沥青道路微波养护车结构组成及技术特点

杨伦磊，郭柏甫，漆建平，王庆先，赵书祥

(江苏集萃道路工程技术与装备研究所有限公司 公路建设与养护技术材料及装备交通运输行业研发中心(徐工集团)，江苏 徐州 221004)

0 引 言

微波加热技术在沥青道路养护领域的试验研究最早出现在20世纪70年代初，Bosisin等人利用微波对沥青路面加热，修复了1个长24 ft、宽0.5 in、深6 ft的高速公路沥青路面裂缝病害，而在经过整个冬季大流量的交通后，修复后的路面仍然拥有较好的性能。

中国从20世纪90年代末开始在该领域展开研究，长安大学在该领域深耕20余年，开展了大量微波加热基础理论研究和工程试验研究，处于沥青道路微波养护技术的发展前沿。江苏集萃道路工程技术与装备研究所对沥青道路微波养护车结构组成、微波加热技术特点及问题也进行了深入研究，优化了整机结构组成，在微波均匀加热、高效供电、防泄漏、智能化等技术方面取得突破，研发了智能高效沥青道路微波养护车，推动了沥青路面微波养护技术的进步和微波加热技术在沥青道路养护领域的工程应用。本文将对JCM106W型沥青道路微波养护车与传统微波养护车进行分析。

1 沥青道路微波养护车结构组成和技术参数

1.1 结构组成

沥青道路微波养护车主要用于对沥青路面坑槽、龟裂、拥包等局部病害的高质量快速修复，是1种多用途、节能、环保、高效的路面养护机械。江苏集萃道路工程技术与装备研究所有限公司研发的JCM106W型沥青道路微波养护车(见图1)，由微波加热墙、微波加热仓、微波供电系统、散热系统、乳化沥青系统、热沥青系统、底盘车架、压路机等组成，主要系统如下。

图1 沥青道路微波养护车结构示意图

(1)微波加热墙。采用开口式微波加热原理，施工过程中将预制沥青混合料填入坑槽中，采用微波加热墙就地对原路面病害处和新添加沥青料同时加热，加热墙设置多种分区，可根据坑槽实际大小通过显示屏一键选择合适的加热面积，实现就地热挖热补和热接缝，有效避免了传统工艺坑槽边界密封性能和粘结性能差的问题。

(2)微波加热仓。采用微波谐振高效加热原理，对预制沥青混合料冷料快速均匀加热，满足多种坑槽修补工艺，尤其适用于需要2种以上级配料的大深度坑槽修补。

(3)微波供电系统。主要包括发电机、微波电源和散热风扇等，用于为磁控管输出电能。

(4)散热系统。主要包括散热器、水泵和水箱等，用于磁控管水冷散热。

(5)动力系统。采用底盘全功率取力，为发电机和液压泵提供动力，避免了结构复杂的上装发电机组，整车结构简洁、节能，消除了上装发动机的排放。

(6)乳化沥青系统。包括乳化沥青罐、乳化沥青喷枪、盘管器和柴油清洗箱等，通过压缩空气实现乳化沥青均匀喷洒，通过柴油清洗和压缩空气吹扫保证管路的清洁。

1.2 主要技术参数

沥青道路微波养护车的主要技术参数见表1。其中，微波加热墙加热面积、加热深度、微波加热仓有效加热容积、微波辐射值为决定设备性能和先进性的关键技术参数。

表1 JCM106W沥青道路微波养护车主要技术参数

2 沥青道路微波养护车技术特点分析

2.1 早期沥青道路微波养护技术的不足

2.1.1 整体结构复杂

早期的沥青道路微波养护车需配置上装发电机组，而微波加热装置功率往往在100 kW以上，匹配的发电机组尺寸和重量大，噪声高。另外，用于为磁控管供电的元件包括变压器、电容和高压硅堆，结构复杂，占用空间大，集成度与效率较低。

2.1.2 加热均匀性差

早期的微波加热养护车在加热过程中，微波加热装置始终处于静止状态，微波源之间的加热盲区较多，存在部分沥青料加热温度低的问题，影响路面修复质量。

2.1.3 加热效率低、故障率高

早期的沥青道路微波养护车微波加热效率偏低的主要原因有3个：一是原有的微波传输天线驻波比大，导致加热效率低； 二是原有的微波供电系统主要包括变压器、电容、高压硅堆，结构复杂，变压器供电效率较低，导致微波供电系统整体供电效率较低；三是微波加热系统工作过程中变压器自身发热严重，但变压器较大的布置空置导致其散热困难，散热不及时不仅使得输出效率降低，而且导致使用过程中元器件烧毁较多，造成较高的故障率。

