
15、角一旦固定，摊铺层厚度就固定下来。也就是说，欲铺一定厚度的摊铺层，熨平板须具有一定的工作角。工作角的取值，普通都是通过试铺确定下来。试铺时先在摊铺机熨平板下垫木板。木板长约为熨平板的长度，宽度取2030cm,厚度为路面该层设计厚度乘以所用沥青混合料的松铺系数（松铺系数应在试铺中确定，此时可根据有关规范推荐的数值结合以往经验暂定下来）。每节熨平板下最好都垫一块这样的木板，或者至少在板宽三分点处各放一块。当熨平板加热完毕呈平直状后，转动厚度调节螺杆手柄，让熨平板前缘稍微抬起，产生一个小的仰角（即工作角，其变化范围普通在0。15飞40,之间），然后进料，开始摊铺，待摊铺机走出一段距离后，量一下摊铺层
16、厚，若厚度小于要求的松铺厚度时，再适当转动厚度调节螺杆手柄，加大工作角，相反，若厚度大于要求的松铺厚度时，则须适当减小工作角。这样反复调整，直到摊铺层厚度恰与要求的松铺厚度相等，此时的工作角角度即为正式摊铺该层时应取用的工作角数值。请注意，每调节一次至少让摊铺机走出56m后，再在熨平板后缘附近测记厚度。因为此时厚度方才稳定，否则所测厚度无代表性。3.1.3 拱度的调整与选用普通摊铺机上都设有拱度调节机构，并刻有拱度值，通过转动拱度调节器，可将熨平板调节至路面设计的拱度。因为高等级公路，特别是高速公路都设有中央分隔带，无须进行拱度调节，故不拟赘述。3.1.4 螺旋分料器的调整与选用螺旋分料器的调
17、整与选用，主要是指其长度、位置和叶片直径的调整和选用。螺旋分料器的长度应与摊铺机熨平板的宽度相适应。当熨平板较宽时，螺旋分料器亦应较长；反之亦然。长度的调整方法，依机型的不同而异。通常对于具有单层式熨平板的摊铺机，其螺旋分料器普通是靠人工借助螺栓将一节节叶片挨次固定在横轴上的，叶片愈多，螺旋分料器就愈长；而具有双层式熨平板的摊铺机，其螺旋分料器的长短是通过液压系统实现自动延伸或者缩短的。调整后螺旋分料器的长度，应小于熨平板的宽度。通常熨平板宽度两侧的挡板间各留约50Cm的空档，以减少混合料的挤压和叶片的磨损。螺旋分料器的位置系由螺旋叶片离下卧层高低和距熨平板前缘的距离而定的。这个位置有的摊铺机
18、可以调整，而有的则是固定的。如VjGELES-2000型摊铺机，其螺旋分料器的位置就不能调整；而BI,W-KN0XPF-510型机，则能在127254mm垂直范围内进行螺旋分料器的高度调整。无疑，能调整者虽然结构稍微复杂，但使用性能好。在混合料集料粒径较大，摊铺层较厚的情况下，螺旋分料器离下卧层的距离和离熨平板前缘的距离都应稍大；反之可适当调小。螺旋分料器离熨平板前缘的距离，在保证供料充分，满足摊铺层厚度要求的前提下，宜尽量调小。否则，熨平板前缘易形成“死料”。这堆“死料”在“活料”的不断挤压下，逐渐变得密实，且随着温度的不断降低逐渐固结、变硬，一旦有团块进入摊铺层，既影响压实，又殃及平整度。
19、不言而喻，“死料”还让摊铺机不得不额外增加部份牵引力。有的摊铺机备有两种不同直径的叶片，在摊铺较宽的路面时，宜选用大直径叶片，反之用小的。3.1.5 振捣器振幅、频率的调整与选用大部份摊铺机都设有振捣器，用于摊铺层的初步振实。振捣器是设在熨平板前面的一种梁式装置，故亦称振捣梁，也俗称夯锤。它是通过液压电动机驱动一根偏心轴转动，然后带动振捣梁作上下往复运动，遂对混合料产生捣固。振捣梁的振幅普通在04mm之间，有的最大能达12u振动频率普通可在025Hz内作有级或者无级调节。振捣梁的振幅应根据摊铺层厚度、混合料类型、温度及要求的初始压实度等因素决定。当摊铺层较厚，混合料骨料粒径较大、温度较低，要求
