整平機振動整平特性分析及整平控制技術研究

摘 要：整平機的振動整平特性參數和控制系統，決定著路面平整度的施工質量。本文根據行駛速度和振動頻率等參數，運用仿真模型方法，對整平機的工程應用進行試驗，分析影響路面平整度的規律，驗證反饋控制系統的合理性。結果表明：整平機的振動頻率宜為40～60Hz，行駛速度為30～50m/min。整平機的狀態反饋系統，實現了在不同工況下對狀態參數進行調節的目標，有效保證路面平整度。整平機運行狀態良好，混凝土鋪裝層平整度達到了質量驗收標準的要求。

關鍵詞：整平機；振動整平特性；平整度指數；控制技術文章編號：2095-4085（2024）08-0185-03

0 引言

混凝土路面或橋面是現代基礎設施主要的結構形式之一，平整度是滿足使用功能的主要指標因素［1］。整平機是常用的混凝土鋪裝設備，在平整工程領域被廣泛應用。傳統的整平機精度差，人工力量投入較大，勞動強度高，工作效率低，工人的工作經驗決定著整平效果，還要進行二次找平等操作，無法滿足現代化工程建設的要求［2］。隨著電子機械技術的發展，越來越多經過改良的整平機，逐漸應用到實際工程中。

現有的整平機，主要利用激光或超聲波技術的輔助，整平混凝土路面，平整度提高3倍以上，混凝土密實度提高10%，節約30%～40%的人工成本，大大提高混凝土路面或橋面的工程質量。雖然整平機已基本實現了自動化振動整平作業，但在工程應用中仍存在諸多問題。路面平整度與整平機的行駛速度、振動頻率等工作參數有關，混凝土的稠度和厚度等參數，也會影響路面的平整度［3-4］?，F有的整平機側重于進行單向整平作業，對整平狀態實時反饋的調節功能尚不完善，極大限制了整平機在工程拓展中的應用空間。

本文基于整平機的振動整平特性，通過仿真模擬的方法，探究行駛速度和振動頻率對路面平整度的影響規律，論述混凝土稠度和混凝土層厚度與平整度的關系。以某工程為例，探討狀態反饋控制系統對整平機狀態進行實時調整的應用，驗證整平機對路面平整度進行施工的效果。

1 整平機振動整平特性分析

1.1 路面平整度研究

通過水準儀測量法、連續路面平整度測量法和車載式激光平整度儀測量法等方法，檢測水泥混凝土路面的平整度。水泥混凝土路面平整度是滿足水泥混凝土路面基本使用功能的主要指標，不同國家、地區對于路面平整度的定義不同，導致評價指標存在差異。一般常用的評價指標包括平整度標準差、國際平整度指數和行駛質量指數等。

當整平機處于工作狀態時，混凝土漿體產生兩種運動，分別為水平方向上的直線運動、豎直方向上的往復運動。在理論值理想的狀態下，可建立數學模型進行仿真研究。將整平機的運行參數定義為：激振力400N、振動頻率20～80Hz、行駛速度20～80m/min、混凝土厚度8cm，整平機行駛速度和振動頻率對路面平整度影響的仿真結果，如下圖1所示。

上圖1中，在固定振動頻率下，整平機隨著行駛速度的提高，國際平整度指數呈現逐漸增長趨勢，表明整平機行駛速度越快，混凝土路面的平整性越差。當國際平整度指數達到3mm規范標準值的時候，一般整平機的振動頻率為40～60Hz，此時行駛速度以30～50m/min為宜，路面質量能得到充分保證。當整平機的行駛速度固定時，國際平整度指數隨振動頻率的增加呈下降趨勢，說明整平機振動頻率越高，施工路面平整性越好。通常，整平機在實際工程中的固定行駛速度為50m/min，對應的振動頻率為45Hz左右，與實際設備參數基本一致。

1.2 振動整平影響因素分析

混凝土漿體的稀稠程度影響路面平整度，用混凝土粘結力進行衡量。通常，當整平機工作振動頻率固定時，路面平整度隨混凝土內部粘結力的增大而變差［5］。隨著工作振動頻率的增加，路面平整度逐漸變好。由此得出結論：整平機以低頻施工為宜，低稠度的混凝土能有效改善混凝土層的平整度?？茖W設計混凝土的配合比參數，嚴格控制坍落度、骨料級配等，制備質量可靠，性能良好的混凝土。

路面層厚度是整平機工作狀態至關重要的影響因素。通常，較大厚度的路面層會增加整平機的工作負荷，導致施工效率降低；厚度過小，整平機無法充分接觸混凝土，整平效果不佳?；炷谅访鎸雍穸冗^大過小，均會導致路面平整度變差。根據實際工程經驗，混凝土的路面層厚度達到25cm，是整平機的極限整平厚度。在路面層厚度小于25cm的范圍內，適當增加混凝土厚度，有利于提高混凝土層的平整度。

