274_道路冷再生机

本科学生毕业设计
道路就地冷再生机整机设计
摘 要
道路就地冷再生机是在铣刨机基础上经过优化和改进的一种集合了翻挖、回收、 破碎、筛分并与新料结合快速完成旧沥青路面的再生，使之能够满足一定的路用性能 并用其重新铺筑路面的现代化新型机械。

本设计为轮式就地冷再生机，具有铣刨和拌 和功能，可双向作业，采用全液压四轮驱动，液压转向与制动。

就地冷再生机为我国 现存道路的维修养护和延长现存道路的服务年限提供了一种更经济、更合理和更高回 报的道路建设和维修养护施工工艺及施工设备。

本论文参考现有冷再生设备，对道路就地冷再生机的总体设计方案， 总体参数及 装置零件的选择与计算，道路就地冷再生机的各种性能进行了分析，
关键词：就地冷再生机；总体设计；性能分析；参数计算；
ABSTRACT
Crank Press is a fundamental equipment, which makes a mould，and it is extensively applied in the production of industry. The crank press which was designed is mainly used for molding which be unable to bear a heavy pressure，then starting the engine of crank press to complete the bend forming process when after the crank press fixed. The working mechanism is supported by the linkage of crank which is changed the motor spinning activity into moving straight line (back and forth) through by crank, linkage and slider. The process of die spotting is causing by upper die which is shifted by slider. When the crank spines one time, the slider returns (back and forth) once, then finished one product. This design is mainly attend to measure and design the organization of mould; the choosing of pressure machine and electric motor; the design and measure of every spare parts then checking and fixing.
Pressing die is the equipment for mould metal material, and also is the basic of plank anticipates for modeling. The pressing mould included many types, one of type which is used to bent and deformation is the bending mould. This bending mould is made by a kind of flections plank which thickness less than 1mm and having many bends. The working mechanism is by slider moved on inclined plane to realize the flections model by more then one action.
Key words: Crank Press； Electrical Machinery； Smooth Piece；Bending Mold；
Dyadic Wedge
目 录
摘要 (Ⅰ)
Abstract (Ⅱ)
第 1 章 概述 (1)
1.1 国内外道路就地冷再生机产品开发的概述 (1)
1.2 就地冷再生机的介绍 (1)
1.2.1 冷再生机械的分类 (2)
1.2.2 冷再生主机的结构和工作原理 (2)
1.3 就地冷再生技术 (2)
1.3.1 道路就地冷再生的运用范围 (2)
1.3.2 道路就地冷再生的工艺优点 (2)
1.4 产品市场前景分析 (2)
第 2 章 道路就地冷再升级的总体方案设计 (5)
2.1 道路就地冷再生机总机设计 (5)
2.1.1 动力系统 (6)
2.1.2 工作装置传动系统 (7)
2.1.3 行走传动系统和制动系统 (9)
2.1.4 转向传动系统 (9)
2.1.5 辅助液压缸传动系统 (6)
2.1.6 电气系统 (7)
2.1.7 喷洒系统 (9)
2.1.8 铣削及其拌和转子 (9)
2.2 道路就地冷再生机的施工工作参数指标 (5)
2.3 道路就地冷再生机的主要铣削参数的选择 (6)
第 3 章 总体参数以及装置零件的选择与计算 (15)
3.1 整机牵引力与牵引功率 (15)
3.1.1 整机牵引力 (16)
3.1.2 牵引功率 (17)
3.2 冷再生机的工作功率 (18)
3.2.1 铣削转子简介 (6)
3.2.2 铣削刀具受力分析 (7)
3.2.3 切向铣削阻力的计算 (9)
3.2.4 铣削功率 (9)
3.2.5 铣削转子注意事项 (6)
3.3 发动机的选择计算 (20)
3.4 装置零件的计算选择 (22)
3.4.1 行走液压泵和马达的选择计算 (6)
3.4.2 转向液压泵液马达、液压缸的选择及其校核计算 (7)
3.4.2.1 转向工作压力的确定 (6)
3.4.2.2 转向器排量的选择 (7)
3.4.2.3 转向流量的确定 (9)
3.4.2.4 转向泵排量的确定 (9)
3.4.2.5 优先阀的选择 (6)
3.4.3 车架组合的选择校核计算 (6)
3.4.4 转子驱动减速器、皮带及其皮带轮的计算 (7)
第 4 章 道路就地冷再生机的性能分析 (24)
4.1 转弯性能分析 (24)
4.2 爬坡性能分析 (27)
4.3 冷再生机的牵引功率平衡分析 (28)
4.3.1 冷再生机功率分配 (28)
4.3.2 性能参数的合理匹配 (29)
4.3.3 行走系统功率变化规律及影响因素 (31)
4.4 冷再生铣削性能分析 (33)
第 5 章 产品功能分析 (38)
5.1 产品功能 (38)
5.1.1 产品特点 (28)
5.1.2 产品主要技术参数 (29)
结论 (44)
参考文献 (45)
致谢 (46)
第一章 概述
本章节主要对冷再生机进行简略概述。

