专用摊铺工程技术毕业论文.doc

专用摊铺工程技术毕业论文目录第一章 绪论11.1研究背景及意义11.2 国内外发展情况及趋势11.2.1 国外发展概况及趋势11.2.2 国内发展概况及趋势21.3 薄层罩面技术31.4 本设计主要内容5第二章 摊铺机分类以及熨平装置结构和原理的分析72.1 沥青摊铺机的分类72.2 摊铺机的工作过程82.3 熨平装置的工作原理92.3.1 熨平装置的工作状态分析92.3.2 熨平板的浮动原理122.3.3 自动调平装置的工作原理142.3.4 熨平板的摊铺厚度调节特性15第三章 熨平装置总体设计方案的选择163.1 熨平板基本形式163.2 加热装置的选择173.3 振捣机构的选择183.3.1 摊铺机振捣装置的压实机理183.3.2 摊铺机振捣装置的结构分析203.4 拱度调节方式213.5 伸缩导向套管的数量22第四章 熨平装置基本参数的分析与确定244.1 熨平装置基本参数确定244.2 振捣系统参数设计254.2.1 与压实度相关的参数设计254.2.2 振捣参数计算264.2.3 振捣功率计算274.2.4 振捣参数优化设计294.3 熨平装置设计304.3.1 熨平板的主要结构参数304.3.2 熨平装置的刚度及其挠度314.3.3熨平板的比压364.3.4 熨平装置的几何参数37第五章 熨平装置中主要装置的设计计算375.1 振捣装置计算375.1.1 振捣偏心轴、轴承及联轴器的设计385.1.2 振捣梁的设计及计算415.1.3 振捣液压回路的设计435.2 振动装置的设计435.3 液压伸缩装置的设计445.4 电加热装置的设计455.5 熨平箱体的整体设计465.5.1 前挡板及侧挡板的基本结构465.5.2 熨平底板475.5.3 基础熨平板及加宽熨平板的几何形状505.6 调拱装置的设计505.6.1 调拱装置总体结构及调拱原理505.6.2调拱轴的设计515.6.3 链轮的设计53第六章 结论与展望566.1 结论566.2 展望56致谢58参考文献59 第一章 绪论1.1研究背景及意义 沥青混凝土摊铺机是进行沥青摊铺作业的主要机械设备, 用来将拌制好的混合料, 按照路面的形状和厚度均匀地摊铺在已经平整好的路基或路面基层上, 并给以初步的捣实和整平, 形成满足一定宽度、厚度、平整度和密实度要求的路面基层或面层。沥青混凝土摊铺机在高等级公路的铺筑中起着关键性作用，在机械化施工中, 沥青混凝土摊铺机是不可缺少的机种之一，它广泛用于公路、城市道路、大型货场、停车场、码头和机场等工程中沥青混凝土的摊铺作业，也可用于摊铺稳定材料和干硬性水泥混凝土材料。路面摊铺技术的发展，将有助于提高我国高等级路面的质量，从而带动国民经济的发展。它直接影响着铺筑路面的平整度和密实度等，从而影响路面质量和使用寿命。然而，从我国摊铺机的现状来看，一方面，我国企业现在应用的是上世纪从国外引进的已落后的摊铺技术，技术含量较低且缺乏自主知识产权的核心技术；另一方面，由于企业在引进时没有吃透其关键技术，致使我国摊铺机在性能和技术水平等方面尚存在着较大的差距，已不能满足当前及今后我国公路建设的需求。 当前我国公路建设投资仍然保持着很大规模，用户不但对沥青混凝土摊铺机的需求量与日俱增，而且对使用要求也越来越高。因此，在吸收传统摊铺机技术优点的基础上，开发新一代拥有自主知识产权的高作业质量的沥青摊铺机，是加强我国摊铺机技术水平，发挥后发优势，实现我国沥青摊铺机跨越式发展的必由之路，这也为解决我国目前道路施工质量所急需。 本项目将对沥青混凝土摊铺机熨平装置进行研究。通过研究熨平装置的核心技术，从而显著提升我国摊铺机的使用性能和技术水平，改善摊铺作业质量，使其技术水平达到国际同行业先进水平。这不但对提高公路施工质量和速度有着重要的实用价值，而且对生产企业有良好的经济效益和社会效益。1.2 国内外发展情况及趋势1.2.1 国外发展概况及趋势问世于20世纪30年代的沥青混合料摊铺机，经过近80年的发展，已成为集机械技术、液压机术、电子技术等高新技术于一身的高科技产品。我国是从20世纪60年代才正式开始，快速发展阶段不足10年。目前国内外先进摊铺机的技术现状主要体现在以下五个方面：（1） 机电液一体化摊铺机已成主流；（2） 摊铺机恒速控制得到广泛应用；（3） 自动调平成为重要特性；（4） 比例控制输料达到匹配新水平；（5） 抗离析摊铺技术日趋成熟。目前，我们可以通过展览会、技术交流以及各种技术资料等多种渠道去了解国外摊铺机的技术发展情况。公路建设的迅猛发展，有力的促进了摊铺机技术的不断提高。