梁策 鄭鑫

摘要：近年來(lái)，隨著我國(guó)公路建設(shè)事業(yè)的迅速發(fā)展，而為了滿(mǎn)足現(xiàn)代化筑路施工的需要，瀝青混凝土攤鋪機(jī)已廣泛應(yīng)用于筑路施工中。攤鋪機(jī)的性能與可靠性在相當(dāng)程度上決定著高等級(jí)公路的建設(shè)質(zhì)量與速度，熨平板系統(tǒng)是攤鋪機(jī)的關(guān)鍵工作裝置，可實(shí)現(xiàn)對(duì)攤鋪路面的整平與壓實(shí)，其工作性能的好壞對(duì)施工質(zhì)量起著十分重要的作用。鑒于此，本文就基于大型寬幅攤鋪機(jī)熨平板系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析研究。

關(guān)鍵詞：大型寬幅攤鋪機(jī)；熨平板系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)分析

1 導(dǎo)言

在現(xiàn)行公路施工工藝規(guī)范中，為保證攤鋪指標(biāo)，一般采用大寬度攤鋪的施工工藝，但由于現(xiàn)有技術(shù)制約，大型寬幅攤鋪時(shí)，細(xì)長(zhǎng)的熨平裝置結(jié)構(gòu)特性在大負(fù)荷的作用下容易發(fā)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形，從而直接影響攤鋪路面的平整度和密實(shí)度。本文就大型寬幅攤鋪機(jī)熨平板系統(tǒng)易發(fā)生變形的問(wèn)題展開(kāi)超寬熨平裝置的箱體結(jié)構(gòu)優(yōu)化、抗變形性能研究，為大型寬幅攤鋪機(jī)攤鋪路面的平整度和密實(shí)度提高質(zhì)量的保證。

2 大型寬幅攤鋪機(jī)熨平板系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理及其工藝特點(diǎn)

2.1 結(jié)構(gòu)原理

熨平板是攤鋪機(jī)上較為重要的組成部分之一，其結(jié)構(gòu)原理如下：通常情況下，大多數(shù)攤鋪機(jī)的熨平板都是偏心連桿結(jié)構(gòu)，熨平板的下部是振搗錘，振搗錘的上部是振搗架，通過(guò)連桿可以將振搗架與偏心軸相連接。偏心軸在馬達(dá)驅(qū)動(dòng)下會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)振搗錘上下振動(dòng)，并對(duì)攤鋪后的無(wú)聊進(jìn)行壓實(shí)，其下前緣為30度和45度的斜面，在進(jìn)行攤鋪?zhàn)鳂I(yè)的過(guò)程中，該斜面會(huì)對(duì)攤鋪機(jī)作業(yè)前方的混合料進(jìn)行不斷沖擊，逐步使這些材料達(dá)到密實(shí)狀態(tài)。然后再由振搗錘的下水平面對(duì)這些密實(shí)后的材料進(jìn)行修整，借此來(lái)確定出攤鋪層的實(shí)際高度，最后在由熨平板進(jìn)行熨平整形。若是熨平板只有一根振搗梁，這種熨平板屬于單振搗，如果有兩根振搗梁那么就是雙振搗。其中雙振搗器比較常見(jiàn)，其效果要比單振搗好很多，它主要是由箱體、兩岸、偏心軸、振搗錘和架組成。由于各個(gè)部件間的精密度要求較高，因而在實(shí)際加工時(shí)難度也相對(duì)較大，為此必須選擇最為合理的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.2 工藝特點(diǎn)

攤鋪機(jī)上的熨平板一般都是由大量零部件按照一定的位置精度和尺寸焊接而成的構(gòu)件。由于其組成零部件較多，從而對(duì)生產(chǎn)工藝有著十分嚴(yán)格的要求，其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，都有可能對(duì)整體質(zhì)量造成影響。在實(shí)際加工制造時(shí)，主要生產(chǎn)工藝包括以下幾項(xiàng)：下料、折彎、金屬加工、焊接、校正、振動(dòng)時(shí)效、噴丸、涂裝等等。就其生產(chǎn)工藝而言，主要有以下兩個(gè)方面的特點(diǎn)：

1）焊接量較大。由于熨平板生產(chǎn)過(guò)程中需要涉及大量的焊接工藝，故此，焊接變形問(wèn)題比較難控制。由于熨平板本身屬于框架式結(jié)構(gòu)，所以它比其他結(jié)構(gòu)形式更容易出現(xiàn)扭曲變形，這就使得焊接變形的控制難上加難；

2）精度要求較高。熨平板本身不是獨(dú)立使用的構(gòu)件，其需要與別的部件配合工作，這樣一來(lái)就要求其必須具備較高的精度，以確保外形尺寸和表面質(zhì)量符合要求。

3 大型寬幅攤鋪機(jī)熨平板系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)分析

3.1 箱體結(jié)構(gòu)優(yōu)化

熨平裝置的箱體是其最主要的部件，基本上由它來(lái)承擔(dān)外界的各種載荷。為滿(mǎn)足大寬度攤鋪路面的施工，其本身必須具有足夠的剛度。同時(shí)，超大寬度熨平裝置的質(zhì)量會(huì)加重，大質(zhì)量的熨平裝置會(huì)引起攤鋪機(jī)整機(jī)的重心后移，從而影響攤鋪機(jī)的工作穩(wěn)定性和攤鋪平整度，如何在保證剛性條件下控制箱體的重量也是超大熨平裝置設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。

