沥青混凝土路面热再生耙松装置优化设计

张秀礼　凤祥云　刘扬　陈佐顺　陆向辉

摘要：沥青混凝土路面热再生技术是将老旧路面进行加热、铣刨、复拌、重铺过程的新工艺新技术，这种技术大量节省了原材料及运输成本，实现节能减排，对环境保护有非常重要的意义。但是由于路面是热的不良导体，造成热风循环方式热再生在深度层面加热不够均匀。本文设计一种路面进行耙松装置，安装在沥青混凝土路面热再生机组上，经耙松让热量更容易进入路面深层，实现较均匀的加热，同时实现更加节能的目的。

关键词：沥青;路面;热再生;耙松;装置

随着我国公路建设的不断增加，大量的道路进入维修养护、升级改造的阶段。沥青混凝土路面热再生技术利用加热机的循环风机，源源不断将加热室的热空气输送到沥青混凝土路面，实现热量交换，将路面软化;通过后续铣刨、复拌、摊铺等工序，实现沥青混凝土路面的快速再生应用。就地热再生技术是用于沥青路面表面修复的路面养护技术，其旧料可以100%回收利用，与传统的路面养护相比，经济效益和社会效益显著。加热技术是就地热再生技术的关键，要求将原路面铣刨深度范围内的沥青混合料加热到特定温度，该温度既有利于铣刨时保护级配的完整性，又不能过高而破坏沥青性能。

一、耙松装置设计

对热再生耙松装置的结构进行设计与优化，设计四连杆机构、避障机构和液压机构等，尤其对耙齿的结构样式和分布进行详细的设计和试验，比较合理的结构样式和分布数量。

耙松装置总体构成。沥青路面就地热再生耙松装置主要包括左、右段耙松机构和中间共四段耙松机构组成，每段耙松机构主要包括四连杆机构、底部的耙齿、避障机构和液压机构等，如图1所示。

二、耙松装置优化

耙松装置采取分段的结构形式，当沥青路面高低不平及不同路面施工面积有差异时，分段的耙松机构可以根据不同路面要求任意折叠组合，从而调整耙松宽度和深度，从而使耙松装置可以根据路况形式进行路面仿形耙松。另外在左段耙松机构的左端和右段耙松机构的右端分别安装活耙机构，加大了整机的耙松宽度，使整个耙松装置对路面情况的适应性更强。将耙松装置安装于加热机后部车架上，能够安全、方便地发挥耙松性能。

在每段独立的耙松机构上均设有避障机构。避障机构利用避障弹簧伸缩性，当遇到路面凸起阻碍时，由于瞬间产生的冲击力远远大于弹簧拉力，迫使避障弹簧弹性拉伸，耙架向上翻转避开障碍物，恢复时又不会发生振荡，有效保护耙齿和路面免受损坏。由于四连杆机构的运动特性，每段耙松机构本身结构中四连杆机构的可折叠，耙松装置停止工作时，可随时将耙架绕铰接轴折叠收起，以便于运输。四连杆机构中采用双头调整螺杆来调整耙松深度，操作方便，性能稳定可靠，大大减少了故障率。

三、耙齿结构的设计

耙松装置的主要技术难点是耙齿，耙松装置通过其上面的耙齿进行路面耙松作业，耙松作业的最终执行机构是耙齿，其他均为的辅助装置。因此耙齿的布置形式和样式将会直接影响路面耙松的效果。经过试验和研究，将耙齿等距离平行分布于耙架，耙齿样式为锥形，采用NM400耐磨钢材。耙齿采用锥形结构，下部尖头厚度约为10cm，可以充分地扰动旧沥青混合料。锥形上侧安装螺栓，固定于耙架梁上，左段和右段的耙齿设置为活耙，可以拆卸，便于施工过程中调节宽度，增加其实用性。

通过分析，在耙松过程中耙齿主要对粗骨料进行翻动，从而也对附着在粗骨料上的沥青及细骨料进行耙松。影响耙齿间距布局的主要因素就是沥青混合料中粗骨料的粒径。耙松对象主要是沥青路面的表面层，本层沥青混合料粗骨料最大粒径一般为16mm左右。理论上耙齿间距太大会造成耙松不到的面积过大，间距太小耙齿又会使混合料产生推移，并造成作业困难。以沥青混合料最大粒径为参照指标，综合考虑设置三种对比方案，将耙齿间距分别设置为：92mm.71mm、50mm。

