陳樂堯，夏旺旺

(1.湖南工程學(xué)院 機械工程學(xué)院，湖南省風(fēng)電裝備與電能變換協(xié)同創(chuàng)新中心，湘潭 411104；2.三一重工股份有限公司，長沙 410100)

基于越南北部地區(qū)單鋼輪壓路機壓實適應(yīng)性研究*

陳樂堯1，夏旺旺2

(1.湖南工程學(xué)院 機械工程學(xué)院，湖南省風(fēng)電裝備與電能變換協(xié)同創(chuàng)新中心，湘潭 411104；2.三一重工股份有限公司，長沙 410100)

越南北部地區(qū)采用泥結(jié)碎石作為路面施工的穩(wěn)定層，其結(jié)構(gòu)力較水泥穩(wěn)定層較小，導(dǎo)致單鋼輪壓路機無法適應(yīng)其工況，出現(xiàn)振松和不平的現(xiàn)象.經(jīng)過試驗與分析，適當(dāng)降低振動頻率，增加鋼輪配重減少振幅，壓實效果可以得到改善，使路面密實度和平整度提高，滿足了客戶需要，從而實現(xiàn)了單鋼輪壓路機在越南市場的適用性.

泥結(jié)碎石；壓路機；振動頻率；振幅

隨著國家“一帶一路”戰(zhàn)略的深入推進(jìn)，國內(nèi)工程機械產(chǎn)品近年開始大量出口到沿線國家.三一重工的壓路機產(chǎn)品進(jìn)入越南市場后，在2016年出現(xiàn)了一些產(chǎn)品適用性的問題.反映最大的問題是單鋼輪壓路機在碾壓泥結(jié)穩(wěn)定層時無法壓實，路面出現(xiàn)越壓越松的現(xiàn)象，表現(xiàn)為路面的顆粒物松脫在表面上，如圖1(a)所示.但國外某品牌壓路機的壓實路面層光整平實，如圖1(b)所示.國內(nèi)對單鋼輪壓路機壓實工藝的研究主要以長安大學(xué)[1-4]為代表，王冬[5]對泥結(jié)碎石路面施工工藝做過報道.但針對壓路機如何適應(yīng)越南當(dāng)?shù)厥袌龅膯栴}未見報道.

圖1 兩款單鋼輪壓路機壓實效果對比圖

1 壓實路面結(jié)構(gòu)分析

圖2為越南修筑高等級公路的典型路面剖面結(jié)構(gòu)簡圖，分為基礎(chǔ)層、穩(wěn)定層、瀝青層.①至⑤層為瀝青層，細(xì)分為磨耗層(高速公路才設(shè)計此層)、上面層、中面層、下面層和稀漿封層共5層.骨料由細(xì)到粗.瀝青層的壓實主要依靠輪胎壓路機和雙鋼輪壓路機，本文不討論.單鋼輪主要用來壓實穩(wěn)定層和基礎(chǔ)層.基礎(chǔ)層主要材料為沙土，即圖中序號⑧層.其厚度根據(jù)路面標(biāo)高與地形形狀決定，進(jìn)行填埋分層壓實，每200～250 mm壓實一層，采用挖掘機攤鋪，在鋪好后和壓實過程中會灑水.該層壓實方法與國內(nèi)的壓實工藝差別不大，用10～12 t單鋼輪壓路機能滿足壓實需求，壓實效果穩(wěn)定平整，參見圖3.穩(wěn)定層主要的材料為泥結(jié)一級配碎石和泥結(jié)二級配碎石，即圖2中的⑥⑦兩層.本文討論的壓實適用性問題，關(guān)鍵就在這兩層.如果是修筑高速公路，會在⑥⑦兩層之上加一層350 mm厚的水泥穩(wěn)定土層，該層的施工方法與國內(nèi)也沒有差別，暫不作討論.

