HRU—MP60型瀝青路面熱再生銑刨機的研制

周勇漢　許建良

摘 要：主要介紹HRU-MP60型瀝青路面熱再生銑刨機的技術參數、結構組成及有關設計計算、現場試驗情況等。該機是就地熱再生機組的關鍵設備之一，主要由底盤、動力系統、找平裝置、銑刨系統、液壓系統、電控系統、行走轉向系統等部分組成，具有節(jié)能、環(huán)保，自動化程度高，操作方便靈活，找平精度高的特點。

關鍵詞：銑刨機；技術參數；結構設計；就地熱再生機；找平精度

目前市場上的路面銑刨機種類繁多，用途各不相同。該機是適用于瀝青路面養(yǎng)護的就地熱再生機組的關鍵設備之一，施工時，其緊跟在路面加熱機后面，將加熱后的瀝青路面面層銑刨，后跟復拌機，由復拌機對銑刨料進行收集、攪拌再生，最后攤鋪壓實，完成對路面的修護。

1 該機主要技術參數

發(fā)動機功率/轉速（kW/（r/min）） 298/1900

發(fā)電機功率（kW） 24

最小轉彎半徑（m） 16

軸距（mm） 5700

車輪直徑（mm） 1240

行走速度：

Ⅰ擋（km/h） 0～10

Ⅱ擋（km/h） 0～20

工作速度（m/min） 0～10

銑刨寬度（m） 1.8～4

銑刨深度（mm） 0～60

整機質量（kg） 16000

整機外形尺寸（長*寬*高）（mm*mm*mm） 9250x3750x3600

2 主要結構及特點

該機主要由底架、動力系統、行走轉向系統、銑刨系統、找平裝置、液壓系統、電控系統、駕駛室等部分組成，如圖1所示。

2.1 底架

底架主要由側梁、端梁、驅動橋連接梁、從動橋連接梁、銑刨支撐梁、發(fā)動機連接座等組成，其中側梁、驅動橋連接梁和從動橋連接梁采用雙魚腹梁結構形式，中間粗，兩端細，以滿足結構強度和剛度的前提下，盡可能地降低車體的高度。

2.2 動力系統

該機配置東風康明斯QSZ13-C400-Ⅲ型柴油機，具有啟動性能優(yōu)越、轉矩儲備大、油耗低，性能穩(wěn)定可靠，配件齊全等特點。柴油發(fā)動機通過飛輪殼連接分動箱，分動箱采用一分四結構，每個輸出軸分別驅動液壓泵，從而將機械能轉化為液壓能。

2.3 行走轉向系統

行走系統為閉式液壓系統，行駛速度可無級調節(jié)。后橋為驅動橋，前橋為從動橋，輪胎為耐高溫實心胎，發(fā)動機通過分動箱竄接一閉式柱塞泵，行走馬達通過一級減速、主減速、輪邊減速共三級減速實現驅動。 一級減速器分高速擋和低速擋兩個擋位，由電磁氣動換向閥控制，實現換擋。通過操縱轉向盤，轉向閥控制轉向油缸的伸縮來實現前后橋轉向，轉向角度為左右30度，前后橋可以單獨轉向，也可以同時轉向，同時轉向可選擇兩種模式，便于車輛的轉彎、掉頭等操作更為方便。

2.4 銑刨系統

銑刨系統由前后兩套銑刨總成。前銑刨總成分為前左、右銑刨鼓。前左、右銑刨鼓分別安裝在支架上，支架與牽引梁之間設有滑軌，通過兩個推拉油缸帶動左右銑刨鼓的伸縮，從而實現銑刨寬度的調整。左右兩側各有一個銑刨找平機構。后銑刨總成的結構與前銑刨總成的結構形式相同。同樣有相應的銑刨找平裝置。

前銑刨總成如圖2所示。

2.5 找平裝置

在每一個銑刨鼓的外側，均安裝有相應的銑刨找平裝置，以控制相應一側的銑刨深度。找平裝置分前后找平兩種，原理一致。找平裝置由電液一體化控制，電氣控制盒安裝在相應找平裝置上側的車架上。設置 “手動/自動”選擇開關，“手動”位置時，可通過按鈕盒相應的按鈕調整銑刨鼓高度及銑刨深度。當調整好深度后，將開關打在“自動”位置上時，銑刨鼓處于浮動狀態(tài)，通過絲杠上下調節(jié)觸塊位置，使觸塊與找平閥滾輪剛好接觸，隨著地面的起伏高低，萬向輪帶動平行四邊形連桿隨地面上下起伏，從而帶動觸塊上下起伏，當觸塊觸碰到找平閥滾輪，閥芯移動，油路與升降油缸聯通，從而控制油缸升降，油缸帶動銑刨鼓上下升降，這樣就實現了銑刨鼓隨著地面的起伏而上下浮動，從而控制銑刨深度，并保護銑刨裝置的安全性。找平閥通過增加阻尼閥調節(jié)控制的靈敏度及精度，銑刨深度誤差在±5mm以內。

找平裝置如圖3所示。

2.6 液壓系統

該機的各個動作都用液壓比例先導閥操控，可以無級調節(jié)工作機構的運動速度。右手柄控制行走，可選擇前進、后退、空擋三個檔位。方向盤控制轉向系統，由轉向閥控制。制動為鼓式液壓制動，由腳踏閥控制。其余工作裝置通過操控臺上的按鈕控制，主要液壓動作有銑刨鼓的推拉及升降、銑刨鼓的旋轉運動等。

