一种降低温度离析的螺旋分料器设计

吴俊良++霍从浩++田书晨��

摘 要：为了防止沥青混合料因施工机械及施工工艺的影响而产生温度离析，设计了一种装有电加热棒可对沥青混合料加热的螺旋分料器。通过对螺旋分料器的零部件中单侧螺旋、主段螺旋、延伸段螺旋、螺旋吊座的结构重新设计，使沥青混合料在摊铺前经过二次搅拌和均匀加热，有效地降低了沥青混合料的温度离析，为摊铺机螺旋分料器的设计提供了全新的思路，具有一定的参考价值。

关键词：螺旋分料器；温度离析；沥青混合料；电加热棒

中图分类号：U415.5 文献标志码：B

Design of Auger for Temperature Segregation Reduction

WU Jun- liang， HUO Cong- hao， TIAN Shu- chen

（Dynapac （China） Compaction & Paving Equipment Co. Ltd.， Tianjin 301700， China）

Abstract： In order to avoid temperature segregation of asphalt mixture caused by construction equipment and technology， an auger equipped with electrical heating rod was designed. By redesigning the unilateral spiral， spirals of main part and extension part of the auger and the hanging brackets， another mixing and heating were conducted on asphalt mixture before the paving process， and the temperature segregation was effectively lowered. The design provides a new thought on paver augers.

Key words： auger； temperature segregation； asphalt mixture； electrical heating rod

0 引 言

温度离析是指在储存、运输及摊铺过程中，沥青混合料受天气、施工机械和施工工艺等影响产生热量损失而出现温度差异的现象。有研究指出当沥青混合料温度变化超过20 ℃时会显著影响路面性能。温度离析严重的区域密度小、空隙率大，容易导致路面出现水损害和疲劳破坏，严重离析的路面使用寿命可能会缩短一半以上[1]。

温度离析的原因很多，相应有很多传统的降低温度离析的方法。有研究表明采用转运车能极大的改善温度离析现象。本文从设计摊铺机的角度出发，通过设计合理的螺旋分料器降低沥青混合料的温度离析，可以有效地降低沥青路面的施工成本[2- 3]。

1 螺旋分料器设计

螺旋分料器作为摊铺机的主要工作部件之一，通过螺栓等连接件与摊铺机机架相连接。其功能是将沥青混合料按照一定的生产率，无离析地均匀输送到待摊铺的全副宽度内。在摊铺机的螺旋分器中，由带有螺旋叶片的转动轴在布料槽内转动，使装入布料槽的沥青混合料在自身重力、叶片摩擦力及布料槽摩擦力的作用下，沿着布料槽向两端运动，并向螺旋下面落料，从而达到向待摊铺宽度内布料的目的。螺旋分料器的设计应满足以下方面[4- 6]。

（1） 螺旋转速应满足摊铺机对螺旋分料器生产率的要求。

（2） 螺旋功率应与摊铺机功率相匹配。

（3） 螺旋参数之间的匹配应满足摊铺路面抗离析及均匀性的要求。

（4） 在设定的摊铺厚度和摊铺速度下，螺旋供料系统能满足连续摊铺的需求。

（5） 摊铺机的螺旋分料器能够无级调速，自动调节混合料的摊铺速度，并保证均匀平整的摊铺。

（6） 螺旋分料器能满足各种材料不同厚度的摊铺需求。

（7） 具有自动找平和保持摊铺层厚度均匀性的功能。

1.1 总体结构

螺旋分料器的结构部件主要包括螺旋机箱、螺旋驱动装置、螺旋提升棘轮扳手、左右撑拉装置、左右主段挡料板、左右延伸段挡料板、左右延伸段螺旋等，左右两侧延伸段螺旋及挡料板从螺旋机箱处成对称布置，如图1所示。左右两侧螺旋分为主段螺旋和延伸段螺旋，主段螺旋与第一延伸段螺旋、第一延伸段螺旋与第二延伸段螺旋之间通过螺旋吊座连接，吊座同时也与主段或延伸段挡料板连接。左右两侧延伸段螺旋及挡料板的数量可根据施工时摊铺宽度的需求灵活拼接，并在两侧螺旋末端安装轴套保护轴头。在左右延伸段螺旋与机架之间连有撑拉装置，以确保左右螺旋挡料板不变形。整个螺旋分料器与机架通过螺栓连接，可根据摊铺厚度的需求调整螺旋提升棘轮扳手实现螺旋离地高度的调整。