当前，摊铺机的发展趋势主要以下几个方面：（1） 高密实度摊铺，熨平板由单排振捣发展为双排振捣梁，并同时在熨平板箱体内装有振动器，显著提高了铺层材料的密实度；（2） 多功能摊铺，不但能够铺设沥青混合料，而且也可以摊铺稳定土、RCC材料等多种材料；（3） 人性化和精细化的设计动向 近期的展览会上展出国外摊铺机产品，整机布局合理，驾驶室可整体翻起、多种设置活门等，更便于维修保养人员进入维修，因为摊铺机布局十分紧凑，接近不见困难，上述改进充分体现了人性化设计理念。加大液压系统的冷却效果，使之适各种恶劣工况。熨平装置快速连接机构、螺旋分料器与熨平装置同步升降，便于实现快速转运需求等都体现精细化设计，使得整机性能更先进。 （4）双层沥青混合料铺层一次性完成 德国戴纳派克公司经过各种工况下的依次摊铺双层沥青混合料的施工试验研究表明：这种施工工艺可使双铺层之间在早热状态下接合、粘接更好，整体强度更高。两层之间无需专门喷洒粘接剂，具有可节约大量沥青材料，提高摊铺生产效率等诸多优点。目前戴纳派克公司已经开发研制出了双层一次摊铺的专用摊铺机产品。（5）机型多元化国内外摊铺机的生产厂家追求产品的多样性即产品在宽度系列开发有4.5-12.5m不同的宽度系列的产品，技术水平高、中、低,价格高、中、低等不同型式的产品,满足不同层次施工单位和公路施工的要求。（6）技术型和经济型分层发展 摊铺机最重要的指标为密实度和平整度,与此同时,随着电液控制技术的发展,操作的舒适性和维护保养的方便快捷性,使摊铺机朝着技术型和经济型两个方面发展。技术型摊铺机具有中央通讯、恒速控制及故障诊断功能,数字式超声波找平仪,集中润滑等功能;经济性摊铺机极力追求可靠、实用、操作简单、价格低廉。1.2.2 国内发展概况及趋势20世纪60年代，中国开始研制沥青混合料摊铺机产品，在19861993年期间分别引进日本NIIGATA、德国戴纳派克、福格勒和ABG公司的制造技术，同时也进口了大量的德国摊铺机产品。截至目前我们已经形成了可生产制造全系列摊铺机产品的能力，并得到广泛应用，可满足各种工况需求。（1） 产品种类齐全：已形成可批量生产制造履带和轮胎式、摊铺宽度为3-12.5m的多品种系列摊铺机产品，适应不同工况的需求。（2） 技术水平先进：国产摊铺机产品在技术水平、质量，使用性能等方面已基本上达到或接近国外先进水平。（3） 生产能力强大：拥有一批具有相当先进技术和可进行批量生产的专业摊铺机制造工厂，年生产能力可达1500台套以上。（4） 应用比较广泛：国产摊铺机已得到道路施工的广泛应用，其比例不断升高，已成为主导机型。（5） 培养专业人才：培养了一大批摊铺机开发研究、使用管理、维修保养等方面的专业人才，为今后进一步发展打下良好的技术基。 目前，国内有关摊铺机熨平装置的研究主要集中在自动悬挂装置、智能加热装置、抗弯拉紧装置等方面，相关的研究单位主要有东北大学、江苏大学、中国矿业大学、天津工程机械研究所和长安大学等几家。研究内容包括建立熨平装置的数学模型，振捣、振动机构的运动学、动力学分析，振动、振捣频率的确定，振捣机构振幅调节方法等，取得了一定的成绩。但大家的研究分析仅停留在理论分析阶段，没有结合熨平装置的实际工作情况，相关试验研究也未见到。专利方面，国内有关熨平装置的专利涉及了自动找平系统，熨平板液压伸缩装置，振捣机构的传动控制，熨平板的浮动控制等方面，对于本项目拟将开展的熨平板振捣惯性力平衡技术、振动均匀性技术和箱体热变形抑制技术等方面未见涉及。国内的发展趋势是：（1） 左右行走履带全液压独立驱动方式，可实现圆滑转向摊铺以及无级变速的性能。（2） 全自动比例供料系统。全自动比例及非接触式传感控制方式，使供料自动保持均匀，稳定。（3） 多种组合形式的高密实度熨平装置。（4） 组合式自动找平系统。有效提高摊铺平整度和应用机动性能。（5） 全轮驱动的轮胎式摊铺机。加大附着牵引力，减少打滑，改善轮胎式摊铺机的使用性能。1.3 薄层罩面技术1.薄层罩面按功能分为以下三种：（1）普通型罩面（简称罩面）（2）防水型罩面（简称封层）（3）抗滑层罩面（简称抗滑层）2.薄层罩面适用范围：（1）罩面主要适用消除破损，恢复原有路面平整度、改善路面性能的修复工作； （2）封层主要适用于提高原有路面的防水性能，平整度和抗滑性能的修复工作； （3）抗滑层主要适用于提高路而抗滑能力的修复工作。3.薄层罩面材料要求：（1）罩面的沥青结合料宜使用性能较好的粘稠型道路石油沥青、乳化石油沥青、改性乳化沥青、改性沥青；（2）矿料应选用耐磨、强度高、水稳性好的石料；（3）所采用的沥青结合料、矿料规格、各项技术指标应符合现行公路沥青路而施工技术规范、公路改性沥青路面施工技术规范或其他有关规范的规定。4.薄层罩面厚度要求：（1）罩面罩面厚度应根据路段的交通量，公路等级、路面状况、使用功能等综合考虑确定。当路面状况指数、行驶质量指数在中、良等级，路面仅有轻度网裂时，应采用较薄的罩面层厚(1030mm)。