【土木建筑】第十三章 公路施工机械.ppt
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1、第十三章 公路施工机械,公路施工机械包括筑路工程物料拌和设备、沥青混合料摊铺机、水泥混凝土摊铺机等筑路机械设备,还包括路面铣刨机及沥青路面热再生机组等路面维修机械。 第一节 道路工程物料拌和设备 道路路基是用工程材料按设计要求分层铺垫碾压形成。高速或高等级重载道路的路基要求有较高强度和较好的稳定性,而素土分层填筑的路基很难达到设计指标。为满足工程要求,需在素土中添加改性材料构成符合要求的路基填筑工程物料。用于按比例添加工程物料并均匀拌和的机械设备就是工程物料拌和设备。 一、稳定土拌和机 稳定土拌和机又称路拌机, 是一种在施工现场低速行驶过 程中,就地破碎土壤,并与稳 定剂(石灰或水泥等)均匀拌
2、和 的机械,如图131所示。,1.主要结构 稳定土拌和机由发动机与底盘系统、拌和工作装置和稳定剂喷洒控制系统等组成。 稳定拌和机的传动系统主要有机械和全液压传动两种,机械传动效率较高;全液压传动功率大,可无级调速,易实现自动化和过载保护,操纵方便省力。全液压(液力)传动是稳定土拌和机的发展方向。现在,越来越多的稳定土拌和机采用全液压传动。 (1)铣削拌和装置 稳定土拌和机的转子用来切削土壤并将其与添加材料均匀拌合。由于转子直接与土体接触,承受处理土体时所产生的各种载荷,因而要求转子轴具有足够的强度和刚度。 稳定土拌和机的转子罩壳除了起防止搅起的土石飞出的作用外,还对稳定土的破碎效果及拌和均匀性
3、产生影响。从破碎角度,要求转子拌铲抛起的土块都能与罩壳内壁碰撞,以增强破碎效果;从拌和均匀性角度,要求稳定剂与土块能有较大的接触空间,以保证与稳定剂能更好地混合。所以,合理的罩壳几何尺寸和形状,可使稳定土的破碎与拌和达到最佳效果。 (2)工作装置及布局 工作装置(转子)在稳定土拌和机上的位置有中置式和后置式两种。后置式稳定土拌和机具有结构简单、机动性较好、使用维修方便,易于生产装配等特点,在我国的应用很广。但由于后置式结构工作装置布置在后面,工作点与整机质量中心距离较远,不能充分利用整机重量,其主要缺点为:,a) 纵向稳定性较差,特别是在土质较硬、含石料较多的工程土拌和作业中,容易发生转子跳动
4、、牵引机头失稳等现象; b) 铣削松土能力受限,有时不能满足搅拌深度要求,且多数机型更难以具备真正意义上的路面破碎、铣刨功能; c) 当一次拌和不能达到要求时需进行多次复拌,影响了生产率。 中置式稳定土拌和机具有纵向稳定性好、拌和质量高、工作面平整等特点。既可进行土壤拌和,又能进行旧路破碎、再生等作业,目前使用越来越多。 a) 、b) 中置拖挂式 c) 中置自行式 中置式稳定土拌和机总体结构布置简图,(3)计量洒布系统 计量洒布系统用于计量喷洒液体稳定结合添加剂或水,使拌和后的稳定土达到设计的改性要求及达到压路机压实所需要的最佳含水量。喷洒系统所用的改性液或水从随行的罐车内抽取。 1类型及主要
5、性能参数 铣刀式稳定土拌和机(路拌机)是稳定土拌和机的主要机种。除了结构布局有工作装置中置式及后置式这一主要区别外,稳定土拌和机的主要类型还有:按照走行方式 分为履带式、轮胎式和复合式,以轮胎式为主;按动力方式 分自行式、拖挂式,现以自行式居多。按驱动形式 分后轮驱动或四轮驱动;按车架形式 有整体式和铰接式;按转向方式有前轮转向、四轮转向及铰接+后轮转向等。 国外生产稳定土拌和机的主要厂商有德国BOMAG、美国CMI、Caterpiller等公司。 国内生产厂商较多,多生产后置式拌和机,现在也开发出中置式稳定土拌和机。 国内外几种稳定出土拌和机的主要性能参数见表131 。,表131 几种稳定土
