激光定位公路混凝土路面自動攤鋪機的研制

劉冬川

（中建路橋集團有限公司，河北 石家莊 050000）

引言

水泥攤鋪整平機分為軌道式攤鋪整平機、滑模攤鋪整平機、小型輪式水泥激光攤鋪整平機三類。（1）軌道式攤鋪整主要是常見三輥式攤鋪整平機，其軌道分為混凝土軌道、鋼模板軌道和工字鋼軌道兩種。①利用鋼模板作為軌道支撐的三輥式攤鋪整平機，由于鋼模板高度調整不準、鋼模板接頭高低不平引起跳動、水泥坍落度太小引起中間起拱、水泥坍落度大引起中間凹陷等因素，使得攤鋪高度控制不準。②利用鐵路鋼軌作為軌道的三輥式攤鋪整平機，軌道強度增強，攤鋪效果有所改善。由于鋼軌重量大，鋼軌的鋪設和搬移費時費力。（2）滑模式攤鋪機具有分料、振搗、成型、熨平、伸縮功能，功能齊全，攤鋪高程以基準鋼線為參考，基準鋼線的架設費時，且精度難以保證。成本昂貴，售價為150～300 萬元。

1 公路混凝土路面專用自動攤鋪整平機研制方案

結合三輥整平機結構的簡易性、滑模式攤鋪機行走、振搗、攤鋪、熨平功能齊全性和輪式激光整平機激光控制功能的先進性，結合傳感器測量、液壓控制及控制算法，研制公路混凝土路面專用自動攤鋪整平機。（1）在三輥軸攤鋪整平機結構的基礎上，增加液壓高度調整機構和膠輪行走機構。（2）安裝可調排振，在攤鋪厚度較深時，通過排振保證混凝土密實。（3）安裝螺旋布料器，推平多余混凝土料。（4）可選安裝振搗梁和挫平梁提高密實度和平整度。（5）通過激光測量高度基準，通過GPS 進行精確定位，通過水平儀控制傾斜角度［1］。（6）輸入高程數學模型，自動控制橫坡、縱坡的攤鋪高度。（7）自帶柴油發電機，無需外部供電，方便使用。（8）研發攤鋪遠程監控系統。

2 研制技術路線

2.1 激光高程檢測

采用激光掃平儀作為高度基準，掃平儀連續旋轉并發出水平激光，攤鋪機安裝高度接收器，接收器檢測到光斑后可以指示機器絕對高程。以徠卡Rugby620 掃平儀主機及接收器GradeSmart，其接收距離達600 m，測量高程200 mm，精度1.5 mm［2］。

2.2 GPS 精確定位

普通GPS 定位精度為3～10 m，直接應用控制精度較低，尤其是匝道攤鋪高程變化較快，不能滿足要求。采用差分GPS 技術，在激光掃平儀附近安裝差分GPS 主站，整平機上安裝差分GPS 從站，設定主站基準位置后，從站定位精度可提高到±2 cm，滿足施工需求。

2.3 路面橫坡縱坡數學模型的建立

建立一套適合攤鋪控制的數學模型，方便橋梁和路面結構數據導入，研究車身高度實時變化情況下攤鋪高程及坡度自動控制算法，適應復雜運動模式下精確控制攤鋪質量。

2.4 攤鋪遠程監控系統

攤鋪、整平質量數據通過GPRS 實時上傳到云端，自動形成施工報表。業主、監理和項目部管理人員可以通過任何一臺具有上網功能的電腦或手機，隨時隨地查看施工數據和報表，及時掌握現場情況，可提高施工管理效率，實現質量管理信息化。

廣泛調研國內外各種攤鋪整平機的性能，考察施工現場對攤鋪機的改進需求，充分論證項目所需檢測技術、控制技術的可行性，制定合理的機械、硬件和軟件總體方案，在理論分析和模擬仿真的基礎上，進行機械、電路和軟件設計，并制作樣機。

2.5 創新點及技術關鍵點

（1）采用激光控制整平高度、提高了整平控制精度。（2）采用GPS 精確定位、輸入路橋結構數學模型，能自動控制橫坡縱坡的攤鋪高度。（3）無模板、無軌道、自行走攤鋪，可減輕勞動強度，提高攤鋪效率。（4）遠程監控系統方便現場管理，實現了管理信息化。

3 主要技術指標

（1）攤鋪寬度5～14 m（可調）；（2）攤鋪深度10～20 cm；（3）攤鋪高程控制精度＜10 mm；（4）平直路段單次攤鋪距離≥60 m。

4 結語

研制的基于激光定位的公路混凝土路面自動攤鋪機，有效提高了混凝土攤鋪質量，減輕了勞動強度、提高了攤鋪效率，對提高公路承載能力和使用壽命具有重大意義，并且通過遠程監控實現了管理信息化，使得攤鋪質量管理水平邁上一個新臺階，路橋混凝土攤鋪設備進入新時代。