方案一：耙齿间距92ram。沥青路面加热后，由于耙齿间距较大，中间旧沥青混合料未能翻动的空间较大，二次加热无法完全将热量渗透到整个路面。

方案二：耙齿间距71mm。沥青路面加热后，中间旧沥青混合料未翻动的空间较小，二次加热能将热量渗透到整个路面。

方案三：耙齿间距50mm。沥青路面加热后，由于耙齿间隙小，翻松后的沥青混合料会随着耙齿向前移动，造成耙齿前积料，翻松不均匀，影响二次加热的热量渗透。

综合分析并经工程实际应用得出71mm为最佳间距。

四、耙松装置的工程应用

主要试验过程为通过成型路面质量检测和施工过程中各工序的温度控制对耙松装置进行性能测定和调试，如图2所示。采用控制变量法进行参数设置和检测，具体为：在现场就地热再生过程施工中，通过现场对耙松深度、铣刨深度和各工序温度等参数的检测和控制，分别对某一参数进行变动，然后对于能在现场检测的指标及时收集，需要试验取芯的要提前做好标记，待路面成型后进行定点取芯，最后到实验室进行各项路用性能的指标检测，收集和整理所有数据及分析。

经过对热再生机组各设备的研究并结合耙松装置的工作原理，最终决定将耙松装置设置在加热机后钢梁架位置，这样完全能够满足耙松工艺的要求。共有三个方案对加热机加热后的路面进行耙松作业，分别是第一台、第二台和第三台加热机后，在经过多次试验与研究，最终确定耙松装置安装于第三台加热机后。

主要原因有以下几点：

（1）第一臺加热机过后，原路面及路面下层的温度很低，加热并不充分，路面结构刚性比较强，耙齿无法进行耙松作业，如果强行耙松会对原路面沥青混合料的粗骨料造成破坏，进而影响混合料级配，因此不适宜安装于第一台加热机后。

（2）如果安装于第二台加热机后，路面已经软化到一定深度，耙松作业能够进行，但是效果不理想，深度有限，并且存在耙松后的路面内部热量经历两次热量散失的问题，第一次为与第三台加热机经过之前的间隙，第二次为与加热铣刨机经过之前的间隙，不利于节约能源，因此安装于第二台加热机后不合理。

（3）安装于第三台加热机后，路面已经充分加热，耙松后加热铣刨机将热风送至深层路面结构，在很短的时间内将温度提高，然后进行铣刨作业，各个工序衔接紧密，达到经济节能的效果。

在第三台加热机后面加装耙松的方式可以确保加热温度快速渗透，能使再生后的混合料与耙松过的路面层很好地黏合，增加层间结合力，节约能源。

确定最优耙松深度应注意事项：

（1）无耙松时，施工速度慢，炉温越高，路面和铣刨层温度低。

（2）耙松越深，施工速度快，炉温越低，路面和铣刨层温度高。

（3）同时路面温度过高会使表层沥青过度烧灼，引起烟气过大，沥青老化严重。

通过参数的检测，整理数据进行初步分析，将炉温和耙松深度的设置作为关键参数，得出两者的最佳组合方式。进一步的进行综合考虑，将经济、环境和社会效益等因素添加进去，得出一种最经济合理的组合方式，最后再次进行实践检测。分析参数与综合考虑，确定最优耙松深度为2cm，燃烧炉温度为450℃，该组合更适合热再生耙松施工，具体数据如上表所示。

五、耙松装置的性能优势

耙齿样式和间距的合理设计，可以满足所有沥青路面表面层的耙松作业，甚至下面层也可达到，这样就很容易将预热软化的路面进行要求深度的耙松，使热风充分地将热量送至更深的沥青混凝土层，大大提高了路面加热的渗透深度，发挥了装置性能优势。耙松后，铣刨收集的旧沥青路面的沥青混合料的温度比未经过耙松直接铣刨收集的旧沥青混合料温度高20℃左右，能够减少旧沥青混合料出现离析的现象。

六、结语

本装置采取液压自动调整，通过阀组直接控制液压油缸的伸缩，从而控制耙架的升降操作。操作人员可以在很短的时间内学会操作技巧，随时能够投入工程施工。同时利用避障弹簧的伸缩性，四连杆结构的灵活性，双头调整螺杆的可调节性实现了路面仿形，分段耙松，对耙松宽度可以实现灵活控制，并且能够完成翻转避障，因此本装置在发挥本身的技术性能的同时，不会影响加热机的各项操作。经耙松后，热量可渗透到6～8cm（6cm的深处的温度达到100℃左右），改善了在加热旧沥青路面时产生的碳化問题，减少了沥青油质的损失，使沥青路面加热机的加热热量快速渗透到深层，有效提高工作效率。

作者简介：张秀礼（1978— ），男，汉族，河北滦南人，博士，副教授，研究方向：工程机械。