6、拌和机的主要性能参数,3 稳定土拌和机的技术发展趋势: (1)大马力 为了适应不同的工作条件和要求,增大发动机的功率储备,从而提高机器的可靠性和生产效率。国外一些大型稳定土拌和机发动机功率均在330kW以上。 (2)多功能 稳定土拌和机可进行一般的灰土拌和,也能进行铣刨、破碎及旧路再生等作业;液体喷洒装置可从运输车上将水、乳化沥青、石灰浆等添加材料精确地喷洒到转子罩壳内,与拌和材料均匀混合,特别适合于旧路再生作业。 (3)中置式结构 增强整机工作平稳性。传动系统设置摩擦片式限矩器,遇到超大负荷时,限矩器摩擦片产生相对滑动,以减小工作负荷对传动系统造成的冲击和破坏。 (4)四轮驱动、四轮转向 在
7、高速行走时,通常采用二轮驱动(后轮驱动),作业走行状态时则采用四轮驱动,提高牵引能力。四轮转向系统可实现前轮转向、后轮转向、前后轮转向、铰接转向等四种转向方式,使机器更为机动灵活。 (5)双向工作 稳定土拌和机即可在前进方向进行拌和作业,也可在倒车方向进行拌和作业,实现了转子正转、反转工作,在施工中不需调头就可继续工作,大大提高作业效率。 (6)微处理器控制及监测 所有的操作均通过电液伺服控制系统进行工作。微电脑控制监测系统,实现了机器拌和深度自动控制,功率自动分配以及运行参数的及时显示。,4影响作业的主要因素 根据施工情况、拌和材料的性质及拌和要求,适当选择工作参数,有利于提高拌和质量和生产
8、效率。 (1)拌和较硬的材料或拌和深度较大(250mm)时,应适当选用较低转子速度和行走速度。 (2)当拌和较松散的材料或拌和深度较小(200mm)时,则宜选用较高的转子速度和行走速度,也可选用低转子速度和高行走速度或高转子速度和低行走速度。 (3)充分利用发动机功率,适当提高转子速度和行走速度,提高作业效率。 (4)调节转子出料斗门开启度,满足施工中不同混合材料所需的最佳厚度和拌和平整度。增大转子出料斗门的高度,有利于减小罩内材料的堆积及其拌和阻力。 (5)拌和作业时,两个拌和幅带之间应有150200mm叠加宽度,以避免在二幅交接边处出现未拌或夹生现象;并根据施工现场情况选择最佳的作业顺序,
9、以提高作业效率。 二、稳定土厂拌设备 现代道路铺筑工程中,稳定土材料的用量约等于公路工程所用沥青混合料和水泥混凝土材料两者之和。采用中心站集中拌和法制备路基稳定土时使用稳定土厂拌设备作业,其特点是拌和加工配比精度高,拌和均匀,拌和质量一般要优于路拌机的作业质量。当对改性基层土性质有较高要求时,一般采用稳定土厂拌设备。当前,在高速公路及高等级公路大量兴建的情况下,稳定土厂拌设备的市场需求甚至多于沥青混合料拌合设备及水泥混凝土拌合设备。,1.主要构成及工作过程 稳定土厂拌设备主要有以下几部分:贮料系统、计量系统、搅拌系统、成品料中贮系统、联接各系统的输送设备控制系统等。稳定土厂拌设备的构成如图13
10、3。 图133 稳定土厂拌设备 1砂、石料配料斗 2集料机 3粉料配料斗 4螺旋输送机 5卧式存仓 6搅拌机 7供水系统 8带式上料机 9电器控制柜 10混合料存仓,基本工作过程 稳定土厂拌设备一般采用连续作业式叶桨拌和器进行混合料的强制搅拌。基本工作过程为:分别装入配料斗的各种物料(如石灰、砂石、土壤、粉煤灰等),按配比所需计量后汇集到带式集料机上;同时,存仓中的稳定剂粉料(石灰、水泥等)由螺旋输送机输入计量料斗,经粉料给料机计量后也送至带式集料机上。上述材料然后均由集料机送至搅拌机拌和。搅拌机物料入口上方设有液体喷头,根据各种物料原有含水量喷洒适量的水(或稳定剂),使之满足道路施工需求。搅
