摊铺机找平技术及施工方法浅析

摊铺机找平技术及施工方法浅析

摘要：随着国家道路建设的发展，摊铺机的使用也越来越广泛。尤其高速公路需求日益增长，为追求施工的高效性，对施工机械的整体性能要求相应也越来越高，在面层施工时更是如此，能满足这种高效施工的机器设备就显得尤为重要。

关键词：摊铺机自动找平摊铺机施工

摊铺机作为公路面层施工的重要设备之一，对路面的平整度有着直接且重要的影响，因此我们有必要对摊铺机找平系统进行深入的分析，这将是正确理解和合理应用摊铺机找平技术进而保证高质量施工以及在设计制造时保证摊铺机品质的基础。

一、找平基本原理

图一

上图是对摊铺机工作原理的简单描述：当找平油缸上下动作行程为H时，熨平板底板相对抬高h，从而改变仰角大小，最终实现摊铺层厚度的变化。这就是摊铺机找平的基本过程，为了便于详细分析整个找平过程，通常我们将其分为两种类型：1，自找平；2，自动找平。由于本身的结构特征，摊铺机本身就具有一定的找平效果，我们可以将其称为平地机找平原理在摊铺机上的再现（见《现代公路施工及施工机械》），我们机器的这种特性称作自找平。但这种找平方式的效果是远远不能满足高等级公路施工要求的。因此出现了后一种找平方式：自动找平。它是在前者的基础上增加了自动找平控制器以及相应的液压控制回路，借助现代液压技术和电子控制技术使得摊铺机的施工质量大大增加，并在高等级公路施工中成为摊铺机不可缺少的配置之一。但无论是自找平还是自动找平，最终还是通过自找平机理来改变摊铺层厚度的，因此，为了对摊铺机找平原理充分了解，下面我们就上面所提到的两种找平方式分别进行详细分析

二、自找平

从整个机理来看，自动找平是在自找平的基础上，增加了对找平油缸的自动调节功能，因此我们有必要对自找平机理做一下详细研究。为了方便分析，我们可将施工过程做以下假设：1、假设摊铺的物料摊铺前在空间上是均匀分布的的；2、在施工过程中摊铺机保持匀速前进。施工过程中物料由料斗被刮料板

及螺旋粉料器不断输送到摊铺机料槽后，熨平板跟随主机向前匀速运动，对物料进行振捣压实及熨平。根据相对运动理论，我们可以认为螺旋分料器及熨平板静止不动，而物料不断流向熨平板底部，由于物料密度是均匀的，且具有一定的流动性，那么我们就可以将物料假设为一种特殊的流体，从而就可以用流体力学的相关理论对其进行简化研究。

图二

图三

图四

图五

为方便分析，我们首先将熨平装置放置在刚性水平面上（见图二），此时大臂及熨平板在找平油缸拉力F0、地面对熨平板的支撑力G’的作用下处于平衡状态（地面支撑力在这里等效为作用于D点的集中力G’）。图二中直线A-B 与水平面平行。

由于此处我们分析的是自找平，因此在施工过程中除非人为调整调平油

缸，否则它一直处于锁止状态，而大臂油缸在不停机待料的情况下则始终处于浮动状态。此时由于熨平板支撑面S2刚性远远低于图二中的刚性地面，因此熨平板会绕大臂与找平油缸的铰点A顺时针旋转，于是底板S2将和水平地面形成夹角a1，；我们将大臂和熨平板进行整体分析，并忽略大臂油缸处于浮动位时的液压阻尼，及底板面的滑动摩擦力，则此时熨平板所受外力如下(见图三) ：

F：整个工作装置受到的牵引力，牵引力F沿直线B-A方向，与地面夹角等于底板S2与地面的夹角a1；

F0：找平油缸对工作装置总成的向上拉力

F1：熨平板前端面受到的物料阻力，方向与整机行走方向相反；

F2:：熨平板底板S2受到的物料阻力，方向与整机行走方向相反；

F3：熨平板底板受到的物料支撑力，方向与底板S2垂直。

我们假设此时整个工作装置的自重和外力恰好处于平衡，我们将工作装置所受外力在B点等效（见图四），其中：

G：整个工作装置的重力在底板S2处的重力分配，由于夹角a1非常小（小于1度），因此可认为G=G’，其方向相反；

M1：F1在B点的等效力矩；

M2：F2在B点的等效力矩；

M3：F3在B点的等效力矩；

Mg:：G在B点的等效力矩；

注：在平衡位置时我们可认为A点是固定的铰接点，而在B点我们只考虑整个工作装置在熨平板底板上的重力分配，因此可不对F0进行B点等效。

由于此时熨平板处于平衡状态，向上、向左为力的正方向，便可得到以下方程（在这里只做定性分析，固可暂不考虑力矩的影响）：

由公式⑤、⑦及图二可得以下结论：

结论1在摊铺机施工过程中，工作装置与工作面之间存在一个平衡仰角a1;在平衡仰角附近工作装置处于平衡状态。

结论2当熨平装置的摊铺仰角大于平衡位置的仰角时，熨平板会绕A点（见图二）逆时针旋转，从而使得摊铺层厚度增加。随着熨平板的旋转，仰角又会逐渐减小，直到达到新的平衡仰角时熨平装置则停止绕A点旋转。

结论3当熨平装置的摊铺仰角小于平衡位置的仰角时，熨平板会绕A点（见图二）顺时针旋转，从而使得摊铺层厚度减小。随着熨平板的旋转，仰角又会逐渐增大，直到达到新的平衡仰角时熨平装置则停止绕A点旋转。

以上三个结论就是摊铺机具有自找平功能的原因，由这三个结论我们可得出摊铺机自找平的机理：

当摊铺机作业平面较为平坦，物料特性始终一致，从而使得熨平板所受的支撑力及阻力相对稳定并且在摊铺速度比较均匀时，摊铺机靠自找平便可摊铺出具有一定平整度的路面。然而以上条件在实际中是不可能存在的，尤其在摊铺第一层时工况要复杂的多。因此在施工中要达到较高的平整度，就必须使摊铺机工作装置具有自动控制功能。

三、自动找平

由前面所得出的三个结论我们可知：只要我们对摊铺仰角进行随时适当的调整后，工作装置就会靠自找平功能改变摊铺层的厚度，从而保证了摊铺层表面的平整度。常见的自动找平系统按采集信号的方式可分为两类：（1）接触式找平控制系统（2）非接触平控制系统,参加下图：非接触式找平控制系统又可分为激光式找平控制系统和超声波式找平控制系统，其中激光式找平控制系统在公路施工中目前使用的并不多，这里不进行过多叙述。）但不管是接触式的找平控制系统，还是非接触式的找平控制系统，他们的控制原理基本相似，只是采集信号的方式及操作方式有所区别而已，自动找平机理如下：

确定找平基准，并确定控制器零点

找平控制器的检测元件在施工中检测出偏差信号，并将偏差信号发送给找平控制器

找平控制器根据偏差的大小和方向输出控制信号（见图6），驱动相应的找平控制阀

找平油缸开始动作（见图7），摊铺机熨平板将绕C点旋转，使摊铺仰角a1（见图2）发生变化

根据结论2及结论3，熨平板在各种外力的综合作用下绕A点旋转，进行自