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1、第六章沥青混凝土摊铺机设计 6 1摊铺机概述一 用途 将拌制好的混合料 按规定的断面形状 均匀地摊铺在已修好的路基上 并预以初步压实 二 分类 1 按移动方式分 拖式 仅用于小型养护工程或低级路施工用 自行式 广泛应用于各种工程施工 6 1摊铺机概述 2 按行走机构分 轮胎式 机动性好 但牵引性不十分好 履带式 附着性牵引性好 机动性差 复合式 两者兼有 工作时为履带行走 转移时为轮胎行走 3 按接料型式分 有接料斗摊铺机 无接料斗摊铺机 4 按传动系统分 机械传动液压操纵 全液压传动 5 按摊铺宽度分 小型 中型 大型 特大型 6 1摊铺机概述 三 组成 1 发动机动力装置 2 底盘行走装置
2、 3 受料供料装置 4 螺旋摊铺器 5 熨平工作装置 6 自动找平装置 7 液压操纵装置 8 电器仪表系统 9 其它附属装置 6 1摊铺机概述 四 要求1 熨平装置结构应具有能随时调整铺层厚度 校正铺层平面使之平整的功能 且能方便地改变铺层断面形状 2 对摊铺开的混合料有均匀预压实功能 3 摊铺室内混合料高度要保持相对恒定 4 摊铺作业时行驶速度应以选好的速度恒速行驶 5 铺层应达到规定的纵 横坡度 平整度 密实度及标高 6 2基本参数选择与生产率计算 一 沥青混凝土摊铺机的基本参数选择基本参数主要有 最大摊铺宽度 基本摊铺宽度 最大摊铺厚度 摊铺速度 料斗容量等 其中有些参数是设计任务书给定
3、的 有些是根据施工对象要求所设计计算出 设计中主要设计确定的基本参数有 1 基本摊铺宽度与最大摊铺宽度 1 基本摊铺宽度 根据公路运输车辆限制宽度一般为2 5m 故摊铺机的基本摊铺宽度一般不易超过2 5m 通常可选为2 5m 特大型可选3m 小型机可选2m以下 6 2基本参数选择与生产率计算 2 最大摊铺宽度 一般视铺摊铺机的用途而确定 通常对于用于修筑高等级公路用摊铺机 一般每侧为双车道 宽度通常在8m以上 因而摊铺宽度通常应在8m以上 因每车道为4m左右 故摊铺机的最大摊铺宽度应在车道宽度基础上略增加一点考虑 例 一般大型摊铺最大铺宽一般为8 9m或12m 考虑附道 中小型摊铺机一般最大铺
4、宽为4 4 5m左右 考虑到附道设置 大型以9 12m为易 小型以4 5m为易 6 2基本参数选择与生产率计算 2 最大摊铺厚度摊铺机的摊铺厚度应设计为可调的 其最大摊铺厚度应视被修筑道路最大铺层厚度而定 为了扩大摊铺机的使用用途 使其不仅用于修筑沥青面层 还能用于稳定土的摊铺及RCC施工 通常最大摊铺厚度为250 300mm 中 小型摊铺机则一般取150 250mm 6 2基本参数选择与生产率计算 3 最大摊铺速度考虑到摊铺机在摊铺作业中应对铺层既有一定的密实度 又保证铺层具有一定的平整度 且熨平板对铺层的摩擦作用不应使铺层产生裂纹 因而摊铺机的最大工作速度一般不应大于8 10m min 有
5、些摊铺机的标定工作速度有的最高可达20m min以上 但实际工作中极少应用 故可取最大摊铺速度8 10m min 6 2基本参数选择与生产率计算 二 摊铺机的生产率及相关参数计算1 摊铺机的生产率计算摊铺机的最大摊铺速度 宽度 厚度确定后可计算摊铺机的最大生产率 并据此确定一些其它参数 T h 其中 h 摊铺厚度 可取最大摊铺厚度 mm B 摊铺宽度 为使发动机功率合理运用也可不取最大铺宽 m v0 摊铺机工作速度 m min 0 压实混合料密度 2 2 2 T m3 kB 时间利用系数kB 0 75 0 95 可取0 8 6 2基本参数选择与生产率计算 注意 因摊铺机工作中很少在最大摊铺宽度
6、 最大摊铺厚度下 以最大摊铺速度工作 因此 为了合理配备发动机功率 也可以考虑在计算最大生产率时 不以最大摊铺速度计算 可考虑选择适当低一些 这要视设计任务要求选择 一般可取为最大摊铺速度的一半以下 例 ABG423在12 5m宽 20cm厚稳定土砂砾摊铺作业时速度一般 1 1 5m min 2 料斗容量计算摊铺机设置料斗的目的是为了保证摊铺过程中摊铺机能够始终不断不停车等速摊铺 因而料斗容量应大于摊铺机在自卸车卸料换车时间内所摊铺的混合料 因此料斗容量可按下式计算 m3 6 2基本参数选择与生产率计算 其中 Q 摊铺机的生产率 应取最大生产率 T h t0 两辆自卸车换车时间 t0 2 2
