高速公路标线清除机的研发与应用.doc

高速公路标线清除机的研发与应用高速公路标线清除机的研发与应用陈锦新(福建省高速公路养护工程有限公司,福州350001)摘要针对目前道路标线清除设备存在的缺陷.进行适应高速公路作业的设备研发,着重介绍其除线装置的结构设计及产品技术创新点和使用效果,提供一种适合高速公路沥青路面旧标线清除的设备设计与应用方法.关键词高速公路标线清除机铣刨除线装置研发1概述道路标线是高速公路设施的重要组成部分,是最有效地引导车辆规范,安全行驶的方式.随着高速公路里程的迅速增加和使用年限的延长,在已通车使用的近4万公里的高速公路上,部分标线已老化,磨损,残缺,如不及时对其进行养护,维修,日积月累,路面标线就会失去应有的功能.然而,过去依靠人海战术的人工敲打旧线清除方法从施工安全还是占路时间的角度看都已远远不能适应高速公路养护作业的需要.如何摒弃人工作业转而采用机械化除线施工,不仅是件急需解决的事情,同时也面临着采用何种设备的难题,目前尚无高速路大面积标线清除的成功案例可供借鉴.以已有普通标线清除机为蓝本,研究开发一套全新的高速路标线清除设备的研究开发.2现有设备局限性分析前些年普通公路旧道路标线清除大多还停留在人工的锤击斧砍的原始劳作中,目前虽有些专用于道路标线清除的路面机械产品,如立旋式打磨机及近年来从国外引进瑞士生产的水泥路面拉毛机和国内仿制生产的卧轴式标线铣刨机,虽然工作效率比人工作业提高了许多,但仍无法适应于高速公路的作业要求(不破坏路面,占地少,作业快,可靠性高),且设备存在许多缺陷,具体表现在:(1)立旋式打磨机磨头的破坏性大立旋式打磨其原理是利用发动机带动磨头高速旋转,磨头在旋转离心力的作用下与路面凸起部分敲击打磨,将旧线去除,由于其冲击力大,在普通标线的清除中会留下坑坑洼洼,不仅磨不干净,而且往往会造成路面的破坏;同时,由于其结构特点(支撑面积大),对稍有不平的路面清除效果就很差,且工作效率低,较适合于水泥路面的人行横道线和振动标线的清除施工.福建交通科技2011年第4期园(2)卧式除线机适用性不好,效果差,寿命短该型机由于是由拉毛机改进过来的,对标线铣刨厚度的控制难把握,且动平衡差,震动大,不仅操作不便,而且可靠性低,清除效果差;并且,仅能将旧标线敲碎打散,细块飞溅严重,粉尘四处弥漫飘扬,危害操作手的身体健康和影响行车安全;另外,其刀片非专业生产,或昂贵(进口)或不耐用(国产),不适应国情路况,难推广使用.3技术研发内容3.1整体设计思路以手推式轻便型为总设计思路,采用高效率的卧轴结构形式,手推行进单元组合动力总成,避震机构,传动机构,调节机构,标线铣刨除线装置等.着重对铣刨腔的排渣和刀头的击打效果及相关核心技术进行逐一研究分析,达到下列效果:支撑于铣刨除线装置的铣刨腔内的刀鼓总成在发动机的带动下进行卧式高速旋转.其合金刀头通过与标线的碰击产生铣刨效应,刀体与刀杆之间的间隙可起软敲击的效果,从而平稳高效地将标线清除,整机结构见图1.图1标线清除机结构圈3.2整机行进单元结构设计采用高弹性行走轮(相类似产品为硬质轮,震动大),宽轮距(相类似产品由于结构限制不重视轮距的设计,其行走轮都是压在标线上,由于旧标线残缺不全,所以无法保证除线深度),小轴距(即前后轮轴距较小,仅为420mm,比同类型机短30mm)结构设计,保证其结构紧凑,使用轻便,作业高效,能适应各种道路标线的除线作业(见图2).图2外形尺寸示意图3.3高效率,长寿命除线装置的结构设计3.3.1铣刨除线装置的技术设计采用卧轴式结构,以镶有合金刀头的刀片组旋转体和鼓腔组合形成一个独立工作整体,它牵涉到两方面的关键技术问题.一是装置铣刨刀具的使用寿命要长,除了采用具有与冲击钻头相同耐磨耐冲击性能的特殊合金作为刀头外,刀体采用通风式结构设计,使其自身产生冷却效果,从而延长了刀片的使用寿命;二是装置的排风排渣问题.