攤鋪機(jī)螺旋布料器輸送機(jī)理及抗離析研究

謝來發(fā) 張偉聯(lián) 嚴(yán)紹洋

1 概述

瀝青混凝土攤鋪機(jī)螺旋布料器具有攪拌和輸送兩大功能，其目的就是將均勻攪拌的混合料無離析地均勻分布到熨平板前一定的寬度上，它的結(jié)構(gòu)性能及參數(shù)選擇是否合理將直接影響螺旋布料器的生產(chǎn)能力和路面的施工質(zhì)量。

2 螺旋拌和機(jī)理

2.1 螺旋布料器輸送過程中物料的翻滾機(jī)理

螺旋葉片勻速轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，由于螺旋葉片連續(xù)不斷地推撥作用，瀝青混合料將沿ω圓周方向向上運(yùn)動(dòng)(到一定位置向下塌落)的同時(shí)，沿軸向方向向前流動(dòng)。當(dāng)螺旋布料器的軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，實(shí)體螺旋面作用在物料上的力，不僅有向前的推力Fz，而且有圓周方向的切向力Fr(見圖1)。這個(gè)切向力就是使物料產(chǎn)生翻滾的力，它使物料起始受力沿圓周傾斜一角度α(見圖2)。由于摩擦力及物料自重使物料沿螺旋面下滑的力，平衡了螺旋面圓周切向力。當(dāng)圓周力增大時(shí)，傾斜角α也增大，大到一定程度就使物料沿圓周方向翻滾，而不沿螺旋軸方向前進(jìn)。

在這種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)過程中，由于葉片擠入混合料時(shí)對(duì)混合料的剪切作用、混合料受離心力的拋離作用、流層間的剪切作用以及上下層混合料雙向交叉流動(dòng)的拌和作用使混合料獲得充分的攪拌，這也就是混合料被重新拌和的基本機(jī)理。

2.2 螺旋布料器輸送過程中的動(dòng)力學(xué)分析

在翻滾物料與不翻滾物料間存在一界面，稱為滑移過渡界面Ω，這個(gè)界面距螺旋軸線的距離假定為R(見圖3)，滑移過渡界面Ω的母線與螺旋面母線成45°+φ0/2的夾角(φ0為物料的內(nèi)摩擦角)。物料靠近螺旋軸處容易翻滾，因此當(dāng)R接近r時(shí)，翻滾角α增大，物料就可能從螺旋軸的一邊翻滾到另一邊。

3 防離析措施

3.1 現(xiàn)場攤鋪工藝的優(yōu)化組合

攤鋪速度的確定:攤鋪速度要結(jié)合拌和機(jī)生產(chǎn)能力、運(yùn)輸能力、運(yùn)輸距離和碾壓能力進(jìn)行綜合考慮，經(jīng)過生產(chǎn)配合比驗(yàn)證階段驗(yàn)證后確定，一般情況下2.5 m/min較為適宜。

攤鋪機(jī)的工作狀態(tài)直接影響到鋪面的外觀效果，因此，將攤鋪機(jī)調(diào)整至最佳狀態(tài)是避免和減少鋪面離析的關(guān)鍵。

1)要調(diào)試好攤鋪機(jī)的料位，對(duì)于最大粒徑較大的瀝青混合料，攤鋪機(jī)料位應(yīng)適當(dāng)提高，這一位置的確定需要反復(fù)比較。

2)為保證送料均衡，攤鋪機(jī)料門開度、鏈板送料器的速度和螺旋分料器的轉(zhuǎn)速一定要協(xié)調(diào)，尋找到其中的最佳結(jié)合處。

3)螺旋分料器里的料量，最起碼要高于分料器的中心位置，一般要達(dá)到螺旋分料器的2/3高度，近年來也有的專家提出更高的高度要求，即分料器在正常工作時(shí)，物料滿埋螺旋。

4)螺旋分料器里的料面高度應(yīng)在同一平面上，與鋪面橫坡保持一致，使熨平板的擋料板前混合料均勻分布，盡可能地避免離析現(xiàn)象的產(chǎn)生。攤鋪機(jī)熨平板的振幅、振頻調(diào)整影響到鋪面初始?jí)簩?shí)和鋪層的粗、細(xì)料分布情況:熨平板的激振強(qiáng)度大會(huì)將細(xì)料振到鋪層下部，表面則顯得粗料較多;反之，則鋪層表面細(xì)料較多。因此，現(xiàn)場要結(jié)合原材料本身材質(zhì)和鋪面完成后的外觀情況予以綜合性的考慮而確定。

3.2 碾壓工藝和工序的合理設(shè)置

瀝青混合料完成攤鋪工序后應(yīng)及時(shí)碾壓，為了保證碾壓效果，應(yīng)科學(xué)合理地配置碾壓機(jī)具，優(yōu)化組合碾壓工序，重要的是保證現(xiàn)場碾壓順序，即初壓、復(fù)壓和終壓區(qū)不同的機(jī)具和工藝要求均符合試鋪段確定的技術(shù)方案，同時(shí)合理的碾壓工序設(shè)置亦有利于消除鋪面離析。