20、的压实度较高时，选用较大振幅；反之，则用较小振幅。振捣梁振动频率的选用，类似于振幅的选用，当摊铺层较厚，混合料较粗时，选用较高的频率。通常铺筑沥青上面层时，可根据摊铺机每前进5mm振捣梁振动一次的原则，选用振动频率。3.1.6 振动器振幅、频率的调整与选用近代摊铺机的熨平板内部设有振动器，用来激振熨平板，使之产生不同的振幅与频率，从而对摊铺层进行再一次的振实。振动器有偏心激振式和垂直激振式两种。前者是通过液压电动机带动装有偏心块的轴转动，改变液压电动机转速，就能改变振动器的频率，从而使熨平板产生不同的振幅与频率；后者是通过改变液压油注入方向，使激振块上下振动，从而迫使熨平板振动，并产生不同的振
21、幅和频率。根据实践，在摊铺普通沥青混合料时，熨平板的振动频率宜选用3355Hz,振幅在0.40.8mm之间。3.2摊铺基准前曾经述及，摊铺机工作装置中的熨平板在作业时系浮动的，这种特殊的结构形式，赋予了摊铺机自动找平的功能。但是，由于摊铺机所处工作条件的复杂性和随机性，仅靠这种功能还远不能满足现代道路施工对摊铺质量的要求，碾压后路面的平整度仍不理想，于是，近代摊铺机又附加了自动调平系统。自动调平系统的工作是，传感器的跟踪弓子始终沿某一与路面设计标高平行的基准运动，将下卧层起伏不平的波形转变为电信号，经过放大器和控制调平液压阀组，控制大臂牵引点处的液压缸上下动作，维持牵引点始终与基准间保持恒定的
22、垂直距离，从而控制熨平板的工作角不会因下卧层的起伏而变化，因之保证了摊铺层的平整。这里提到的“基准”暂定名为摊铺基准。目前工地上常用的纵向摊铺基准有张紧钢丝、浮动梁以及已完工的摊铺层等。张紧钢丝是以国家高程系统为参照系的绝对基准。从理论上讲，应是绝对准确的；但由于架设时难以避免的人为误差、测量误差、支柱间钢丝的挠度以及意外的碰撞等，在一定程度上影响了摊铺层的平整。通常多在铺筑下面层供以控制高程时采用这种基准。沪宁高速公路南京段的沥青下、中面层摊铺时都采用了这种基准。浮动梁是种相对基准件。将其较接在摊铺机上，随摊铺机沿下卧层同步前进。将自动调平系统中传感器的跟踪弓子搭于浮动梁的中间，当下卧层有起
23、伏时，梁亦随着起伏，但因梁较长（通常78m）,且随着梁的不同结构形式能将下卧层的波形（或者称基波）均化或者部份消除，从而提高了摊铺层的平整度。浮动梁的结构可归纳为两种型式：一种可称为拖杆（或者拖杠或者拖梁）；一种可叫做拖架。最简单的拖杆就是一根长约78m的金属杆，复杂一点的是，在金属杆上再装上多个橡皮轮或者小滑靴，且杆与轮或者滑靴间有弹簧支撑，借以消除拖杆所跨范围内下卧层表面上的个别起伏。拖杆普通用于下卧层较平整，且熨平板的一侧或者两侧有空地能置放拖杆的情况。拖杆固然构造简单，但以它作为摊铺基准，仅能把下卧层上比拖杆短的基波均化（拉长），而不能削幅，所以摊铺层的平整度仅能略为得到改善，起伏的绝
24、对值并未减小。欲拟既能拉长基波又能减小波幅，莫过于选用拖架。拖架是由数根杆组合、架起形成一定高度的装置。显然，若将杆件经适当组合，就能构成可以跨越熨平板的拖架，即将拖架分为两部份，一部份位于熨平板前面，一部份位于后面，此间由跨越熨平板的横梁连接。这一来就免去了对熨平板一侧或者两侧非得要有一定地带不可的条件，同时还将熨平板后面的较为平整的新铺层作为拖架后半部份的支撑。笔者见到的拖架有两种。一种是施工单位自己加工的土拖架，一种是进口的洋拖架。它们各有优缺点。自制拖架的结构如图3所示。它是在一根横梁的一端通过竖杆与类似于八轮平整度仪的架子较接，另一端与一个或者两个滑靴连接。这种拖架的优点是造价低廉，