介绍了冷再生机的分类、主机结构、设备 的工作原理及其就地冷再生机在国内外发展状况。

并对就地冷再生机产品市场前景进 行分析。

通过本章可以让我们对道路再生技术和再生设备的现状、发展有初步的认识 了解。

1.1、国内外道路就地冷再生机产品开发的概述
在国内，面对我国的公路建设条件、工程机械行业的研究起步晚和早期只注重大 规模的建设等情况，我国的就地冷再生机械在随着现在国内道路根据当初的建设条件 和公路的设计寿命在现在以及今后的10多年中将进入翻修的高峰期等具体情况， 最近 几年才得到各个部门、研究机构、公司的重视。

随着我国经济的高速发展，人民生活 水平的提高，对公路的要求也逐渐的提高，这也使我国的公路养护得到足够的重视， 给我国的道路养护机械一个发展的空间。

我国的道路铣刨机械有了高的水平和深入的 研究，给我国的就地冷再生机械产品的开发提供了技术支持和有利的条件。

现在我国 的冷再生机械产品的开发正在沿着公司的实践和研究机构的技术相结合立项的发展道 路， 最近也取得了可喜的成果。

陆德公司沥青再生设备陆德筑机LZ03型沥青再生设备， 它是该公司吸收国内外先进技术，精心研制开发的机、电、液一体化的新型公路养护 专利产品。

德州德工 WB525 路面冷再生机（如图 1.9）也是企业自主开发的冷再生机。

械，其中德工自主研发的WB400中置式稳定土拌和机被评为“国家级重点新产品”
图1.1 德州德工WB525路面冷再生机
在国外的就地冷再生技术和再生设备都已经成熟，已经达到了很高的技术水平， 冷再生技术的应用也得到重视和广泛的推广应用。

世界上先进的冷再生设备生产公司 有德国维特根（如图1.10）工程机械公司，意大利玛连尼工程机械公司，德国宝马工
程机械公司，美国卡特比勒工程机械公司等。

这些公司的产品代表着现代就地冷再生 机械的一个发展水平，在冷再生机的各个工作参数间（表1.1）都有成熟的匹配关系， 已经在道路冷再生机械方面由原来的铣刨机械简单的冷再生利用，发展到了现在的多 功能的冷再生机和冷再生机组，其中的施工过程中的旧沥青的再生利用达到了100%的 利用率，并且在再生材料方面也有了很成熟的技术、实验经验和研究，可以根据不同 的路面情况利用不同的冷再生设备和自动的调整设备施工工作参数，以使再生后的路 面性能满足现代公路高水平的要求。

随着现代信息技术的高度发展，就地冷再生机也 实现了很高的自动化水平，利用多年的经验和实验结论建立的智能专家系统，能够根 据具体状况智能控制其行走、铣削和添加剂等参数。