11、拌后的成品料稳定土,经带式上料机送至混合料存仓暂时贮存,再由自卸车运往施工现场。 稳定土厂拌设备的主要构成部分如下: (1) 配料机与集料机 配料机由料斗、电子调速皮带称或螺旋称等组成。配料机是一个独立的整体,可根据稳定土配比的实际需要增减其数量。配料机中与精确级配密切相关的是电子调速皮带称或螺旋称。与以前采用的容积式计量方式相比,电子称或螺旋称使计量精度提高了很多, 集料机由槽形带式输送机等组成,其作用是将配料机输出的物料送到搅拌机处。 (2)粉料给料系统 其作用是将粉状稳定剂(石灰、水泥等)按确定的比例连续地供给搅拌机,粉料给料系统由卧式粉料存仓、螺旋输送机及粉料给料机等组成。石灰或水泥在
12、存仓内靠自重下落,经存仓底部的螺旋机构进入螺旋输送机,再送入粉料给料机上方的小斗内。然后,由粉料给料机按调定的比例计量给定出料量。 粉料给料机通常为叶轮式结构,其叶片间的体积是固定的,调整驱动叶轮的调速电动机的转速,就可控制粉料的输送量。,(3) 搅拌机 搅拌机是稳定土厂拌设备核心部分,通常采用密闭的双卧轴强制搅拌机。搅拌时,两搅拌轴相对转动,进入搅拌机的各种物料,在叶桨的强制搅拌下,逐步拌和均匀,并向出料口推进。 搅拌机的拌槽内安装有耐磨的衬板。搅拌叶桨以一定的倾角安装在搅拌轴上,叶桨的倾角不同,可适应不同物料的搅拌。 2.技术与发展 稳定土厂拌设备发展的总趋势如下: 设备大型化:机械化施工
13、设备的配套性要求,促使稳定土厂拌设备的向大型化方向发展。近年市场对稳定土厂拌设备生产率的需求已从前几年的100t/h,上升为300400t/h。目前还有进一步发展到600800t/h的趋势。 结构模块化:可解决大型化所带来的装、拆、吊、运等不利因素,既有利于制造厂生产和产品系列化,又符合公路工程施工的特点。结构模块化是固定式稳定土厂拌设备的必由之路。 扩展拌和范围:稳定土厂拌设备将不仅能拌制稳定土材料,还能拌制各种属于冷拌工艺范围的路面材料。如碾压混凝土、乳化沥青混凝土等。,三、沥青混合料厂拌设备 沥青混合料搅拌设备是一种将不同粒径的骨料和填料按规定的比例掺在一起,用沥青作结合料,在规定的温度
14、下拌和成均匀混合料的专用机械设备。常用的沥青混合料有沥青混凝土、沥青碎石、沥青砂等。 沥青混合料拌和生产的基本特征是:在拌和过程中,必须对拌和材料进行烘干或加热,故称为热拌和。相比之下,稳定土的拌和称为冷拌和。,1。生产工艺流程 a).间歇强制式 b).连续滚筒式 图13.14 常用的沥青混合料生产工艺流程,(1) 间歇式搅拌工艺 间歇式沥青混凝土搅拌设备是传统的沥青搅拌设备,发展较早。作业时,首先将初步计量的冷骨料加入到干燥滚筒内,用逆流式烘干法(热气流的方向与骨料前进方向相反)加热。然后将热骨料提升并筛分,再通过热料仓储存、计量,加入搅拌锅内。加到搅拌锅内的热骨料与按一定比例计量好的矿粉和
15、热沥青拌和,形成沥青混合料产出。这种搅拌出料过程是循环进行的。因而称之为间歇式搅拌。 因为有二次计量,间歇式搅拌工艺能保证集料和沥青获得较高精度级配比例,容易随时改变集料级配及油石比,拌制的沥青混合料性能较好,可满足各类工程的要求。由于有热骨料筛分及计量工序,间歇式搅拌工艺对冷骨料的要求也较低。我国标准JTJ03294规定,高等级道路的沥青混凝土设备必须采用自动计量的间歇式拌合设备。 间歇式工艺的缺点是,搅拌过程中骨料的加热和搅拌完全分开,出料不连续;设备复杂,占地面积大,能耗高,投资较大,对除尘装置要求高 (约占搅拌设备投资的1/31/ 2 ),且搬迁较困难。,间歇强制式沥青混合料搅拌设备的
