公路壓實機械新技術與新理論研究

王琰耀

【摘要】近些年來，隨著科學技術的不斷發展，很多新技術、新壓實機械也不斷應用于公路的壓實施工。本文就公路壓實機械的新技術和新理論進行了詳細討論。

【關鍵詞】公路；壓實機械；新技術；新理論

1.前言

在公路修筑中，壓實機械是很重要的設備，無論路基、地基層、基層和面層都需要很好的壓實，以達到一定的密實度，提高道路的承載能力，并防止沉陷、水分滲透等。隨著交通運輸量的迅速增大，公路建設的進一步發展，施工部門對壓實機械提出了越來越高的要求。而近些年來計算機技術的廣泛使用使得壓實機械的設計、制造、使用、維修等過程實現智能化以及高度自動化成為可能。

2.壓實機械的新技術

2.1壓實控制技術

近些年來，公路工程的土方工程量不斷增大，采用傳統的壓實施工控制難以滿足相關規范關于公路壓實度的要求。科學技術在公路壓實施工中的廣泛使用帶動了壓實過程的自動監測、自動控制和自動調節技術的迅速發展。有人提出制造一種機器，這種機器通過振動部件與基礎相互作用的動力特性比較科學的反映公路施工壓實進度，不失為一種合理的壓實控制技術。很多公路施工單位根據這種公路施工壓實實時監測的基礎，不斷追求公路壓實信息的實時化處理。在國外的某些公路項目施工中已經有公路壓實信息的實時化處理系統控制路基和路面底基層的壓實的先例。這種系統的硬件設施有振動壓路機、壓實度儀、壓實記錄系統和個人計算機軟件等。其工作的原理為：壓實度儀將測量豎向振動的結果轉變為電信號傳給處理器；處理器將根據信號計算出的壓實儀值、頻率等顯示在各種儀表上；壓實施工人員根據儀表度數檢測壓實的進度；在整個壓實過程完成以后，可以在現場將連續壓實控制系統記錄的報告打印出來[1]。

2.2壓實機械智能化

隨著微電子技術和自動控制技術的發展，液壓與電子控制有機結合使得壓實機械的設計、制造、使用、維修到過程不斷實現智能化，顯著提高了壓實機械的壓實性能。計算機技術的廣泛使用將自適應和自學習技術引進壓實控制中，使得壓實機械可以按照土質的變化情況不斷調整自身各種工作參數，如振動頻率、振幅碾壓速度和遍數等，以使壓實機械自動適應外部工作狀態的變化。利用速度、壓力、流量等傳感器，采集壓路機械工作狀態參數引入自我診斷系統，實現故障自動報警、振動頻率和振幅的快速調節及壓實度的隨機檢測，使壓實作業始終在最優條件下進行。

壓實機械實現智能化，使得壓實系統能根據公路的實際狀況自動選擇與被壓材料的密實度狀況相匹配的振幅，其優勢也是很明顯的，不僅能有效提高壓實度的均勻程度，避免由于壓實機械的工作參數與被壓實材料密實度不相配導致的壓實不足或過壓實現象，而且能夠消除振動輪的跳振，避免粗骨破碎[2]。

Bomag公司研制成功的一種智能壓實系統能夠使振動輪在垂直或水平的兩個極限或在其間的任何狀態下工作。壓實系統能夠根據被壓實材料的密實度選擇與之相配的最優工作參數，如對于壓實機械壓實的材料具有低密實度的情況，系統自動調整振動輪的工作方式而在垂直方向輸出最大激振力；而對于壓實的材料具有高密實度的情況，則系統調整振幅的輸出為水平方向，從而滿足公路的壓實度要求并實現均勻壓實目的。壓實系統的自動調幅過程是通過其中的傳感器傳回振動過程中的信號經運算處理后傳給傳動機構實現的，通過處理后的信號改變兩組偏心塊的相位角以進行調幅過程，實現壓實機械的適應性調節。

此外，無人駕駛或地面遙控壓路機也邁出可喜的一步，取得很大進展。如長沙礦山研究院研制成功的YZJ19A的基礎上又開發了地面遙控的振動壓路機。但是由于我國振動壓路機起步晚，整體水平與國外先進水平相比仍有較大差距，尤其是重型和超重型振動壓路機生產數量和品種仍然較少，產品的可靠性和外觀質量等綜合技術經濟指標和自動控制技術方面仍低于國外先進水平。

