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
35
建筑机械 2002(9)
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。

36
建筑机械 2002(9)
2 2 压实过程计算机仿真技术
在压实理论和技术的研究中,试验研究与计算机仿真技术的结合将成为更加重要的研究手段。

计算机辅助设计、辅助试验、辅助制造、辅助管理以及辅助工程将使压实机械的研制过程从构想、设计、制造、试验到使用、维修、管理的全过程成为高度自动化和现代化的过程。

如瑞典Geodynamik 技术咨询公司开发的一种振动压实过程的计算机仿真软件(见图4),这一软件的特点是建立一种土壤的非线性动力学模型,将土壤最基本的物理力学特性:土壤的密度、弹性模量、泊松比、内摩擦系数作为计算机仿真模型的输入参数,通过不同的土壤条件和不同的机械参数下模拟滚轮与土壤相互作用的动力学特性,对现有振动压路机的压实性能进行评价和对设计的新机型进行性能预测。

同时还可以根据给定的土壤条件对压实作业选用不同的机型和不同的施工工艺,
并对方案进行比较和优化。

图4 Geodynamik 公司的土壤
压路机动力学模型
2 3 压实机械辅助选择技术
宝马(Bomag)公司则向用户推出了一种名为CARE (Computer Aided Roller Selec tion In Earthworks)的土方压实机械辅助选择软件,作为选择压实设备的辅助工具。

它可以帮助用户根据压实过程的工作量、现场条件、材料特性、葡氏压实曲线以及所要求的压实度来选择该公司的三种压实机械配置方案,对每种方案均可提供各种使用参数的选用建议,包括压轮类型、振幅和频率、铺层厚度和铺层数、每层压实带的安排、碾压速度和遍数以及压实生产率和压实时间的确定。

2 4 压实机械智能化技术
在压实过程和机器工作状态实时监测的基础上,压实机械进一步向智能化方向发展。

将自适应和自学习技术引入压实控制中,并在此基础上实现压实作业的最优控制。

通过一段时间的压实实践,压路机会自动对压实作业的各项参数(如频率、振幅、碾压速度和遍数)进行不同组合,并判断其压实效果,从而决定最优控制的方案。

当使用条件(如土质情况)变化时,它会不断改变自身的参数,自动适应外部或内部状况的变化,使压实作业始终在良好的条件下进行。

另外随机电脑将普遍应用在压实机械上,用以对工作过程的监测、机器技术状态的诊断、报警和故障分析。

人工智能的介入将大大改善机器的维修保养工作,并加速它们的现代化进程。

现在国外无人操纵的振动压路机已经应用在某些特殊的环境,如危险地带、水下压实作业等,我国江麓机械厂也研制出了无人驾驶振动压路机。

2 5 压实过程自动控制技术
在自动控制方面,B omag 公司最新推出了一种用于双钢轮振动压路机的Variomatic 和用于单钢轮振动压路机的Variocontrol 调幅系统,它可以根据土质条件自动进行振幅和压实能量的输出。

由于地面接触力随着压实强度的变化而变化,钢轮的振动方向根据系统内的加速度传感器连续测试钢轮的动态特性,并通过记录评估这些数据,进而使振动方向在水平和垂直方向之间自动进行调整。

另外,Bomag 公司还推出了一种称作ASC (Anit Slip Control)的自动滑转控制系统,该系统通过监测振动轮和胶轮之间的滑转,借助于调整液压驱动系统的液流量,来提供最佳的牵引条件,避免设备停顿或下滑,据称安装该系统的压路机爬坡能力高达68%。

2 6 压实过程全球定位技术
Bomag 公司最新推出了一种MSGPS (Measuring System Global Positioning System)全球定位监测系统,该系统由微机、触摸屏和专门开发的CAD 软件所组成。

