基于廠拌熱再生技術(shù)的路面養(yǎng)護(hù)中心機(jī)械配置

霍尚斌

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

0 引言

基于廠拌熱再生技術(shù)的逐步成熟和規(guī)范應(yīng)用，這些設(shè)備主要包括路面銑刨機(jī)、攪拌設(shè)備、攤鋪機(jī)、運(yùn)輸車輛及壓實(shí)機(jī)械等。面對如此眾多的機(jī)械設(shè)備，如何合理地選型與配置是建立養(yǎng)護(hù)中心的一個重要工作內(nèi)容[1]，養(yǎng)護(hù)中心機(jī)群包括靜態(tài)配置和動態(tài)配置。

所述養(yǎng)護(hù)中心機(jī)群的靜態(tài)配置主要是從宏觀角度對中心的機(jī)械數(shù)量、種類進(jìn)行適當(dāng)控制和搭配[2]。根據(jù)機(jī)械性能指標(biāo)對主體機(jī)械、輔助機(jī)械、運(yùn)輸車等進(jìn)行合理配置。靜態(tài)配置可使養(yǎng)護(hù)中心效率和施工成本得到有效保證，但由于此配置既沒結(jié)合實(shí)際工況，也沒考慮機(jī)械性能的變化，因此不能直接用于指導(dǎo)施工[3]。與此對應(yīng)的機(jī)群動態(tài)配置能夠形成面層養(yǎng)護(hù)機(jī)群組合方案，可用于指導(dǎo)瀝青混凝土路面面層養(yǎng)護(hù)施工[2]。

1 養(yǎng)護(hù)中心機(jī)群靜態(tài)配置

1.1 靜態(tài)配置基本原則

a）設(shè)備應(yīng)與養(yǎng)護(hù)方法工藝相適應(yīng)。在建立以瀝青廠拌熱再生技術(shù)為基礎(chǔ)的養(yǎng)護(hù)中心時，設(shè)備主要是為再生瀝青混合料服務(wù)，且應(yīng)滿足廠拌熱再生技術(shù)的施工要求。另外，各地地形和氣候條件差異較大，因此在選型過程中應(yīng)充分考慮這些因素。

b）機(jī)群中各單機(jī)和所有運(yùn)行過程都需滿足主體機(jī)械的生產(chǎn)能力要求。廠拌熱再生攪拌設(shè)備是控制再生混合料生產(chǎn)的機(jī)械，因此是施工過程中的主體機(jī)械。

c）后續(xù)機(jī)械的生產(chǎn)能力要略大于前導(dǎo)機(jī)械。為了保證生產(chǎn)、施工順利開展，除了使各輔助機(jī)械設(shè)備滿足生產(chǎn)要求以外，還應(yīng)該依照施工工藝之間的關(guān)系，使后續(xù)機(jī)械設(shè)備大于前續(xù)機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)能力。

d）技術(shù)方案可行的基礎(chǔ)上尋求經(jīng)濟(jì)成本最優(yōu)。再生瀝青混凝土的生產(chǎn)、鋪筑過程中，對系統(tǒng)溫度要求較高，其中《公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ 032—94)對上述各工序溫度有明確的規(guī)定。

1.2 靜態(tài)配置方法

a）固定生產(chǎn)要素的初始配置，固定生產(chǎn)要素主要由廠拌熱再生攪拌設(shè)備、攤鋪機(jī)和各種壓實(shí)機(jī)構(gòu)成，上述要素配置方式如下：

（a）廠拌熱再生攪拌設(shè)備 在實(shí)際工程應(yīng)用中，攪拌設(shè)備最小生產(chǎn)能力由養(yǎng)護(hù)中心規(guī)模確定，最小能力決定了該設(shè)備是否滿足工期以及工程量的要求，其計(jì)算公式為：

