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沥青/混凝土机械 |
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沥青滩铺机双纵向跨越式平均梁的分析 |
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作者：西安筑路机械厂 李宝蕴 马广维 |
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摘要 本文对摊铺机自动调平的基准进行探计，对不同形成的平均梁优缺点作了比较，并对跨越式平均梁的原理做了详尽的分析，结合我国目前道路施工的实际情况，指出了应用的前景。
关键词：摊铺机自动调平 跨越式平均梁 道路平整度
1 概述
目前技术挡次较高的沥青摊铺机，都配有一套与之相适应的自动调平系统，这套系统的应用，是提高路面平整度最为有效的方法。正确地配置、调整、使用这套系统，是摊铺机自动调平系统能否达到最佳效果的关键。
作业宽度较大的摊铺机都配有两纵一横三个自动调平控制器，可以实现单纵向、一纵一横、双纵向等三种配置方法，以适应不同的施工工况。单纵向的配置方法，最常用于多幅摊铺时处理纵向接缝；一纵一横的方法，在摊铺宽度较小（一般小于6m）时，使用比较方便有效。在摊铺宽度较大（一般大于8m）时，就只能采用双纵向的方法了。但是，无论采用哪一种方法，用来控制高程及厚度方向误差（平整度）的纵向控制器是必不可少的，而纵向控制器的使用，必须要有一个精确可靠的基准。纵向基准同时又是一整个调平系统的参考线。它的设置及使用，是整个调平系统能否最大限度发挥作用的保证。使用移动式平均梁为基准，是目前先进的工艺方法。
2 平均梁基本原理
平均梁有铲接式和弹簧浮动式两大类。它的基本原理是，将平均梁长度 范围内地基高度方向的误差幅度值，通过几何关系（铰接式）或力学关系（弹簧浮动式）进行多级数学平均、滤波，减少了幅值，使摊铺机在运动过程中，平均梁中点的运动轨迹成为一个过渡平滑的曲线，这个曲线幅值的绝对值很小，处于整个控制系统所允许的误差范围之内，作为自动调平仪的参考基准。由此可见，平均梁是安装在沥青摊铺机机身上，随机前进的基准，它虽然和摊铺机同时行驶在有较大误差的路基上，但是却能产生一个独立的基准线。这种方法对道路施工非常适宜，它不受道路固有的纵坡、横坡的影响，不家受道路长度的限制。
铲接式平均梁结构简图如图1（a）所示，它是通过纯几何关系来产生一个理想基准点的。图中A、B、C、D、E、F、G、H点是平均梁与地面的接触点，K、M、N、P点是第二级铰点，位置设在AB、CD、EF、GH的中点；R、Q点是第三级铰点，位置设在KM、NP的中点；O点是误差检测点，位置设在TQ的中点。图示位置，是在理想地面上情况。这时第二级铰点、第三级铰点的高度分别是h1、h2
图a
如果在行驶过程中，A点首先遇到了一个高区，位置被抬高了e,如图1（b）所示，这时，由于A绕B、D绕M、R绕Q点转动，使A、K、R点相对原来位置上移，各点的位置分别为：
△hA=he △hk=△hA/2=he/2
△hR=△hk/2=he/4
△hO=△hR/2=he/2
这说明地面出现一个误差时，O点的变化是该值的1/8。这一点就可以作为调平系统的参考点。理论上讲，平均梁的级数越多，检测点的位移变化就越小，理论上讲，n级平均梁可以得到1/2n误差的基准线。但受实际结构和使用要求的限制，一般只能做到三、四级。
图b
由于铰接式平均梁的精度受到级数的限制，同时因为结构的限制很容易与大型摊铺机的水平、垂直直拉杆等干涉，所以这种结构的平均梁在大型摊铺机上应用较少。
另一种弹簧浮动式平均梁。这种结构的平均梁简图如图2所示，它是通过纯力学关系来产生一个理想基准点的。
图2
图中一个重量为G的横梁在弹性系数为K的n个弹簧支撑下前进。当地面是一水平面时，每一个弹簧的弹力是G/n，压缩量为S，根据虎克定理可知：
S·K=G/n
S=G.(n·K)
在行驶过程中，某一个弹簧遇到了一个高区He，横梁由原来的位置H变成了新的位置H1，梁的位置被抬高了S>e，遇到高区的弹簧被进一步压缩，压缩量变成了：
S1=S+He-Se
它所产生的弹力变成
F2=K·（S+He-Se）