现代液压技术的发展和液压优点， 在很多道路就地冷再生机实现了全液压驱动、控制和工作。

在产品的整机方面都能实 现很好的匹配关系，其主要的技术参数和配置情况也代表着现代道路冷再生机的未来 发展方向，也为我们以后的就地冷再生机的开发有很高的参考价值。

通过不同产品之 间的比较，也可以使我们得到主要的设计方向。

两种再生设备的主要技术指标比较
表 1.1 序号 主要技术参数 Wirtgen WR2500 德工 WB525
1 铣刨宽度 mm 2438 2440
2 铣刨深度 mm 0­­500 0­­400
3 转子直径 KW 1480 1400
4 刀具数量 km/h 216 200
5 发动机型号 km/h OM444LA(梅塞德斯­奔驰) 重庆康明斯KTA19­C525
6 额定功率 448K W/601HP 392KW/525HP
7 额定转速 r/min 2100 2100
8 行驶速度 Km/h 0—12 0—11.5
9 爬坡能力 57% 50%
10 离地间隙 mm 370 400
11 最小转弯半径 mm 5500 7500
13 电气系统电压 V 24 24
14 燃油箱容积 L 1600 1600
15 液压油箱容积 L 270 300
16 储水箱容积 L 600 600
17 整机质量 kg 30300 30000
18 整机外形尺寸 mm 8200x3200x3200 9150x3008x3700
综合以上两种就地冷再生机比较，国产的德工机械和维特根公司的基本
大体相同，由于德工机械大多采用国产零部件，成本较低，市场售价200万人
民币左右，维特根公司的WR2500用欧元结算，折合人民币2000万左右，就其
性能讲，维特根 WR2500 在实际工作中优势体现明显，如机械无故障工作时间
较长，工作效率较高，能在较恶劣条件下工作，售后服务较好等，这都是国产
机械相比的不足之处。

总之， 我国的道路冷再生机械在各界的支持以及我们虚心的学习国外先进的技术， 一定能健康发展。

我相信在未来的几年中在国内会涌现出一大批的先进的道路冷再生 机械设备。

使我国的道路冷再生机械设备达到世界先进水平，跟上了现代工程机械的 发展步伐。

图1.2 德国维特根WR2500KS道路冷再生
1.２、就地冷再生机的介绍
1.２.1、冷再生机械分类
道路就地冷再生所需要的机械主要有以下几种:
(1)冷再生主机
带熨平板的小型再生机、带熨平板的中型再生机、带熨平板的大型再生机、不带 熨平板的再生机。

(2)专用配套机械:目前主要为水泥稀浆搅拌输送车。

(3)普通配套机械:路面铣刨机、平地机、乳化沥青运输罐车、压路机、自卸卡车、 水罐车以及水泥—乳化沥青—水联合运输罐车等。

1.２.2、冷再生主机的结构和工作原理
（1）带熨平板的小型再生机
结构如图1.3所示。

图1.3 小型再生机结构
其工作装置及工作原理如图1.4所示,主要由以下几部分组成:
图1.4 小型再生机的工作装置及工作原理
A、转子:其作用是对旧铺层材料实施铣刨和破碎。

B、搅拌器:完成新旧材料的充分、均匀拌和。

C、乳化沥青喷洒装置:完成乳化沥青添加剂的自动控制计量和均匀添加。

D、振捣器:完成再生材料的预压实。

E、振动熨平板:完成再生层的整平成型。

这种再生机适用于小型冷再生工程,多以乳化沥青作为再生添加剂,一般不加新骨 料。

当以水泥作为添加剂时,只能采取预先撒布的方式。

(2)带熨平板的中型再生机
结构如图1.5所示。

图1.5 中型再生机结构
其工作装置及工作原理如图1.6所示,主要由以下几部分组成:
图1.6 中型再生机的工作装置及工作原理
A、转子:完成旧铺层的铣刨、破碎、新旧材料的充分、均和。

B、乳化沥青喷洒装置:作用同1（1）C。

C、粒度调节装置:调节旧铺层材料的破碎粒度。

D、水泥稀浆喷洒装置:完成水泥稀浆添加剂的自动计量和均匀添加。

E、螺旋摊铺器:完成再生材料的摊铺。

F、振捣器:作用同。

G、振动熨平板:作用同2(1)E。

这种再生机适用于中型冷再生工程,它既可以水泥、 也可以乳化沥青或两者结合作 为再生添加剂。

水泥的添加既可采用预先撒布,也可采用稀浆自动添加方式。

(3)带熨平板的大型再生机
结构如图1.7所示。

图1.7 大型再生机结构
其工作装置及工作原理如图1.8所示,主要由以下几部分组成:
图1.8 大型再生机的工作装置及工作原理
A、接料斗:接受自卸卡车卸入的新骨料。

