沥青混凝土摊铺机自动找平梁.doc

沥青混凝土摊铺机自动找平梁的结构及原理分析李捷【江苏宁沪高速公路股份有限公司南京210049】摘要：本文针对路面施工技术规范对平整度的要求，分析比较了“走钢丝”和“走雪橇”两种提供摊铺机行驶基准面方式的优、缺点，并着重对“走雪橇”方式的自动找平梁进行了结构和原理分析。关键词：自动找平梁结构原理分析平整度是评价高等级公路使用质量的一个重要参数，因此平整度控制也是路面施工控制中的一个重要环节。良好的平整度水平来自于：基底和各结构层本身连续、均匀的压实度和平整度水平，较小的变异性；施工工艺中，基准面的设定，沥青混凝土的拌和、摊铺、碾压和接缝处理等，以及每一个环节的精细操作。其中，如何在路面施工过程中，为摊铺机行走提供一个准确的平整度参照系，是达到良好的平整度水平的先决条件之一。1规范要求及施工中规定根据公路沥青路面施工技术规范(JTJ032-94)规定，用于铺筑高速公路和一级公路的沥青混凝土摊铺机应具有自动或半自动方式调节摊铺厚度及找平的装置。“摊铺机自动找平时，中、下面层宜采用一侧钢丝绳引导的高程控制方式。表面层宜采用摊铺层前后保持相同高差的雪橇式摊铺厚度控制方式”。沈大和京津塘等高速公路也正是按此程序控制的。美国沥青协会路面铺装手册中提出了有所不同的看法，即“如果下面层已经非常接近容许误差，走雪橇也可以提供出光滑的面层”。也就是说，在下面层平整度水平大大优于规范要求的情况下，其上层次采用走雪橇方式，不失为一种良好的平整度控制方法。在沪宁高速公路的路面施工实践中，通过详尽的调查分析和比较后，认为：在高等级公路施工中，以及在采用进口摊铺机械的情况下，摊铺厚度较为容易控制；而对于中、上面层，其高程误差经底基层、基层、下面层施工已相对消除，平整度要求成为主要控制因素；再之，一侧钢丝绳的引导对于灵敏度相对较高的进口摊铺机械来说，是不够的。因此，指挥部建议各路面施工单位：一般情况下，对于全幅摊铺的摊铺机，只在基层上层和下面层摊铺时采用两侧钢丝绳引导控制方式，而中、上面层均可采用悬浮式基准梁的等厚度控制方式(即走雪橇)。建议这样的施工控制方法，不仅来源于实践，而且基于以下分析。2原理分析采用钢丝绳引导的高程控制方式，按有关规定，应采用直径22.5mm的钢丝绳，200m为一段，立杆间距10m，张紧力需8001000N。假设钢丝绳的张紧力无限大，测量设定的铁立杆上标高绝对准确，则由路线两侧钢丝绳提供的基准面将是上一面层的绝对标准面。但是，实际施工过程中，钢丝绳上所受的张紧力不可能无限大，而且因两侧路缘带上基层已硬化成型，承受张紧力的拉力支撑杆难以设置，规定8001000N的张紧力也不能保证；再加上路面摊铺一天的工作量在12km甚至更多，其每天两条钢丝绳的测设任务相当艰巨；另外摊铺机行走过程中引发的钢丝绳振动难以消除，人为的触、碰及破坏更是难以避免，甚至可能发生因摊铺机方向走偏，熨平板刮挤拉线桩的情况，使以钢丝绳引导的高程控制方式的准确性大打折扣。而采用以雪橇式控制摊铺厚度的方式，是以下一面层为基准面，在摊铺机行走过程中，尽力减小其传递到上一面层的波动及突变误差，以达到上一面层良好的平整度的目的。其原理类似于杠杆，即将杠杆的支点安置于受外界因素影响较小的新摊铺层上，而下一层次的许多不平整因素被梁体结构分解、缩小若干倍，使传感器得到一个相对稳定或波动幅度较小的控制信号。与上一方法比较，在下一层次的平整度良好的前提下，走雪橇的方法显然优于钢丝绳控制方法。3结构分析国外产的摊铺机均配有自动找平梁这一配件，但是因其价格高(约人民币35万元左右，如美国BLOWKNOX公司的浮动找平装置，售价34万元)，且原理简单，所以沪宁高速公路路面施工单位大都采用自己加工生产的自动找平梁。这些自制的自动找平梁，一般花费不到10万元人民币，其质量和使用效果却与国外产品相当，并且在沪宁高速公路路面施工中取得了良好的效果。现就其结构进行简单的分析，见图1自动找平梁示意图。图1自动找平梁示意图从其结构看，单片自动找平梁主要由4个部分组成：一是前着地部分(轮式或雪橇板)，二是后着地部分(一般两组雪橇板)，三是前后的联接梁，四是牵引横架。前3个部分中各结点均采用可任意旋转的轴联接。一般前着地部分至少由4组轮子(或雪橇板)组成，其中一个轮子若遇到高程的突变，传递到A点的高程变化仅为1/8，再传递到摊铺机传感器设置点处，只有1/16甚至更小，如图2所示。即若遇到一颗粒径2cm的石子，传递到摊铺机的反应装置时只有11.2mm，这对于摊铺机的平整度反应装置来说已微乎其微。a.横向b.纵向图2遇高程突变轮组位移变化示意图4技术要点各路面施工单位自行加工生产自动找平梁的过程中，也遇到各种问题，后经协调组织，相互学习取经，均取得了满意的效果。归结起来有以下几个技术要点：(1)第一部分前着地部分的轮组应运转灵活，轮径一般4050cm为宜，不宜太小，否则其稳定性不足；(2)第二部分后着地部分的雪橇板宜大，一般60cm35cm，有利于分散其承受的重量。应当注意，雪橇板上的支点应略向后置，使其在行走过程中不致栽头，而引起新铺路面上的深沟滑痕；(3)第三部分前后联接的梁体长度一般1012m，刚度要大，但其重量要适中，因摊铺机的传感器触头与横梁为线接触，横梁挠度的振动将引起传感器上得到上下波动的信息；而且因其重量由前后两个着地点承担，特别是后着地部分，若承担的份量过重，对已铺新路面的平整度不利；(4)第四部分牵引装置为一横架，其连接摊铺机侧壁和找平梁的前端主体，在摊铺机行走过程中与摊铺机构成一个整体，需要有良好的刚度，防止振动(摇荡)前进的情况发生；(5)就整体而言，整个自动找平梁的各点及轮轴应摩擦力小，利于灵活运结转；材料可选用轻质材料，若选用23mm厚的钢材加工成矩形截面梁体也可以，并且结构型式上参照桁架的设计方法，配以斜撑固定，加强其刚度，减少其中因自身振动引起的误差变化。5结束语当然，如前所述，下一层次(基准层面)良好的平整度是其前