關于同步封層車碎石撒布的研究

舒興祖++姚萃++趙東坡

摘要：為了改進瀝青碎石同步封層車的碎石撤布精度，對瀝青碎石同步封層車碎石撒布的工作原理進行了詳細闡述，對影響碎石撤布精度的因素進行了分析，從機械結構、控制系統(tǒng)兩方面給出了提高碎石撒布精度的改進方法，以確保瀝青碎石同步封層車的碎石撒布精度滿足施工要求。

關鍵詞：碎石撒布；撒布精度；控制系統(tǒng)；施工要求

中圖分類號：U418.3

文獻標志碼：B

引言

近幾年瀝青碎石同步封層車的作用越來越得到認可。盡管工程機械行業(yè)增長勢頭放緩，同步封層車銷量依舊在穩(wěn)步上升。據(jù)統(tǒng)計，封層車銷售數(shù)據(jù)每年都在遞增，2012年國內銷售數(shù)量達到320臺左右，2013年國內銷售總量超過400臺，2014年銷量超過600臺。瀝青碎石同步封層車主要性能指標為瀝青、碎石的灑（撒）布能力以及灑（撒）布精度。本文以陜西建設機械股份有限公司生產(chǎn)的瀝青碎石同步封層車為基礎，分析了影響碎石撒布能力以及撒布精度的要素，并提出改進策略。

1 碎石撒布原理

瀝青碎石同步封層車的主要結構如圖l所示，市場上的同步封層車功能結構差別不大，只是機械結構會有一定的差異，總體功能均為同步完成瀝青灑布和碎石撒布。

同步封層車通過瀝青泵從瀝青罐內吸取瀝青，經(jīng)過一系列的閥門、管路后由瀝青灑布桿噴灑出去；與此同時，碎石撒布系統(tǒng)也同步工作。完整的碎石撒布過程如圖2所示。裝載機預先將骨料裝至封層車的骨料倉，工作時液壓馬達驅動輸料帶（兩條）將碎石送至撒布料斗，氣動系統(tǒng)控制氣缸開啟料門，撒布輥子在液壓馬達的驅動下，將涌出的骨料打散，拋向導料槽，碎石通過導料槽均勻撒布在瀝青路面上，從而完成瀝青碎石同步封層工作。

碎石撒布液壓系統(tǒng)原理如圖3所示。液壓泵驅動液壓馬達旋轉，帶動皮帶輸送機運轉，將碎石輸送至石料撒布系統(tǒng)，經(jīng)氣動系統(tǒng)開啟料門，在碎石自重以及撒布輥子的旋轉作用下完成碎石撒布。撒布系統(tǒng)中有兩個料位傳感器，電控系統(tǒng)通過這兩個傳感器監(jiān)測副料斗內料位的高低，控制兩個電磁閥得電與否，從而控制輸料馬達是否運轉，實現(xiàn)骨料輸送的實時控制。調試時，通過控制兩個節(jié)流閥開口的大小來調節(jié)輸料馬達的轉速，一般設定馬達的初始轉速為260r·min^-1左右，具體可依據(jù)實際工況調節(jié)馬達的轉速以滿足施工需求。

撒布輥子液壓系統(tǒng)原理如圖4所示。其原理與碎石撒布液壓系統(tǒng)原理一致，通過調節(jié)節(jié)流閥控制撒布輥子馬達的轉速，通過控制電磁閥得電與否實現(xiàn)撒布輥子的啟停。

2 影響碎石撒布能力及精度的因素

通過分析碎石撒布系統(tǒng)的結構可知，影響碎石撒布能力的主要因素有：料門開啟高度、撒布輥子的轉速、行走速度等。料門開啟高度直接決定碎石的最大撒布能力，改變撒布輥子的轉速可以在一定范圍調節(jié)撒布量。當車速一定時，碎石撒布施工中撒布量的調節(jié)方式可分為3類：固定撥料輥轉速，調節(jié)料門開度；固定料門開度，調節(jié)撥料輥轉速；料門開度與撥料輥轉速同時配合調節(jié)。表l摘自陜西建設機械股份有限公司產(chǎn)品試驗檢測數(shù)據(jù)記錄。該數(shù)據(jù)是在發(fā)動機轉速為l400r·min^-1、車速為3.6km·h^-1、撒布輥子轉速在100～180r·min_1時測得的碎石撒布量，碎石平均粒徑為5 mm，碎石密度測定約為1700kg·m^-3。

