粉料撒布機的發展及關鍵技術研究

李彥帥 李俊武

摘要：研究了國外粉料撒布機廠商的歷史和產品技術現狀，介紹了近年來國產設備的發展水平，對國內外主要機型的性能、參數進行了對比，分析總結了粉料撒布機的關鍵技術，指出國產設備尚需在系列化、智能化、可靠性、環保等方面進行努力。

關鍵詞：粉料撒布機；刮板輸送機；螺旋輸送機；槽形計量輥

中圖分類號：U415.52 文獻標志碼：B

Abstract： The history and technical characteristics of foreign binding agent spreaders were studied， and domestic manufacturers' latest progress was introduced. Comparison on the features and specifications of main models at home and abroad was conducted， and key technologies for the binding agent spreaders were summarized. A suggestion was made that domestic manufacturers should improve their products in aspects of intelligence， reliability and environmental protection.

Key words： binding agent spreader； conveyor chain； screw conveyor； cellular wheel sluice

0 引 言

粉料撒布機在歐美等發達國家的發展有逾30年歷史，其最初的技術來源是農業上使用的肥料撒布機。20世紀80年代以來，隨著筑路科技的進步，國外廠商將肥料撒布機改造成用于撒布石灰、水泥、粉煤灰等粉粒物料的專用機械，主要應用于土壤改良或道路基層土壤穩定等施工場合。近年來，隨著國內外公路養護工藝的發展，粉料撒布機以其機械化程度高、布料均勻、撒布量精度可控、施工質量穩定和效率高等優點，應用于瀝青路面就地冷再生配套施工，在國內瀝青路面養護行業有良好的市場前景。

1 國內外研究現狀及發展

1.1 國外粉料撒布機研究現狀

國外生產粉料撒布機較知名的企業有德國的Streumaster和A-mag（原Kalkstreumaster）、法國的Rabaud、美國的Stoltz等，其主要產品技術參數如表1所示。

Streumaster有將近40年的農業機械和粉料撒布機械的制造歷史，是世界粉料撒布機械的領軍企業。2006年，Streumaster開始與Wirtgen集團合作在全球市場范圍內推廣SW系列粉料撒布機，其產品涵蓋了3～20 m3的容量范圍，有懸掛式、拖車式和自行式三類。料倉采用刮板輸送機輸送粉料，料倉內配備料阻旋位計，用于檢測倉內料位；撒布機構有A型（螺旋布料，RotoPlus系統）和C型（槽形計量輥）兩種。A型撒布機構（RotoPlus系統，圖1），上方為與刮板輸送機等寬的槽形計量輥（圖2），粉料經槽形計量輥后進入安裝在下方的分料螺旋，由分料螺旋向兩邊分配，實現均勻撒布，由于采用螺旋布料，可實現大撒布量作業，特別適合于工程量大的土壤穩定施工場合。C型則與A型相反，分料螺旋在上方，槽形計量輥在下方，刮板輸送機送來的粉料先被分料螺旋向兩邊均勻分配，再下落進入槽形計量輥，通過調節槽形計量輥的轉速，可精確控制撒布量，適合于撒布量較小、撒布精度要求較高的場合。

SW系列粉料撒布機配備稱重傳感器，對整個料倉進行重量計量，并采用地面雷達或汽車傳動軸加裝霍爾傳感器對車速進行檢測。控制系統運用CAN總線技術，通過采集料倉稱重和車速檢測反饋的信號，經控制器運算后輸出信號，控制液壓系統調節刮板輸送機和撒布機構的轉速，達到高精度的撒布量控制。采用高效率的負荷敏感液壓系統，料倉后部有脈沖噴吹除塵系統，可降低加料時的揚塵。

德國A-mag公司的產品采用螺旋輸送粉料，槽形計量輥進行撒布，具有獨特的撒布機構吸塵裝置，在其撒布機構上方安裝2根吸塵管道，通過引風機的作用，將含塵氣體吸入安裝在料倉的除塵器內，粉塵直接回收到料倉內，不僅環保，而且不浪費原材料，實現粉塵再利用，施工時揚塵得到有效抑制。

Rabaud公司是法國的一家農業機械、園林機械和建筑機械的制造商，自從1980年就開始制造粉料撒布機。該公司的ELH型粉料撒布機料倉容積有15 m3和17 m3兩種規格。該型撒布機主要技術特點是采用2根大直徑螺旋（Φ460 mm）輸料，撒布機構配備分料螺旋向兩側粉料，同時額外在分料螺旋下方安裝撥料叉防止粉料結拱成塊，撥料叉下方的大直徑（Φ495 mm）槽形計量輥實現撒布計量，如圖3所示。