当路面破损、平整度、抗滑三项指标都在中等以下，要求恢复到优、良等级时，一般情况下，高速公路、一级公路罩面宜采用4050mm的厚度；其他公路可采用较薄的罩面厚度(1040mm)。各级公路的罩而厚度不得小于最小施工层厚度。（2） 封层 1）交通量较大、重型车较多的路段宜采用厚约l0mm封层，在中等交通量路段宜采用厚约7mm封层。 2）在交通量小、重型车少的路段宜采用厚约34mm封层。 （3）抗滑层 1）用于高速公路、级公路时宜采用不小于40mm的厚度。 2）用于二级公路宜用中粒、细粒式沥青混凝土结构，也可采用热拌沥青碎石或沥青表面处治结构，厚度不得小于最小施工层厚度。 3）用于三、四级公路时可采用乳化沥青封层结构，厚度可为5l0mm。 5.薄层罩面的优缺点： （1）冷薄层罩面 冷薄层罩而就是将乳化沥青或者改性乳化沥青和砂石材料在常温下拌合均匀、摊铺、压实的一种工艺。它具有以下优点： 1)节约能量 由于混合料拌合时砂石料不需要加热，冈而可以节省大量的燃料，虽然生J“乳化沥青也需要将沥青和水加热，但所消耗的热能与加热混合料消耗的能源相比差异明显。 2)延长施工季节 在潮湿的雨季和阴冷的秋冬季节，沥青路面常易出现病害，应在发现病害后及时处理，不必等到夏季高温季节再进行处置，从而争取了施工时问，带来了长远收益。 3)节省沥青用量 阳离子乳化沥青与石料有良好的黏附性，沥青用量可以减少10%20%。4)减少污染，保护环境 4)减少污染，保护环境 （2）热薄层罩面 热薄层罩面是一种很早采用的传统预防性养护方法，它是在原有路面上加铺一层厚度不超过2.5cm的热拌沥青混合料。热薄层罩面可以有效地防止品质下降的路面继续恶化，改善路而平整度、恢复路表而的抗滑阻力，校正路面的轮廓，对路面也有一定的补强作用，具有以下特点： 1)服务寿命长； 2)使用性能好，能承受重载交通； 3)具有平整的、抗滑性能好的表面； 4)铺筑厚度、纵坡度和横坡度可以根据需要随时调整并压实成平整、耐久的表而层； 5)改善了原路面的外观。1.4 本设计主要内容 本设计通过综合分析国内外沥青混合料摊铺机熨平装置的相关资料，得出了目前摊铺机熨平装置的研究现状及发展趋势。通过参阅相关产品资料，并结合路面摊铺技术的发展趋势，本设计明确了液压伸缩式摊铺机熨平装置的总体设计方案，并对熨平装置各个主要模块分别进行了分析与设计。其研究的主要内容如下： （1）本设计对于熨平板的基本形式、加热装置、夯实机构、调拱机构等方面分别列写出了相应的方案，并通过分析比较，提出了本次设计最终选择的方案及进行此种选择的原因。 （2）本设计针对熨平板振捣装置、振动装置等工作装置进行了系统的设计，按照现有的设计方法以及经验的、半经验的公式对各工作装置的参数进行了合理的选择与计算。 （3）本设计对于熨平装置的电加热系统及液压伸缩系统进行了简要的设计，并通过软件对熨平装置液压伸缩系统进行了仿真，验证了其运动实现的可能性。 （4）通过计算分析，本设计得到了工作装置各部分的基本结构，进而得到了熨平板的整体结构图形。最后，本设计总结了过程中存在的不足，并得出了相关结论。第二章 摊铺机分类以及熨平装置结构和原理的分析2.1 沥青摊铺机的分类按不同方式可将摊铺机分成以下几类，现将其特点及适用范围概述如下：（1）按摊铺宽度，可分为小型、中型、大型和超大型四种。 1）小型摊铺机摊铺宽度一般小于3.6m，主要用于路面养护和低等级路面的摊铺； 2）中型摊铺机摊铺宽度为45m左右，主要用于二级以下公路的修筑和养护作业； 3）大型摊铺机摊铺宽度为510m之间，主要用于高等级公路路面工程； 4）超大型摊铺机摊铺宽度为10m以上，主要用于高速公路路面施工。使用装有自动调平装置的超大型摊铺机摊铺路面，能使路面纵向接缝少，整体性及平整度好，尤其摊铺路面表层效果最佳。 （2）按行走方式，可分为拖式和自行式两种。其中自行式又分为履带式和轮胎式两种。 1）拖式摊铺机：拖式摊铺机是将收料、输料、分料和熨平等作业装置安装在一个特制的机架上组成的摊铺作业装置。工作时靠运料自卸车牵引或顶推进行摊铺作业，它的结构简单，摊铺能力及摊铺质量都不是很理想，所以仅适用于三级以下公路路面的养护作业。 2）履带式摊铺机：履带式摊铺机一般为大型摊铺机，它具有接地比压小，附着力大，打滑少，运行平稳等优点；但是其机动性相对较差，结构复杂且制造成本较高，主要适用于大型公路工程的施工。3）轮胎式摊铺机：轮胎式摊铺机的优点是转移运行速度快、机动性好、对路基凸起物吸收能力强、弯道作业易形成圆滑边缘，缺点是附着力小，在摊铺路幅较宽、铺层较厚的路面时易产生打滑，另外它对路基凹坑较敏感。轮胎式摊铺机主要用于道路修筑与养护作业。（3）按动力传动方式，可分为机械式和液压式两种。 