摊铺机离析问题的分析与探讨

甘 峰，巩遵群，胡建标

(三一重工路机研究院，湖南 长沙 410000)



摊铺机离析问题的分析与探讨

甘 峰，巩遵群，胡建标

(三一重工路机研究院，湖南 长沙 410000)

针对摊铺机作业过程中无法避免离析的问题，从摊铺的过程分析离析形成的原因，从螺旋输送模型与材料离析倾向性等方面进行分析与探讨，根据分析结果提出二次搅拌减轻离析的局限性，并对摊铺机螺旋防离析设计提出建议。

摊铺机；材料离析；螺旋输送模型；防离析设计

0 引 言

离析是摊铺作业中无法避免的材料离散现象。在路面摊铺作业过程中，离析的产生因素有很多种，但摊铺机是路面成型的最后一环，离析的综合结果会在摊铺机施工环节体现出来。因此，在作业面出现明显离析时，大部分将原因归结于摊铺过程。

一些设计单位或学者根据螺旋转速的设计，认为材料在螺旋料槽中的流动过程伴有翻滚，以此作为材料二次搅拌的依据，认为摊铺机应该采用高速螺旋，形成二次搅拌，以解决螺旋分料过程中的离析问题，但实际上其中存在一些值得探讨的问题。

本文通过对离析层形成过程的分析，结合一些传输模型，提出对离析的理解和一些建议。

1 摊铺铺层的形成过程与离析形成

目前的摊铺工艺要求螺旋槽料位稳定及料位高度需超过3/4螺旋叶片，且为了保证供料的及时性和料位的稳定性，会适当提高螺旋轴的高度，确保螺旋叶片底部高于铺层至少5 cm以上，使料槽具有一定的储料量，螺旋搅拌层不影响摊铺层。

在物料向螺旋两侧传输的过程中，物料的运动以跟随螺旋叶片向两侧输送和被熨平挡板向前推动为主。

物料会沿着螺旋和挡料板形成的相对稳定的输送通道运动。通道包含3个区域：通道底部为已经堆积好的物料层，最终形成铺层；熨平挡料板前部的死料区，施工过程中基本不变化；螺旋挡料板与螺旋叶片之间的推移区，受螺旋输送的影响，持续不断地推移更新。摊铺层的形成如图1所示。

在输送过程中，螺旋叶片底部高于铺层位置，叶片无法直接将混合料从高于铺层的位置拌入铺层中。叶片的搅拌作用并不能直接形成铺层，只是通过中间层的挤压和密实作用对面层料的预密实产生一定影响。死料区的存在佐证了通道内的混合料不能直接形成铺层的事实。

从物料运动过程可以看出，由于熨平板的推动作用，料槽中高于铺层的物料会持续被推移、滚落；最终，在螺旋挡料板的前端形成了一个物料推动滚落区，物料持续地滚落，形成了摊铺层的混合料结构。

因此，铺层最终是由物料推移及滚落形成，而不是由通道内的叶片搅拌而形成。铺层离析主要由物料沿螺旋轴传输过程中的级配变化及最终的滚落造成，而通道中混合料的级配稳定性对最终的滚落有影响。

2 螺旋输送模型与材料离析倾向性

根据洪致育《连续运输机》[1]中的观点，对物料相对于叶片的圆周及轴向运动速度进行分解

现阶段，企业物流信息化程度不高，并未充分认识人力、财力和物力，各部门只是借助管理的经验和条框展开采购和运输等，从而导致信息缺乏准确性。

式中：v1为物料相对于叶片的圆周速度；v2为物料相对于叶片的轴向速度；t为叶片螺距；n为螺旋轴转速；μ为混合料与螺旋面之间的摩擦系数；r为颗粒距轴线的距离；π为圆周率。

在螺旋转速及叶片螺距一定的情况下，不同位置颗粒的运动速度是叶片半径的函数，数学模拟得到的曲线如图2所示。

由图2可知，混合料的轴向速度v2随r增加而增加，圆周速度v1随半径的增加呈现出有极点的变化曲线。

(1) 在A-A′线左侧，混合料没有轴向速度，只在原地翻滚，产生内摩擦阻力。

(2) 在B-B′线右侧，混合料轴向移动的平均速度大，圆周速度小，物料内部的相对运动小，混合料输送质量均匀，不易离析。

根据该螺旋传递速度模型，在物料传递过程中，离析似乎与速度无关，其实不然，因为模型的建立是以物料与叶片面之间仅存在纯摩擦为前提。实际上，沥青混合料有一定粘性，输送过程是物料与叶面之间的摩擦力和粘附力共同作用的结果。从能量角度分析能够更清晰地发现物料的离析倾向性。

