四輥軸式混凝土整平機的研制與應(yīng)用

四輥軸式混凝土整平機的研制與應(yīng)用

目前，我國水泥混凝土地板的建設(shè)除一些高標準采用大型滑動撒布機外，還受技術(shù)規(guī)模、場地和經(jīng)濟條件的限制，主要采用三輥軸混凝土填充機（三輥軸預(yù)緊機）或動態(tài)梁配合箱形尾撐箱及其他小型建筑機械，用于混凝土地板的支撐、振動、研磨和砂漿提升。與振動梁相比三輥軸整平機具有施工效率高、節(jié)省人力等優(yōu)點;而與大型滑模式攤鋪機相比,又具有結(jié)構(gòu)簡單,操作簡便、價格低廉的優(yōu)勢,因此深受施工單位的歡迎,在越來越多的水泥混凝土路面施工中得到應(yīng)用。但三輥軸整平機的攤鋪與振實功能,由一只輥筒來完成,無法兼顧攤鋪與振實所需的輥筒轉(zhuǎn)速,導(dǎo)致振動頻率過低(僅5～6Hz),因此,振實效果差,并且其攤鋪能力也較弱。為克服三輥軸整平機的不足,我們在原來三輥軸整平機的基礎(chǔ)上,研制開發(fā)了四輥軸式混凝土整平機(簡稱四輥軸整平機),不僅解決了三輥軸整平機振實效果差的問題,并且提高了整平機的攤鋪功能,進一步提高了施工效率和施工質(zhì)量。經(jīng)國內(nèi)眾多施工單位現(xiàn)場使用,其效果良好。1國家混凝土堆鋪輥與激振輥之間的旋轉(zhuǎn)設(shè)計四輥軸整平機,即整機具有前行走輥、后行走輥、攤鋪輥、激振輥等四輥,其中攤鋪輥與激振輥為同軸結(jié)構(gòu),其攤鋪輥的旋轉(zhuǎn),主要用于削平堆高的混凝土料,并將其向前方進行攤鋪,而激振輥帶有偏心質(zhì)量,其高轉(zhuǎn)速使其產(chǎn)生高頻激振力,用于對水泥混凝土料的振動密實。其整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。1.1傳動機構(gòu)的安裝行走與整平機構(gòu)包括前行走輥、后行走輥、行走電機、減速器及傳動機構(gòu)。行走電機通過帶傳動、減速器和鏈傳動帶動前、后行走輥轉(zhuǎn)動,通過行走輥與模板之間的附著力實現(xiàn)整機的前進與后退。同時,前、后行走輥對攤平和振實后混凝土作進一步整平。1.2調(diào)節(jié)螺釘,控制混凝土厚度攤鋪與振實機構(gòu)包括攤鋪輥、激振輥、攤鋪電機以及傳動機構(gòu)、激振電機及傳動機構(gòu),如圖2所示。攤鋪輥與激振輥為同軸式結(jié)構(gòu),攤鋪輥用軸承支承在激振輥的外面,兩輥通過軸承、軸承支架、調(diào)節(jié)螺桿以及彈簧共同懸掛于左、右機架的前端。通過調(diào)節(jié)螺桿可以調(diào)整攤鋪輥離開模板的高度,從而調(diào)節(jié)混凝土料攤鋪厚度,使振實整平后的路面與模板高度一致。攤鋪電機通過三角帶和鏈傳動,帶動攤鋪輥以較低的速度轉(zhuǎn)動,實現(xiàn)對混凝土料的攤鋪和初步推平。激振電機通過三角帶傳動,帶動激振輥以較高的速度旋轉(zhuǎn),激振輥內(nèi)部的偏心塊產(chǎn)生激振力,此激振力通過攤鋪輥作用在混凝土料上。在高頻振動作用下,混凝土物料的內(nèi)部摩擦急劇減少,剪切強度降低,抗壓阻力變得很小,料粒在其自重和上層物料的重力作用下力圖占據(jù)最低穩(wěn)定位置而發(fā)生位移,互相楔緊,排除氣相和液相,從而達到對混凝土料的密實。同樣,由于振動作用,混凝土混合料因發(fā)生觸變而稀釋,其性質(zhì)近似液體或半干液體,因而在一定程度上也提高了整平機的攤鋪功能。這正是四輥軸整平機區(qū)別于三輥軸整平機的關(guān)鍵。1.3前進阻力無法消除該機的轉(zhuǎn)向通過鋼繩、拉桿將前行走輥的一端提起,減少該端輥軸與模板的附著力,同時,攤鋪輥下落與模板接觸,增大該端前進阻力,從而造成輥軸左右兩端行走速度差,實現(xiàn)轉(zhuǎn)向。