圖2中的⑥⑦兩層為穩(wěn)定層，其主要材料為泥結(jié)碎石，一般等級道路分為兩層.下層(⑦層)為二級配碎石，顆粒比較大，是主要承載層，層厚約350 mm，一般分為兩次攤鋪壓實；上層(⑥層)為一級配碎石，顆粒較細(xì)，層厚約為250 mm，一般分為一次攤鋪壓實.采用“挖掘機+平地機”攤鋪或者采用攤鋪機攤鋪，根據(jù)業(yè)主要求或道路等級決定攤鋪方法.它們的共同特點是采用黃泥土作為粘接劑，如圖4(b)所示，攤鋪而未壓實前呈現(xiàn)泥土的黃色，壓實后若干天會呈現(xiàn)碎石的黑色，如圖4(a)所示.國內(nèi)目前穩(wěn)定土層使用的粘接劑一般采用水泥，這是越南路面穩(wěn)定層與國內(nèi)路面穩(wěn)定層的最大區(qū)別.

①瀝青磨耗層(高速公路);②瀝青面層(細(xì)骨料);③瀝青中層(中骨料);④瀝青底層(粗骨料);⑤稀漿封層;⑥穩(wěn)定層一級配碎石;⑦穩(wěn)定層二級配碎石;⑧基礎(chǔ)層沙土層

圖2 越南北部地區(qū)公路道路剖面結(jié)構(gòu)簡圖

圖3 基礎(chǔ)層壓實效果

圖4 穩(wěn)定層

三一重工10 t單鋼輪壓路機進(jìn)入越南市場后，在壓實穩(wěn)定層時不能滿足要求，表現(xiàn)為表面石塊被壓碎開裂、表面振松，出現(xiàn)顆粒浮在表面上，如圖1(a)所示.

2 試驗測試

針對泥結(jié)碎石的施工工地進(jìn)行實驗研究，對相關(guān)壓路機的振動頻率、振幅和加速度值進(jìn)行測量.如圖5為加速度傳感器的布置位置.

圖5 用加速度測量儀測量振動輪的加速度和振幅

測量結(jié)果如表1所示.

表1 調(diào)整前振動測試數(shù)據(jù)對比

根據(jù)上表數(shù)據(jù)可分析出如下特點：

(1)在壓碎石且發(fā)動機1700 rpm時，三一(SANY)的大振方式(振幅為4.8～5.2 mm)的加速度和頻率與HAMA相當(dāng)，小振的加速度比HAMA要低7～14 m/s2，要小很多，且頻率小7 Hz.體現(xiàn)為小振時相同發(fā)動機轉(zhuǎn)速(1700 rpm)時的激振力比HAMA要小.另外，根據(jù)試驗及實際使用情況，在越南施工壓實泥結(jié)碎石時，只能采用小振方式，不能采用大振方式，如果采用大振方式，激振力變大的同時，由于振幅太大，導(dǎo)致終壓階段的顆粒振松，無法實現(xiàn)壓實要求.

(2)SAKAI壓路機在1800 rpm時的高頻頻率為29.7 Hz，振幅為3.0～3.2 mm，加速度為34～38 m/s2.激振力與HAMA相當(dāng)，高于三一.在1900 rpm時大振激振力高于三一和HAMA，頻率、振幅、加速度都高.現(xiàn)場試驗時，SAKAI的大振檔的激振力過大，也不能用于碎石壓實，測試時，就出現(xiàn)大量石塊壓碎振松的現(xiàn)象.

