高等级公路建设的蓬勃发展使沥青路面的机械化施工水平越来越高,对机械的可靠性、经济性也提出了更高的要求。路面施工中沥青混凝土
摊铺机的地位举足轻重。因此,要保证精品工程必须选用技术性能优越、可靠性、经济性好的沥青混凝土摊铺机。中国的沥青混凝土摊铺机经过十几年的发展,通过引进技术、消化吸收,无论在生产规模和产品质量上都得到了长足的进步,但是与国外主要摊铺机生产商相比,在产品的技术性能、可靠性和先进性等方面都存在相当大的差距。因此为了保证路面的施工工期和施工质量,国内许多工程项目特别是高速公路建设项目都不得不进口沥青摊铺机。但是,由于摊铺机是技术含量比较高的施工机械,许多进口设备的决策者对国外沥青混凝土摊铺机的基本产品结构、技术性能缺乏必要的了解,不能根据实际工程需要有针对性地选购摊铺机,造成购进的摊铺机不能满足国内的施工需要,达不到预期目标,同时也造成了很大的浪费。加之进口摊铺机是一项综合性的工作,从项目可行性研究论证到比较选型、购买以及验收、技术经济分析都需要广博的知识。鉴于中国加入WTO后中国对进口
工程机械产品关税下调,同时国家加大对基础设施的投入引发的第二次公路建设高潮,都必将使沥青混凝土摊铺机的进口量在现有基础上大量增加,因此探讨沥青混凝土摊铺机的选型技术就显得尤为迫切。
1 机械技术指标分析
1.1 适用性
鉴于中国目前的国情,有些不负责任的摊铺机销售商在推销产品时往往强调他们产品的适用性非常强,他们常常会向用户介绍他的产品既能摊铺沥青面层,同时对稳定土的摊铺作业也能胜任。实际上进口的多功能摊铺机很少能做到两全其美,因为从中国现有的施工情况看,摊铺沥青混合料和基层稳定材料对摊铺机的要求有很大差别,所以用户在选型前要搞清楚的一个首要问题是:所要购进的摊铺机主要用于一般公路的摊铺作业,还是用于高等级公路的路面摊铺作业;是侧重于摊铺稳定土还是沥青混合料,这种考虑主要是基于以下几个方面的原因:
(1)良好的沥青面层摊铺质量要求的沥青摊铺各元件非常精密,特别是对熨平板、自动找平系统要求较高,而一旦摊铺机摊铺基层稳定材料,熨平板、供料系会产生非常大的磨损,如果这种摊铺机用于摊铺沥青面层,实际面层的施工质量很难保证。
(2)摊铺基层稳定材料和摊铺沥青混合料时摊铺机需要的地面附着力有很大差别。为此,许多厂商就采取了一些新型的行走机构来解决这个问题:如德国
ABG公司生产的摊铺机采用CAT D-3技术加工的特制履带;德国DEMAG公司生产的摊铺机采用高架链轮技术来增加与地面的附着力,没有采取此类措施的摊铺机在进行大宽度(大于9 m)、大厚度(大于15 cm)的基层稳定材料的摊铺作业时牵引力就会稍显不足。
(3)据有关资料介绍,摊铺机在从事基层稳定材料摊铺作业时的负荷一般要比摊铺沥青混合料时大30%~40%,单位时间内机械各方面的磨损要严重得多(对于新机更应尽量避免基层稳定材料的摊铺作业),对机械的重要部件如发动机、熨平板、电气控制等部件造成极大的损伤,严重降低机械的有效使用寿命对用户来说,用这种精密的机械从事基层稳定材料的摊铺作业,从经济上也不划算。
(4)从摊铺机的功率分配上讲,虽然国外进口的大部分沥青混凝土摊铺机能胜任短期的超负荷作业(如摊铺水泥稳定碎石等),但这也只能是权宜之计,长此以往,必然会出现机械故障或不能满足碎石的摊铺要求,这从沥青混凝土摊铺机液压系统的设计和配置上讲也是在所难免的。
