瀝青道路微波養護車結構組成及技術特點

楊倫磊，郭柏甫，漆建平，王慶先，趙書祥

(江蘇集萃道路工程技術與裝備研究所有限公司 公路建設與養護技術材料及裝備交通運輸行業研發中心(徐工集團)，江蘇 徐州 221004)

0 引 言

微波加熱技術在瀝青道路養護領域的試驗研究最早出現在20世紀70年代初，Bosisin等人利用微波對瀝青路面加熱，修復了1個長24 ft、寬0.5 in、深6 ft的高速公路瀝青路面裂縫病害，而在經過整個冬季大流量的交通后，修復后的路面仍然擁有較好的性能。

中國從20世紀90年代末開始在該領域展開研究，長安大學在該領域深耕20余年，開展了大量微波加熱基礎理論研究和工程試驗研究，處于瀝青道路微波養護技術的發展前沿。江蘇集萃道路工程技術與裝備研究所對瀝青道路微波養護車結構組成、微波加熱技術特點及問題也進行了深入研究，優化了整機結構組成，在微波均勻加熱、高效供電、防泄漏、智能化等技術方面取得突破，研發了智能高效瀝青道路微波養護車，推動了瀝青路面微波養護技術的進步和微波加熱技術在瀝青道路養護領域的工程應用。本文將對JCM106W型瀝青道路微波養護車與傳統微波養護車進行分析。

1 瀝青道路微波養護車結構組成和技術參數

1.1 結構組成

瀝青道路微波養護車主要用于對瀝青路面坑槽、龜裂、擁包等局部病害的高質量快速修復，是1種多用途、節能、環保、高效的路面養護機械。江蘇集萃道路工程技術與裝備研究所有限公司研發的JCM106W型瀝青道路微波養護車(見圖1)，由微波加熱墻、微波加熱倉、微波供電系統、散熱系統、乳化瀝青系統、熱瀝青系統、底盤車架、壓路機等組成，主要系統如下。

圖1 瀝青道路微波養護車結構示意圖

(1)微波加熱墻。采用開口式微波加熱原理，施工過程中將預制瀝青混合料填入坑槽中，采用微波加熱墻就地對原路面病害處和新添加瀝青料同時加熱，加熱墻設置多種分區，可根據坑槽實際大小通過顯示屏一鍵選擇合適的加熱面積，實現就地熱挖熱補和熱接縫，有效避免了傳統工藝坑槽邊界密封性能和粘結性能差的問題。

(2)微波加熱倉。采用微波諧振高效加熱原理，對預制瀝青混合料冷料快速均勻加熱，滿足多種坑槽修補工藝，尤其適用于需要2種以上級配料的大深度坑槽修補。

(3)微波供電系統。主要包括發電機、微波電源和散熱風扇等，用于為磁控管輸出電能。

(4)散熱系統。主要包括散熱器、水泵和水箱等，用于磁控管水冷散熱。

(5)動力系統。采用底盤全功率取力，為發電機和液壓泵提供動力，避免了結構復雜的上裝發電機組，整車結構簡潔、節能，消除了上裝發動機的排放。

(6)乳化瀝青系統。包括乳化瀝青罐、乳化瀝青噴槍、盤管器和柴油清洗箱等，通過壓縮空氣實現乳化瀝青均勻噴灑，通過柴油清洗和壓縮空氣吹掃保證管路的清潔。

1.2 主要技術參數

瀝青道路微波養護車的主要技術參數見表1。其中，微波加熱墻加熱面積、加熱深度、微波加熱倉有效加熱容積、微波輻射值為決定設備性能和先進性的關鍵技術參數。

表1 JCM106W瀝青道路微波養護車主要技術參數

2 瀝青道路微波養護車技術特點分析

2.1 早期瀝青道路微波養護技術的不足

2.1.1 整體結構復雜

早期的瀝青道路微波養護車需配置上裝發電機組，而微波加熱裝置功率往往在100 kW以上，匹配的發電機組尺寸和重量大，噪聲高。另外，用于為磁控管供電的元件包括變壓器、電容和高壓硅堆，結構復雜，占用空間大，集成度與效率較低。