B、输送皮带:将接料斗内的新骨料按比例连续地输送到铣刨下的旧铺层材料上。

C、 伸缩式转子:其液压伸缩式结构类似于摊铺机的液压伸缩式熨平板结构,为三段 式。

主要作用是收集路面铣刨机铣刨下的旧铺层材料并进一步进行破碎,对新旧材料进 行预拌和,然后把预混料输送给搅拌锅。

D、乳化沥青喷洒装置:作用同2(1)C。

E、水泥稀浆喷洒装置:作用同2(1)D。

F、搅拌锅:为双轴卧式结构,完成新旧材料的充分、均匀拌和。

G、螺旋摊铺器:作用同2(2)E。

H、振捣器:作用同2(1)D。

I、可变宽度高压实熨平板:作用同2(1)E。

这种再生机适用于大型冷再生工程,既可以水泥、 也可以乳化沥青或两者结合作为 添加剂。

水泥的添加多采用稀浆自动添加方式。

(4)不带熨平板的再生机
结构如图1.9所示。

图1.9 不带熨平板的再生机结构
其工作装置和工作原理如图1.10所示,主要由以下几部分组成:
图1.10 不带熨平板的再生机的工作装置及工作原理 A转子:完成旧铺层材料的铣刨、破碎及新旧材料的充分、均匀拌和。

B乳化沥青喷洒装置:作用同2(1)C。

C水泥稀浆喷洒装置:作用同2(2)D。

D破碎棒:作用同2(2)C。

这种再生机适用于中型冷再生工程,既可以水泥、 也可以乳化沥青或两者结合作为 再生添加剂。

水泥的添加既可采用预先撒布,也可采用稀浆自动添加方式。

该机的一个
重要特点是可以不调头施工。

以上四种冷再生机主机的适用范围只是从施工效率考虑,若单从功能考虑,则不受此限 制。

1.3、就地冷再生技术
道路就地冷再生是指充分利用现有旧铺层材料面层甚至基层，必要时加入部分新 骨料， 并按一定比例加入一定量的添加剂， 在自然环境温度下就能连续地完成材料 的铣刨 、破碎 、拌和 、摊铺及压实成型 从而得到所需性能质量的新基层的作业过 程 这是国外在２０世纪 ？年代后期迅速发展起来的一种新技术，目前已成为国际上 道路维修改造的主要方法之一。

1.3.1、道路就地冷再生的适用范围
道路就地冷再生用于道路标高不受限制的道路，主要为一般公路。

包括等外公路 及部分城市道路再生层。

主要作为道路的基层、承载层 。

原道路无论是什么结构均可 以进行冷再生， 只是冷再生时， 如何进行配比设计和掺加何种骨料的问题视道路的 等级再生层上应加铺沥青混凝土面层或封层不同而定。

再生层上应加铺沥青混凝土面 层或封层处理 ，而交通量不大的等外公路无须加铺面层，可直接使用。

1.3.2、道路就地冷再生工艺优点
较之传统的道路维修改造方法，道路就地冷再生工艺有着无可比拟的诸多优点 （１）成本低
根据国外的施工资料介绍 与在旧铺层上加铺新料的方法相比，浅层就地冷再生约 可降低成本２０％ 深层就地冷再生约可降低成本４６％
（２）提高旧路等级
可以通过基层承载力的提高从根本上实现道路等级的提高，这对低等级公路尤其有 特殊意义
（３）结构的完整性
冷再生施工产生的均匀的较厚铺层内不存在传统施工方法中有时出现的较薄铺层 间的薄弱界面．
（４）不损坏路基
由于冷再生施工为一次性作业方式，再生机组在暴露的路基上只通过一次 ，所以与 传统施工方法相比机组对路基的损害较小．
（５）节约材料
所有旧铺层材料全部就地利用从而大大减少了新材料的用量，保护了资源． （６）工期短
由于不存在旧料的运输问题，不需要其他机械对旧料的靶松和破碎，不需要大块材
料的去除和专门破碎，更重要的是施工过程的一次性作业特点大大简化了施工程序
从而节约了施工时间
（７）保护环境
因为旧料的利用大大减少了新材料的开采量， 也不存在旧料的运输和堆放问题 现 代再生机械所具有的封闭式控制添加系统， 不仅配比精确 ， 而且防止了粉尘的飞扬 从 根本上满足了环境保护的要求。