Stoltz是美國一家主營農業機械和建筑機械的公司，成立于1945年，最早從事農業用石灰撒布機的生產，后來經過改進也用于道路施工。其產品與歐洲廠商的機型相比，外形稍顯松散，料倉容量有13.5 m3和21 m3兩種規格，采用刮板輸送機輸料，料倉沒有稱重機構，撒布機構僅配備分料螺旋，沒有槽形計量輥，同時分料螺旋下方有一組通過絲桿調節的料門裝置，通過調節刮板和分料螺旋的速度，可實現設定的撒布量。料倉后部裝有布袋除塵裝置，用于除去加料時的揚塵。

綜合來看，國外產品技術特征主要有以下幾點：采用密閉式料倉，原因是加料時利用空氣流化的原理將粉料從散裝粉料運輸車加入到料倉內，料倉內有一定壓力，如果敞開容易產生污染；設有除塵裝置，用于除去加料時的揚塵；采用螺旋或刮板輸送機將粉料從料倉內輸送至后部的撒布機構；撒布機構由分料螺旋將輸送來的粉料向車寬方向均勻分配，并由槽形計量輥進行容積式計量；通過料倉稱重、車速傳感，控制器自動控制液壓系統輸出流量，對輸送機構和撒布機構轉速進行調節，從而控制撒布量；撒布寬度可調，可適應不同工況。endprint

1.2 國內粉料撒布機發展

中國從20世紀90年代開始了對粉料撒布機械的初步探索和研究，“七五”期間，粉料撒布機被列入國家重點企業技術開發項目，由交通部公路規劃設計研究院設計、交通部郴州筑路機械廠承擔試制的CZL5190XFLSC型粉料撒布機于1993年通過技術鑒定。該機型采用紅巖載重汽車底盤改裝，料倉底部裝備7根螺旋輸料，通過液壓手動變量泵和行車擋位的匹配關系，來實現不同的撒布量[1]。長安大學筑機系的姚懷新等人與徐州工程機械集團合作，研制了XZJ5170型自控式粉料撒布機[2]，并申請了相關專利[3]，該機型的創新點在于采用半浮動刮板式輸送機構，在油缸作用下可在粉料倉內旋轉，實現倉內料位不同時的粉料輸送；采用電液比例控制技術，通過控制比例閥開口大小改變計量輥轉速，實現撒布量的調節，相對于郴筑機型的手動變量方式，自動化控制水平大為提高。當然，受當時技術所限，這些產品的不足還是很明顯的，由于沒有合適的專用車改裝底盤，需要在汽車底盤傳動系統中額外加裝減速器，以滿足施工所需的0.8～1.2 km·h-1的車速要求，這樣就增加了故障點；半浮動式刮板輸送機制造困難，維修不便；自動化程度低，或完全采用手動控制，撒布量控制不準確；液壓系統效率不高，元件可靠性較低；沒有設計除塵裝置，施工污染大。正是由于這些不足之處，這些機型最終都沒有得到推廣。

2009年西安市政設施管理局率先引進了一臺德國Streumaster SW 16MC型粉料撒布機，在市區南北中軸線上配合Wirtgen就地冷再生機進行施工，它的高效率、環保、高精度的作業效果，引起了國內科研人員和施工單位的重視。2011年，陜西萬里路面養護設備有限公司研制的FS-2500智能型水泥撒布機問世[4]，該機型為上裝式產品，可吊裝于貨車上進行作業，其結構型式類似Stoltz公司的產品。粉料倉底部配備有2根輸料螺旋，料倉后部橫向設有分料螺旋，將輸料螺旋輸送來的粉料分配至車寬方向，最大撒布寬度2 500 mm，分料螺旋下方設置有料門，可用絲杠調節料門開度，從而對撒布均勻度進行調整。整機全液壓驅動，采用芬蘭Technion移動機械專用控制器，根據車速變化輸出PWM信號控制液壓比例閥開度，進而實時調整輸料螺旋和分料螺旋轉速，實現撒布量控制[5]。美中不足的是該機料倉容量偏小，僅為8.5 m3；由于撒布機構沒有配備槽形計量輥，小撒布量時的精度不盡人意；且沒有除塵裝置，加料和施工時的揚塵污染較大。最終這個機型也沒有得到推廣。

2014年上海bauma展，西安達剛展出了其DGL5250TFS型自行式粉料撒布機，山東巨野陸達機械設備有限公司（原山東世運）和浙江美通也相繼推出了5×500型和LMT5250TFSB型粉料撒布機。達剛、美通和山東陸達機械的粉料撒布機主要性能參數基本相同，僅在撒布量范圍上山東陸達機械的產品占明顯優勢。從技術特征上看，三款產品存在著一些共性，均采用螺旋輸送方式；料倉內均配備料位計，但沒有稱重模塊；均采用負荷敏感液壓系統，工作原理基本相同，輸料螺旋將粉料輸送至車尾部后，由分料螺旋負責向兩側分料，實現均勻撒布；分料螺旋下方均安裝有槽形計量輥，主控制器根據車速變化，調節液壓系統流量、控制輸料螺旋與計量輥的轉速來實現撒布量的控制；與早期陜西萬里的機型相比，國產新一代粉料撒布機的突出優點是料倉更大，自行式車輛整體性更佳，無需吊裝，施工便捷，撒布機構增加槽形計量輥，進一步提高撒布精度，而且增加了除塵裝置，加料時更加環保。國產粉料撒布機的性能參數如表2所示。