式中：D為工程施工天數(shù)；L為路面總長度；η為攪拌機(jī)設(shè)備生產(chǎn)能力系數(shù)；rj為第j層路面混合料比重；w為路面寬度；hj為第j層路面厚度。

（b）攤鋪機(jī) 根據(jù)靜態(tài)配置基本原則，由此來選擇鋪攤機(jī)的數(shù)量并選定工作速度。首先根據(jù)攤鋪機(jī)一次攤鋪寬度與路面寬度關(guān)系確定每個作業(yè)面所需鋪攤機(jī)數(shù)量。對于單臺攤鋪機(jī)，如果一次攤鋪寬度大于路面單側(cè)寬度，就采用單臺全寬攤鋪或雙臺并行攤鋪。如果應(yīng)用于高速公路時，應(yīng)使用雙臺攤鋪機(jī)并行攤鋪。如果一次攤鋪寬度小于路面單側(cè)寬度時，易選用雙臺并行攤鋪。

當(dāng)上述過程完成后，應(yīng)確定實(shí)際鋪攤速度，并配置初壓機(jī)及運(yùn)料汽車。

式中：M1為攤鋪機(jī)數(shù)量；V1min為攤鋪機(jī)最小工作速度；G為攪拌機(jī)理論生產(chǎn)率；為路面面層平均容重；為路面面層平均厚度；η1為攤鋪機(jī)攤鋪速度折減系數(shù)。

（c）初壓機(jī) 根據(jù)靜態(tài)配置基本原則，攪拌設(shè)備每小時拌和多少噸，攤鋪機(jī)每小時就攤鋪多少噸，初壓壓路機(jī)每小時就至少初壓多少噸。若初壓機(jī)的速度大于《施工規(guī)范》規(guī)定時，必須選用兩臺設(shè)備；反之，選用一臺。

式中：m2為初壓壓路機(jī)的臺數(shù)；V2min為初壓壓路機(jī)最小工作速度；W2為初壓壓路機(jī)碾壓寬度；w2為初壓壓路機(jī)的重疊寬度；M2為所需初壓遍數(shù)；ηyi為碾壓速度折減系數(shù)。

（d）復(fù)壓機(jī) 在滿足上述要求的情況下，便可以確定實(shí)際工作過程中的初壓速度，并將此值作為變量配置復(fù)壓機(jī)。

（e）終壓機(jī) 根據(jù)同樣方法可確定終壓機(jī)實(shí)際工作速度與數(shù)量[4]。

b）可變生產(chǎn)要素（運(yùn)料汽車）初始配置根據(jù)靜態(tài)配置基本原則，運(yùn)料汽車效率應(yīng)高于拌和站。由此分別計(jì)算最大、最小運(yùn)距時，運(yùn)料汽車的最小數(shù)量。

式中：G0為運(yùn)料汽車可裝載質(zhì)量；T0為運(yùn)料汽車在一個工作循環(huán)周期內(nèi)的最大或最小時間；Nmin為系統(tǒng)所需運(yùn)料汽車數(shù)量的最小值。

c）技術(shù)約束 再生瀝青混合料溫降控制是影響施工質(zhì)量的關(guān)鍵因素，混合料溫度特性控制著路面機(jī)械施工配置現(xiàn)場布局、機(jī)群配置及工藝流程等。影響混合料溫度的因素主要有運(yùn)輸時間和環(huán)境溫度，其中瀝青混合料在運(yùn)輸過程中的溫降通常與運(yùn)料時間成正比關(guān)系；而工作環(huán)境溫度對混合料的影響體現(xiàn)在攤鋪、初壓、復(fù)壓、終壓等階段。如果無法滿足，則說明機(jī)群的施工布局與配置互相之間是不匹配的，必須做出相應(yīng)調(diào)整。

d）施工配置和經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)的求解 經(jīng)過上述配置，就可以評價經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，不斷變化單臺機(jī)械或機(jī)組的性能、數(shù)量，建立機(jī)群施工配置最佳機(jī)群組合，其中在每一次組配過程中，都以瀝青混合料各階段的溫度為約束條件[5]。

