攤鋪機布料裝置工作參數對瀝青混合料施工質量的影響分析

摘要：為了提升瀝青路面的施工質量，對攤鋪機布料裝置的最佳工作參數進行了仿真分析，重點分析了螺旋距離、填充系數和螺旋轉速，對瀝青混合料離析現象的影響程度，確定了最佳的攤鋪工作參數，可為指導工程實踐提供借鑒。

關鍵詞：瀝青路面;攤鋪機布料裝置;工作參數;離析

0" "前言

瀝青混合料在高等級公路中應用較為廣泛，具有路面平整、養護簡單、耐磨、行車舒適等特點，但是由于材料或者施工技術的影響，許多瀝青路面均出現了早期破壞問題[1-2]。根據相關研究，發現瀝青混合料離析是影響瀝青路面施工質量的主要因素[3]。

在攤鋪機施工過程中，螺旋布料裝置工作參數主要影響瀝青混合料的均勻性和充盈性，而熨平裝置工作參數主要影響瀝青混合料的密實度和平整度[4]，因此，瀝青混合料攤鋪離析主要受螺旋布料裝置工作參數的影響，如轉速、填充系數、螺距、攤鋪速度、布料時間等。

目前關于攤鋪機的研究還主要集中于控制系統或者結構參數優化方面[5]，關于實際施工過程中的工作參數設置問題的研究還比較鮮見[6-7]，因此，本文開展了攤鋪機布料裝置工作參數對瀝青混合料施工質量的影響研究，以期能為指導高等級瀝青路面的施工提供幫助。

1" "攤鋪機簡介

1.1" "整體結構及工作原理

瀝青混合料攤鋪機是瀝青路面鋪設的主要施工機械，主要包括行走裝置、傳動裝置、動力裝置和工作裝置等結構組成。其中，工作裝置在瀝青路面鋪設過程中承擔輸料、布料、熨平以及搗實等功能，對于瀝青路面的施工質量有較大影響，因此工作裝置性能的優劣顯得十分重要。

瀝青攤鋪機的工作裝置主要包括推滾、瀝青混合料料斗、刮板輸送裝置、螺旋分料裝置以及熨平裝置等五大結構。瀝青混合料攤鋪的主要工作原理如下：裝料自卸車將瀝青混合料倒在攤鋪機前方，攤鋪機通過履帶驅動向前，同時刮板輸送器將瀝青混合料輸送至螺旋攤鋪室（螺旋布料裝置），兩個螺旋布料裝置分別向兩側進行均勻分料，再由攤鋪機后部的熨平裝置，將這些瀝青混合料進行熨平和初步壓實。

1.2" "螺旋布料裝置

螺旋布料裝置的主要作用是將刮板輸送器輸送過來的瀝青混料，再均勻分配到熨平板對應的位置，供熨平板夯實熨平。主要結構包括振搗梁、減速箱、液壓馬達、加固拉桿、紅外線料位開關、螺旋葉片、加寬螺旋葉片等組成。

在攤鋪過程中，螺旋布料裝置槽內的瀝青混合料數量，是通過超聲料位傳感器來控制和調節的。在攤鋪之前，先給超聲料位傳感器一個合適的初始值，當槽內的瀝青混合料數量偏離這個設定值的一定范圍時，就會反饋給攤鋪機布料裝置控制系統。系統發出調節螺旋布料機轉速指令來實現調節操作，以避免槽內的瀝青混合料數量過多或者過少，防止螺旋布料裝置槽內的瀝青混料出現離析情況。

2" "仿真模型構建

2.1" "裝置模型

采用Solid Works 三維建模軟件構建瀝青混合料攤鋪機螺旋布料裝置，見圖1。布料裝置的基本結構參數如下：螺旋布料器寬度為4m，螺旋布料器螺距為280mm，螺旋葉片直徑為420mm，螺旋葉片升角 13°，布料螺旋中心距布料槽前擋板距離為250mm，布料槽的寬度為600mm，布料螺旋距離地面高度為30mm。

2.2" "參數設置

將螺旋布料裝置的三維仿真模型導入EDEM 軟件，選擇玄武巖碎石配制瀝青混合料，0～3mm、3～5mm、5～10mm、10～20mm粒徑占比分別為35%、13%、25%和27%，質量流量分別為41kg/s、15.6kg/s、30kg/s和33.2kg/s。螺旋的角角速度設置為0，仿真時長為9s，每隔0.05s保存一次仿真數據，仿真網格大小為最小瀝青混合料顆粒粒徑的10倍。其余材料參數設置情況見表1和表2。