通过此系统,压路机的位置可以被非常精确地记录下来,并能确定压实的位置和保证压实质量。

通过精确无误的跟踪压路机所处的位置,特别是当压路机偏离出压实区域的范围时,通过清晰地反映在显示器上的测定结果,可以及时
37
建筑机械 2002(9)
沥青路面裂缝和坑槽
养护技术发展现状
康敬东 孙祖望
内容摘要:在评述沥青路面裂缝填封和坑槽修补重要性的基础上,分析、总结了国内外沥青路面裂缝和坑槽养护维修技术的发展现状,并指出了当前技术的不足和未来的发展趋势。

关键词:沥青路面 裂缝 坑槽 养护维修技术 发展现状
在沥青路面各类破损形式中,裂缝和坑槽这两类破损所占比重最大,也最为常见。

裂缝的形式有各种各样,如龟裂、块裂、纵裂、横裂和放射裂缝,其成因各有不同。

但不论是哪种形式的裂缝都应及时进行修补,否则雨水将会通过裂缝进入基层,使基层甚至路基软化,造成基层、路基强度降低,最终导致沥青路面承载能力下降,进而造成路面局部或成片损坏,严重影响行车舒适性,并使路面寿命大大降低。

裂缝破损属于沥青路面结构性破坏,更多的是影响沥青路面的耐久性。

沥青混合料松散、剥落,直到产生坑槽,将直接导致沥青路面的平整度下降,严重影响汽车驾驶的舒适性,使汽车行驶的安全性下降,并危及乘车人员的生命。

若不及时修补和加强,将会使路面破损面加大,造成维修费用成倍增加。

坑槽破损属于沥青路面功能性破坏,更多的是影响沥青路面的使用性能。

裂缝填封和坑槽修补是养护部门最常见同时也是难度较大的两项日常养护工作。

传统的养护维修方法,养护人员劳动强度大、工作效率低,仅仅满足于将裂缝和坑槽堵住、填平,维修后沥青路面使用性能不高、耐久性差,维修质量取决于操作人员的经验。

所以,沥青路面裂缝和坑槽养护维修技术的发展,对提高养护维修的质量和效果至关重要。

早在20世纪80年代中期,国外公路发达国家新建公路速度趋于平缓,公路养护工作已成为公路部门的工作重点。

通过投入大量的资金和精力,其沥青路面的养护维修技术和设备有了迅速的发展。

裂缝填封和坑槽修补这两项最常见的的日常养护工作,不论在国内还是在国外都受到了有关部门的广泛重视。

1 发展现状
1 1 沥青路面裂缝填封技术
裂缝填封处理主要针对纵向裂缝、横向裂缝、块状裂缝以及放射裂缝。

通常裂缝的填封工艺为:缝宽在6mm以内的,宜将缝隙刷扫干净,并用压缩空气吹去尘土后,采用热沥青或乳化沥青灌缝撒料法封堵;缝宽在6m m以上的,应剔除缝内杂物和松动的缝隙边缘,或沿裂缝开槽后用压缩空气吹净,采用砂粒式或细粒式热拌沥青混合料填充、捣实,并用烙铁封口,随即撒砂、扫匀,也可采用乳化沥青混合料填封。

有些填封工艺还有所变化,有的在灌缝前,用液化气将压缩空气加热,对裂缝进行吹扫、烘干、预热,待缝壁加热至粘性状态后,
帮助驾驶员在保持行走状态下纠正错误,从而使压实位置和质量得到保证。

总之,压实机械的每一次重大发展都与压实技术、压实方法有着密切关系,压实机械突破性的进展往往首先是从压实技术取得突破开始的,这是创造全新的按不同原则工作的新型压实机械的基础。

随着科技的进步和对压实机械研究的不断深入,未来的压实机械将会更加引人瞩目,具有全新理念和更加智能化的压路机必将呈现在我们面前。

祁隽燕、葛恒安,徐州工程机械制造厂技术发展部,221006
徐州市矿山东路四号
收稿日期:2002-04-04
编 辑:雒泽华
38建筑机械 2002(9)。