16、组成 间歇强制式沥青混合料搅拌设备由冷骨料贮仓及配料机、带式输送机、烘干筒、热骨料提升机、热骨料筛分及计量装置、石粉供给及计量装置、沥青供给系统、搅拌器、除尘装置、成品料贮仓和操作控制室等组成,如图135所示。 图135 间歇强制式沥青混合料搅拌设备总体结构 1冷骨料贮仓及给料器 2带式输送机 3除尘装置 4冷骨料烘干筒 5搅拌器 6热骨料提升机 7热骨料筛分及贮仓 8石粉供给及计量装置 9沥青供给系统 10热骨料计量装置 11成品料贮仓,( 2 )连续式搅拌工艺 连续式搅拌工艺有代表性的是连续滚筒式搅拌工艺。 动态计量后的冷骨料和石粉,从搅拌滚筒前部连续进入后,用顺流加热方式烘干、加热,然后
17、在滚筒的后部与连续喷洒动态计量的热态沥青混合,再以跌落搅拌方式搅拌。沥青混合料的生产过程为连续加料,连续出料,故称之为连续式搅拌工艺。 采用连续式搅拌工艺时,冷骨料烘干、加热,及与粉料、沥青的搅拌在同一搅拌滚筒内完成。其工艺流程简化,搅拌设备简单,制造成本和使用费用较低。由于混合料拌制过程基本没有粉尘等漏出,也有利于环保。 由于滚筒式搅拌设备是连续进料、连续搅拌、连续出料,具有较高的生产率。但其配料的计量精度较低。,连续滚筒式搅拌设备主要由冷骨料贮仓、给料器、粉料及沥青供给装置、搅拌流通筒、除尘装置和成品贮仓等组成。如图136所示。 图136 连续滚筒式搅拌设备 1冷骨料贮仓及给料器 2粉料供
18、给装置 3带式输送机 4沥青供给装置 5油石比控制仪 6搅拌滚筒 7除尘装置 8成品料输送机 9成品料贮仓,第二节 沥青混合料摊铺机 一、概述 沥青混合料摊铺机是进行混合料机械化摊铺作业的主要设备。施工时,装有混合料的自卸车将混合料被卸入摊铺机前部料斗内,摊铺机料斗内装置的刮板输送器将沥青混合料陆续刮送至尾部摊铺室内,再由螺旋分料器将物料横向摊开,随着摊铺机推着汽车同步向前缓慢行驶,摊开的混合料被装在摊铺机尾部的振捣器初步捣实,接着被熨平器按摊铺宽度及厚度要求加以整平成型。最后经压路机碾压后就基本完成了路面铺筑,沥青混合料摊铺施工如图137所示。 图137 沥青混合料摊铺施工 1自卸车 2接料
19、斗 3刮板输送器 4发动机 5方向盘 6熨平器升降装置 7调整杆 8压路机 9熨平器 10螺旋摊铺器 11顶推滚轮,二、主要结构与系统 1。总体结构 图138履带式沥青混合料摊铺机总体示意图 1液压独立驱动双排刮板输送器 2液压独立控制闸门 3带吸音罩的发动机 4操纵台 5带差速器和制动器的变速箱 6轴承集中润滑装置 7振捣梁升降液压油缸 8侧臂(牵引杆) 9具有共振振动器和熨平板加热器的振捣熨平装置 10振捣熨平装置伸缩液压油缸 11伸缩振捣熨平装置 12独立液压驱动双排螺旋分料器 13具有橡胶板和永久润滑的履带行走装置,2供料及分料装置 供料及分料装置由料斗、刮板输送器及螺旋分料器构成。
20、料斗在摊铺机前部,由斗底、可折翻的左右两个边斗、后壁等构成。料斗的后壁底部设有出料口;左右边斗的前部各有一块裙板用于防止沥青混合料向前撒漏;边斗下方各有液压缸,在余料不多时可将边斗顶起向内倾翻,使余料滑落到装在送料槽内的刮板上以保证供料。 现代多数大中型摊铺机的刮板输送器是链节上带有刮板的两个平行的链传动装置,由前到后纵向贯通安装于车身底部,由无极变速的液压马达驱动。在向后刮送混合料的过程中,驱动两平行刮板的链条运行速度可相同或不同,以调节送到摊铺机尾部螺旋分料器的混合料数量。,螺旋分料器位于摊铺机后部的摊铺槽内,结构示意如图139所示。该装置横向安装,左右两边的螺旋叶片旋向相反。螺旋分料器旋
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