振动压路机与振动压实的前沿技术

振动压路机与振动压实的前沿技术

祁隽燕 葛恒安

振动压路机一出现,就立即引起世人的关注,与静作用压路机相比,它具有压实效果好、生产效率高等优点,在工程质量和进度要求越来越严格的今天,受到广大施工单位的一致青睐。随着振动压实技术和控制技术的不断提高,特别是微电子技术、自动控制技术和计算机技术等的迅猛发展,振动压路机的发展前景更是一片光明。

1 振动压路机

1 1 发展概况

振动压路机存在的时间并不长,1930年德国人最先使用了振动压实技术,并于1940年成功发明了拖式振动压路机。振动压实技术和振动压路机的出现,彻底改变了压实效果简单依靠重量或增大线压力的方式。随着振动压实理论研究的不断深入,振动压路机产品的规格品种也越来越多,尤其是20世纪70年代静液传动和液压控制技术在振动压路机上得到了应用,出现了调频调幅式振动压路机,为压实工作参数的优化调节奠定了基础,使得振动压路机迅速成为世界压路机市场的主导者,现已占据了世界市场80%以上的份额。

国内振动压路机的发展源于1961年西安公路学院(长安大学前身)与西安筑路机械厂联合开发出的3t自行式振动压路机。1984年徐州工程机械制造厂引进瑞典戴纳帕克(Dynapac)公司的CA25单钢轮振动压路机和CC21型串联式振动压路机技术,1987年洛阳建筑机械厂引进了德国宝马(Bo mag)公司BW217D和BW217AD振动压路机技术, 90年代江麓机械厂引进了德国伟博麦士(Vibro max)公司的W1102系列振动压路机技术。当时国外最为先进的振动压实技术几乎都进入了中国,从此中国的压路机制造业进入了发展的快车道。目前,我国已形成以徐工和洛建为代表的80多家压路机生产企业,并初步形成了手扶式振动系列、拖式振动系列、自行式振动系列等产品,基本上可以满足国内需求,并具有一定的出口能力。

由于我国振动压路机起步较晚,整体水平与国外先进水平相比仍有较大差距,尤其是重型和超重型振动压路机生产数量和品种仍然较少,路肩和沟槽等专用压实设备缺乏,产品的可靠性和外观质量等综合技术经济指标和自动控制技术方面仍低于国外先进水平。

1 2 振动压路机的新发展

随着对新的压实技术和方法的不断探索,振动压路机出现了许多新的变化。如振荡压路机、冲击式压路机和垂直振动压路机已经由20世纪80年代初期的设想和80年代中期的研制试验,发展到现在已可向市场提供系列产品。并且在发展中进一步确定了各自的应用领域,逐渐成为该领域内主要的机种之一。

1 2 1 振荡压路机

振荡压实是20世纪80年代出现的一种新的压实方法和技术,首先提出这一概念的是瑞典的H Thurner博士,方法是利用两根互成180 的偏心轴来产生按正弦曲线变化的交变转矩,

施加于滚轮

1 振荡马达

2 减振器

3 振荡滚筒

4 机架

5 偏心轴

6 中心轴

7 同步齿形带

8 偏心块

9 偏心轴轴承座 10 中心轴轴承座

图1 振荡轮结构原理图

上,使它产生一种绕轴心的振荡运动(见图1)。交变的剪切力使滚轮对地面产生一种类似轮胎压路机

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的搓揉作用,这种搓揉作用能防止表面的裂缝并使压实表面光滑平整,对于那些难于压实的改性沥青路面和RCC 路面则有着特殊的效果。此外,由于振荡压实过程进展平缓而无冲击,因而不易压碎骨料,能防止面层振松,特别适合于表面沿路面厚薄不均匀的场合。另外,对于减少机架和邻近地面的振动、节省压实能量、改善驾驶员的工作条件、延长机器使用寿命和降低使用成本方面都具有显著的优越性。国内徐工生产的振荡压路机已系列化。1 2 2 冲击式压路机

冲击压实是一种冲击和搓揉作用相结合的压实方法。冲击压实的原理看起来很简单(见图2),

但要实现这一原理却需要解决一系列有着相当难度

a 滚轮升至最高位置;

b 越过最高点后,产生冲击力矩;

c 在冲击力矩作用下,滚轮冲击地面

图2 非圆滚轮压实土壤的工作原理

的基本问题,如:牵引力平稳的问题,冲击下落时滚轮自由转动而不受牵引车限制的问题,运输转移问题,冲击载荷对机器本身影响的问题等。作为一种比较成熟的冲击压实技术并可供实用的冲击式压路机,则是南非国家运输和道路研究所(NI TRR)经历了20世纪70至80年代整整十多年的深入研究后才发展起来的,到了90年代已经形成了系列产品。由于压实深度大、碾压速度高,生产能力明显大于通常的重型振动压路机。我国有关厂家已经开发研制出了此类冲击式压路机,如徐工生产的YC12型冲击式压路机。1 2 3 垂直振动压路机

垂直振动压路机是一种机动性好、压实效率高的振动压路机,其振动机构为两轴式振动机构,类似振荡压路机的振动机构(见图3)。两根偏心轴在水平方向呈对称配置,通过同步齿轮以相反方向转动,使得水平方向的力相互抵消,垂直方向的力叠加形成强大的振动力。在碾压过程中,激振器始终不转动,轮圈经轴承绕激振器壳体转动。用于水泥混凝土的压实,其效果非常显著,隔振效果也比普通的单轴振动方式好,但结构相对复杂、生产成本高。日本酒井重工研制的SD450型垂直振动压路机,工作质量10000kg,振动频率43 3Hz,振幅1 4mm,压实土壤时的压实度达到108 5%,压实水泥混凝土铺层厚度可达1 5m 。与同类型振动压路机相比,

生产效率大幅度提高。

1 减振橡胶

2 行走马达

3 滚筒

4 超振器壳体

5 偏心轴

6 减振橡胶

7 振动马达

8 同步齿轮

9 偏心轴

图3 垂直振动轮结构原理图

2 振动压实的前沿技术

随着现代新技术革命的兴起,特别是微电子技术、自动控制技术和计算机技术等高科技的迅速发展,引导着压实机械向着自动化、智能化和机器人化的方向发展。

2 1 压实过程监测技术

由于传统压实监测方法存在很大的缺点,早在20世纪60年代初就有人提出了利用振动部件与基础之间相互作用的动力特性来判断压实进程的设想。这种方法的原理是建立在当地面在振动部件的作用下逐步压实时,地面与机器系统的动力特性也在变化,这种变化将指示出地面承压能力变化的相对数值,从而也反映了地面被压实的程度。最先将这一思想变为现实并安装在压路机上的一种压实度监测装置是德国的B TM 压实计,其B TM05型计算机压实控制测量系统,可以进行连续和实时测量并处理压实过程中压实度的变化情况,可显示或打印出压实层剖面各点的压实质量。在此基础上该公司又开发出一种可与微机相连的离线处理系统BC M03,数据经处理后可以绘制出整个压实地区的压实质量图。

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