沥青混凝土路面的平整度因反应路面的舒适性和工程质量水平的高低,从而越来越受到各方的关注。文中通过沥青混合料摊铺机熨平和平整度的工作原理、基准面设置和传感器的调整来阐述沥青面层平整度的控制。
1 沥青混合料摊铺机的熨平工作原理
沥青混合料摊铺机的熨平装置均为浮动式,即熨平装置通过左右两牵引大臂,借助于液压油缸铰接于主机架的两侧,构成一幅悬挂装置。熨平装置放置在道路的铺层上,由主机通过左右牵引大臂,拖着沿道路铺筑层向前浮移,同时熨平装置还可绕液压油缸处的牵引枢铰上下运动,并由此引起工作迎角的变化,而熨平装置工作迎角大小的改变将导致铺层厚度的变化;此外熨平板的前端还铰接于牵引大臂的后部,因此还可通过摊铺厚度调节器使熨平装置绕枢铰上下摆动,主要是基于浮动熨平装置在工作系统中作用力的“平衡—不平衡—平衡”这一规律。
由于熨平装置处于完全浮动状态,通过长牵引大臂的作用,而将原路基层(路面下层)的不平整度大大减小,如果经过多层的摊铺,下承层原有的不平整将呈现出按平方的关系递减。这就是浮动熨平板装置自动调平工作原理和具体操作过程。基于这一原理,浮动熨平板移动轨迹使下承层的起伏波趋于平缓,起到一定的“滤波作用”。浮动熨平板的这种“滤波”作用,即称为浮动熨平板的自动调平特性。它随摊铺机结构、类型的不同而异,一般情况下轮式摊铺机优于履带式。
浮动熨平板滤波作用强弱,与牵引大臂长度有关,即牵引臂越长滤波作用越强。但实际上,摊铺机整体结构长度不可能过长,经过理论设计和实际验证,一般将牵引大臂长度L和熨平装置长度B之比为5左右,滤波还与边界的干扰有关,在摊铺速度和混合料数量等因素不变的情况下,下基层的起伏波是主要干扰因素,下承层的起伏波越小,浮动熨平板的滤波作用越强,下承层起伏波越长,浮动熨平板的滤波作用越弱,当波长增到一定值时(波长大于牵引长度的5倍时),滤波作用将完全消失。
2 对熨平工作设置必要的调节
摊铺机的浮动式熨平板虽然对下承层起到一定作用,但由于这种功能的不完善,并有一定的局限性,必须对熨平装置设置必要的调节机构;这种调节机构有人工手动调节和自动调平装置两种,人工手动调节机构是转动调节手轮,通过螺旋杆传动改变熨平板的工作迎角来跟踪熨平板牵引点的高度位置变化,其效果很大程度上取决于操作者的经验和熟练程度,往往因经验不足熨平板反应滞后等原因,无法满足铺层平整度的要求。故需借助于自动调平装置对浮动熨平板自动调平功能做进一步补充,才能使铺层达到很好的平整度。
自动平整度控制系统是根据检测到的偏差信号来进行调整的,如果检测到的偏差信号不准确,系统本身控制精度再高也达不到自动调节的目的,自动调节装置一般由纵向参照基准、纵向调平装置和横向调平装置组成。纵向参考基准是整个系统的参照基准,对整个系统控制精度有着重要意义。基准分为两大类,即绝对基准和相对基准。基准线钢丝法是绝对基准,它不受高程的变化,是一种理想的基准方式,但使用不变,在要求摊铺平整度高时采用。浮动基准梁法和雪橇法是相对基准,它是借助已铺好的路面、路缘石等。摊铺机的纵横向调平装置由传感信号、指令控制、终端执行机构3部分组成。
现行规范要求用于铺筑高速公路、一级公路沥青混凝土路面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,在自动找平时,中、下面层宜采用一侧钢丝绳引导的高程控制方式,表面层宜采用与摊铺层前后保持相同高差的雪橇式摊铺厚度控制方式。但这不是绝对的找平方式。
3 纵向参照基准的设置
以铺好相邻带路面或路缘石作基准时大多采用滑板作接触件,如纵向是冷接缝时滑板应置于距边缘30 cm~40 cm,是热接缝时滑板置于未碾压的边缘处。采用以雪橇式控制摊铺厚度的方式,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铺层上,下一层的许多不平整因素被梁体结构分解,缩小若干倍,使传感器得到一个稳定的波动幅度较小的信号。在平整度较好的情况下,走雪橇的方法显然优于钢丝绳法。在高等级公路施工中,底基层、基层、下面层用基准绳法,当高程误差已相对消除时,对于中、上面层可采用悬浮式基准梁等厚度控制方式。浮动基准梁的结构可归纳为两种方式:一种称拖杆(或拖杠、拖梁),另一种称为拖架。拖杆是1根长7 m~8 m的金属杆,复杂一点的在金属杆有几个橡皮轮或小滑靴,它仅能把下承层上比拖杆短的起伏波均化(拉长)而不能消除,所以仅能使摊铺层的平整度略为改善,起伏的绝对值并未减小。而由数根杆件结合架起形成一定高度的拖架,则既能拉长下承层起伏波,又能减少波幅。其原理是:路面结构的下承层都有许多不平整度因素,摊铺机在下承层上行走,将使传感器上下波动,造成摊铺层的不平整。拖架基准是采用杠杆原理,将下承层的不平整度起伏经过多次分解后传至摊铺机传感器时已缩小若干倍,使传感器得到一个相对稳定或波动幅度较小的控制信号,以达到稳定摊铺的目的。拖架主要由4部分组成:1)前着地部分(轮式或雪橇板);2)后着地部分(一般2组雪撬板);3)前后连接梁;4)牵引横梁。前着地部分位熨平板前,长度3 m~4 m,由4个轮子组成,当1个轮子有不平整度出现时,传到前端的只有高程变化的1/8,到传感器时只有1/16甚至更小,若遇到1颗粒径2 cm的石子,即到传感器时只有1 mm~1.2 mm。拖架的长度一般是10 m~12 m,现在已有的长16 m,也有的长19 m,要求拖架要轻,刚度要大,不变形。当2台摊铺机梯形作业时,前台可用2个拖架基准梁,后台可用1个拖架,靠近中间的一侧可采用滑板找平。
4 纵横向传感器的安置及使用的调整
纵向传感器的安装位置一般在牵引点或牵引点与熨平板之间。在安装后要将它调整在其“死区”的中心位置,在调整时,牵引臂锁销应置于工作位置,即要将铰销锁住。横向传感器“死区”通常在±0.2%~±0.02%之间,纵向传感器“死区”调整到栅臂端头动作上下1.5 mm~0.5 mm以内,油缸尚未工作为宜,此时工作指示灯不亮(纵横向传感器均应按说明书规定值调整“死区”范围,一般在工厂已调好,不必再调整,只需检查是否与规定值相符)。调好后,拨出牵引臂锁销,将传感器的工作选择开关拨到“工作”位置,此后接上电线,打开电源开关进行10 min预热,然后在自动调平装置不工作的情况下,进行10 m~15 m距离的试摊铺,并检查调整下列项目:1)厚度是否符合要求。2)传感器是否仍处于中心位置(其工作指示灯不亮)。3)左右牵引臂铰接点高度是否一致。4)油缸行程是否处于中间位置。完成上述工作后,纵横向传感器工作开关拔到“工作”位置,即让调平装置开始工作。停止作业时,应先断开自动调平系统开关,使调整油缸处于静止位置。