2.1.2 加熱均勻性差

早期的微波加熱養護車在加熱過程中，微波加熱裝置始終處于靜止狀態，微波源之間的加熱盲區較多，存在部分瀝青料加熱溫度低的問題，影響路面修復質量。

2.1.3 加熱效率低、故障率高

早期的瀝青道路微波養護車微波加熱效率偏低的主要原因有3個：一是原有的微波傳輸天線駐波比大，導致加熱效率低； 二是原有的微波供電系統主要包括變壓器、電容、高壓硅堆，結構復雜，變壓器供電效率較低，導致微波供電系統整體供電效率較低；三是微波加熱系統工作過程中變壓器自身發熱嚴重，但變壓器較大的布置空置導致其散熱困難，散熱不及時不僅使得輸出效率降低，而且導致使用過程中元器件燒毀較多，造成較高的故障率。

2.1.4 缺失智能化維修管理

早期瀝青道路微波養護車的智能化和信息化程度較低，操作設備主要依賴人工。同時，對于影響整車性能的微波電源、散熱系統也缺少相應的在線檢測手段。早期的養護車進行病害修補作業是一個信息孤島，其修復方案的科學性及作業質量完全依賴于人工判斷，病害位置、作業工況、作業時間、作業軌跡難以實時了解，同時從時間維度及工區養護道路維度上難以對實際情況進行剖析，并制定科學的養護方案。

2.2 新瀝青道路微波養護技術特點

中國瀝青道路微波養護技術經過十幾年的持續研究與發展，在微波加熱瀝青混合料的機理、微波加熱關鍵技術、關鍵工藝等方面均有了較大的突破。江蘇集萃道路工程技術與裝備研究所有限公司最新研發的瀝青道路微波養護車在以下技術方面有了較大突破，主要技術特點如下。

2.2.1 整機匹配技術

采用底盤全功率取力，取消了傳統體積較大的上裝發動機，整機匹配合理、結構緊湊、重量輕。從節約能源、降低重量、減少排放方面考慮，底盤取力更合理，但要加裝動力切換裝置，便于行駛狀態下發電機系統動力脫開。

2.2.2 微波均勻加熱技術

基于電磁仿真分析及試驗研究，對微波源的排布方式、排布尺寸以及傳輸天線結構等進行優化，獲得了更佳的微波加熱裝置結構，實現了較高的微波傳輸效率。同時，研發出智能移動加熱技術，有效解決傳統固定加熱方式存在加熱盲區的弊端，對加熱區域貫穿式整體加熱，確保無加熱盲區和加熱死區，提高了整個區域加熱的均勻性，保證了高質量修補坑槽。

2.2.3 高效供電技術

瀝青道路微波養護車所使用的微波磁控管數量較多，數量眾多的微波電源如何布置成為難點。目前從兩方面入手解決了原有供電系統效率低的問題：一是使用集成度更高的開關電源為磁控管供電，該開關電源相比之前的變壓器加電容的結構，供電效率提升約15%；二是通過對電源散熱結構進行仿真分析，優化電源布置和散熱結構，將微波電源集中在尺寸相對較小的柜體中，不僅有效縮小設備尺寸，而且更有利于實現集中散熱，確保每個電源均持續穩定的保持在最佳工作狀態，實現了高效供電。

2.2.4 微波屏蔽技術

最新研發的多重微波屏蔽技術，將微波泄漏量控制在小于0.5 mW·cm-2，確保設備使用的安全性。

2.2.5 智能化

智能控制系統可以實現微波加熱裝置全自動收放和加熱、設備故障智能檢測、微波電源故障智能檢測、微波散熱系統故障檢測，減少人為因素的影響，大幅提高設備穩定性和可靠性。

2.2.6 信息化

基于施工管理系統的信息化，可實現對整個施工過程、病害地理位置、損壞情況、修補尺寸、作業時間、作業人員、溫度信息等施工信息詳細記錄，掌握瀝青道路的全生命周期狀態，對每次修補病害的成本、處理方法進行統計歸類，實現道路養護公司對道路養護人、機、料、法、環的信息化管理。

2.2.7 工藝適應性

具備微波加熱墻和微波加熱倉雙微波加熱技術，微波加熱墻實現瀝青路面就地加熱再生，微波加熱料倉實現預制冷料或回收料的集中快速加熱，滿足路面坑槽的雙級配修補，對瀝青路面不同病害的工藝適應性更強。

2.2.8 分區加熱

加熱墻設置16個分區，能根據坑槽形狀和面積通過顯示屏一鍵選擇相匹配的加熱面積，提高坑槽的工藝適應性和施工經濟性。

3 結 語

最新的瀝青道路微波養護車具有整機匹配合理、微波加熱均勻、供電效率高、微波屏蔽效果好、智能化和信息化水平高、工藝適應性強等技術特點，能夠有效解決現有路面養護設備施工質量差、污染重、坑槽壽命低等問題，有效提高瀝青道路養護質量和智能化、信息化水平。