25、容易加工，且能滤去部份基波；缺点是比较粗糙，跨度偏小。参加沪宁高速公路南京段施工的山东交通工程公司，花34000多美元引进了一付美国BLAW-KNOx公司创造的510511F型拖架（图4）。该拖架全长16.77m,架身由铝合金矩形空心杆材焊接而成。有两根长拖杆分别被接在熨平板先后，前拖杆下方每隔762mm安装一个滑靴，共8只，后拖杆下方每隔762mm安装一对小轮胎，共8对，滑靴或者小轮胎与拖杆间装有弹簧过渡。这种拖架的特点，一是长，二是较接点和传感器位置选得好。杆越长，则下卧层基波就被分解得越长，相对地摊铺层就较平整。钱接点和传感器位置选得好，是指先后支架的连接点被钱接在大臂上，传感器固定在后
26、架横梁的前端，其跟踪弓子搭在前架横梁的中部。这样的结构安排使得传感器只接受先后架间的相对位移，而大臂的上下波动对传感器不产生作用，因此摊铺层的平整度更佳。经用平整度仪实测，若中面层标准差为1.2mm时，相应的上面层标准差约为0.6mm,平整度提高了一倍。图4510-511型拖架简图迄今为止，这种结构形式的浮动梁，可能是目前我国筑路工地上最为先进的一种了。以已铺层为摊铺基准的多使用小滑靴，该法简单易行，但要求已铺层要有较好的平整度，否则不如使用拖杆。3.3 摊铺机的起步摊铺机的起步有两种情况：某一沥青层第一次摊铺时的起步和在已铺层上对接时的起步。前者须将摊铺机驶至起铺处，让熨平板前缘位于起铺线后
27、约IOcm处，并在其下至少垫两块厚度与该层松铺厚度相同的木板支撑住熨平板；后者须将熨平板置于已铺层上，并让熨平板前缘与接口平行，其下应垫厚度等于已铺层的松铺厚与压实厚之差的木板。熨平板就位后要进行预热，根据机型不同，加热方式有燃气加热、燃油加热和电加热三种。不管哪种加热方式，都要注意加热均匀，防止局部过热和熨平板底板变形。加热温度以达到与所铺混合料的温度相同或者略低为度。熨平板未加热前，在宽度方向上略呈拱形，加热后因膨胀拱形消失。这时可用拉线检验熨平板是否平直，否则应予调整。上述工作准备完毕即可开机送料，并启动振捣器和振动器开始摊铺。3.4 摊铺速度摊铺机的工作速度与混合料的供给能力、混合料类
28、型、摊铺层横截面尺寸和摊铺机类型等因素有关。普通可通过简单计算和经试铺根据连续工作原则确定下来。所谓连续工作原则是指，自摊铺机起步至规定段长或者完成当日工作量之前，摊铺机始终按选定的速度不中断地前进，不得发生因供料不足而放慢速度或者停机。摊铺沥青面层时，摊铺速度宜选在25mmin之间。太慢了，作业效率低下，机件磨损严重；太快了，既增加供料难度，又不能保证摊铺层的初始压实度。在摊铺过程中，不宜随便改变摊铺机的行进速度，否则必殃及摊铺质量，导致平整度恶化。在摊铺机行进作业中，速度的任何变化（快或者慢）都意味着熨平板经过单位长度摊铺层的时间不同，因此，摊铺层各处所承受的振捣次数和振动次数就不同，所以
29、摊铺层的初始压实度就分布不均匀，经碾压后路面平整度就欠佳。在其他条件不变的情况下，摊铺机速度的变化，还会带来进入熨平板下面混合料数量和密度的变化。当速度变慢，单位时间内进入熨平板底部混合料的数量就增加，熨平板将被抬高；同时又因熨平板前的混合料积多，密度变大，当进入熨平板底部后，密度大的混合料变形率小，熨平板亦相对抬高，导致摊铺层变厚。相反，当速度变快，将导致摊铺层变薄。不言而喻，这都将带来平整度的恶化。由此看来，在摊铺作业中，那种见料车排成长队就加快摊铺速度，见供料不足时又放慢摊铺速度的作法是不可取的。固然，随便停机更应坚决杜绝。3.5 初始压实度现行公路沥青路面施工技术规范（JTJO32-94）提出了“碾压时应将驱动轮面向摊铺机”的要求。这是根据碾轮下水平作用力的分析为减少摊铺层表面推移而提出来的。无疑这是很必要的；但是它并未解决当压路机后退时（此时从动轮在前）也会产生一定推移的问题。设想，如果把摊铺层的密度提高，则不管压路机