1.2 零部件结构设计

1.2.1 单侧螺旋结构设计

因为左右螺旋从机箱处成对称布置，现以右侧螺旋为例说明两侧螺旋的结构组成。右侧螺旋分料器主段螺旋、吊座及延伸段螺旋的连接结构剖面图如图2所示。单侧螺旋主要由驱动链轮、链轮箱端盖、主段螺旋、第一延伸段螺旋、第二延伸段螺旋、螺旋吊座及与吊座轴末端的轴套等组成，吊座轴如图3所示。主段螺旋靠近链轮箱侧装有驱动链轮和链轮箱端盖，另一侧通过螺旋吊座与第一延伸段螺旋连接，第一延伸段螺旋与第二延伸段螺旋之间也是通过螺旋吊座连接。主段螺旋和延伸段螺旋的一端焊有十字定位叉，如图4所示。焊有十字定位叉的一端与螺旋吊座的吊座轴带径向定位叉的一端连接，实现螺旋的径向定位。螺旋吊座与主段或延伸段挡料板通过螺栓连接实现轴向定位。在左右两侧螺旋末端，通过沉头螺钉将带内花键的轴套与吊座轴末端固定，使吊座轴轴头在工作时能得到保护。

1.2.2 主段螺旋

右主段螺旋结构图和剖面如图5、6所示，由主段螺旋本体、螺旋叶片和置于螺旋本体内的电加热棒组成。

其中主段螺旋本体由与链轮连接的带外花键的轴端、主轴轴管、螺旋叶片连接座和十字定位叉焊接而成。带外花键与链轮连接的轴端和十字定位叉焊接在轴管两端，螺旋叶片连接座环形焊接在轴管的外表面，螺旋叶片通过叶片连接螺栓与螺旋叶片连接座连接。

图7 右侧第一延伸段螺旋结构

1.2.3 延伸段螺旋

右侧第一延伸段螺旋的结构及剖面如图7、8所示，主要由延伸段螺旋本体、螺旋叶片和置于螺旋本体内的电加热棒组成。其中延伸段螺旋本体由带内花键的轴头、

延伸段螺旋轴轴管、螺旋叶片连接座和十字定位叉焊接而成。带内花键的轴头和十字定位叉分别焊接在轴管两端，螺旋叶片连接座环形焊接在轴管的外表面，螺旋叶片通过叶片连接螺栓与螺旋叶片连接座连接。延伸段螺旋与主段螺旋的区别一方面在于轴管的长度不同，另一方面在于主段螺旋一端焊接的是与链轮连接的带外花键轴端，

图8 右侧第一延伸段螺旋剖面

而延伸段连接的是带内花键的轴头，其结构的区别还在于延伸段轴头内有可穿过导线的通孔。右侧第二延伸段螺旋的结构与右侧第一延伸段螺旋的结构的不同之处在于轴管的长度不同，以及装于该轴管叶片连接座上的螺旋叶片的数量不同，其轴管的长度应根据具体的需求设定。

1.2.4 螺旋吊座

当主段螺旋与第一延伸段螺旋连接，或第一延伸段螺旋和第二延伸段螺旋连接时，都是通过螺旋吊座过渡连接，图9为螺旋吊座局部剖面图。螺旋吊座由装于吊座轴上的卡套、轴端端盖、自润滑轴承、吊座本体、吊座外端盖、弹簧、电刷、电刷固定板、导线等组成。吊座轴轴上的特征包括圆孔、径向定位叉、轴肩和外花键等。

