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1、第三讲摊铺机工作原理1作业程序现代自行式摊铺机的结构总的来说分为两大部分，即前而是主机，也就是牵 引机；后面是熨平装置，也就是工作装置。主机通过大臂牵引熨平装置。自行式摊铺机摊铺作业的程序是这样的:（1）摊铺前根据施工要求设定摊铺宽度、摊铺厚度、摊铺速度及振捣振动等 相关参数。（2）摊铺开始后，摊铺机顶推料车，在基层路而上一边行驶一边将料车上的 混合料接收到料斗内。（3）接收到料斗屮的混合料经刮板输料器输送到主机的后方。（4）输送到主机后方的混合料经螺旋输料器向两侧输送到整个熨平装置的前 边。（5）熨平装置在主机牵引下向前行进，将混合料熨平夯实，形成平整密实的 摊铺层，供压路机进一步压实成形。
2、（6）在摊铺作业过程屮进行自动或手动控制，确保摊铺层达到施工要求的宽 度、厚度、横坡度和压实度。摊铺完一辆料车的混合料就是一个作业循环，每个作业循环紧密的连接，就 形成了基本上的连续供料，从而进一步实现连续摊铺。连续摊铺对路而平整度大 有好处。如果采用物料转运车给摊铺机供料，就能实现真正的连续供料。物料转 运车行进在料车和摊铺机之间，顶推料车，不与摊铺机直接接触。工作时，物料 转运车将从料车接收的混合料传送到高处，不间断的落入摊铺机料斗，供摊铺机 刮板输料器输送。2 工作原理平整度是评定路面质量的重要指标之一。用摊铺机摊铺路面的平整度与熨平 装置在摊铺作业屮处于怎样的受力状态有着直接的关系。熨
3、平装置的受力与其在摊铺机主机上的悬挂方式及几何尺寸有关。几乎所冇 的口行式摊铺机，熨平装置都是这样悬挂在主机上的：熨平装置左右两侧牵引臂 的前端与主机左右两侧屮部的支承件饺接；主机后侧板与其后而的熨平装置主体 之间通过两个液压缸连接。操纵液压缸使活塞杆伸缩，可使熨平装置绕着牵引臂 前端较点（拖点）摆动，实现熨平装置的降低或升高。根据液压缸在摊铺作业屮 的工作状态的不同，摊铺机的工作原理可分为两种，即强制摊铺工作原理和浮动 摊铺工作原理。如果液压缸上下两腔屮的油液都被封死，活塞杆被锁定在一定的位置上，则 熨平装置、主机及液压缸三者组成失去运动的刚性构架，连在熨平装置框架下面 的熨平板被强迫控制在
4、摊铺厚度所要求的离地高度上。这样进行摊铺的话，就是 强制摊铺。这种摊铺工作原理称为强制摊铺工作原理。按照强制摊铺工作原理铺 设路面时，由丁熨平装置与主机呈刚性连接在一起，如果摊铺机行驶在凹凸不平 的基层上，熨平板就被翘高或压低，铺设的路而就随基层的不平而同步突然增厚 或减薄。因此，摊铺出的路面平整度对基层平整度的依赖性很大，一般是基层平 整度（公路工程质量检验评定标准规定8mm15mm/3m直尺）的0.51.5倍（由 摊铺机轴距及熨平装置后悬尺寸决定），路面严重不平。所以，使用摊铺机摊铺 路面一般都不采用强制摊铺。但是，强制摊铺并不是一无是处，一点也不采用。 在基层平整度好的情况下，短距离摊铺
5、（一般十几米以内）也常使用。女ii：每天 摊铺头一车沥青混合料时，由于热料经刮板和螺旋输送后温度降低，熨平板虽经 予热温度也不太高，采用浮动摊铺往往厚度偏薄。这时，开始十几米内采用强制 摊铺较好。再如：为防止停机后再摊铺时岀现路而不平整现彖，摊铺机采取防爬 升措施，就是应用了强制摊铺，延时儿秒钟后再改用浮动摊铺。如果液压缸上下两腔屮的油液都与液压油箱相通，活塞杆受到外力作用可以 自出伸缩，则熨平装置、主机及液压缸三者组成以液压缸为移动幅的熨平装置摆 动机构。摊铺机作业时，主机行驶在基层上，通过大臂的而较点拖拽着飘浮在物 料流屮的熨平装置一起运行，在熨平板的下而形成具冇一定厚度的摊铺层。这就 是
6、摊铺机的浮动摊铺工作过程。这样进行摊铺的话，就是浮动摊铺。这种摊铺工 作原理称为浮动摊铺工作原理。按照浮动摊铺工作原理铺设路面吋，处于浮动状 态的熨平装置受到主机的牵引力f、熨平装置的重力g、物料阻抗熨平装置前进 的移动阻力y、物料对熨平板的摩擦阻力t、物料对熨平装置的支承反力n、螺 旋输料器对熨平装置的回转力x、振捣器及振动器的夯击反力q这些力的作用, 处于动力平衡状态，飘浮在一定的离地高度上。这时，熨平装置的收料部分（护 板、振捣头、熨平板底板等）就产生了一个稳定的吞料高度和吞料高差（吞料口上 沿高度与熨平板底板后沿的高度差），被吞进的物料全部经予压实从熨平板底板 后沿抹出，熨平板底板也就