2 整平控制技術

2.1 整平控制系統

整平控制系統是整平機的核心組成部分之一，一般由機械、液壓和控制三部分（超聲波或激光）組成，對混凝土鋪裝或路面施工會起到良好的振搗、提漿和整平效果。以激光整平機為例，激光發射器發射出水平激光束，整平機上的激光接收器實時捕捉激光信號，將其轉化為高度信息，為控制系統提供實時的整平基準。通過超聲波或激光控制混凝土標高，利用感應鋼線實現對標高的自動控制，感應靈敏，精度準確。

機械部分，設置偏心振搗整平板和推板，振搗頻率高，振搗均勻，平整度高。通過液壓缸或馬達驅動整平機進行升降、傾斜、振動等操作，實現對整平工作的精確控制。目前，大多數整平機已實現一機多用，模塊式組合，即組合不同寬度的整平機，用于不同橋面或路面的施工。一機多用的模塊式組合，不僅安裝便捷，還節省設備投入成本。

2.2 整平機整機狀態反饋控制系統

根據整平機振動整平特性的影響因素，包括行駛速度、振動頻率、混凝土稠度和混凝土層厚度等因素，都會對平整度參數產生影響。目前，多數整平機均設置狀態反饋控制系統，對不同工況下的參數進行實時采集運算，不斷對系統進行反饋調節，達到整平機工作狀態良好的效果。利用Simulink軟件，搭建整平機的狀態反饋系統，以振動頻率和路面層厚度作為控制變量，采集路面平整度的結果如圖2。

從圖2中可知：藍色虛線表示平整度規模控制值，當整平機振動頻率高于此值時，狀態反饋控制系統對整平機進行閉環調節，使平整度指數保持在指定范圍內，保證施工質量符合設計要求。當混凝土層厚度低于設定值時，整平機進行開環運行；當超過設定值時，反饋控制系統通過調節振動頻率等狀態參數，確保路面平整度指數符合設計要求的標準。綜上，根據整平機運轉的不同工況，狀態反饋系統對整平機運轉的狀態參數進行合理調節，保證施工工程的平整度符合設計要求。

2.3 整平機工程應用研究

根據對整平機仿真模擬的結果，在山東某混凝土橋面鋪裝工程中，運用具備反饋控制系統功能的整平機進行施工作業，具體流程和結果如圖所示：

（1）設備檢查與調試?；炷翗蛎驿佈b工程施工前，檢查整平機的運行情況，確保施工設備符合設計要求。調整推板高度和角度，推板與地面要適當接觸，既達到混凝土橋面平整的目標，又避免對混凝土橋面過度刮削。校準激光參考點，確保混凝土橋面的整平度達到設計要求。

（2）準備工作。清理工作區域，移除影響整平作業的障礙物。經攪拌調試達到合格要求的混凝土，通過泵送工藝攤鋪于橋面上，對整平機進行調試，設定狀態參數為：行駛速度30m/min、振動頻率為50Hz，開啟工程施工狀態反饋系統。

（3）整平、提漿。整平機沿著澆筑方向進行勻速整平作業，整平頭要盡量避免遺漏施工面，采取人工抹平和填料的方式，抹平邊角部位，提高混凝土的平整度，達到施工質量符合設計要求的目的。隨時評估整平度，根據評估結果，對推板高度和角度進行調整。如果混凝土不平整，對推板高度和角度進行反復調整，直至達到設計要求的平整度為止。

（4）磨光收面。混凝土澆筑10h達到終凝狀態，進行二次抹平和磨光，去除殘余的缺陷和微裂縫。

（5）科學養護。對混凝土路面要進行科學養護，采用覆蓋薄膜和土工布的辦法，保濕養護7天，達到限制收縮、預防開裂、符合強度標準要求的目的。

圖3中，整平機整平后的混凝土鋪裝層平整度良好，線性平整，完全符合工程設計的質量要求。

3 結論

（1）整平機的合格參數，振動頻率為40～60Hz，行駛速度為30～50m/min。稠度低的混凝土、小于25cm厚度的混凝土層，是提高整平機運行效率的重要因素。

（2）在不同工況下，利用狀態反饋系統，對整平機運行狀態的參數進行調整，確?；炷谅访娴钠秸确显O計要求。

參考文獻：

［1］李海建，冀志江， 孫義永.裝配式建筑的發展現狀和前景分析［J］.中國建材科技，2017，26（3）：72-7.

［2］董琴琴.水泥混凝土整平機動力學分析及整平控制技術研究［D］.重慶：重慶交通大學，2020.

［3］李向梅，章勇.大面積混凝土整平技術研究［J］.施工技術，2014（43）： 318-321.

［4］邵善鋒，李玉河，王文博，等.全液壓平地機智能控制系統研究［J］.建筑機械，2016（1）：72-74.

［5］林小平，凌建明， 官盛飛.水泥混凝土路面路基應力水平分析［J］.同濟大學學報（自然科學版）， 2010（4）：545-551.