攤鋪機(jī)離析問題的分析與探討

甘峰　鞏遵群　胡建標(biāo)

摘要：針對攤鋪機(jī)作業(yè)過程中無法避免離析的問題，從攤鋪的過程分析離析形成的原因，從螺旋輸送模型與材料離析傾向性等方面進(jìn)行分析與探討，根據(jù)分析結(jié)果提出二次攪拌減輕離析的局限性，并對攤鋪機(jī)螺旋防離析設(shè)計(jì)提出建議。

關(guān)鍵詞：攤鋪機(jī)；材料離析；螺旋輸送模型；防離析設(shè)計(jì)

中圖分類號：U415.5文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Abstract： Aimed at the inevitable problem of segregation during the paving process， the causes were analyzed， and the screw conveyor model and segregation inclination of material were also discussed， based on which the limitation of reducing segregation with a secondary mix was presented， and suggestion on the design of antisegregation of the screw conveyor was put forward.

Key words： paver； material segregation； screw conveyor model； antisegregation design

0引言

離析是攤鋪?zhàn)鳂I(yè)中無法避免的材料離散現(xiàn)象。在路面攤鋪?zhàn)鳂I(yè)過程中，離析的產(chǎn)生因素有很多種，但攤鋪機(jī)是路面成型的最后一環(huán)，離析的綜合結(jié)果會在攤鋪機(jī)施工環(huán)節(jié)體現(xiàn)出來。因此，在作業(yè)面出現(xiàn)明顯離析時(shí)，大部分將原因歸結(jié)于攤鋪過程。

一些設(shè)計(jì)單位或?qū)W者根據(jù)螺旋轉(zhuǎn)速的設(shè)計(jì)，認(rèn)為材料在螺旋料槽中的流動(dòng)過程伴有翻滾，以此作為材料二次攪拌的依據(jù)，認(rèn)為攤鋪機(jī)應(yīng)該采用高速螺旋，形成二次攪拌，以解決螺旋分料過程中的離析問題，但實(shí)際上其中存在一些值得探討的問題。

本文通過對離析層形成過程的分析，結(jié)合一些傳輸模型，提出對離析的理解和一些建議。

1攤鋪鋪層的形成過程與離析形成

目前的攤鋪工藝要求螺旋槽料位穩(wěn)定及料位高度需超過3/4螺旋葉片，且為了保證供料的及時(shí)性和料位的穩(wěn)定性，會適當(dāng)提高螺旋軸的高度，確保螺旋葉片底部高于鋪層至少5 cm以上，使料槽具有一定的儲料量，螺旋攪拌層不影響攤鋪層。

在物料向螺旋兩側(cè)傳輸?shù)倪^程中，物料的運(yùn)動(dòng)以跟隨螺旋葉片向兩側(cè)輸送和被熨平擋板向前推動(dòng)為主。

物料會沿著螺旋和擋料板形成的相對穩(wěn)定的輸送通道運(yùn)動(dòng)。通道包含3個(gè)區(qū)域：通道底部為已經(jīng)堆積好的物料層，最終形成鋪層；熨平擋料板前部的死料區(qū)，施工過程中基本不變化；螺旋擋料板與螺旋葉片之間的推移區(qū)，受螺旋輸送的影響，持續(xù)不斷地推移更新。攤鋪層的形成如圖1所示。

在輸送過程中，螺旋葉片底部高于鋪層位置，葉片無法直接將混合料從高于鋪層的位置拌入鋪層中。葉片的攪拌作用并不能直接形成鋪層，只是通過中間層的擠壓和密實(shí)作用對面層料的預(yù)密實(shí)產(chǎn)生一定影響。死料區(qū)的存在佐證了通道內(nèi)的混合料不能直接形成鋪層的事實(shí)。

從物料運(yùn)動(dòng)過程可以看出，由于熨平板的推動(dòng)作用，料槽中高于鋪層的物料會持續(xù)被推移、滾落；最終，在螺旋擋料板的前端形成了一個(gè)物料推動(dòng)滾落區(qū)，物料持續(xù)地滾落，形成了攤鋪層的混合料結(jié)構(gòu)。

因此，鋪層最終是由物料推移及滾落形成，而不是由通道內(nèi)的葉片攪拌而形成。鋪層離析主要由物料沿螺旋軸傳輸過程中的級配變化及最終的滾落造成，而通道中混合料的級配穩(wěn)定性對最終的滾落有影響。

2螺旋輸送模型與材料離析傾向性

根據(jù)洪致育《連續(xù)運(yùn)輸機(jī)》[1]中的觀點(diǎn)，對物料相對于葉片的圓周及軸向運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行分解

v1=nt60·μ+t/2πr1+（t/2πr）2（1）

v2=nt60·1-tμ/2πr1+（t/2πr）2（2）

式中：v1為物料相對于葉片的圓周速度；v2為物料相對于葉片的軸向速度；t為葉片螺距；n為螺旋軸轉(zhuǎn)速；μ為混合料與螺旋面之間的摩擦系數(shù)；r為顆粒距軸線的距離；π為圓周率。

在螺旋轉(zhuǎn)速及葉片螺距一定的情況下，不同位置顆粒的運(yùn)動(dòng)速度是葉片半徑的函數(shù)，數(shù)學(xué)模擬得到的曲線如圖2所示。

圖2v2、v1隨r的變化曲線

由圖2可知，混合料的軸向速度v2隨r增加而增加，圓周速度v1隨半徑的增加呈現(xiàn)出有極點(diǎn)的變化曲線。

（1） 在AA′線左側(cè)，混合料沒有軸向速度，只在原地翻滾，產(chǎn)生內(nèi)摩擦阻力。

（2） 在BB′線右側(cè)，混合料軸向移動(dòng)的平均速度大，圓周速度小，物料內(nèi)部的相對運(yùn)動(dòng)小，混合料輸送質(zhì)量均勻，不易離析。

（3） 在AA′、BB′線之間，混合料軸向移動(dòng)速度不大，圓周速度卻很大，物料攪拌的傾向比較明顯。考慮到混合料的料位高度問題，該區(qū)間的混合料位于輸送料的內(nèi)部，自由運(yùn)動(dòng)的幾率不大，因此以相對軸的扭轉(zhuǎn)為主，物料不會產(chǎn)生明顯的分離現(xiàn)象。

根據(jù)該螺旋傳遞速度模型，在物料傳遞過程中，離析似乎與速度無關(guān)，其實(shí)不然，因?yàn)槟Ｐ偷慕⑹且晕锪吓c葉片面之間僅存在純摩擦為前提。實(shí)際上，瀝青混合料有一定粘性，輸送過程是物料與葉面之間的摩擦力和粘附力共同作用的結(jié)果。從能量角度分析能夠更清晰地發(fā)現(xiàn)物料的離析傾向性。

從能量觀點(diǎn)來看，質(zhì)量大、速度快的物體動(dòng)能更大，具有更強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)能力[2]。因此，不同級配的材料本身都有離析傾向性，這取決于材料顆粒大小、傳輸速度及顆粒之間的作用力。如果顆粒之間的粘附力及摩擦力不能抵消速度造成的離析傾向性，則材料在沿著螺旋槽輸送過程中會出現(xiàn)從中間往兩邊的顆粒逐步變大的橫向離析現(xiàn)象，常見離析表現(xiàn)即為兩端螺旋軸末端顆粒粗大，如圖3所示。endprint