应用空气动力学原理,将铣鼓腔设计成蜗壳式风机结构形式并有专门的排气和排渣通道,一方面,除线时的扬尘在惯性力的作用下沿着蜗壳腔向外排出;另一方面,线渣在高速旋转刀架鼓的带动下被强制地经通道向前排出线外,解决了相类似产品(其为简单的方形箱式结构,无法消除腔压)铣鼓高速旋转时产生的腔压致使标线粉尘四处飞溅(特别会飞扬在操作手身上)的难题,改变过去除线时看不清标线的窘境,并使线渣不会落在尚未去除的线内,保证行走轮的平顺,实现除线的精确高效和作业环境的改善(见图3).圈3铣创除线装置示意图福建交通科技2011年第4期3.3.2通风式铣刨刀片,刀体结构设计(见图4)工作面采用多点(达912焊点)高强度耐磨合金刀头焊接,配变径合金刀杆,使刀架工作平稳,高效耐用.由于刀体孔和刀杆之间有2mm间隙配合(可自动调整铣刨厚度),设计时刀体较硬且价格高,刀杆较软且便宜,经工作一段时间后,刀杆会较刀体磨损的快,这样,随着刀杆磨损后其间隙的不断增大,只是更换同直径的新刀杆(相类似产品与刀片匹配的刀杆为固定直径的普通钢材,易磨损,间隙大,其结果是铣刨厚度难控控制且整机震动大)已不能解决自动调整量问题,必须设计有不同直径的刀杆已备更换,这就是独创变径刀杆的原由.所以,变径刀杆的设计,可使铣鼓装置的工作更平稳,铣刨更精准,效率更高;另外,由于铣刨机最重的成本支出就在于刀片(一般为0.51.0元/m2标线),因此,刀片的耐用与否.很大程度上决定了该机的推广应用前景.而相类似产品刀片只有6个合金焊点,刀体为实心.散热差,不耐用.新设计开发的通风式刀体合金焊点较多,且有专门的通风槽,不仅铣刨效果好(敲击点较密集),而且刀头耐磨,使用寿命长,有效降低了使用成本,获得良好的经济性.韭-/7图4刀片,刀体结构示意图4产品的技术创新点标线清除机是针对高速公路的使用特点.结合福建道路实际情况,经过综合分析各种资料重新定位后,设计制造的适合沥青路面施工的旧标线清除设备,其创新点表现在:(1)采用宽轮距小轴距,厚度灵活调整的高效卧轴式结构.解决高速公路沥青路清除标线易破坏路面和长时间占路作业的难题,达到高效除线目的.(2)应用空气动力学原理,将除线装置的铣鼓腔由过去同类机型的方箱式结构设计成蜗壳式风机结构形式,同时鼓腔设有专门的排气和排渣通道,克服了过去除线时粉尘满天飞影响行车安全和看不清标线的难题.(3)刀片采用一种通风式多点合金头焊接.配以变径刀杆设计,使铣鼓装置的工作更平稳,铣刨更精准,实现作业的高效和环境的改善,有效地降低了除线成本.5实际应用效果,效益道路标线清除机2010年10月试制成功后,由泉州闽盛交通科技公司生产,于2010年12月和2011年3月分别投入到福建泉州,三明路段试用,历经多次反复修改和完善,在泉州和三明高速管理公司的大力支持下,由省高速养护路面分公司顺利完成了工业性试验,三明鸿路交通工程公司专业施工队连续使用一个月.完成1万多福建交通科技2011年第4期围m2的高速路面标线清除任务,通过质量跟踪并根据使用的情况和机手反映:除线设备的研发符合国情,能满普通旧道路标线清除作业的要求,特别适合高速路沥青路面标线的铣刨清除,清除效率高,不破坏路面;设备轻巧易用,厚度调节方便,刀片寿命长,可靠性高.到目前为止,该设备共完成所管养或承担的200km的高速公路道路标线清除施工任务,实现了全路段的机械化清除标线作业,路面标线施工质量也大大提高,效率比人工提高10倍,成本降低40%,取得较好的经济和社会效益.共完成5万m2的清除线任务,直接经济效益(纯收入)40万元,增收节支总额150万元,且大大减少了施工过程的安全事故.6结语高速公路标线清除施工往往产生路面损坏,占路时间长,污染作业环境,频繁维修机器等突出