3 分析與解決措施

3.1 振動頻率調(diào)整

壓路機的振動系統(tǒng)采用的是泵馬達(dá)的閉式系統(tǒng)，如圖6所示.在正常出廠條件下，發(fā)動機1工作在額定轉(zhuǎn)速2300 rpm，通過聯(lián)軸器2帶動振動泵3旋轉(zhuǎn)，振動泵輸出流量驅(qū)動振動馬達(dá)4旋轉(zhuǎn)，通過聯(lián)軸器5驅(qū)動振動軸9旋轉(zhuǎn)，振動軸利用兩個圓柱滾子軸承8支撐旋轉(zhuǎn).振動軸上安裝有固定偏心塊6和活動偏心塊7.偏心塊隨振動軸旋轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生偏心激振力，激振力通過軸承8傳遞到振動輪(圖6中未示)上，實現(xiàn)對路面的振動壓實作用.振動泵為電控兩點式變量泵，通過調(diào)節(jié)可以輸出兩種方向相反的流量，從而控制振動馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)輸出.振動馬達(dá)為定量馬達(dá).當(dāng)振動馬達(dá)正轉(zhuǎn)時，活動偏心塊與固定偏心塊重合，重心同時偏向振動軸一側(cè)，實現(xiàn)大激振力為246 kN，振幅為大振幅；當(dāng)振動馬達(dá)反轉(zhuǎn)時，活動偏心塊和固定偏心塊與軸對稱布置，抵消一部分固定偏心塊的偏心量，實現(xiàn)小激振力為124 kN，振幅為小振幅.即通過控制定量馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)，調(diào)整偏心軸上的調(diào)幅塊位置，實現(xiàn)兩檔不同激振力.

1發(fā)動機;2聯(lián)軸器;3振動泵;4振動馬達(dá);5聯(lián)軸器;6固定偏心塊;7活動偏心塊;8振動軸承;9振動軸

圖6 壓路機振動系統(tǒng)液壓原理簡圖

產(chǎn)品正常出廠時，通過調(diào)試，調(diào)整振動泵的流量，使定量振動馬達(dá)正反轉(zhuǎn)的輸出頻率均為30 Hz，此時發(fā)動機的轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速2300 rpm.表1的測試數(shù)據(jù)，是按照越南當(dāng)?shù)氐氖褂昧?xí)慣，將發(fā)動機的轉(zhuǎn)速調(diào)整到1700 rpm，測出的頻率為22.3～22.5 Hz.比出廠要求的30 Hz 低了7.6 Hz，因為最大的激振力與頻率的平方成正比，導(dǎo)致小振方式的激振力從設(shè)計的124 kN下降到約為69 kN，激振力嚴(yán)重不足，無法壓實.如果按出廠設(shè)計要求，在額定轉(zhuǎn)速2300 rpm振動，又將導(dǎo)致路面振松，也無法壓實.

因此，將振動泵的排量調(diào)整到最大排量55 ml/r，過去使用的排量約為50 ml/r.目的是降低發(fā)動機轉(zhuǎn)速至1700 rpm時，振動頻率能獲得提升，避免發(fā)動機低轉(zhuǎn)速工作時在小振方式下激振力不夠.

3.2 增加鋼輪配重

在鋼輪內(nèi)增加配重水，通過鋼輪自重增加，降低鋼輪振幅.目的是減少振動壓實時鋼輪跑偏.在試驗過程中，當(dāng)在振動鋼輪內(nèi)增加400 kg水時，鋼輪壓碎石仍有跑偏的現(xiàn)象；繼續(xù)加水至700 kg，鋼輪壓實碎石時的跑偏現(xiàn)象得到明顯改善.

調(diào)整完成后，將機器重新進(jìn)行工地振動測試，壓實泥結(jié)碎石路面，和SAKAI壓路機進(jìn)行對比，測試數(shù)據(jù)如表2所示.

表2 調(diào)整后振動測試數(shù)據(jù)對比

從表2可以看出，調(diào)整后發(fā)動機工作在2000 rpm時的加速度與SAKAI在1700 rpm時的加速度相當(dāng)，但振幅比SAKAI要小0.5～1 mm.壓實的效果比調(diào)整前有了明顯改善，如圖7所示.

圖7 機器調(diào)整后對比壓實效果

在壓實的過程中SAKAI的跑偏要嚴(yán)重一些，這是由于小振方式時的振幅要比SAKAI的振幅小.這得益于將鋼輪的重量增加700 kg配重水.對比表1和表2可知，振幅最小到了2.2 mm，加水前最小為2.5 mm.