1）箱體結(jié)構(gòu)的剛性?xún)?yōu)化。攤鋪機(jī)在施工作業(yè)時(shí)，超大寬度的熨平裝置所受的外界載荷較常規(guī)的熨平裝置要大很多，為保證施工路面的平整度和密實(shí)度，這要求承受外載荷的熨平裝置各長(zhǎng)度規(guī)格的箱體結(jié)構(gòu)要有足夠的剛度。特別是熨平裝置的基本箱體，因其他的箱體均連接在其上面，故對(duì)基本箱體結(jié)構(gòu)的剛性要求更高。熨平裝置的箱體在工作時(shí)受力情況很復(fù)雜，常常會(huì)產(chǎn)生拉伸（或壓縮）、彎曲、扭轉(zhuǎn)等變形。當(dāng)受到彎曲或扭轉(zhuǎn)時(shí)，箱體的截面形狀對(duì)于它們的強(qiáng)度和剛度有著很大的影響。而對(duì)機(jī)座和箱體等零件工作能力的主要考核指標(biāo)是剛度。為此，我們分析研究影響箱體結(jié)構(gòu)剛度的相關(guān)參數(shù)，并利用有限元軟件對(duì)其影響箱體剛度的敏感性進(jìn)行分析，優(yōu)化設(shè)計(jì)箱體的截面形狀，來(lái)增大其截面系數(shù)及截面的慣性矩。從而確定了新型高剛度熨平裝置的箱體結(jié)構(gòu)。

2）箱體結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)。攤鋪機(jī)所能攤鋪的最大寬度越大，其熨平裝置的質(zhì)量則會(huì)越重，大質(zhì)量的熨平裝置會(huì)引起攤鋪機(jī)整機(jī)的重心后移，從而影響攤鋪機(jī)的工作穩(wěn)定性和攤鋪平整度。首先，我們對(duì)優(yōu)化后的箱體結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，找尋到應(yīng)力應(yīng)變較大之處；其次是通過(guò)減小箱體截面等零件的板厚，合理布置肋板的方法來(lái)增大箱體結(jié)構(gòu)的剛度。通過(guò)適當(dāng)布置肋板和有限元分析，各主要長(zhǎng)度規(guī)格的熨平裝置箱體的重量較輕量化設(shè)計(jì)前減輕約10%。主要長(zhǎng)度熨平裝置箱體優(yōu)化前后重量對(duì)比如表1所示。

3.2 抗變形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

大寬度大厚度攤鋪時(shí)，細(xì)長(zhǎng)的熨平裝置結(jié)構(gòu)特性在大負(fù)荷的作用下容易發(fā)生彎曲和扭轉(zhuǎn)變形，影響路面的攤鋪質(zhì)量，當(dāng)攤鋪寬度大于5m的攤鋪機(jī)應(yīng)合理布設(shè)一級(jí)或多級(jí)撐拉桿，攤鋪寬度過(guò)大時(shí)還應(yīng)適當(dāng)增大撐桿和拉桿之間的夾角，來(lái)提高抗御熨平板向上拱彎變形和扭轉(zhuǎn)變形的能力。攤鋪寬度大于12m的攤鋪機(jī)應(yīng)設(shè)置抗后拱機(jī)構(gòu)，以抗御熨平板向后拱彎變形。因此，合理布設(shè)撐拉桿和抗后拱機(jī)構(gòu)，將大大提高熨平裝置的豎向、水平及扭轉(zhuǎn)剛度。

1）豎向撐拉桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。熨平裝置在寬度方向是關(guān)于攤鋪機(jī)的中心面對(duì)稱(chēng)分布的，本文取目前全球攤鋪寬度最大的攤鋪機(jī)熨平裝置的一半進(jìn)行分析，結(jié)構(gòu)總長(zhǎng)為8250mm。在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析時(shí)，以熨平裝置中心面的截面為對(duì)稱(chēng)面，取對(duì)稱(chēng)面左側(cè)為研究對(duì)象，有限元模型尺寸與實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸一致。

2）抗后拱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。為了抗御熨平板向后拱彎變形，抗后拱機(jī)構(gòu)可采取兩種方式：其一是在熨平裝置后部設(shè)置水平撐拉桿機(jī)構(gòu)；其二是在熨平裝置的端部與主機(jī)兩側(cè)的前部之間布設(shè)一側(cè)拉緊機(jī)構(gòu)。通過(guò)對(duì)比，熨平裝置設(shè)置不同抗后拱機(jī)構(gòu)時(shí)的水平剛度及扭轉(zhuǎn)剛度，分析結(jié)果如表2所示。

4結(jié)語(yǔ)

攤鋪機(jī)的作業(yè)功能和作業(yè)質(zhì)量是靠熨平裝置最終實(shí)現(xiàn)的。它能將物料按照一定的寬度和厚度均勻地?cái)備佋诨鶎由希⒔o以初步的夯實(shí)和整平。評(píng)價(jià)路面攤鋪質(zhì)量好壞的主要指標(biāo)為路面的平整度和密實(shí)度。

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