在進(jìn)行瀝青混合料攤鋪前，用高壓噴水對(duì)層面進(jìn)行沖洗，以保持層間潔凈，從而確保了瀝青混合料層面間的粘結(jié)質(zhì)量。攤鋪期間，嚴(yán)格控制瀝青混合料的溫度、攤鋪厚度、層面寬度并確保中軸線不位移。

4 DT1400攤鋪機(jī)抗離析研究

結(jié)合景婺黃(常)高速公路建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)DT1400螺旋布料器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和上面對(duì)螺旋布料器輸送機(jī)理的研究分項(xiàng)詳述。

4.1 物料滿埋螺旋工作，防治橫向離析

物料滿埋螺旋是增大輸料能力，降低螺旋轉(zhuǎn)速，增加二次攪拌作用，避免橫向離析的關(guān)鍵，也是一種新理念。DT1400改變流行攤鋪機(jī)采用高速軸向柱塞馬達(dá)加減速機(jī)的傳動(dòng)方案，直接采用低速徑向柱塞大扭矩馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，并且將流行攤鋪機(jī)700 mL/r左右的馬達(dá)等效排量增加到1 300 mL/r，轉(zhuǎn)矩和功率增加了一倍。

物料滿埋螺旋增大輸料量并增加螺旋驅(qū)動(dòng)能力還為大厚度一次成型攤鋪基礎(chǔ)材料提供了可能性。物料滿埋螺旋降低轉(zhuǎn)速到80 r/min～90 r/min以下，有效防止大顆粒物料隨輸送距離增大而運(yùn)動(dòng)加劇的橫向離析，同時(shí)由于螺旋埋于物料底部而增加二次攪拌效果，改善前期工序產(chǎn)生的材料離析與溫度離析。

4.2 采用單機(jī)大寬幅攤鋪，防止縱向離析

DT1400采用單機(jī)大寬幅攤鋪，不存在雙機(jī)并機(jī)產(chǎn)生的300 mm～600 mm的接縫。

在該斷開處的左右螺旋上各加裝一組角度可調(diào)的反向螺旋葉片，根據(jù)攤鋪厚度和材料的變化來調(diào)節(jié)葉片數(shù)量和角度，使中縫處物料充填密實(shí)且均勻。

DT1400加大了螺旋料槽前后方向的寬度，減小了支撐處的結(jié)構(gòu)尺寸，并使支撐結(jié)構(gòu)呈圓弧過渡面，在支撐處的螺旋上加裝了圓周角100°以上的過渡葉片，有效解決了物料在支撐處的阻滯狀況。物料滿埋螺旋工作也相對(duì)減小了支撐處的阻滯影響。

在瀝青混凝土路面施工中，離析防治主要針對(duì)橫向離析、縱向離析、豎向離析和溫度離析進(jìn)行的，而這幾種離析主要是由攤鋪機(jī)螺旋分料器造成的，因此對(duì)攤鋪機(jī)螺旋布料器的工作參數(shù)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采取一系列改進(jìn)是必要的，實(shí)踐證明也是行之有效的，這為今后攤鋪機(jī)螺旋布料器的設(shè)計(jì)提供了一種新的方法和思路。

5 結(jié)語

1)本文在分析攤鋪機(jī)螺旋分料器輸送機(jī)理及防離析措施的基礎(chǔ)上，對(duì)DT1400攤鋪機(jī)抗離析進(jìn)行了研究，DT1400攤鋪機(jī)螺旋可以實(shí)現(xiàn)混合料的二次拌和，可以在很大程度上降低材料離析和溫度離析。

2)攤鋪機(jī)螺旋攪拌機(jī)理主要說明混合料在螺旋分料輸送過程中，物料運(yùn)動(dòng)與螺旋葉片直徑、螺距、軸轉(zhuǎn)速等結(jié)構(gòu)參數(shù)與運(yùn)動(dòng)參數(shù)的關(guān)系。

3)瀝青混凝土路面施工中采用寬幅大厚度攤鋪施工技術(shù)是切實(shí)可行的。試驗(yàn)研究表明該工藝在改善級(jí)配離析、溫度離析及攤鋪效果等方面都取得了滿意的結(jié)果。

［1］殷岳川.公路瀝青路面施工［M］.北京:人民交通出版社，2000.

［2］邵明建.瀝青路面施工機(jī)械化施工技術(shù)與質(zhì)量控制［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［3］李自光，何志勇，游張平.瀝青路面施工機(jī)械試驗(yàn)代用料研制及試驗(yàn)研究［J］.長沙理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2005(9):37-38.