2.3計算機仿真壓實過程

20世紀50年代的仿真機大部分是以電子模擬計算機為主機實現的，在部分特殊應用領域內也有以液壓機、氣壓機或阻抗網絡作為主要模擬設備的[3]。“由于電子模擬計算機的精度較差等缺點，從70年代初開始 ，數字模擬混合仿真機得到發展。到了70年代末期，以數字機為主機的各種各樣專用和通用仿真機得到普及和推廣。”由于高性能工作站、巨型機、小巨機、軟件技術和人工智能技術取得引人矚目的進展，在80年代內人們對智能化的仿真機寄予希望，也在綜合集成數字仿真和模擬仿真的優勢的基礎上 ，設計出在更高層次上的數字模擬混合仿真機，在一些特定的仿真領域內，這種智能仿真機和高層次的數字模擬仿真機都取得令人鼓舞的結果[4]。

由瑞典Geodynamik技術咨詢公司開發的振動壓實過程計算機仿真軟件提供的仿真模型允許將土壤最基本的物理學特性作為計算機的輸入參數，通過這種計算機仿真程序可以在不同的土壤條件和不同的機械參數下模擬滾輪與土壤相互作用的動力學特性，并且還能夠根據給定的土壤條件選擇不同的壓實機械機型和壓實施工工藝，根據實際的公路狀況選擇合適的施工工藝。

2.4碾壓作業連續控制技術

瑞典Geodynamik公司的壓實設備控制與檢測系統經過改裝可安裝于其它廠家的壓路機上。這種控制與檢測系統的硬件設施包括用于振動壓路機和振蕩壓路機上的示波器，此外還有用于連續壓實控制、文件系統和處理連續壓實控制數據用的PC軟件程序。其中的中央數據服務軟件窗口可用于分析某一項目的連續壓實控制在案信息，通過系統對其處理可將數據信息制成各種圖表，這些表格還可以在系統的屏幕顯示。

2.3壓實工程輔助管理

Bomag公司研制成功的一種作為壓實工程輔助管理的土方壓實機械輔助軟件，名為CARE，用戶在這種輔助工具的作用下能夠根據公路工程的實際狀況（如工作量、現場條件、材料特性、壓實度等）選擇最為合適的三種壓實機械配置方案，而這種輔助工具又對每一方案的使用參數（包括壓輪類型、碾壓速度和遍數、每層壓實帶的設置、最小與最大鋪層厚度和鋪層數、壓實生產率和壓實時間以及壓實機械的振幅和頻率等）都給出了合理的選用建議，以實現公路工程的最優化壓實施工。

2.5防滑轉控制系統

為了滿足某些公路施工中的大型填方工程開發的防滑轉控制系統可以簡稱為ASC（Anti-Slip control）。這種控制系統借助于調整液壓驅動系統的流量給壓實機械提供最佳牽引條件，極大地提高壓實機械的爬坡能力，同時換能避免機器停頓或下陷。這種控制系統的開發與應用為進行大型工程的公路施工創造了有利條件。

2.6工業設計技術的應用

基于工業設計技術的第三代壓實機械改變了壓實機械駕駛室和大斜坡的發動機罩的外觀，改用圓弧形的外觀造型，極大的增加了壓實機械駕駛室的活動空間（在30%以上），同時還能根據駕駛員的操作習慣選用舒適的高靠背座椅以及調節方向盤的高度與傾角[5]，使得操作員的操作更為便捷。這種設計也增強了壓實機械的隔離噪聲與振動能力，整體的壓實機械設計更為科學合理。

3.結語

總之，近些年來我國的交通事業發展極為迅速，交通量的不斷增大對公路工程的質量提出了更高的要求。作為公路工程項目中的一種重要施工工藝，壓實施工對于提高公路的質量具有極為重要的意義。隨著現代科學技術革命，計算機技術廣泛應用于公路工程項目中的壓實施工，在壓實過程和機器工作狀態實時監測的基礎上不斷提高壓實機械的智能化和自動化，為建設高質量的公路設施繪制了宏偉的藍圖。

【參考文獻】

[1]趙延峰.公路壓實機械新技術與新理論[J].民營科技，2012，（01）：39-40.

[2]蔡亞杰.中小型壓實機械在公路養護中的作用[J].西部交通科技，2009，（03）：92-93.

[3]金洪峰.現代壓實機械新技術的應用與發展[J].黑龍江交通科技，2011，（07）：22-24.

[4]高鳳海、黃屹.現代壓實機械新技術的應用與發展[J].黑龍江交通科技，2009，（11）：57-59.

[5]劉敬安、張萬軍、陳凱.現代壓實機械的新技術[J].上海交通大學學報，2012，（10）：81-82.