1.2 可靠性与维修性
客观地讲,国外的ABG、VO¨GELE、DYNAPAC等摊铺机总体可靠性还是比较高的,但具体到中国的
施工环境和施工要求,在使用中往往会出现一些问题,其中除了很少一部分问题外,大量工程实践表明这些问题的出现都是由于使用不当造成的,如ABG摊铺机在摊铺稳定碎石时易出现螺旋分料器驱动链条断裂故障,大多数情况下这是由于ABG摊铺机为了尽量减小混合料的离析现象,螺旋的直径大且转速高,也即是说ABG摊铺机的供料能力非常强(这一点在选型时非常重要),而如果混合料拌和过程中对集料的控制不够严格,其中较大的不规则石块对螺旋叶片造成冲击导致负荷突然增加就会出现链条断裂。如果加强对混合料拌和质量的控制,特别是努力提高我国的集料整体生产水平,就会使此类故障的故障率大大减少。
1.3 生产率
1.3.1 理论生产率和实际施工生产率要求
理论生产率设计计算公式
Q=hBvpρkb
式中:Q—生产率,t/h;
h—摊铺层厚度,m;
B—摊铺宽度,m;
vp—摊铺速度,m/h;
ρ—摊铺混合料的密度,t/m3;
kb—时间利用系数,kb=0.75~0.95。
以中国目前使用较多的配备机械拼装式熨平板的摊铺机摊铺沥青混合料为例:摊铺宽度设为12 m,厚度100 mm,摊铺速度5 m/min(实际施工时很少能达到此工作速度),计算生产率仅为750 t/h,而实际这种摊铺机的最大理论生产率都在800 t/h左右,从设计讲完全能满足使用要求;另外由于中国现有的沥青混合料供料能力也很少能超过400 t/h,因此根本没必要盲目追求大的生产率,只要大于700 t/h即可,但是摊铺基层稳定材料则需要摊铺机的生产率大一些。
1.3.2 摊铺宽度和摊铺厚度
由于中国有关摊铺机进口政策的影响,导致大于10 m的摊铺机大量进口,进口的沥青摊铺机宽度频频刷新记录,现进口到中国的摊铺机最大摊铺宽度已达16 m。德国和美国的一些进口摊铺机生产商和供应商曾多次向中国声明,这种宽幅的摊铺机是应中国要求专门特制生产的,在欧洲和美国是不用的,并声称由于采用这种宽幅摊铺机造成施工质量不好,厂方不负责任。在国外,摊铺机的摊铺宽度一般都有所限制,如日本通常限制摊铺宽度7 m,单向双车道高速公路包括硬路肩均采用两台摊铺机铺筑,并要求采用双振动方式;美国摊铺宽度基本上只有一个车道的宽度,即3.5m~4 m。在中国有些单位为了迎合施工招投标文件的要求,采用全幅摊铺来提高平整度,其实这种理解是错误的,这主要是因为:
(1)摊铺宽度大,螺旋分料器运送混合料距离过长,不可避免地会造成粗细集料的离析,路面的施工质量难以保证,造成路面早期损坏。
(2)由于摊铺机的重量和功率是一定的,摊铺宽度越大,平均到混合料层上的压力、振捣力越小,混合料的铺筑初压实度越小。在窄幅摊铺时,大多数进口的摊铺机经过双振捣方式(或者带有单振捣和高强压实梁组合的熨平板)的摊铺面,初压实度可以达到90%以上,在为保证良好的平整度打下坚实基础的同时也可减小压路机的碾压工作量。而宽幅摊铺的摊铺初压实度小,重型压路机不能紧跟摊铺机碾压,轻型压路机初压反而容易产生推拥,严重影响平整度,混合料降温也快,压实度也受到影响,所以宽幅摊铺非但不能提高平整度反而会影响平整度和压实度。