1）机械式摊铺机：机械式摊铺机的行走驱动、输料传动、分料传动等主要传动机构都采用机械传动方式。这种摊铺机具有工作可靠、维修方便、传动效率高、制造成本低等优点，但其传动装置复杂，不易操作，适用于一般公路路面的修筑和养护。2）液压式摊铺机：液压式摊铺机的行走驱动、输料传动、分料传动、熨平板延伸、熨平板和振捣器的振动等主要传动采用液压传动方式，便于无级调速及采用电液全自动控制，具有良好的使用性能和更高的摊铺质量，因而广泛应用于高等级公路路面施工。（4）按熨平板的延伸方式，摊铺机可分为机械拼装式和液压伸缩式两种。 1）机械拼装式熨平板：它是用螺栓把基本（最小摊铺宽度的）熨平板和若干加宽段熨平板组装成所需作业宽度的熨平板。其结构简单、整体刚度好、分料螺旋贯穿整个摊铺槽，使布料均匀，最大摊铺宽度可达800012500mm，适用于高等级公路路面施工。 2）液压伸缩式熨平板：它是靠液压缸伸缩无级调整其长度，使熨平板达到要求的摊铺宽度。液压伸缩式熨平板的调整方便省力，在摊铺宽度变化的施工路段时更显示出优越性能，最大摊铺宽度不超过8000mm，用于一般公路路面的修筑。机械拼装式熨平板与液压伸缩式熨平板的比较：机械拼装熨平板的优点是结构简单，熨平板刚度好，摊铺最大宽度较大，摊铺混合料的外观质量好，缺点是在摊铺过程中摊铺宽度不能变化，每次使用必须用螺栓组装上加宽段，使用起来比较麻烦；液压伸缩式熨平板在摊铺的路段宽度有变化时，可随时将伸缩熨平板伸出或缩回，以适应摊铺宽度的变化。另外，在摊铺5.5m以下宽度时，摊铺机进入施工现场后，不用组装熨平板将液压伸缩熨平板伸出即可投入使用，非常方便。但由于液压伸缩段工作时要伸出或缩回，不可能用拉杆加固，熨平板的刚性不如机械拼装熨平板好，最大摊铺宽度比机械拼装熨平板小，另外在基本板与伸缩段之间易于产生接茬痕迹，摊铺的外观不如机械拼装熨平板美观。（5）按熨平板加热方式，可分为电加热、液化石油气加热和燃油加热三种形式。 1）电加热：由摊铺机的发动机驱动专用发电机产生的电能来加热，这种加热方式加热均匀、使用方便、无污染，熨平板和振捣梁受热变形小，适用于高等级公路路面施工。 2）液化石油气加热：这种加热方式结构简单，使用方便，经济实用，适用于高等级公路路面施工和一般公路路面的修筑。 3）燃油加热：燃油加热装置主要由小型燃油泵、喷油嘴、自动点火控制器和小型鼓风机等组成，可以用于各种工况，操作较方便，燃料易解决，适用于高等级公路路面施工和一般公路路面的修筑。2.2 摊铺机的工作过程 摊铺机的作业是结合自卸汽车完成的。自卸汽车卸料时，要正对摊铺机接收料斗，自卸汽车慢慢倒车直到顶到摊铺机前面两个推辊，在工作过程中，自卸汽车是自由状态，它的作用也有帮助摊铺机来找直，使得摊铺出的路面形状成规则状。在摊铺机接收料后，由刮板输送器将沥青混合料输送到螺旋布料器前面，通过螺旋布料器将混合料均匀的分到摊铺机的两侧，由振捣装置进行预压实，最后熨平装置做整平工作，形成具有一定压实度的平整路面。 在摊铺过程中，自卸汽车输送的混合料是要具备一定温度的，而熨平装置是要预热的，这样在摊铺过程中才保证混合料是出于恒温状态，摊铺出来的路面平整度也会很高。对于自找平装置，要预先设置一定的仰角，保证在之后的摊铺过程中平整度一致。 沥青混凝土摊铺机可以实现沥青混凝土混合料的摊铺和初步的预压实或完全的最终压实。由自卸汽车运送的沥青混凝土混合料卸入摊铺机的接料斗内，然后由刮板输送器送至螺旋分料器，分料器沿全宽度均匀分料摊铺。之后，混合料被振捣梁部分地或完全地振捣实，并由浮动熨平板整平。随后由自行式压路机实现最终压实。为了提高预压实度，本设计中由于是超薄摊铺，故采用单振捣，单振捣梁利用偏心传动装置作上、下运动。但是工作原理和双振捣是一致的，故以双振捣图为例阐述摊铺机的工作过程。 图2.1 摊铺机工作原理2.3 熨平装置的工作原理2.3.1 熨平装置的工作状态分析 如果以移动着的熨平板大臂铰点T为原点的相对坐标系作为参考坐标，则可以将熨平板摊铺热沥青混合料的过程看成是新的热沥青混合料不断地流入熨平板与地面形成的楔形模板的过程。混合料在进入熨平板前沿入口处之前是较松散的材料而在熨平板后沿流出的则是已经挤压成型的路面。因此熨平板摊铺沥青的过程实质上是一种材料流动挤压的过程。熨平板的静力平衡时可以将处于稳定摊铺作业下的熨平板及其大臂作为一力的隔离体来研究。此时作用在熨平板上的外力有：（1）作用在牵引点枢轴上的水平牵引力；（2）作用在牵引点枢轴上的垂直反力；（3）作用在熨平板前壁上的混合料水平推移阻力；（4）熨平板和大臂的重力；（5）作用于熨平板底部的混合料法向抗力；（6）熨平板与热沥青混合料之间的摩擦力。