7、门然形成了一个与路面的夹角，称为仰角，常用来表 述摊铺机的工作原理和熨平装置的受力状态。每一种型号的摊铺机，在不同的摊 铺作业条件下，都对应着各种不同的仰角。在相同的摊铺作业条件下（即发动机 转速、摊铺速度、物料种类、物料温度等等相同时），摊铺厚度不同，仰角的差 异很小。可以认为，摊铺作业条件相同时仰角不随摊铺厚度的改变而变化。这是 口动调平工作原理的理论基础。在浮动摊铺过程屮，仰角却是在不断地变化着的。仰角变化对平整度十分不 利，引起仰角变化的原因有以下两个方面：第一、大臂前较点高度发生变化。如果基层凹凸不平，平整度差，摊铺机行 驶在这样的基层上，车轮（或履带）受到地面的阶跃干扰后，大臂前较
8、点将绕着 熨平板后沿摆动，即跟随主机车轮（或履带）升降而升降，升降量约等于车轮（或 履带）升降量的二分z （因大臂前饺点约在前后桥或履带接地长度的屮部）， 从而改变了熨平板的仰角。熨平板仰角发生变化后，吞料高度（吞料量）也就发生 变化。这样就破坏了原来的动力平衡，混合料对熨平装置的支承反力必然发生变 化。熨平装置在变化中的支承反力作用下，绕着大臂前较点向上或向下摆动（也 就是跟随大臂前较点上卜移动），一直到恢复原來的仰角为止，飘浮在新的离地 高度上，又处于动力平衡状态，从而改变了摊铺厚度。大臂前饺点上升，仰角变 大，摊铺层增厚；前较点下降，仰角变小，摊铺层减薄。结果造成摊铺的路面不 平整。由于
9、采用了浮动摊铺，摊铺机摊铺的路面并不会再现原路基的不平整波形, 而是减弱了原路基的波形，使摊铺层的平整度比原路基好，波幅能减弱30%左 右，这就是摊铺机的口调平能力。因此，分层摊铺能提高平整度。但是，高等级 公路对平整度的要求不断捉高，即使采用分层摊铺的方法，摊铺机的自调平能力 也难以达到平整度要求。在摊铺过程中，当熨平板仰角受到因大臂前较点高度发 生变化而变化吋，尽管车轮（或履带）已驶入凹凸不平处，如果能有效地控制住 熨平板仰角，使其能尽快恢复到原來的仰角值，熨平装置尽快回位飘浮在原來的 离地高度上，保持原來的摊铺厚度，那么摊铺的路面就平整了，这就是摊铺机的 自动调平功能。摊铺机的自动调平功
10、能靠自动调平系统来实现。第二、物料阻力发生变化。如果发动机转速、摊铺速度、熨平板前面的堆料 量、刮板输料器输料量均匀性、螺旋输料器输料量均匀性、振捣器工作平稳性、 振动器工作平稳性、振捣振动叠加周期、摊铺厚度、物料种类（级配）、物料温 度、料斗内物料增减、料车供料量、料车刹车程度等等摊铺作业条件发生变化, 都会造成某些或某个力发生变化（当然影响的程度不一样），也会破坏原来的动 力平衡，物料对熨平装置的支承反力也必然发生变化。熨平装置在变化屮的支承 反力作用下，绕着大臂前较点向上或向下摆动，快速改变熨平板高度，一直到熨 平装置处于新的动力平衡状态为止。此时，熨平装置飘浮在新的离地高度上，出 现了
11、该摊铺状态下的新的熨平板仰角，结果改变了摊铺厚度，造成摊铺层出现凸 台，路面很不平整。此时如果仍能有效地控制住熨平板仰角，使其能尽快恢复到 原来的仰角值，熨平装置尽快冋位飘浮在原来的离地高度上，保持原来的摊铺厚 度，那么摊铺的路面就平整了，但已出现的凸台无法消失。所以，在摊铺过程中 应当尽量避免或快速排除造成物料阻力发生变化的因素，并用口动调平系统來保 障摊铺路而的平整度。对于在浮动摊铺情况下，路面厚度的变化规律，专家们曾从不同的方面进行 过论证。代表性的结论是在熨平装置所受的來自混合料的阻力及摊铺速度不变的前提下，拖点受到阶 跃形干扰时（或该点作垂直阶跃运动），浮动熨平板的运动轨迹是一条对数
12、曲线, 从其后沿下成形的摊铺层表而纵向曲线也是一条对数曲线。其数学表达式是： y=l_e x l式屮，y-从干扰开始到摊铺距离x后，熨平板的垂直位置相当于原阶跃干扰值 的百分数；x-fl阶跃始端的摊铺距离；l-牵引臂长度，指牵引臂拖点到熨平板后沿的距离。由上式计算可知，摊铺一倍牵引臂t的距离后，摊铺路面的标高可达到阶跃 干扰后新水平的63.2%,二倍牵引臂长后为86.5%,三倍牵引臂长后为95.02%, 四倍牵引臂长后为98.17%o如果拖点受到止弦波形干扰，波长15.24m,牵引臂长2.44m。那么摊铺层表 而的波幅是原干扰波的70.7%o上面论证的前提条件是： 摊铺路面厚度的变化只限于拖点