从能量观点来看，质量大、速度快的物体动能更大，具有更强的运动能力[2]。因此，不同级配的材料本身都有离析倾向性，这取决于材料颗粒大小、传输速度及颗粒之间的作用力。如果颗粒之间的粘附力及摩擦力不能抵消速度造成的离析倾向性，则材料在沿着螺旋槽输送过程中会出现从中间往两边的颗粒逐步变大的横向离析现象，常见离析表现即为两端螺旋轴末端颗粒粗大，如图3所示。

同时，对于非连续部位，比如吊座处，因为颗粒运动受阻，能量较大的颗粒脱离混合料之间束缚力的能力更强，容易移动到物料表面，并在阻滞处形成堆积带，如图4所示。

由此可以推断，材料本身的级配、沥青粘性及材料油石比等都影响材料本身的离析倾向性。横向级配料的离析是无法避免的，但低速螺旋更容易保持材料输送的级配稳定性。

3 螺旋转速与二次搅拌

目前，摊铺机螺旋有两种设计思路：一种为大节距、大叶片的低速螺旋；一种为小叶片、小节距的高速螺旋。低速螺旋强调保持物料的成分稳定性，尽量少搅拌；高速螺旋强调物料的二次搅拌，使物料更加均匀。两者在摊铺机施工中均可以达到较好的沥青施工效果。

根据前文提到的速度模型进行分析。

(1) 在叶片直径较小时，无粘性材料的输送效率会下降，物料搅动作用相对加强，产生二次搅拌的作用。但对粘性材料，只有当速度提高时才会产生搅拌作用。在图2的A-A′、B-B′线之间的区域，即混合料速度较低时，离析现象扭转较明显；但在料位低的情况下，大颗粒随速度增加分离的可能性较大，反而易造成离析。

(2) 由于颗粒的运动特性，搅拌不会让物料均匀分布，而会使大小颗粒产生分离运动，由于螺旋料槽内进行非封闭持续搅拌，二次搅拌的作用是以造成物料分离为主，反而破坏了成分的均匀性。

实际施工过程中，摊铺机通常采用比例分料传感器控制螺旋的转速，除了初始分料时采用手动控制外，之后的过程基本以传感器控制为主。这样，不管是高速螺旋还是低速螺旋，施工过程中螺旋均以

较低速度旋转。实践发现，只要料位和转速控制得当，就可以得到较好的摊铺效果；但从大小叶片的设计上看，大叶片螺旋能以较低速度满足输料能力的要求，持续低速运转，会带来较好的离析控制效果。

随着用户对摊铺能力要求的提高，叶片小的螺旋转速增加，螺旋对于材料离析倾向性的适应能力会较大叶片螺旋差。采用大叶片、低转速设计的螺旋能够更好地控制离析，提高材料对离析倾向性的适应能力。

4 结 语

(1) 铺层的离析以混合料传输过程级配离析及滚落分离为主，最终由材料的离析倾向性及速度造成。摊铺机能够有效减小离析，但不能适应所有类型的混合料。

(2) 材料的离析倾向性决定摊铺过程的离析控制效果，但摊铺机只能有限控制，最终由材料本身特性决定。

(3) 二次搅拌对摊铺机并不适用，低速不搅拌螺旋及过程控制才是摊铺机控制离析的要点。

(4) 摊铺机防离析设计宜采用低速大叶片螺旋，以保证摊铺能力最大时螺旋转速不要太快，减少材料离析。

(5) 尽量将螺旋高度控制在合理的位置。螺旋叶片底板高于铺层厚度位置，以避免叶片输送对铺层形成稳定性的影响。根据经验，叶片底部与铺层的间隙至少大于最大骨料尺寸的5倍。

(6) 螺旋挡料板挡料高度设计要合理，选择较低的螺旋挡料板便于控制滚落离析，且挡板高度低于叶片底端，可以避免叶片对物料的推挤。

[1] 洪致育.连续运输机[M].北京:机械工业出版社，1983.

[2] 谭发茂.沥青混合料离析及其对路面结构均匀性的影响[D].天津：天津大学，2008.

[责任编辑:杜卫华]

Analysis and Discussion on Causes of Segregation in Paving Process

GAN Feng, GONG Zun-qun, HU Jian-biao

(Road Machine Research Institute of SANY Heavy Industry, Changsha 410000, Hunan, China)

Aimed at the inevitable problem of segregation during the paving process, the causes were analyzed, and the screw conveyor model and segregation inclination of material were also discussed, based on which the limitation of reducing segregation with a secondary mix was presented, and suggestion on the design of anti-segregation of the screw conveyor was put forward.

paver; material segregation; screw conveyor model; anti-segregation design

1000-033X(2015)04-0045-03

2014-11-09

U415.5

B