3.3 泥結(jié)碎石與振動壓實的關(guān)系

越南的路面穩(wěn)定層采用泥結(jié)碎石作為穩(wěn)定土，其配比結(jié)構(gòu)與國內(nèi)是不同的.國內(nèi)一般采用水泥進(jìn)行拌和，而越南采用黃泥土，如圖8(a)所示.因為水泥的結(jié)構(gòu)力大，而泥土的結(jié)構(gòu)力小，所以導(dǎo)致了三一壓路機的適用性問題.當(dāng)壓路機的壓實頻率較高時，含水泥的碎石穩(wěn)定層可以很好壓實，而含泥土的碎石穩(wěn)定層無法壓實.在壓實含泥土的碎石穩(wěn)定層的現(xiàn)場試驗中，將頻率和振幅降低，碎石可以穩(wěn)定排列壓實，但將頻率和振幅增大，則碎石會振松.再次降低頻率進(jìn)行實驗，路面又可以重新壓實.如圖8(b)所示.碎石壓實后，泥土被擠壓充滿碎石間隙并部分?jǐn)D壓到路面，形成較光滑的泥結(jié)表面.說明壓實時合適的振動頻率與泥結(jié)碎石的固有頻率存在一定的關(guān)系，但具體影響的數(shù)量關(guān)系需要進(jìn)一步進(jìn)行試驗研究.

圖8 碎石壓實前后對比

4 結(jié)論

越南路面穩(wěn)定層的施工由于是采用泥結(jié)碎石穩(wěn)定層結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)力較水泥穩(wěn)定層要低.因此導(dǎo)致壓路機無法按業(yè)主質(zhì)量要求完成穩(wěn)定層壓實.通過適當(dāng)降低壓路機工作頻率和激振力，增加鋼輪配重降低振幅，實現(xiàn)了對泥結(jié)碎石壓實的適應(yīng)性改善，獲得了客戶需要的密實度和平整度，基本解決了單鋼輪壓路機在越南的施工適應(yīng)性問題.

[1] 闞志濤. 振動壓路機的壓實施工參數(shù)與壓實工藝研究[D].長安大學(xué)碩士學(xué)位論文，2011.

[2] 徐清剛.雙鋼輪振動壓路機面層壓實工藝研究[D].長安大學(xué)碩士學(xué)位論文，2014.

[3] 劉占良，鄭建峰.大厚度瀝青穩(wěn)定碎石基層碾壓工藝[J].筑路機械與施工機械化，2009(1)：35-36.

[4] 劉玉峰.級配碎石設(shè)計方法與施工工藝研究[D].長安大學(xué)碩士學(xué)位論文，2016.

[5] 老撾南澗水電站進(jìn)場道路泥結(jié)碎石路面施工[J].葛洲壩集團(tuán)科技，2014(12):88-90.

[6] 陳樂堯，唐恒寧，陳維濤，等.基于TRIZ矛盾矩陣解決壓路機叉腳開裂問題[J].湖南工程學(xué)院學(xué)報(自科版)，2017，27(3)：21-24.

StudyonCompactionAdaptabilityofSingleRollerinNorthernVietnam

CHEN Le-yao1, XIA Wang-wang2

(1. College of Mechanical Engineering, Hunan Province Cooperation Innovation Center for Wind Power Equipment and Energy Conversion, Hunan Institude of Engineering, Xiangtan 411104, China; 2. Sany Heavy Industry Co.Ltd., Changsha 410100, China)

In the northern part of Vietnam, mud stabilized macadam is used as the stable layer of pavement construction, and its structural force is smaller than that of cement stabilized layer, which causes SANY single roller not to be suitable for its working conditions and the phenomen a of more vibration and more loose and uneveness. After the test and analysis, we find that to reduce the vibration frequency and increase the steel wheel counterweight, then the amplitude is reduced, and the compacting effect can be improved, so that the compactness and the integrity of the pavement can be improved. This not only meets the needs of customers, but also realizes the applicability of single roller in the Vietnamese market.

mud stabilized macadam; roller; vibration frequency; amplitude

2017-07-04

陳樂堯(1972-)，男，研究員級高級工程師，研究方向：工程機械產(chǎn)品設(shè)計與研發(fā).

TH69

A

1671-119X(2017)04-0022-04