2.3" "方案設計

螺旋布料裝置的工作參數較多，每個工作參數均對瀝青混合料的離析都有一定影響，本文選取最重要的3個參數，即螺旋距離、填充系數和布料裝置螺旋轉速，進行模擬分析。螺旋槳距離共設計4種，分別為260mm、280mm、300mm和320mm。填充系數共設計5種，分別為0.3、0.5、0.7、0.9和1。螺旋轉速共設計5種，分別為20r/min、40r/min、60r/min、80r/min和100r/min。

3" "結果分析

3.1" "螺旋距離的影響

不同螺旋距離工況下，瀝青混合料均勻性指標隨輸料時間的變化關系見圖2。從圖2中可知：隨著輸料時間的增加，瀝青混合料均勻性呈先增大后減小的變化特征。當輸料時間為7.5s時，瀝青混合料均勻性達到最大值。相同輸料時間下，螺旋間距越大，瀝青混合料的均勻性越小。從仿真結果來講，采用大直徑小間距的螺旋布料器，更有利于瀝青混合料的輸送均勻性。

3.2" "填充系數的影響

不同填充系數工況下，瀝青混合料離析指標變化特征見圖3。從圖3中可知：瀝青混合料的離析指標受填充系數的影響較大。當填充系數小于0.9時，填充系數越大，瀝青混合料的離析指標越小。當填充系數大于0.9后，瀝青混合料隨著填充系數的增大而增大。

當填充系數為0.9時，瀝青混合料的拌和效果最佳。在相同填充系數下，輸送時間越長，瀝青混合料的離析現象越嚴重，但是當填充系數達到0.9后，輸送時間越短，瀝青混合料的離析現象越輕。這是因為填充系數越大，布料槽內的瀝青混合料所覆蓋的比例越高。如果輸送時間過短，很可能導致混合料攪拌不均。相反填充系數越小，布料槽內的瀝青混合料越少，如果攪拌時間過長，也可能導致瀝青混合料出現離析現象。因此，在瀝青路面攤鋪過程中，填充系數一般建議為0.7～0.9，且輸料時間必須控制合理，過長的輸料時間還會造成施工效率降低。

3.3" "螺旋轉速的影響

不同螺旋轉速工況下，瀝青混合料離析指標變化特征見圖4。從圖4中可以看到：在相同攤鋪速度下，螺旋轉速越大，瀝青混合料的離析指標越大，離析程度越嚴重。這是因為螺旋轉速過快，導致不同粒徑石料出現分層分區現象，因而離析程度越嚴重。

為了解決這一問題，需要將填充系數盡量增大（但要低于0.9），以預防瀝青混合料在高轉速（60～80r/min）螺旋下出現離析現象。在相同螺旋轉速下，攤鋪速度為1m/min

和7m/min的離析指標，遠大于攤鋪速度為3m/min和5m/min的離析指標。這說明攤鋪機的攤鋪速度不宜過大，也不宜過小，最佳的攤鋪速度為3～5m/min。

4" "結語

采用三維數值模擬的方式，對攤鋪機布料裝置的最佳工作參數進行了仿真分析，結果表明：為了確保瀝青混合料不出現離析現象，應盡量采用大直徑小間距的螺旋布料器，填充系數最佳值為0.9，最佳攤鋪速度為3～5m/min，螺旋轉速應為60～80r/min，同時，布料時間不宜過短，也不宜過長。

參考文獻

[1] 靳延慶.公路瀝青混凝土路面施工技術及控制要點[J].黑龍江交通科技，2021，44（1）：47-48.

[2] 呂正龍，盧勇，劉愛華.瀝青混合料平衡設計及性能試驗方法研究進展[J].石油瀝青，2020，34（6）：1-9.

[3] 焦海杰.攤鋪機攤鋪過程中瀝青混合料離析的原因及控制方法[J].工程機械與維修，2019（3）：112-113.

[4] 張廣照，胡文學.振動壓實工藝參數對瀝青混合料壓實性能的影響研究[J].西部交通科技，2021（2）：34-36.

[5] 李雨，劉治文，劉占獻.攤鋪機工作質量參數設計方法研究[J].建筑機械化，2014，35（8）：81-83.

[6] 李長安.基于模糊PID控制的攤鋪機布料器控制系統[J].筑路機械與施工機械化，2019，36（7）：94-98.

[7] 張勝軍，蔡夢科.基于EDEM的螺旋布料器工作參數優化仿真分析[J].建設機械技術與管理，2017，30（7）：63-67.