图2.2 熨平板的受力分析 在这些作用力中，重力对于已经做好的熨平板来说是不变的，水平阻力取决于料堆的大小，为了避免料堆大小的变化对熨平板稳定运动的影响，通常在设计时将摊铺机正常工作的工况设定在使正好通过大臂的牵引点，为了简化讨论通常假设P力的作用线通过牵引点。混合料对熨平板底面作用的法向抗力和摩擦力，为计算方便起见，也往往将它们化为垂直和水平方向的两个分力和(图2.3)。在图2.3 图2.3 受力简化图中与的合力为，它与熨平板底面法线的夹角即为混合料沿熨平板底面滑移的摩擦角，熨平板底面与水平面的夹角即为熨平板的仰角。从图2.3所示的力学关系中可知： ， 式中：混合料沿熨平板底面滑移的摩擦角；熨平板底面与水平面的夹角，即熨平板的仰角； 混合料水平推移阻力。 至于牵引点枢轴上水平和垂直方向的反力则是作为对所有外力的反作用，可通过力的平衡关系求得（见图2.3）。由此从静力平衡的关系（如图2.4）中可以列出以下方程： （2.1） 当角很小时，则： ， （2.2） 摊铺机在稳定摊铺作业时，保持着上述的静力平衡关系(如图2.4)。任何的扰动，例如力的大小和作用点的变化，都会破坏上述平衡关系，而造成熨平板的上下波动而影响摊铺平面的平整度。而人们为对摊铺过程进行控制而有意识地干扰则是通过改变熨平板仰角而达到的。 在实际摊铺过程中，稳定摊铺过程总是会受到各种因素的干扰，从而破坏整个平衡系统，熨平装置所处的动力平衡状态是在不断地变化着的，其特征表现就是仰角随着动力平衡状态的变化而变化。仰角的变化对平整度十分不利，引起仰角变化的原因有以下两个方面：第一，大臂牵引点的高度发生变化。摊铺机受到地面的阶跃干扰后，大臂前铰点将绕着熨平板后沿摆动，从而改变了熨平板的仰角。熨平板仰角发生变化后，吞料高度（吞料量）也就发生变化。这样物料对熨平装置的支承反力必然发生变化，就破坏了原来的动力平衡。熨平装置在变化中的支承反力作用下，绕着大臂前铰点向上（或向下）摆动，一直摆动到恢复原来的仰角为止，飘浮在新的离地高度上，又处于动力平衡状态，从而改变了摊铺厚度，结果造成摊铺的路面不平整。第二，熨平装置受的力发生变化。如果发动机转速、摊铺速度、熨平板前面的堆料量、螺旋输料器输料量均匀性、振捣器工作平稳性、振动器工作平稳性、物料种类、物料温度等等摊铺作业条件发生变化，都会造成某些或某个力发生变化，也会破坏原来的动力平衡，物料对熨平装置的支承反力（包括夯击反力）也必然发生变化。熨平装置在变化中的支承反力作用下，绕着大臂前铰点向上（或向下）摆动，快速改变熨平板高度，造成摊铺层出现凸凹现象，而且改变了熨平板仰角。 影响熨平装置动力平衡的因素较多，但最主要的因素是地面干扰、摊铺速度和振捣频率。摊铺作业时，如果加快摊铺速度或者增大振捣频率，熨平装置会上浮，摊铺厚度增厚，仰角变小；反之，如果减慢摊铺速度或者减小振捣频率，熨平装置会下沉，摊铺厚度减薄，仰角变大。同一熨平装置配置不同倾角的挡料斜板或不同尺寸的振捣头，熨平装置处于动力平衡状态下的仰角是不相同的。相同的摊铺厚度情况下，收料高度（或收料高差）大，熨平板仰角大，摊铺层密实；收料高度（或收料高差）小，熨平板仰角小，摊铺层疏松。如果基层密实，振捣频率和振幅调的过大，摊铺薄层路面时，振捣器的夯击反力会很大，足以能使熨平装置飘浮，往往在全摊铺宽度上出现负仰角现象，造成摊铺层不平整，表面不光亮，甚至摊铺机不能正常工作。因此，熨平装置的工作状态是熨平装置设计的理论基础。设计熨平装置时，应处处考虑各种因素对熨平装置工作状态的影响，合理地设计熨平装置的结构、刚度、比压、几何参数、重心位置及与主机的连接方式，确保在摊铺机摊铺作业时熨平装置能处在稳定的动力平衡浮动状态下正常工作，摊铺出平整密实的摊铺层。图2.4 摊铺机稳定作业时的力平衡关系2.3.2 熨平板的浮动原理 熨平装置仅在前端通过侧壁控制油缸与机架铰接，熨平装置后部在重力作用下支撑在铺层上。机械行进时，熨平装置可以随铺层的作用绕侧壁铰点上下摆动。这种结构成为浮动式熨平装置。 沥青混合料摊铺机工作时，熨平板在自重及振动器振动力作用下，给予混合料一个接触压力以初步压实混合料，同时熨平板在混合料表面浮动并向前滑行，熨平板底平面与运行方向构成仰角，角的存在是熨平板能够压实混合料和正常工作的前提，而熨平板底平面所受法向合力的大小与混合料的最大粒径、级配、黏度、摊铺室混合料的数量都有关系。 熨平板前混合料的多少影响摊铺层的厚度及密实度。该数量又与刮板输送机的供料速度、螺旋布料器的布料速度、摊铺层的作业速度基层表面质量有关。由于供料速度、作业速度之间存在不协调性，基层表面的凹凸起伏，摊铺机内混合料的数量变化等，使摊铺层厚度、密实度和表面质量也发生变化。例如，当摊铺机内混合料的数量增加时，摊铺层厚度增加，密实度增加，熨平板被拾起；反之，摊铺层变薄，密实度下降，熨平板下沉。