摊铺机螺旋布料器输送机理及抗离析研究

谢来发 张伟联 严绍洋

1 概述

沥青混凝土摊铺机螺旋布料器具有搅拌和输送两大功能，其目的就是将均匀搅拌的混合料无离析地均匀分布到熨平板前一定的宽度上，它的结构性能及参数选择是否合理将直接影响螺旋布料器的生产能力和路面的施工质量。

2 螺旋拌和机理

2.1 螺旋布料器输送过程中物料的翻滚机理

螺旋叶片匀速转动过程中，由于螺旋叶片连续不断地推拨作用，沥青混合料将沿ω圆周方向向上运动(到一定位置向下塌落)的同时，沿轴向方向向前流动。当螺旋布料器的轴旋转时，实体螺旋面作用在物料上的力，不仅有向前的推力Fz，而且有圆周方向的切向力Fr(见图1)。这个切向力就是使物料产生翻滚的力，它使物料起始受力沿圆周倾斜一角度α(见图2)。由于摩擦力及物料自重使物料沿螺旋面下滑的力，平衡了螺旋面圆周切向力。当圆周力增大时，倾斜角α也增大，大到一定程度就使物料沿圆周方向翻滚，而不沿螺旋轴方向前进。

在这种复杂的运动过程中，由于叶片挤入混合料时对混合料的剪切作用、混合料受离心力的抛离作用、流层间的剪切作用以及上下层混合料双向交叉流动的拌和作用使混合料获得充分的搅拌，这也就是混合料被重新拌和的基本机理。

2.2 螺旋布料器输送过程中的动力学分析

在翻滚物料与不翻滚物料间存在一界面，称为滑移过渡界面Ω，这个界面距螺旋轴线的距离假定为R(见图3)，滑移过渡界面Ω的母线与螺旋面母线成45°+φ0/2的夹角(φ0为物料的内摩擦角)。物料靠近螺旋轴处容易翻滚，因此当R接近r时，翻滚角α增大，物料就可能从螺旋轴的一边翻滚到另一边。

3 防离析措施

3.1 现场摊铺工艺的优化组合

摊铺速度的确定:摊铺速度要结合拌和机生产能力、运输能力、运输距离和碾压能力进行综合考虑，经过生产配合比验证阶段验证后确定，一般情况下2.5 m/min较为适宜。

摊铺机的工作状态直接影响到铺面的外观效果，因此，将摊铺机调整至最佳状态是避免和减少铺面离析的关键。

1)要调试好摊铺机的料位，对于最大粒径较大的沥青混合料，摊铺机料位应适当提高，这一位置的确定需要反复比较。

2)为保证送料均衡，摊铺机料门开度、链板送料器的速度和螺旋分料器的转速一定要协调，寻找到其中的最佳结合处。

3)螺旋分料器里的料量，最起码要高于分料器的中心位置，一般要达到螺旋分料器的2/3高度，近年来也有的专家提出更高的高度要求，即分料器在正常工作时，物料满埋螺旋。

4)螺旋分料器里的料面高度应在同一平面上，与铺面横坡保持一致，使熨平板的挡料板前混合料均匀分布，尽可能地避免离析现象的产生。摊铺机熨平板的振幅、振频调整影响到铺面初始压实和铺层的粗、细料分布情况:熨平板的激振强度大会将细料振到铺层下部，表面则显得粗料较多;反之，则铺层表面细料较多。因此，现场要结合原材料本身材质和铺面完成后的外观情况予以综合性的考虑而确定。

3.2 碾压工艺和工序的合理设置

沥青混合料完成摊铺工序后应及时碾压，为了保证碾压效果，应科学合理地配置碾压机具，优化组合碾压工序，重要的是保证现场碾压顺序，即初压、复压和终压区不同的机具和工艺要求均符合试铺段确定的技术方案，同时合理的碾压工序设置亦有利于消除铺面离析。

在进行沥青混合料摊铺前，用高压喷水对层面进行冲洗，以保持层间洁净，从而确保了沥青混合料层面间的粘结质量。摊铺期间，严格控制沥青混合料的温度、摊铺厚度、层面宽度并确保中轴线不位移。

4 DT1400摊铺机抗离析研究

结合景婺黄(常)高速公路建设经验，对DT1400螺旋布料器的结构特点和上面对螺旋布料器输送机理的研究分项详述。

4.1 物料满埋螺旋工作，防治横向离析

物料满埋螺旋是增大输料能力，降低螺旋转速，增加二次搅拌作用，避免横向离析的关键，也是一种新理念。DT1400改变流行摊铺机采用高速轴向柱塞马达加减速机的传动方案，直接采用低速径向柱塞大扭矩马达驱动，并且将流行摊铺机700 mL/r左右的马达等效排量增加到1 300 mL/r，转矩和功率增加了一倍。

物料满埋螺旋增大输料量并增加螺旋驱动能力还为大厚度一次成型摊铺基础材料提供了可能性。物料满埋螺旋降低转速到80 r/min～90 r/min以下，有效防止大颗粒物料随输送距离增大而运动加剧的横向离析，同时由于螺旋埋于物料底部而增加二次搅拌效果，改善前期工序产生的材料离析与温度离析。

4.2 采用单机大宽幅摊铺，防止纵向离析

DT1400采用单机大宽幅摊铺，不存在双机并机产生的300 mm～600 mm的接缝。

在该断开处的左右螺旋上各加装一组角度可调的反向螺旋叶片，根据摊铺厚度和材料的变化来调节叶片数量和角度，使中缝处物料充填密实且均匀。

DT1400加大了螺旋料槽前后方向的宽度，减小了支撑处的结构尺寸，并使支撑结构呈圆弧过渡面，在支撑处的螺旋上加装了圆周角100°以上的过渡叶片，有效解决了物料在支撑处的阻滞状况。物料满埋螺旋工作也相对减小了支撑处的阻滞影响。

在沥青混凝土路面施工中，离析防治主要针对横向离析、纵向离析、竖向离析和温度离析进行的，而这几种离析主要是由摊铺机螺旋分料器造成的，因此对摊铺机螺旋布料器的工作参数及结构设计采取一系列改进是必要的，实践证明也是行之有效的，这为今后摊铺机螺旋布料器的设计提供了一种新的方法和思路。

5 结语

1)本文在分析摊铺机螺旋分料器输送机理及防离析措施的基础上，对DT1400摊铺机抗离析进行了研究，DT1400摊铺机螺旋可以实现混合料的二次拌和，可以在很大程度上降低材料离析和温度离析。

2)摊铺机螺旋搅拌机理主要说明混合料在螺旋分料输送过程中，物料运动与螺旋叶片直径、螺距、轴转速等结构参数与运动参数的关系。

3)沥青混凝土路面施工中采用宽幅大厚度摊铺施工技术是切实可行的。试验研究表明该工艺在改善级配离析、温度离析及摊铺效果等方面都取得了满意的结果。

［1］殷岳川.公路沥青路面施工［M］.北京:人民交通出版社，2000.

［2］邵明建.沥青路面施工机械化施工技术与质量控制［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［3］李自光，何志勇，游张平.沥青路面施工机械试验代用料研制及试验研究［J］.长沙理工大学学报(自然科学版)，2005(9):37-38.