图9 螺旋吊座局部剖面

通过公差配合装于吊座轴轴肩上的零件有吊座外端盖、卡套、轴承端盖和自润滑轴承，吊座外端盖、卡套及轴承端盖对称装配在自润滑轴承两侧。吊座外端盖与电刷接触的凸台区域采用喷塑绝缘处理，其内圈与吊座轴的轴肩配合公差为M7/h6；卡套是一种耐高温的FR- 4纤维板绝缘材料，它的内孔与吊座轴的轴肩配合公差为K7/h6；装于吊座本体内的自润滑轴承外圈与吊座本体的内孔配合公差为H7/n6，自润滑轴承内圈与吊座轴的轴肩配合公差为K8/h7；轴承端盖内圈与吊座轴的轴肩配合公差为M7/m6，轴承端盖外圈与吊座本体内孔的配合公差为H7/m6。

在吊座外端盖的径向上焊有弹簧，弹簧的另一端通过螺栓及垫片与电刷固定板连接。电刷固定板是一种耐高温的FR- 4纤维板绝缘材料，上开有小孔，通过螺栓与电刷板固定，并在固定螺栓上套绝缘套管。电刷位于吊座外端盖与轴承端盖的凸台形成的空隙内，并与装在吊座轴轴肩上的卡套外端面缠绕的电阻丝接触。卡套的径向上开有可穿过导线的圆孔，外端面缠绕的电阻丝通过圆孔与电加热棒末端的导线连接，形成封闭的导电回路。螺旋分料器工作时由于制造、装配等原因造成的螺旋轴径向窜动，加剧了电刷与卡套之间的磨损，连接于电刷固定板和吊座外端盖之间的弹簧可降低电刷与卡套外端面电阻丝之间的磨损。

2.3 螺旋分料器工作原理

左右主段螺旋在螺旋驱动装置的驱动下，通过吊座轴带动延伸段螺旋一起转动，并通过螺旋轴上的螺旋叶片将沥青混合料分向螺旋分料器的两侧，同时给位于吊座本体内的导线通电，传给电刷。电刷位于轴承端盖的凸台与吊座外端盖之间的空隙内，并与随吊座轴一起转动的卡套外端面的电阻丝接触，位于自润滑轴承两侧的卡套外端面上的电阻丝与吊座轴内孔中与电加热棒正负极导线连接，形成封闭的导电回路。电加热棒得电后在封闭的螺旋轴管空腔内发热，迅速将热量传递给螺旋轴管，螺旋轴管将热量传递给包裹于自身的沥青混合料，且螺旋轴的转动是对沥青混合料的二次搅拌和均匀加热，热量利用率高，为待摊铺的沥青混合料提供了有效的温度补偿，降低沥青混合料的温度离析。

3 结 语

螺旋分料器是沥青混泥土摊铺机重要的工作部件，其主要作用是在摊铺作业时将刮板输送到料槽中的沥青混合料均匀地输送到待摊铺路面的全副宽度内，目前的摊铺机还未曾采用在螺旋分料器中安装类似于电加热棒的对沥青混合料加热的加热元件。本文提出采用螺旋分料器对沥青混合料加热这一全新的构想，设计了螺旋分料器整体和零部件，对装有电加热棒的螺旋分料器的结构关系及加热原理进行了分析。为了保证延伸段螺旋与主段螺旋以及各延伸段螺旋之间的安装精度，需要设计专用的螺旋吊座及延伸段螺旋轴管焊接工装。同时，将对称于螺旋机箱两侧螺旋的主段螺旋和延伸段螺旋所包含的零部件及装配关系做了详细的介绍。对装有电加热棒的螺旋分料器目前还处于考核检验阶段，需要进一步的改进及完善方能推广应用。将此螺旋分料器装于沥青混泥土摊铺机上的运用，可为料槽中待摊铺的沥青混合料提供有效的温度补偿，降低了沥青混合料的温度离析。本文对摊铺机螺旋分料器的设计提供了全新的思路，具有一定的参考价值。

参考文献：

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[2] 郑晓光，从 林，郭忠印.沥青混合料温度离析容许标准的研究[J].建筑材料学报，2007，10（4）：440- 445.

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[责任编辑：高 甜]