在摊铺过程中，应尽量保证摊铺机内混合料的数量，及时调整刮板输送机的送料速度和左右螺旋布料器的旋转速度及其均匀性。摊铺机的作业速度应使摊铺室内混合料的高度始终略高于螺旋布料器轴线，大概为混合料覆盖整个螺旋布料器叶片的2/3左右，以保证摊铺机的均匀摊铺。 在工作过程中，如果摊铺机运行的路基表面是平整的，并且在熨平板上的外力不发生变化，熨平板将以不变的工作倾角向前移动，此时摊铺的路面是平整的。反正如果路基表面起伏不平，两大臂牵引铰点在摊铺过程中也会上下波动，是熨平板上下偏移；或者作用在熨平板上的外力发生变化（如供料数量、稳定、粒度、摊铺机行走速度等发生变化），则都将引起熨平板与路基基准之间工作倾角的变化，从而造成摊铺层表面的不平整。 当原有路基起伏的波长较短时，由于铺层厚度随熨平板工作倾角的变化还没有达到最终的稳定值时，熨平板工作倾角已开始逆向变化，在这种情况下，铺层的厚度是按射线原理改变的。如图2.5所示，当摊铺机越过起伏变化的路基时，如果熨平板两侧臂铰点随机架上升了H距离，整个熨平装置以后边缘为支点转动一个角度。熨平板前缘抬起高度h为： （2.3） 当摊铺第二层时，熨平板前缘抬起量为 （2.4） 当摊铺第三层时，熨平板前缘抬起量为 （2.5） 由于大臂长度，远大于熨平板长度（一般为1/5.5左右），铺层厚度变化比原路基高低不平的变化衰减了许多。第二次摊铺时，这种不平度将进一步衰减，对原有路基不平度起到一种“滤波”作用。浮动熨平板的这种特性，称为自动找平特性。浮动熨平板的自找平性能，就机械本身结构而言，取决于熨平装置大臂的长短。大臂越长，自动找平能力越强，大臂越短，自动找平能力越弱。 当路基不平度得波长很大时，自动找平效果变差，。若波长长到一定程度，则自找平作用完全消失，铺层将再现道路线形的坡度变化。 图2.5 熨平板自动找平原理2.3.3 自动调平装置的工作原理浮动熨平板是一个惯性元件，虽具有自调平功能，但这种功能是不完善的，并具有一定的局限性。其主要原因有以下两点：（1） 牵引长度是个结构参数，是个定值，它决定了自调平过程反映时间的长短，即牵引长度越长，自调平过程的反映时间相应变短。但是，牵引长度受到结构因素的限制，不可能过长，因此浮动熨平板的自调平功能受到限制。（2） 因为摊铺速度、物料数量、路基波变化等外界干扰因素缺少规律性。这些外界干扰因素，使摊铺机牵引臂牵引点不断产生位移，工作角度不断变化，混合料对熨平板底面的垂直反力不断变化，铺层平整度受到破坏而不可避免。尤其路基波波长大于五个牵引长度时，浮动熨平板的自调平功能趋于消失。 为了消除以上这些外界干扰因素对铺层平整度的不良影响，必须对摊铺机熨平装置设置必要的调节机构。设置自动调平装置就为浮动熨平板自调平功能做了理想的补偿。自动调平装置是根据参照基准，使摊铺机浮动熨平板在排除外界干扰条件下进行自动调平的一种控制装置。一般由纵向调平装置、横向调平装置和纵向参照基准组成。纵向和横向调平装置各包括讯号传感、指令控制、终端执行机构三个部分，其控制系统的信息传递路线如图2.6所示： 图2.6 自动控制系统信息传递路线图 -检测点设定高程；-差信号；-监测点实际高程； -牵引点实际高度；-熨平板实际高程 通过纵横向控制系统的作用，使铺出的路面保持在设定的纵横坡基准上，检测点的实际高程： （2.6） 其中：。 式中：纵向控制器安装位置距牵引点的距离； 侧臂长； 取决于检测点位置的选择。 自动调平装置按其工作原理可分为开关调节式、比例调节式和比例脉冲式。目前，按比例脉冲式原理工作的自动调平装置较多。其最小纵向高度分辨率不大于，最小横向坡变分辨率不大于。2.3.4 熨平板的摊铺厚度调节特性 摊铺厚度的调节是通过改变角的大小来实现的。如前所述，在稳定摊铺作业时熨平板的仰角是保持不变的，当人为地改变角的数值后，熨平板将在新的位置上建立新的力平衡关系。当角增大时，绕点转动的上浮转矩一方面将通过力臂的增大而变大，另一方面更主要是由于上浮力本身的增大而导致上浮力矩的增长。从公式中可以看到的力臂将由于角的增大而有所增大，但由于与角相比是一很小的角度，所以由于力臂的增大而导致上浮转矩增大的作用是十分有限的，促使上浮转矩增大的主要因素是上浮力本身的增大。在后面的讨论中，我们会看到角的增大将直接促使上浮力的增长。由于破坏了上浮力与下沉力之间的平衡关系将推动熨平板上浮，而熨平板上浮的结果将导致角的减少，从而促使力下降。如果其他外力没有变化，则当角恢复到原有数值时，熨乎板将重新恢复力的平衡关系。显然熨平板的上浮将加大摊铺层的厚度，反之亦然，减小角的数值将导致摊铺层的减薄，这就是浮动熨平板仰角对摊铺层厚度的调节作用。熨平板仰角的调节可以通过两种方法来进行：一是利用熨平板的调节螺栓使熨平板绕大臂上的铰接点转动一角度，从而改变熨平板底面与水平面的夹角；二是通过调节大臂牵引点的高程来改变熨平板底面与水平面的夹角。