2.7 電控系統

整機采用24kW的發(fā)電機，以保證系統的正常供電。整機可通過操控臺上按鈕操作，也可通過觸摸屏系統來實現各動作操作。整機配有發(fā)動機顯示儀表、狀態(tài)顯示儀表、車載監(jiān)控系統等。其中發(fā)動機顯示儀表顯示發(fā)動機轉速、機油壓力、水溫等相關參數，并能查找和顯示發(fā)動機當前及歷史故障信息。狀態(tài)顯示儀表顯示當前車速、發(fā)電機轉速、風機轉速、檔位狀態(tài)、運行狀態(tài)等相關信息 ，顯示液壓系統故障信息等。車輛配有車載監(jiān)控系統，便于司機實時的掌握道路相關信息，車輛左、右及后方均裝有監(jiān)控設施，司機可在操作臺上實時查看車輛周圍情況。車輛配有倒車影像，當按下顯示器上的AV1/AV2按鍵時，顯示器切換到倒車界面，在該界面可清晰的看到后車或障礙物是否在危險區(qū)域。

2.8 駕駛室

配置新型鋼結構全密封駕駛室，空間寬敞，視野開闊，降噪劍陣效果好。駕駛室內的不止按照人機工程學設計，所有按鈕觸手可及。采用轎車理念，配置冷暖空調，為駕駛員創(chuàng)造了安全舒適的工作環(huán)境，有利于減輕駕駛員的工作疲勞程度，提高駕駛員的工作效率。

3 主要參數計算及強度校核

3.1 主要參數計算

3.1.1 銑刨阻力的計算

銑刨工況是比較復雜的加工過程，對這方面研究的資料也比較多，根據熱再生銑刨的特點，參照文獻【1】的推理公式，銑削主力切向分力Fm可按下式計算：

式中τ——瀝青混凝土的剪切強度（Pa）；

Φ——銑削轉子的實時轉角（ral/s）；

Φij——任一時刻ti，各刀具的轉角；

Φij=ωti+2π（j-1）/N ，j=1，2，3……，N；

β——銑削阻力與水平分力的夾角（°）；

ψ——刀具與混凝土的摩擦角（°）；

γ——刀具銑削前角，單位（°）；

S——刀具與銑削材料接觸面的截面積（m2）；

其中h為銑削深度（m），k為銑削材料截面的角度（°），a為刀具間距（m）；Sij——任一時刻ti，各刀具與銑削材料接觸面的截面積（m2）；

根據銑刨機的模型分析及實際工況比較，確定計算式中各參數，計算得出該機的銑刨阻力約為37518N。銑刨鼓直徑為560mm，轉速在150r/min，根據公式

P=T*N/9550，得出驅動銑削的總功率為165kW。

3.1.2 發(fā)動機功率的計算

發(fā)動機是整機的動力來源，發(fā)動機所需功率主要由行走功率、銑刨功率、發(fā)電機功率、轉向系統功率、其他附件功率等組成。行走是靠液壓泵驅動馬達，再由馬達驅動橋減速箱，驅動橋變速比i1=18.37，i2=7.237，高速行走速度為V1=20km/h，低速V2=10km/h，輪胎直徑為d=1.24m，所選馬達排量為107ml/r，泵排量為90ml/r，系統壓力P壓=250bal，所需的功率為泵的功率，根據公式計算：

P泵=P壓*Q/600 （下轉第頁）（上接第頁）

其中P壓的最大壓力（bar），Q為流量（l/min）；高速行走時輪胎轉速為V1/60/d/π=85.6（r/min），減速比為i1=18.37，經計算得出泵的流量Q1=196.25（l/min），所以高速行走所需功率P1=81.8kW。

低速行走時同上計算得出：

P2=17.76kW

根據上述計算，已知發(fā)電機功率P發(fā)=15kW，銑刨功率P銑=165kW，轉向系統功率為P轉=15kW，其他功率為P其=15kW，得出發(fā)動機的總功率，比較高速與低速兩種狀態(tài)的功率大小，選取較大功率作為發(fā)動機的總功率。

由于P1總= P1+P發(fā)+P轉+P其=126.8kW < P2總= P1+P發(fā)+P轉+P其+P銑=212.76kW

故選取P2總作為發(fā)動機的總功率，考慮傳遞效率等因素，所以選擇298kW的發(fā)動機可以滿足使用要求。

3.2 強度校核

分析整機的結構，底架為受力較大的組焊件，采用solidworks2012建模，有限元分析，約束前后橋連接座，在側梁上加載力126000N，在銑刨支撐梁加載銑刨阻力37518N。受力分析如圖4所示。

結果分析，如圖4（b）～圖4（d所示）。

最大變形為3.514e-004，最大應力85235504Pa，遠遠小于材料強度220594000Pa，安全系數為2.58。

4 結束語

該機關鍵零部件如發(fā)動機、泵、馬達以及其他液壓配件等優(yōu)先選用國際成熟的先進技術和產品，保證整機的可靠性和使用壽命。通過在山東濰坊206國道現場進行銑刨測試，整體性能穩(wěn)定，適應性強，完全滿足就地熱再生機組的施工要求。

參考文獻：

[1]汪學斌，胡永彪.銑刨機旋轉多刀銑削阻力的數值計算[J].西安交通大學學報，2016（7）：96-103.

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