2 再生瀝青混凝土路面施工動態(tài)配置

以再生瀝青混凝土為對象的路面機(jī)群施工中，施工工作條件、機(jī)械設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)隨著施工的進(jìn)行時刻在變化著，因此利用靜態(tài)配置方法確定的最佳施工系統(tǒng)將逐漸失去其合理性。故如何動態(tài)、準(zhǔn)確、快捷地調(diào)整機(jī)械化施工以保持系統(tǒng)最佳性能，則具有極為重要的現(xiàn)實(shí)意義。

在廠拌熱再生瀝青混凝土路面施工中，主要由銑刨和攪拌設(shè)備、運(yùn)料車輛、攤鋪機(jī)、初壓、復(fù)壓、終壓壓路機(jī)等7種設(shè)備形成一個綜合系統(tǒng)，該系統(tǒng)最理想的工況為：

a）一輛運(yùn)輸汽車裝滿離開時，接著就有一輛車輛到達(dá)銑刨機(jī)處。

b）拌和樓拌和好材料時，接著就有一輛車輛到達(dá)拌和機(jī)處。

c）攤鋪機(jī)需要進(jìn)料時，就有一輛車輛到達(dá)攤鋪機(jī)處。

d）攤鋪機(jī)攤鋪后，壓路機(jī)就能夠馬上進(jìn)行壓實(shí)工作。

在研究機(jī)群的工作特性之前，首先需要總結(jié)系統(tǒng)的概率特性。為了簡化研究過程，本文將系統(tǒng)分為銑刨、破碎、攪拌、攤鋪、初壓、復(fù)壓以及終壓等7個子系統(tǒng)。下面對各子系統(tǒng)分別進(jìn)行研究。

2.1 銑刨機(jī)處汽車排隊(duì)數(shù)量及相應(yīng)概率

2.2 破碎篩分處汽車排隊(duì)數(shù)量及相應(yīng)概率

2.3 攪拌子系統(tǒng)排隊(duì)及相應(yīng)概率

攪拌子系統(tǒng)主要由攪拌站與運(yùn)料汽車構(gòu)成。

2.4 攤鋪?zhàn)酉到y(tǒng)

主要由攤鋪機(jī)與運(yùn)料汽車構(gòu)成。

2.5 初壓子系統(tǒng)

主要由攤鋪機(jī)與初壓壓路機(jī)構(gòu)成。

2.6 復(fù)壓子系統(tǒng)

主要由初壓壓路機(jī)與復(fù)壓壓路機(jī)構(gòu)成。

2.7 終壓子系統(tǒng)

主要由復(fù)壓壓路機(jī)與終壓壓路機(jī)構(gòu)成。

2.8 設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)與機(jī)械組合關(guān)系

結(jié)合各種組合下機(jī)械系統(tǒng)的工作狀態(tài)及施工成本，基于上述運(yùn)行狀態(tài)計(jì)算公式，在滿足相關(guān)施工規(guī)范的前提下，就可以得到滿意度較高的系統(tǒng)狀態(tài)和對應(yīng)的組合方式。

3 結(jié)論

本文以廠拌熱再生技術(shù)的路面養(yǎng)護(hù)中心機(jī)械群為研究對象，提出了兩種機(jī)械配置方法。機(jī)群的靜態(tài)配置可確定養(yǎng)護(hù)中心的養(yǎng)護(hù)規(guī)模大小，而機(jī)群的動態(tài)配置可確定養(yǎng)護(hù)施工過程中的機(jī)械組合。本文分析方法以及推導(dǎo)的數(shù)值計(jì)算公式為下一步編制機(jī)群配置決策軟件系統(tǒng)奠定理論基礎(chǔ)，從而為廢舊瀝青混凝土的再生利用提供了必要的技術(shù)支持。