13、受到地面的不平而产生的阶跃形干扰； 熨平装置所受來自混合料的阻力不发生变化； 在推导公式时，假定熨平板后沿变化前、变化后及拖点变化后的位移点处 在一条直线上。这些显然与实际情况不完全相符。实际上，熨平板的运动轨迹除了受拖点阶跃形干扰外，还有来自混合料阻力 的影响；阶跃形干扰路段的长度一般也不会超过一倍牵引臂长；拖点变化后的位 移点与熨平板后沿变化前后的位移点很难巧合在一条直线上。但是，上面的论证 已清楚地证明了，因摊铺作业条件或路况条件变化而引起摊铺路面厚度发生变化 时，浮动摊铺不彖强制摊铺那样熨平板后沿高程随外界条件同步变化，而是滞后 变化；不是阶跃突变，而是缓和渐变。从而说明了浮动摊铺的自
14、调平能力（指减 弱路基波的能力）比强制摊铺好。所以，使用摊铺机摊铺路面一般都是采用浮动 摊铺，路面的平整度比强制摊铺的平整度好得多。那么，更确切地表述在浮动摊铺情况下路面厚度的变化规律，即熨平板后沿 的运动轨迹时，就应当既考虑拖点阶跃形干扰，又考虑混合料阻力变化。二者对 熨平装置的影响都是通过改变熨平板的仰角而改变混合料对熨平装置的支承反 力。熨平装置在不断变化的支承反力作用下，绕着拖点作加（减）速运动。结果， 摊铺机向前行进中，熨平板后沿就画出了一条连续的曲线。这条曲线的数学表达 式还冇待于进一步研究。3 仰角的形成无论在牵引臂与主机的连接尺寸设计、熨平装置的机械调厚机构设计及熨平 装置的护
15、板设计中，还是在确定摊铺机最人摊铺厚度、确定人臂前较点位置及确 定调平油缸行程时，仰角的大小都是重要的设计依据。摊铺机出厂而需调整出厂 仰角；摊铺作业前需调整初始仰角；摊铺作业屮改变摊铺厚度需调整仰角；自动 调平装置控制的是仰角；发动机转速控制、摊铺速度恒速控制、均匀输料控制、 振捣频率比例控制等等，控制的也都是仰角。仰角还是阐述摊铺机浮动摊铺工作 原理的重要因索。因此，仰角对于摊铺机设计和摊铺机使用至关重要。如果设计 的止确，使用的合理，摊铺的路面就平整。摊铺机摊铺作业时，熨平装置是处在动力平衡浮动状态下工作的，如图1 所示。主机行驶在基层上，通过大臂的前较点拖拽着熨平装置一起运行，熨平装
16、置飘浮在物料流上。此吋，熨平装置受到主机的牵引力f、自身的重力g、物料 的移动阻力y、物料的摩擦阻力t、物料的支承反力n、螺旋输料器的回转力x、 振捣器及振动器的夯击反力q这些力的作用，处于动力平衡状态，且飘浮在一 定的离地高度上。这时，熨平装置的扌当料斜板、振捣头、底板和基层地而形成一 个收料口，产生一个稳定的收料高度h （扌当料斜板上沿的离地高度）、出料高度 h （底板后沿的离地高度）和收出料高差ah （h-h之差），被收进的物料全部经 挤压夯实后从底板后沿抹出，成为具有一定厚度的平整密实的摊铺层。出于收料 口的上顶面由仰角组件（即挡料斜板、振捣头和底板）组合而成，它们又有各口 特殊的形状
17、和尺寸，挡料斜板、振捣头和底板就与基层地而z间自然而然地形成 了各自不同的夹角。其中底板与基层地面的夹角a比较直观，最先被人们认知， 称之为仰角，常用来表述摊铺机的浮动摊铺工作原理和熨平装置的受力状态。经 过对大中型摊铺机实测，摊铺沥青混凝十.一般仰角0.6。2。，摊铺稳定土仰角 可增大到4。o由此可知，仰角是摊铺机浮动摊铺作业时熨平板底板与基层地而z间客观形 成的夹角。这个夹角的大小决定于熨平装置的结构设计，即收料口上顶面的构造、 形状和尺寸。组成收料口上顶而的仰角组件有各种组合方式，冇挡料斜板、振捣 头和底板组合，有振捣头和底板组合，有扌当料斜板和底板组合。对于每种组合方 式，挡料斜板的倾斜角、振捣头的倒角以及它们的几何尺寸还有多种设计。然而 一旦确定了仰角组件的组合、形状和尺寸后，也
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