將表l中撒布輥子轉速、料門開啟高度、碎石撒布量3個參數(shù)的數(shù)據(jù)進行分析整理得到圖5。如圖5所示，在lOO～180r·min^-1之間時，撒布輥子的轉速與碎石撒布量有很好的線性關系。撒布輥子的主要作用是為防止碎石從料門自由滑落，通過調節(jié)撒布輥子轉速可以控制碎石撒布量。依實際試驗結果可知，撒布輥子轉速超過350r·min^-1后，碎石撒布量主要和料門開啟高度有關，即撒布輥子不再影響碎石撒布量，碎石經(jīng)料門自由滑落。該數(shù)據(jù)是摘自部分試驗數(shù)據(jù)，為顯示撒布輥子在低速時與碎石撒布量的關系。實際施工中，控制工作速度為1～3m·s^-1、撒布輥子轉速在200r·min^-1左右、料門開啟高度為40mm左右便能滿足絕大多數(shù)道路施工要求。依據(jù)實際工況，優(yōu)先調節(jié)料門的開啟高度來滿足道路的施工要求。

以表l中的數(shù)據(jù)為例，撒布在4m寬道路上時，撒布量與撒布厚度、行駛速度有如下關系

Q=4tv式中：Q為碎石撒布量（L）；t為撒布厚度（mm）；v為汽車行駛速度（m·s^-1）。

分析表l中的理論撒布率、實際撒布率可知，影響碎石撒布精度的主要因素為碎石料位不均勻、行走車速不穩(wěn)定以及機械零部件加工精度過低。

撒布量由料門開啟高度和撒布輥子的轉速來控制，由機械限位保證料門開啟高度一致，撒布輥子轉速的穩(wěn)定由液壓控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性來實現(xiàn)。撒布輥子的液壓控制系統(tǒng)是采用調速閥保證撒布輥子轉速的恒定，避免了由碎石不均勻導致的撒布輥子負載波動，從而消除了撒布輥子轉速的變化。在汽車底盤上安裝PTO）（等速巡航）系統(tǒng)，避免了機手手動操作時因油門不穩(wěn)定對行駛速度產(chǎn)生的影響。實際施工中，當?shù)缆窂澋劳鈧雀哂趦葌葧r，設備集合角度發(fā)生改變，需要隨時補撒石料。

3 提升碎石撒布能力及精度的策略

3.1 控制系統(tǒng)的改進

在汽車底盤上加裝PTO）控制系統(tǒng)，保證車速的穩(wěn)定，可有效避免人為操作汽車油門而影響車速。由于路面的不平整和車速的變化會影響到碎石的撒布精度，可以考慮在車速與撒布輥子轉速之間建立一定的比例控制關系，通過車速的實時監(jiān)測來調節(jié)撒布輥子的轉速，但該方案會提高控制系統(tǒng)的成本。目前，瀝青碎石同步封層車的國家標準中要求碎石的撒布精度不大于3%。陜西建設機械股份有限公司的產(chǎn)品撒布精度實測值為1.4%～2.2%不等，在國標要求的范圍之內；鑒于實際使用情況、成本等因素，暫未考慮上述高精度方案。實際施工中，設定料門開啟高度為固定值（一般為40mm），通過調節(jié)撒布輥子的轉速來調節(jié)碎石撒布厚度。

通過改進撒布輥子液壓控制系統(tǒng)，使用調速閥，可以明顯提高撒布輥子工作時轉速的穩(wěn)定性，從而提高碎石撒布精度。

3.2 機械零件的設計和加工精度

導料槽尺寸的合理設計對撒布精度的影響較大。汽車的寬度一般為2.5m左右，將碎石撒布到4m的寬度需要導料槽的伸縮或折疊。目前市場上的封層車通過料槽的伸縮（施工時兩個料槽伸開）或折疊（工作時料槽展開）達到4m的撒布寬度。陜西建設機械股份有限公司使用的是導料槽的折疊方案，該方案要求每個料槽的寬度不一，這既需要理論計算確定設計值，也需要參考實際施工效果調整料槽寬度。

由于料門限位塊為焊接件，加工精度不易保證，從而造成每個料門開啟高度不一致，需要在工藝方面努力設計出合理工裝，保證重要尺寸的精確度，提高對料門開啟高度精度的控制。同理，撒布輥子圓度、圓柱度的加工精度對碎石撒布精度影響也較大，生產(chǎn)時需要特別注意尺寸的精度。

4 結語

保證碎石撒布精度高于國家標準，充分滿足施工要求，不僅需要零件設計可靠，加工精確，也需要碎石撒布液壓控制系統(tǒng)具備良好的穩(wěn)定性，還需要機手對同步封層車了解充分，操作熟練。本文通過分析碎石撒布原理，分析了影響碎石撒布精度的因素，提出了機械結構、控制系統(tǒng)兩方面的改進策略，從而提高碎石撒布精度，確保瀝青碎石同步封層車的碎石撒布質量滿足施工要求。endprint