(3)宽幅摊铺机的摊铺面表面上看上去很平整,实际上边缘部分与中间部分的压实程度是不一样的,边缘压下去多,实际上是不平整的,即横向平整度也难保证。
事实证明:两台摊铺机进行梯队作业接缝很容易调整解决,相反宽幅摊铺的摊铺面倒经常可见有不少的离析印痕存在。因此选择摊铺机时不要盲目追求摊铺宽度,此性能指标不是影响机械整体性能的主要参数。随着中国沥青路面施工规范的逐步修订完善,大摊铺宽度的摊铺机必定会在中国施工现场消失,从而不再成为困挠广大工程技术人员的难题。
对摊铺厚度来说,一般的进口摊铺机的摊铺厚度都在0~300 mm,也有极少数摊铺机(如德国的VO¨
GELE 1800型、ABG Titan525型等)达到400 mm。从上述关于摊铺宽度与预压实度的关系分析可知,摊铺厚度大(大于250 mm)的工况仅用于基层稳定材料的摊铺,在这种摊铺厚度下施工预压实度很小,施工层的平整度和压实度根本无法保证,因此,用户在选择摊铺机时完全没有必要对摊铺厚度作太高的要求,从目前中国的施工规范看,只要摊铺厚度0~300 mm就完全能满足施工要求。
1.4 技术先进性
由于机电液一体化技术在摊铺机上的广泛运用,电控系统已成为衡量摊铺机是否先进的一个重要标志。新一代微机控制的高精度、高性能全自动摊铺机必将成为现实,国外主要摊铺机公司早已着手这方面的研究开发工作,如ABG 525摊铺机采用的全电子摊铺机管理系统(简称为EPM系统)、新型DANYPAC摊铺机采用液晶显示屏技术和故障自动诊断系统就说明了这一发展趋势。
但笔者个人认为:鉴于中国目前的国情,上述有些功能可能显得有点华而不实,并且也不完全适合中的国情。实际上只要机械传动件(特别是传动件的耐磨性、可靠性)和液压件的质量有保证,对电控系统中的几条先进的自动找平控制系统和行走控制系统要予以保证外,其它方面则没必要作太高的要求。
2 摊铺机使用性能评价和关键部件的选型
2.1 摊铺机使用性能评价内容
了解摊铺机的使用性能评价内容有助于用户在摊铺机选型时有针对性地把握影响路面摊铺质量的重要因素,适当剔除次要因素,结合使用要求,权衡利弊,对所考察的摊铺机进行用前评价,从而更好地满足施工的需要。摊铺机使用性能评价包括以下内容:
(1)摊铺路面的平整度和几何形状的准确性
摊铺面平整度应达到纵向±2 mm(4 m直尺),横向±0.01%,这主要与摊铺机的熨平板和自动找平系统的工作性能有关,也与使用中摊铺机运行参数的调整有很大关系。
(2)摊铺路面的预压实度及其均匀性
摊铺后的路面,可测量出整个路面的预压实度和平均预压实度,但也要注意路面摊铺横向预压实度的均匀性,这主要与路基的强度和平整状况有关。在路基(或基层)条件较差的情况下,如果选用的履带式摊铺机具有较长的履带接地长度,接地面积大,比压小,就会对不平整的路基适应性好,可以进行高质量的摊铺;对轮胎式摊铺机而言,前转向轮应有同步与差速控制功能的独立液压驱动机构,它能使前轮既驱动又转向,可在摊铺作业时提高牵引力,有效防止摊铺机在较差的路基上打滑而影响摊铺质量。如果在选型时没能考虑到上述因素,就会影响到摊铺路面的预压实度及其均匀性。预压实度的大小则与摊铺宽度、摊铺厚度以及熨平板的振捣梁、振动器或高强夯的工作能力有很大关系。