两种方法的调节过程和结果是相同的。 第三章 熨平装置总体设计方案的选择3.1 熨平板基本形式 常见的摊铺机熨平板延伸方式有机械加宽式和液压伸缩式两种。在本设计中，考虑到液压伸缩式熨平板具有摊铺宽度无级变化、使用途中无需组装等优点，选用液压伸缩式熨平板。目前各大机械厂商生产的液压伸缩式熨平装置从结构上分为两件式和三件式两种。三件式是通常采用较多的一种结构，又分为主熨平板在前，液压伸缩熨平板在后（如德国福格勒的super系列）和主熨平板在后，液压伸缩熨平板在前（如美国Blaw Knox公司的PF系列）两种形式。如图3.1（a）、（b）所示，伸缩部分缩回时即为基本摊铺宽度，当需加宽时，伸缩部分分别向两边伸缩。图7（c）为两件式结构示意图，缩回时熨平板重合为基本摊铺宽度，需加大摊铺宽度时，一块向左伸出，另一块向右伸出，以满足不同宽度的要求。 图3.1 熨平板液压伸缩形式(a) 三件式（主熨平板在前，伸缩熨平板在后） (b)三件式（主熨平板在后，伸缩熨平板在前） (c)两件式比较以上几种熨平板整体结构形式，初选主熨平板在前，液压伸缩熨平板在后的三件式。首先，两件式熨平板的前后两块熨平板均可左右移动，这样熨平板整体的力的平衡性很难保证，熨平板作业时受力情况复杂，这样就容易造成整体摆动，影响摊铺质量。主熨平板在后，液压伸缩熨平板在前的这种形式一般为美系企业所采用，当副熨平板伸出时，这种三件式熨平装置设计重心较为靠前，一定程度上增大了牵引臂的刚度要求。采用主熨平板在前，液压伸缩熨平板在后的三件式熨平板，一方面提高了熨平板的整体刚度，另一方面加大了熨平板对摊铺路面的压实作用，效果较好，因此选择主熨平板在前，液压伸缩熨平板在后的三件式。按照设计要求，熨平板液压伸缩熨平板的基本摊铺宽度为3m，最大摊铺宽度为6m。表3.1列出了目前国内及国际各厂商产品的技术资料，由此可以看出，较为常用的熨平板设计方案是基本熨平板由左右两部分组成，每部分长为1.5m，左右两块加长熨平板各长1.5m。因此，本设计选择左右基本熨平板及液压伸缩熨平板各长1.5m的方案。 图3.2 伸缩式熨平板布置图 (a)基本宽度；(b)伸缩式熨平板全部伸出时的宽度表3.1 各生产商熨平装置宽度参数表摊铺机型号基本摊铺宽度（m）最大摊铺宽度（m）左（右）基本熨平板宽度（m）左（右）液压伸缩熨平板宽度（m）徐工E600DV391.51.5三一DTU90SC391.51.5VOGELEB60-239.51.51.5沃尔沃VDT V88391.51.5卡特AP75539.11.51.53.2 加热装置的选择 在熨平板的加热形式上，目前存在的主要有电加热、液化石油气（主要是丙烷气）加热，燃油（主要指轻柴油）加热三种。其中，电加热指由摊铺机的发动机驱动专用发电机产生交流或直流电源，交流或直流电接于熨平板振捣梁、压实梁内部和熨平底板上的电加热棒而产生热量，从而加热熨平板底板、振捣梁及压实梁。当摊铺沥青混合料时，在工作开始之前要对上述各部位进行预热20分钟左右，电加热开关装于主机后板上。这种加热方式加热速度快，范围广，使用方便，无污染，操作简单。熨平板和振捣梁受热均匀，变形较小。液化石油气加热主要由液化石油气钢瓶、减压器、乙炔管、点火装置、接头和喷燃器等组成，采用燃烧液化气来加热熨平板底板，通过底板传热的方式来加热振捣梁、压实梁。液化石油气经减压阀送到各个喷火嘴。用点火器将各个喷火嘴点燃，从而在燃烧室内产生热量加热底板，达到熨平板加热的目的。其结构简单，使用方便，但火焰加热欠均匀，加热速度慢，易产生局部过热而使底板产生退火、降低耐磨性等缺点，污染环境，不安全，且燃气喷嘴需经常清洗。但是气加热具有成本低廉，易改制等优点。燃油加热装置主要由小型燃油泵、喷油嘴、自动点火控制器和小型鼓风机等组成，其优点是可以用于各种工况，操作较方便，燃料供给容易，但和燃气加热方式相比，同样存在着环境污染，且结构较为复杂。考虑到加热的均匀性以及节能环保等特点，优先选取电加热装置。3.3 振捣机构的选择3.3.1 摊铺机振捣装置的压实机理压实是通过施加外力使被压实材料中固体颗粒间的空气和水分被排除而提高密实度的过程。铺筑材料的压实过程是向被压实材料加载以克服松散多相材料固体颗粒间的摩擦力粘着力，排除固体颗粒间的空气和水分，使被压实材料得到压实，密实度增加的过程。铺筑材料的压实一般都采用周期性的加载，在加载过程中，材料的应力增大到最大值，并超过材料的应力极限而产生永久变形，卸载时材料的应力下降并产生回弹变形，再重复加载，再回弹，重复循环，最终达到摊铺材料的压实。常用的压实方法有：静压压实、振动压实和冲击压实。