2 粉料撒布機關鍵技術

2.1 輸送機構

國外成熟設備的輸送機構可分為兩種：刮板輸送機和螺旋輸送機，銷量最大的Streumaster SW機型采用的是刮板輸送機，相對于螺旋輸送機而言，該結構的特點是所需的驅動功率較低，堵料概率較小，簡單地進行減壓梁的布置，即可實現較大的輸送量，但制造成本較高；而螺旋輸送機結構簡單，制造成本低，但是將其設置在粉料倉內，相當于滿埋螺旋輸料，驅動功率較大，一旦發生堵料，則很難清理。目前國產設備均采用螺旋輸送型式，對減壓梁的布置、螺旋輸送機結構參數均需深入研究，以降低輸料螺旋的工作負載[6-7]。

2.2 撒布機構

撒布機構的作用，一是將輸送機構送來的粉料向整個撒布寬度上均勻分配，二是實現粉料的計量。國外產品撒布機構以分料螺旋加槽形計量輥的方式為主，Streumaster的A型和C型撒布機構可分別適用于撒布量不同的工況，功能更加細分。Rabaud公司產品的撒布機構類似Streumaster的C型，只是它在分料螺旋上方另外增加了一個撥料叉，用于將結塊的粉料打碎，防止堵料。Stoltz公司的產品僅安裝有分料螺旋，沒有計量裝置，撒布精度不高。

目前幾家主要國外廠商，除Rabaud公司外，均沒有在撒布機構上配備吹掃裝置，但在實際施工中，空氣濕度大造成粉料粘結在撒布機構上的情形還是較容易出現的，國內企業應對此引起重視。

2.3 電液控制系統

現代粉料撒布機是機電液高度集成的產品，電液控制系統是機器的核心。電氣系統主要完成倉內料位檢測、料倉稱重、車速檢測、撒布量控制以及其他輔助功能，液壓系統負責向輸送、撒布機構提供動力。國外產品廣泛應用的CAN總線技術和負荷敏感液壓系統，提高了粉料撒布機的智能化程度和工作效率。國產設備普遍沒有料倉稱重裝置，僅靠標定的方法確定不同轉速下輸料螺旋的輸送量，根據檢測的車速信號對輸料螺旋和槽形計量輥轉速進行控制，用以控制撒布量，沒有國外配備稱重測量的機型精度高，智能化程度也較低。

2.4 除塵系統

隨著社會發展，對道路施工時的環保要求越來越高，粉料撒布機在加料和施工時，容易產生揚塵污染，高效率的除塵裝置顯得愈發重要。國產粉料撒布機一般采用脈沖噴吹或者布袋除塵的方式，可有效減少加料時的揚塵污染現象。撒布時由于受到風力、車速等產生的揚塵，目前沒有得到很好的解決，僅通過在撒布機構下方加裝帆布遮罩或橡膠擋板的方式，不能徹底杜絕粉塵污染。A-mag公司產品上的撒布機構除塵設計較好地解決了撒布時的揚塵問題。

3 結 語

隨著中國公路建設養護工藝技術的發展，粉料撒布機的市場需求將進入快速增長階段，但國內廠商對該機種研究時間不長，在機械結構、液壓系統匹配、電氣控制和除塵效果等方面與國外一流企業尚有較大差距，設備規格單一，系列化程度不夠，產品可靠性、智能化程度和環保性有待進一步提高。

參考文獻：

[1] 何挺繼，朱文天，鄧世新.筑路機械手冊[M].北京：人民交通出版社，1998.

[2] 姚懷新，王明道，郝建民.自控式粉料撒布機[J].筑路機械與施工機械化，1996，13（6）：13-15.

[3] 姚懷新，王明道，曹鳳臣，等.自動調節式石灰撒布裝置[P].中國專利：90209873.X，1991-02-06.

[4] 榮 威.首臺國產智能型水泥撒布機研制成功[J].市政技術，2012（1）：7.

[5] 陜西萬里路面養護設備有限公司.水泥撒布機[P].中國專利：201120462177.5，2012-07-18.

[6] 西安達剛路面機械股份有限公司.一種變螺距槽式螺旋輸料器[P].中國專利：201220560013.0，2013-04-24.

[7] 浙江美通筑路機械股份有限公司.一種瀝青混合料的均衡輸送裝置[P].中國專利：201220530753.X，2013-03-27.

[責任編輯：譚忠華]endprint