因此， 它无益于一项绿色道路维修改造技术。

图1.11就地冷再生工艺原理
1.4、产品市场前景分析
随之在国内大量交通新项目的确立，特别是随着国家高速公路网规划(简称“79l8 网”)通过国务院审议并正式颁布实施，中国高速公路网的迅速扩张已进入了最高峰时 期。

随着我国公路建设事业的迅猛发展，全国公路总量大幅度增加，特别是随着高等 级公路向柔性路面发展的趋势，沥青路面的增长将更加迅猛。

随着道路服务年限的增 长，一些现存道路的内部结构也开始出现退化；许多早期建设的高速公路甚至已到了 当初设计的使用年限。

目前，我国在上世纪90年代以后陆续建成的高速公路已进入大、中修期，翻挖、 铣刨的沥青混合料被废弃，一方面造成环境污染，另一方面对于我国这种优质沥青极 为匮乏的国家来说是一种资源的浪费，而且大量地使用新石料，开采石矿会导致森林 植被减少，水土流失等严重的生态破坏，按照沥青的设计寿命（15 年～20 年），从现 在起，每年有 12%的沥青路面需要翻修，旧沥青废弃将达到每年 220 万吨之巨，如能 加以利用，每年可节省材料3.5亿元人民币，而这个数字是以每年15%的速度增长的， 10 年以后，沥青路面的大、中修产生的旧沥青混合料将达到 1000 万吨，届时通过再
利用每年可节省材料费15亿元， 否则这些为数巨大的沥青混凝土层翻挖后只能白白地 废弃掉，不仅浪费资源，也会对环境造成严重污染。

鉴于有限的资金投入和可利用资源，我国公路建设工作的重点已逐步开始从道路 的新建转向对现存道路的维修养护和延长现存道路的服务年限。

作为对现存道路内部 结构的保护，频繁和主动的道路预防性维修及修复措施已被普遍地采用。

道路的所有 者或建设者们就必须努力去寻求更经济、更合理和更高回报的道路建设和维修养护施 工工艺及施工设备。

然而道路就地冷再生机正是满足现在公路要求的现代维修养护机械设备的其中一 种，再加上就地冷再生机与其他再生机械相比的诸多优点：再生材料的利用率高；对 环境污染少；维修施工时间短；施工过程中公路禁行时间短，经济损失小；施工后的 路面质量高等。

因此，在我国高等公路的维修养护中，大多数采用就地冷再生，在我 国最近的翻修施工中也得到了证明。

河南省濮渠公路的改造翻修中引进了德国 WR2500型就地冷再生机械，并且在改造过程中和改造后都取得了很好的效果。

总之，展望未来的道路维修养护情况，在今后的旧沥青路面的改造翻修过程中， 就地冷再生机会得到大规模的应用。

就地冷再生机械产品的开发和应用都会有很好的 发展前景。

我们这个项目也是基于上面诸多的情况和结合我们本科生的知识水平和部分院校 在这方面的研究成果，以及现代就地冷再生机开发的重要性提出的。

我也希望能通过 我的研究设计，为今后的进一步开发研究提供一定的贡献。

第二章 道路就地冷再生机的总体方案设计本章节主要描述了道路冷再生机的总体设计方案、再生机的主要工作参数，并对 整机的各个系统部分分别的进行设计概述，使整机的构造和设计任务在设计中更加具 体。

主要包括动力系统、工作装置、行走和制动系统、电气系统以及喷洒系统，并且 分别对本机中的各个系统的初步设计进行概述。

通过本章的说明可以对冷再生机的整 体的工作和结构特性有个整体的了解。

2.１、道路就地冷再生机的总机设计
就地冷再生所需要的施工机械可分为冷再生主机， 专用配套机械和通用配套机械 ， 冷再生主机主要有：
中型履带式多用途再生机，大型专用履带式再生机和专用配套设备主要有水泥中型轮 胎式多用途再生机稀浆搅拌运输车 通用配套设备主要有乳化沥青运输罐车 液态沥青 保温运输罐车 平地机 铣刨机 新骨料运输卡车及压路机等
道路冷再生机主要分为结构件、动力系统、控制系统（电气及液压系统）、铣削及 其拌和转子、喷洒系统、转向系统、制动系统等几大部分。

国外比较先进水平的道路就地冷再生机械的技术有如下新特点：铣削系统的参数 控制采用闭式的自动控制系统，可以根据具体的路面情况自动的调整其参数，并且铣 削转子的转速也可以根据路面情况进行变速以达到最好的拌和铣削效果，达到满意的 沥青材料的颗粒度。