(3)摊铺作业过程中是否出现离析,这种现象的产生与熨平板的结构(包括螺旋分料器)以及参数的选择有很大关系,超过8 m易离析。
由以上沥青摊铺机使用性能评价内容可知:进行摊铺机比较选型时,在熨平板、供料系统和自动找平系统上多花点心思是非常必要的。
2.2 根据摊铺机使用性能评价内容选择关键部件
(1)供料系统
摊铺机供料系统的驱动功率占发动机总功率的60%左右,由此可知其重要性。具体来说,选型时对刮板输送器应重点考察刮板的宽度、间距、耐磨性、刮板与大链条的联接方式是否可靠及驱动功率(主要看液压马达的排量)。对螺旋分料器应着重考察叶片大小和驱动功率是否匹配、叶片耐磨程度、螺旋转速及其驱动功率,特别是要考虑螺旋分料器的结构是否易导致混合料离析,看混合料在“料槽”内的流动是否顺畅。
瑞典DYNAPAC生产的熨平板中螺旋分料器是由边端的液压马达直接驱动,因此可通过液压马达的正反方向旋转来实现螺旋分料器不同方向的旋转,配合不同形式的螺旋分料器使得螺旋分料器料槽内的混合料向两边集中或推向左右单边;这种结构可适应多种摊铺作业的要求,也扩大了其应用范围,并且加长熨平板时也比较方便;更为可贵的是在料槽内不会出现导致混合料离析的阻料现象,这是摊铺机设计中独特、新颖的地方,与其它摊铺机的供料系统相比,这样的设计更容易保证路面的摊铺质量。
在工程施工中,要保证摊铺的平整度、均匀的预压实度和料槽内料位高度的稳定也是非常重要的,因此必须选择性能良好的料位器,由于机械式料位器粘料后反映料位不准确,超声波料位器应是最佳选择。
(2)熨平板
熨平板是摊铺机的关键部件,它直接关系到摊铺路面的质量,机械加长是传统的结构形式,近年来为克服其拆装比较麻烦的缺点,在快速连接和拆开的机构方面作了许多改进。由于其整体刚度要求高,在进行宽幅摊铺时与液压伸缩式熨平板相比还是具有优越性的,因此考虑摊铺稳定材料和宽幅摊铺,还是选择机械拼装式熨平板为好;但液压伸缩熨平板具有安装、调整方便的特点,适合在摊铺宽度多变的场合使用,一般市政工程和高速公路的养护工程上运用较多。
为了提高预压实度,厂家开发研制了各种形式的高效强力压实熨平板,有双夯锤和平板振动器组合型的,也有单夯锤和高强夯组合型的,这些结构的熨平板在多种工况下预压实度都能达到90%以上,这在目前施工机械配套能力不足的情况下是比较适合中国国情的。
(3)自动找平系统
主要应考虑:找平精度、配备的电器元件的质量和配套厂家、配备的找平装置基准类型、控制装置的方式。德国的VO¨GELE、美国的BLAW-KNOX和意大利的MARINI公司的自动找平装置为自行开发研制的,其它绝大多数均是向美国或瑞典专业电器生产厂家购置自找平的电传感元件,控制的精度和灵敏性均可满足高速公路的平整度和路面的几何形状要求。此外,采用多探头超声波数字控制找平技术的自动找平装置也是一种不错的选择。
3 结语
(1)要求摊铺机同时摊铺基层稳定材料和沥青面层都达到良好的效果是不现实的,只能根据使用要求有针对性、有侧重点地进行选择。
(2)对摊铺机的生产率、摊铺宽度、摊铺厚度和技术先进性不必有太高的要求,只要基本能达到使用要求,片面追求摊铺宽度、摊铺厚度和技术先进性的做法无疑是极不明智的。
(3)为保证良好的摊铺性能,对供料系、熨平板(包括螺旋分料器),既要防止混合料离析,又要保证良好的初压实度,这比较适合中国目前的基本国情。