（1） 静压压实（又称滚压）是指用具有一定重量的滚轮慢速滚过铺层，依靠其滚轮的静压力是铺层材料的颗粒间产生相对运动而排出空气和水分，获得永久残留变形。随滚压次数的增加，材料的密度也相应的增加，而回弹变形减小，最后回弹变形接近于零而达到不能压实的程度。（2） 振动压实（又称振实）施以一定质量的物体从一定高度落在被压材料上，使其受到较大的冲击力后材料内部产生很大的应力以获得永久的残留变形，达到对铺筑材料的压实。夯实是将一定的机械能转化成储存于铺筑材料中的变形能。夯实最显著的特点是当物体接触铺筑材料时具有一定的速度（动量）才可以形成压实作用的冲击波并与铺筑材料共同达到速度为零。 振捣压实机构振捣梁上下运动对混合料的压实，故不是滚压压实。起振动频率及振动质量较小，不能产生足够的振动力引起铺筑材料颗粒振动，故不是振动压实。振捣压实机构再运动的最高点及最低点开始压缩混合料时，对混合料不能产生起压实作用的冲击波，故也不是夯实（冲击）压实。笔者认为振捣压实机构是采用捣实压实的方法。捣实实在对混合料进行周期性压缩的同时填加混合料，并将这些混合料压缩至同一固定的体积，进过几个压缩周期后混合料之间的空隙被新填入的料粒颗粒占据，从而排出空气和水分，使混合料的密实度增加。 在振捣压实过程图3.3中，当振捣梁运行到最高点并开始向最低点下落(a)时，振捣开始第一次压缩混合料，运行到最低点(b)时实现对混合料第一次压缩，然后振捣梁从最低点向最高点运动，振捣梁向上运动形成一个空隙(c)，混合料在螺旋分料器分料压力F及自重左右下填满该空隙。当达到最高点时，向上运动形成的空隙被混合料填满(d)，这时振捣梁处于最高点并开始下落进行第二次压缩，将填充的混合料M压倒第一次压缩的混合料中，使振捣梁下面区域内的混合料在相同体积内质量浮加，实现对混合料的压实。这解释了为什么在停机待料处，摊铺的路面密实度明显增加。在摊铺机匀速摊铺工作时，螺旋分料叶片匀速转动，这就保证了分料器对混合料在分料压力F基本一致，也就是保证填充质量M基本相同，从而保证谈铺路面具有相同的密实度，压实度公式为： （3.1） 式中：混合料预压实后的密度； 压实系统，与混合料级配、内摩擦系统、振捣转速有关； 混合料的密度； 摊铺路面横断面中任一小段的长度； 摊铺路面虚铺厚度； 振捣机构的振捣行程； 振捣机构振捣梁前进料角的高度。 由此公式（3.1）可知，振捣压实机构对混合料的压实主要决定于振捣行程h、摊铺路面虚铺厚度H。振捣压实不是靠由振捣机构产生的冲击力压实，也就是说振捣压实根本不是基于冲击压实的机理，因此振捣压实机构运动产生的振动是有害的，应在机构设计中尽可能避免将振捣机构简化为简谐振动进行理论分析也是错误的，这样并不能代表压实过程，也不能对构件进行运动分析与动力分析。 在摊铺过程中，摊铺机以一定的摊铺速度向前运动，同时振捣机构沿垂直于摊铺路面上下运动，所以摊铺路面是由水平与垂直两种运动的合成运动而产生的效果。在摊铺机进行工作时，其振幅、振捣频率与摊铺速度合理搭配选择是保证摊铺后混合料密实度的关键。振捣机构的工作过程中，实际上存在一定的简谐振动压实，但是它不是振捣机构主要工作原理，在此处忽略不计。 图3.3 振捣压实过程3.3.2 摊铺机振捣装置的结构分析振捣压实过程在以前被认为是一种夯实压实过程，所以振捣梁被称为夯实梁，也就是可以从理论上把振捣装置简化为简谐振动。随着科技的不断进步，特别是双振捣技术的出现，不能将振捣机构简化为集中质量的简谐振动，要进一步细化为连杆机构。振捣装置设计时，将连杆、滑块合并为一个构件即振捣梁，简化为一个构件主要考虑以下几个因素：（1） 在振捣机构的过程中，滑块要承受较大的冲击力且滑块与连杆之间的转动销轴要产生较大的应力，在安装空间较小的情况下，销轴不能达到需要的强度。（2） 振捣机构的工作环境较恶劣，曲柄滑块机构中的滑道极易被混合料填充而卡住滑块，导致振捣机构不能正常工作。 滑块与连杆之间刚性联接的出现，是振捣梁的机构原理从平面四连杆机构变为平面三连杆机构。这与曲柄滑块机构相比，在去掉了一个构件的同时去掉了一个低副而增加了一个高副。对于单振捣装置来说，可将振捣机构简化为平面连杆机构。其构件数n=2，低副数=2，高副数=1，则单振捣机构的自由度为： （3.2） 振捣装置分析时，采用高副低代的方法将单振捣装置物理抽象为曲柄导杆机构可按连杆机构的计算方法计算出振捣梁与偏心轴的运动参数并进行振捣装置的优化设计。 熨平板是摊铺机的主要工作装置，其工作性能的好坏对施工质量起十分重要的作用，实现了对摊铺路面整型、整平和压实。熨平板的主要工作机构是振捣压实装置，具有双振捣压实机构的熨平板因具有高平整度、高密实度以及较高的作业效率等特点而在市场上得到了广泛的应用。图3.4所示为本设计熨平板振捣装置的结构型式。 图3.4振捣装置结构 本设计中是超薄型