大型寬幅攤鋪機熨平板系統結構分析

梁策 鄭鑫

摘要：近年來，隨著我國公路建設事業的迅速發展，而為了滿足現代化筑路施工的需要，瀝青混凝土攤鋪機已廣泛應用于筑路施工中。攤鋪機的性能與可靠性在相當程度上決定著高等級公路的建設質量與速度，熨平板系統是攤鋪機的關鍵工作裝置，可實現對攤鋪路面的整平與壓實，其工作性能的好壞對施工質量起著十分重要的作用。鑒于此，本文就基于大型寬幅攤鋪機熨平板系統結構進行分析研究。

關鍵詞：大型寬幅攤鋪機；熨平板系統；結構分析

1 導言

在現行公路施工工藝規范中，為保證攤鋪指標，一般采用大寬度攤鋪的施工工藝，但由于現有技術制約，大型寬幅攤鋪時，細長的熨平裝置結構特性在大負荷的作用下容易發生彎曲和扭轉變形，從而直接影響攤鋪路面的平整度和密實度。本文就大型寬幅攤鋪機熨平板系統易發生變形的問題展開超寬熨平裝置的箱體結構優化、抗變形性能研究，為大型寬幅攤鋪機攤鋪路面的平整度和密實度提高質量的保證。

2 大型寬幅攤鋪機熨平板系統的結構原理及其工藝特點

2.1 結構原理

熨平板是攤鋪機上較為重要的組成部分之一，其結構原理如下：通常情況下，大多數攤鋪機的熨平板都是偏心連桿結構，熨平板的下部是振搗錘，振搗錘的上部是振搗架，通過連桿可以將振搗架與偏心軸相連接。偏心軸在馬達驅動下會發生旋轉，從而帶動振搗錘上下振動，并對攤鋪后的無聊進行壓實，其下前緣為30度和45度的斜面，在進行攤鋪作業的過程中，該斜面會對攤鋪機作業前方的混合料進行不斷沖擊，逐步使這些材料達到密實狀態。然后再由振搗錘的下水平面對這些密實后的材料進行修整，借此來確定出攤鋪層的實際高度，最后在由熨平板進行熨平整形。若是熨平板只有一根振搗梁，這種熨平板屬于單振搗，如果有兩根振搗梁那么就是雙振搗。其中雙振搗器比較常見，其效果要比單振搗好很多，它主要是由箱體、兩岸、偏心軸、振搗錘和架組成。由于各個部件間的精密度要求較高，因而在實際加工時難度也相對較大，為此必須選擇最為合理的設計方法進行設計。

2.2 工藝特點

攤鋪機上的熨平板一般都是由大量零部件按照一定的位置精度和尺寸焊接而成的構件。由于其組成零部件較多，從而對生產工藝有著十分嚴格的要求，其中任何一個環節出現問題，都有可能對整體質量造成影響。在實際加工制造時，主要生產工藝包括以下幾項：下料、折彎、金屬加工、焊接、校正、振動時效、噴丸、涂裝等等。就其生產工藝而言，主要有以下兩個方面的特點：

1）焊接量較大。由于熨平板生產過程中需要涉及大量的焊接工藝，故此，焊接變形問題比較難控制。由于熨平板本身屬于框架式結構，所以它比其他結構形式更容易出現扭曲變形，這就使得焊接變形的控制難上加難；

2）精度要求較高。熨平板本身不是獨立使用的構件，其需要與別的部件配合工作，這樣一來就要求其必須具備較高的精度，以確保外形尺寸和表面質量符合要求。

3 大型寬幅攤鋪機熨平板系統結構優化設計分析

3.1 箱體結構優化

熨平裝置的箱體是其最主要的部件，基本上由它來承擔外界的各種載荷。為滿足大寬度攤鋪路面的施工，其本身必須具有足夠的剛度。同時，超大寬度熨平裝置的質量會加重，大質量的熨平裝置會引起攤鋪機整機的重心后移，從而影響攤鋪機的工作穩定性和攤鋪平整度，如何在保證剛性條件下控制箱體的重量也是超大熨平裝置設計的難點。

1）箱體結構的剛性優化。攤鋪機在施工作業時，超大寬度的熨平裝置所受的外界載荷較常規的熨平裝置要大很多，為保證施工路面的平整度和密實度，這要求承受外載荷的熨平裝置各長度規格的箱體結構要有足夠的剛度。特別是熨平裝置的基本箱體，因其他的箱體均連接在其上面，故對基本箱體結構的剛性要求更高。熨平裝置的箱體在工作時受力情況很復雜，常常會產生拉伸（或壓縮）、彎曲、扭轉等變形。當受到彎曲或扭轉時，箱體的截面形狀對于它們的強度和剛度有著很大的影響。而對機座和箱體等零件工作能力的主要考核指標是剛度。為此，我們分析研究影響箱體結構剛度的相關參數，并利用有限元軟件對其影響箱體剛度的敏感性進行分析，優化設計箱體的截面形狀，來增大其截面系數及截面的慣性矩。從而確定了新型高剛度熨平裝置的箱體結構。

2）箱體結構的輕量化設計。攤鋪機所能攤鋪的最大寬度越大，其熨平裝置的質量則會越重，大質量的熨平裝置會引起攤鋪機整機的重心后移，從而影響攤鋪機的工作穩定性和攤鋪平整度。首先，我們對優化后的箱體結構進行有限元分析，找尋到應力應變較大之處；其次是通過減小箱體截面等零件的板厚，合理布置肋板的方法來增大箱體結構的剛度。通過適當布置肋板和有限元分析，各主要長度規格的熨平裝置箱體的重量較輕量化設計前減輕約10%。主要長度熨平裝置箱體優化前后重量對比如表1所示。

3.2 抗變形結構設計

大寬度大厚度攤鋪時，細長的熨平裝置結構特性在大負荷的作用下容易發生彎曲和扭轉變形，影響路面的攤鋪質量，當攤鋪寬度大于5m的攤鋪機應合理布設一級或多級撐拉桿，攤鋪寬度過大時還應適當增大撐桿和拉桿之間的夾角，來提高抗御熨平板向上拱彎變形和扭轉變形的能力。攤鋪寬度大于12m的攤鋪機應設置抗后拱機構，以抗御熨平板向后拱彎變形。因此，合理布設撐拉桿和抗后拱機構，將大大提高熨平裝置的豎向、水平及扭轉剛度。

1）豎向撐拉桿機構的設計。熨平裝置在寬度方向是關于攤鋪機的中心面對稱分布的，本文取目前全球攤鋪寬度最大的攤鋪機熨平裝置的一半進行分析，結構總長為8250mm。在對結構進行有限元分析時，以熨平裝置中心面的截面為對稱面，取對稱面左側為研究對象，有限元模型尺寸與實際結構尺寸一致。

2）抗后拱機構設計。為了抗御熨平板向后拱彎變形，抗后拱機構可采取兩種方式：其一是在熨平裝置后部設置水平撐拉桿機構；其二是在熨平裝置的端部與主機兩側的前部之間布設一側拉緊機構。通過對比，熨平裝置設置不同抗后拱機構時的水平剛度及扭轉剛度，分析結果如表2所示。

4結語

攤鋪機的作業功能和作業質量是靠熨平裝置最終實現的。它能將物料按照一定的寬度和厚度均勻地攤鋪在基層上，并給以初步的夯實和整平。評價路面攤鋪質量好壞的主要指標為路面的平整度和密實度。

參考文獻：

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（作者單位：沈陽眾磊道橋有限公司）