采用低速大扭矩马达直接驱动或高速行走方案的液压全轮驱动系 统，采用手动伺服控制、电液控制或电液比例控制等控制系统。

驾驶室、整机外观造 型和色彩采用工业设计原理，驾驶室内部采用人机工程学原理设计，操纵环境向轿车 的内部装饰方向发展，提高整机的美学功能和操纵舒适性。

采用流线的外观设计、合 理的总体布局以及鲜明光泽的外观涂漆更具现代的气息。

另外还可选配冷暖型空调系 统、音响系统。

结合现代工程机械的发展的大方向，道路冷再生机械也实现了机电液 信一体化，其中的剂料的添加喷洒系统都是由其计算机系统控制精确计量的。

小型的 就地冷再生机械其中的后轮还可以摆动到其转子铣削宽度的内部可以实现靠边的路面 可以全部铣削到等。

根据毕业设计要求以及参考国外先进的就地冷再生机的制造设计技术，在此毕业 设计中，主要参考维特根的 WR2500KS的一些参数结构。

主要系统的设计与各个结构 的布局，也参考一些相关的成型的产品，结合计算选择其零件。

以下是其就地冷再生 机的基础设计。

整机设计图如图2.1所示：
1—转向液压缸 2—转向拉杆
3—行走马达与轮边减速器 4—转子提升臂
5—车轮总成 6—车架
7—驾驶室 8—喷洒装置
9—水箱 10—转子总成
11—转子 12—发动机
13—液压油箱 14—燃油箱
15—转向泵 16—行走泵
17—辅助液压泵 18—减速器
19—转子轴
图2.1 道路冷再生机的总体装配图
2.１.1、动力系统
本机采用康明斯 Q S×15-600 蜗轮增压式大功率大扭矩柴油发动机，符合目前实 施的欧美非公路用机动设备的第三阶段排放标准(Tier 3)。

该发动机实行了全电控， 可以使发动机输出360～600马力变化的功率， 满足不同工况下发动机在最好的工作状 态的使用要求。

具有较大的散热面积的冷却器，风扇装有自动控制装置。

在较好的布 置之下，发动机的所有维护和保养均可以在地面上进行，车辆的左右上面均设置有窗 口可方便的对发动机实施检查维修。

发动机具体参数如下
表2.1
发动机 康明斯 汽缸数目 6 额定转速 1800r/min 型号 QSX15-600 输出功率 440KW 最大扭矩 2780N.m@1400r/min 冷却方式 水冷 排量 15L 全负荷油耗 1.5m/r
2.１.2、工作装置传动系统
本就地冷再生机的工作装置是通过机械传动来实现的，由发动机的分动箱分配出 来的动力通过离合器、联轴器传输到工作装置的3级减速器，实现其传动比为11的传 动，再通过带轮带传动最终传到铣削转子上，驱动转子转动。

其中的皮带采用能传动 其大扭矩的窄 V 带，能够保证工作装置再大的工作阻力下长时间不间歇正常工作。

并 且在大扭矩的发动机的驱动下能满足各个工况的工作。

2.1.3、行走传动系统与制动系统
本机的行走和制动是通过液压驱动的，并且能使每个行走轮都是通过其各自的马 达驱动，通过轮边减速器和制动器的结合来实现行走和制动的。

行走和制动的液压系 统的原理图如图 2.2 所示，行走的传动路线是发动机→分动箱→行走液压柱塞变量泵 →控制阀→行走液压柱塞变量马达→驱动轮。

液压泵和马达都采用变量的，再生机工 作和行驶速度可实现无级调速。

通过操纵变量泵手动换向阀改变液压马达液压油的流 向，可实现再生机的前进方向和停车。

行走系统所有的液压元件都是选用著名品牌， 并且通过合理的匹配使各个元件都能达到最高的性能。

车辆的制动由静液压传动系统 和多片制动离合器实现。

液压油通过其行走泵提供的液压油实现的。

在再生机工作的 过程中，通过控制液压系统实现了行驶在 0～15m/min 范围内的行走,而在非工作状态 下,冷再生机可以实现200m/min的行驶速度,增强了本机的机动性能。