與常見的三輥軸整平機相比,其轉(zhuǎn)向機構(gòu)將三輥軸整平機的兩個方向手把改為一個方向盤集中控制,每端分別增加了一個復(fù)位彈簧,方向桿下部設(shè)有齒輪增力機構(gòu),通過向兩個不同方向轉(zhuǎn)動方向盤即可方便地控制不同方向的轉(zhuǎn)向,該機構(gòu)操作靈活、省力。四輥軸式混凝土整平機的設(shè)計關(guān)鍵為攤鋪與振實機構(gòu)的設(shè)計。2表面覆蓋和振興機構(gòu)的設(shè)計和參數(shù)選擇2.1個人單次行駛速度不匹配攤鋪輥轉(zhuǎn)速應(yīng)依據(jù)攤鋪輥工作時所需的線速度來確定。線速度過低,攤鋪速度慢,與整平機行走速度不匹配;線速度過高,則物料被拋得過高、過遠,不利于施工。根據(jù)施工經(jīng)驗,攤鋪輥線速度v控制在2.5～4.0m/s范圍內(nèi)較為合適。2.2振動振動系統(tǒng)參數(shù)在整平機的激振系統(tǒng)中,激振頻率f、激振力F和振幅A是相互聯(lián)系的。設(shè)計時,應(yīng)首先確定對振實效果影響最大的指標——激振頻率f,其次,選擇合適的振幅A,最后根據(jù)激振頻率f和振幅A計算激振力F。根據(jù)文獻,振實塑性混凝土適宜的頻率為20～50Hz,選電機轉(zhuǎn)速n電=1440r/min,傳動機構(gòu)速比i=1,則激振頻率f=1440/60=24Hz。施工實踐證明,該頻率值完全能滿足路面施工對密實度的要求。對于水泥混凝土料的振動密實,根據(jù)文獻的推薦,振幅A=0.4～0.5mm較為合適。在整平機的激振系統(tǒng)中,其激振動力由偏心質(zhì)量高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生,而動力由帶傳動實現(xiàn),其同軸的攤鋪輥由鏈傳動實現(xiàn),它們都將產(chǎn)生一定的張緊力。為了保證系統(tǒng)正常工作,將攤鋪與振實機構(gòu)與機架的連結(jié)設(shè)計為圖3所示的懸掛結(jié)構(gòu)。因在工作過程中,機架與行走輥為剛性連續(xù),因此可近似認為機架的垂直位移為零。施工中所用的水泥混凝土一般為塑性混凝土,可忽略其剛度。為不使問題過于復(fù)雜,將系統(tǒng)簡化為圖4所示的振動模型。圖中:x、x˙x˙、x??—x??—攤鋪輥、激振輥的位移、速度和加速度;m—系統(tǒng)的質(zhì)量;C1ed—螺旋彈簧的等效阻尼系數(shù);C2ed—橡膠彈簧的等效阻尼系數(shù);k1ed—螺旋彈簧的等效剛度;k2ed—橡膠彈簧的等效剛度;F—包含簡諧激勵力、帶傳動、鏈傳動的拉力。該振動系統(tǒng)為單自由度強迫振動系統(tǒng)。設(shè)計中,可以根據(jù)結(jié)構(gòu)需求,在初步確定彈簧剛度的基礎(chǔ)上,根據(jù)對系統(tǒng)的綜合分析,確定系統(tǒng)的激振力。根據(jù)所求激振力的大小以及激振輥的轉(zhuǎn)速,即可設(shè)計出偏心塊的質(zhì)量和偏心距。2.3分散石膏機的功率確定主要考慮攤鋪輥克服混凝土摩擦力、支承軸承摩擦力及旋轉(zhuǎn)起動加速等所需功率。2.4振動電機電源的確定振動電機所消耗功率主要考慮:振動輥維持振動所需的功率,克服軸承摩擦所需功率,偏心塊旋轉(zhuǎn)起動加速所需功率。3基礎(chǔ)實驗產(chǎn)品—應(yīng)用實例及結(jié)論按照上述設(shè)計思想及方法,我們成功地研制出了HZD6000型四輥軸式混凝土路面整平機。其主要參數(shù)為:滾筒長度6000mm,整平寬度5m,攤鋪厚度300mm,激振頻率24Hz,激振力5.5kN,行走速度8.4m/min,電機總功率14kW。該產(chǎn)品在京—珠高速公路河南省漯河—駐馬店段、1