其余弹簧的压缩量减少了Se，每个所产生的弹力变成
S1=K·(S-Se
由于 G=F1·（n-12)+F2
因而可以得出
GT=(n-1) ·K ·(S-Sfont size="1">e+K·(S+He-Se)
即 G=nS-nSe+He
结合S=G/(n·K) 可以得到
Se=He/n
这说明由n个弹簧组成的梁式机构，在其中一个发生误差He时，整个梁的位置仅仅变化了该值的1/n。
以上分析是这种平均梁在地基不平的最大误差出现的情况，实际上当误差区域出现并从平均梁下方越过时，梁会出现倾斜，根据杠杆原理可知，只有误差区域位下地梁的重心下方时，才会出现上述误差最大情况He/n,其它均小于这个值。但总的来看，由弹簧支承的运动在粗基准上的梁，它的中点运动轨迹精度随弹簧的增加大幅度提高。这个轨迹线可以作为调平系统的基准线。
3 跨越式平均梁的结构及特点
平均梁出现的历史较长，早期的摊铺机所配用的平均梁，无论是铰接式还弹簧 缓冲浮动式，最大长度都没有起过6m，而且它只能行驶摊铺机熨平板一侧未摊铺的基础面上，如图3所示。
这种用法有许多不足之处。第一、由于平均梁B只能行驶在未铺路面上，路基不平度的影响难以降到最低点；第二、当熨平板C宽度接近全路宽时，平均梁接近路沿或路肩坡面无法使用；第三、当摊铺宽度很大时，前牵引杆A很长而出现弯曲变形无法使用；第四、由于道路靠路边区域的平整度要比靠中心区域内整度差很多，基准线的误差比较大这几种因素都严重地制约着移动基准—平均梁的使用，因而以前施工过程并没有将平均梁作为一种首选的基准。
为了解决老式平均梁的不足之处，在上述理论思想指导下，一咱跨越过熨平板非常适于大型摊铺机整幅摊铺作业的超长平均梁应运而生。这种具有独特结构的平均梁如图4所示。
图中位于熨平板前后行驶的都是弹簧浮动式平均梁，前部梁的中点A的误差被平均后小于路基误差1/12，后部梁行驶在已铺路面上，它的中点B误差被平均后小于刚铺路面误差的1/8，于是在A、B两面三刀点形成了两面三刀个近似不动的参考点。
由AO、BO组成的杠杆式上部结构，跨过了摊铺机的熨平板，并通过O点铲接在摊铺机的牵引臂上，以A、B两点形成了两个近似不动的参考点，在E点反应出机身O点的误差，通过固定在E点的自动调平控制器加以调整。
这个结构的变化过程如图5所示。
当机身受地基的影响、熨平板受料的影响产生的不平度，都会使牵引臂发生从O到O'的位移，调平仪检测点的距离由EF变成E'F'，亦即控制器检测到了一个误差信号e=E'F'-EF，于是它送出控制信号直到这个误差消失。
这种结构的平均梁主要特点是：
整套使用包括每边一条安装长度近18m的跨越式平均梁，非常适用于大宽度双纵向的调平方式，前面9m行驶在未铺路基上的部分采用滑靴式面接触，以减小地基凹凸不平的影响；后面6m行驶在刚铺过的路基上的部分，采用轮式滚动点接触，减少了沥青面对平均梁的粘结阻力。
专门制造的空心橡胶轮胎，有良好的减振、吸收地面不平度的效果，并且重量很轻。
安装形成可以多样化，在摊铺宽度比较窄时，可以将一边的15m平均梁分解组成两个9m平均梁（滑靴式）或两个6m平均梁（轮式），在摊铺机两侧形成双基准，非常灵活方便。
安装方式灵活、应用范围广，通过与每种摊铺适配的连接装置及仪器安装位置，15m平均梁可以适用任何一种宽度（6-12m）的摊铺机。
全部结构均采用专门的铝合金，重量轻、强度高，不生锈，非常适用道路施工的恶劣环境。
全部组件采用焊接，机加工有专门的模具保证精度，装配误差、焊接质量达到了国内先进水平。在对各种大型沥青摊铺同的结构做了详细的分析后，我们研究推出了适用与ABG411、AGB422、ABG423、VOGELE1800、VOGELE2000、DEMAG140等机型的跨越式平均梁，经过数台机器的安装及使用效果良好。在就沪线的某标段施工中，摊铺第二层细级配料时，随机抽查平整度，几乎全达到了均方差0.6-0.7mm。实践证明，这种跨越式双纵向平均梁方案是成功的，有着非常广阔的前景。采用跨越式双纵向平均梁，在目前高速公路施工中，整幅摊铺时是保证平整度最好的方法。
(end)
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(6/10/2004) |
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