2.1.4 缺失智能化维修管理

早期沥青道路微波养护车的智能化和信息化程度较低，操作设备主要依赖人工。同时，对于影响整车性能的微波电源、散热系统也缺少相应的在线检测手段。早期的养护车进行病害修补作业是一个信息孤岛，其修复方案的科学性及作业质量完全依赖于人工判断，病害位置、作业工况、作业时间、作业轨迹难以实时了解，同时从时间维度及工区养护道路维度上难以对实际情况进行剖析，并制定科学的养护方案。

2.2 新沥青道路微波养护技术特点

中国沥青道路微波养护技术经过十几年的持续研究与发展，在微波加热沥青混合料的机理、微波加热关键技术、关键工艺等方面均有了较大的突破。江苏集萃道路工程技术与装备研究所有限公司最新研发的沥青道路微波养护车在以下技术方面有了较大突破，主要技术特点如下。

2.2.1 整机匹配技术

采用底盘全功率取力，取消了传统体积较大的上装发动机，整机匹配合理、结构紧凑、重量轻。从节约能源、降低重量、减少排放方面考虑，底盘取力更合理，但要加装动力切换装置，便于行驶状态下发电机系统动力脱开。

2.2.2 微波均匀加热技术

基于电磁仿真分析及试验研究，对微波源的排布方式、排布尺寸以及传输天线结构等进行优化，获得了更佳的微波加热装置结构，实现了较高的微波传输效率。同时，研发出智能移动加热技术，有效解决传统固定加热方式存在加热盲区的弊端，对加热区域贯穿式整体加热，确保无加热盲区和加热死区，提高了整个区域加热的均匀性，保证了高质量修补坑槽。

2.2.3 高效供电技术

沥青道路微波养护车所使用的微波磁控管数量较多，数量众多的微波电源如何布置成为难点。目前从两方面入手解决了原有供电系统效率低的问题：一是使用集成度更高的开关电源为磁控管供电，该开关电源相比之前的变压器加电容的结构，供电效率提升约15%；二是通过对电源散热结构进行仿真分析，优化电源布置和散热结构，将微波电源集中在尺寸相对较小的柜体中，不仅有效缩小设备尺寸，而且更有利于实现集中散热，确保每个电源均持续稳定的保持在最佳工作状态，实现了高效供电。

2.2.4 微波屏蔽技术

最新研发的多重微波屏蔽技术，将微波泄漏量控制在小于0.5 mW·cm-2，确保设备使用的安全性。

2.2.5 智能化

智能控制系统可以实现微波加热装置全自动收放和加热、设备故障智能检测、微波电源故障智能检测、微波散热系统故障检测，减少人为因素的影响，大幅提高设备稳定性和可靠性。

2.2.6 信息化

基于施工管理系统的信息化，可实现对整个施工过程、病害地理位置、损坏情况、修补尺寸、作业时间、作业人员、温度信息等施工信息详细记录，掌握沥青道路的全生命周期状态，对每次修补病害的成本、处理方法进行统计归类，实现道路养护公司对道路养护人、机、料、法、环的信息化管理。

2.2.7 工艺适应性

具备微波加热墙和微波加热仓双微波加热技术，微波加热墙实现沥青路面就地加热再生，微波加热料仓实现预制冷料或回收料的集中快速加热，满足路面坑槽的双级配修补，对沥青路面不同病害的工艺适应性更强。

2.2.8 分区加热

加热墙设置16个分区，能根据坑槽形状和面积通过显示屏一键选择相匹配的加热面积，提高坑槽的工艺适应性和施工经济性。

3 结 语

最新的沥青道路微波养护车具有整机匹配合理、微波加热均匀、供电效率高、微波屏蔽效果好、智能化和信息化水平高、工艺适应性强等技术特点，能够有效解决现有路面养护设备施工质量差、污染重、坑槽寿命低等问题，有效提高沥青道路养护质量和智能化、信息化水平。