7、5min kH 料斗充满系数 kH 0 6 0 7 1 松散混合料密度 1 1 6 1 7T m3 料斗容量确定后即可据此及摊铺机基本摊铺宽度 高度确定料斗几何尺寸 3 刮板输送器生产率计算及有关参数选择为了保证摊铺机正常摊铺作业 刮板输送器生产率应大于摊铺机生产率 通常取QK 1 5Q 即 其中 b 每排刮板输送器的宽度 应视料斗宽度而定 通常为500 600mm 双排 700 750mm 单排 6 2基本参数选择与生产率计算 hK 闸门下缝隙高度 一般hK b 0 3 2 松散混合料密度 2 1 8T m3 vK 刮板输送器速度m min kv 速度系数 当hK b 0 3时 kv 1 2
8、 3 hK b 一般取kv 0 8 Z 刮板输送器的排数 一般Z 1 2 在确定刮板输送器参数时 一般宽度由结构确定 而速度通常情况下 以最大不超过20m min来选择 为可变速度 然后计算开度hK或hK先由结构确定后计算选取最大速度 即 m min 一般 20m min 6 2基本参数选择与生产率计算 4 螺旋分料器生产率计算及参数选择螺旋分料器应保证在摊铺过程中 混合料能够始终沿宽度方向分布均匀 为此其单侧生产率应不少于0 7Q 即 其中 D 螺旋分料器螺旋直径m 一般D 300 400mm t 螺距m 一般取t D 1 即t D nL 螺旋分料器转速r min k1 截面充满系数 k1
9、0 3 0 7 可取0 7 k2 因混合料挤压及溜走对生产率降低的系数 k2 0 9 0 95在确定D t nL时 一般首先确定D t 然后按最大生产率确定nL 即 r min 6 3摊铺机牵引计算 摊铺机在工作中所要克服的工作阻力主要有 自身移动阻力 推移载重汽车阻力 工作装置沿铺层移动阻力 工作装置前料堆推移阻力 起步惯性力等 一 摊铺机运行阻力1 摊铺机本身移动阻力W1 kN 其中 mm 摊铺机不计熨平板工作装置时重量 T mc 摊铺机料斗内沥青混合料重量 T f 沿路基或底基层滚动阻力系数 对履带式摊铺机 f 0 07 对轮胎式 f 0 03 i 路基最大纵向坡度 可取i 0 03 0
10、 07 6 3摊铺机牵引计算 2 工作装置沿铺层移动阻力 kN 其中 mP 熨平板工作装置重量 T 1 熨平板沿沥青混合料摩擦系数 1 0 5 0 6 3 振捣器前被刮料档板推移混合料堆阻力 kN 其中 mt 料堆质量 T T 其中 B 摊铺宽度 即料堆长度 ht 料堆平均高度 ht 2 3H H 为振捣器高度 l 料堆沿摊铺方向长度 可取l ht 2 0 7 0 8 2 1 8T m3 6 3摊铺机牵引计算 4 顶推自卸车阻力 kN 其中 ma 自卸车自重 T mc 自卸车装载混合料质量 kg f 0 03 i 0 03 0 07 5 摊铺机顶推汽车起步惯性阻力 kN 其中 mY 摊铺机总质
11、量 包括工作装置 T mc 摊铺机装载混合料质量 T v0 摊铺速度 m s tp 加速时间 可取tp 1 2s 6 3摊铺机牵引计算 6 混合料切割阻力对于无斗底料斗 即由料斗直接卸料于路基上 还应考虑计算对混合料的切割阻力 kN 其中 kc 混合料柱单位切割阻力系数 kc 75kN m2 F 料斗出口面积m2 7 摊铺机运行总阻力 8 摊铺机运行不打滑条件 其中 m 摊铺附着质量 履带式 m mm 轮胎式 m 驱动轮轴荷 c 附着系数 轮胎式 c 0 6 0 7 履带式 c 0 3 0 5 6 4发动机功率计算 摊铺机工作中 发动机功率除用于克服行驶阻力 使摊铺机行驶前进外 还用于驱动刮板
12、输送器 螺旋摊铺器 振捣梁振动装置及其它附助装置 计算发动机功率时应全面考虑 一 摊铺机工作中运行所需牵引功率 kw 其中 1 行走装置机械效率 轮胎式 1 0 98 履带式 1 0 7 0 95 2 传动系传动效率 由结构设计确定 6 4发动机功率计算 二 刮板输送器所需功率刮板输送器所需功率主要消耗在克服坡道阻力将混合料送入后方摊铺室及克服料斗混合料与输送混合料层间摩擦阻力上 1 克服坡道阻力输送所需功率 kw 其中 H 混合料的提升高度 m K 驱动装置传动效率 LK 刮板输送器向后输送的距离 m 1 混合料移动阻力系数 1 2 3 QK 刮板输送器总生产率 T h QK 1 5Q 6
13、4发动机功率计算 2 克服混合料层间摩擦阻力所需功率 kw 其中 PC 混合料两层间摩擦阻力 N K 上层混合料重量分配系数 K 0 5 0 6 q 料斗满载时混合料的重量 2 混合料间摩擦系数 2 0 7 0 8 6 4发动机功率计算 3 刮板输送器所需功率 kw 4 刮板输送器所需功率还可按下式计算 kw 其中 vK 0 5 0 6m s 1 传动效率 kD 动载系数 kD 1 2 1 3 Wk 刮板链条与混合料移动阻力 kN b 刮板宽 m hK 闸门开度 m LK 刮板输送器长度 m 2 1 8T m3 1 阻力系数 1 2 3 g 9 81m s2 6 4发动机功率计算 三 螺旋摊铺
14、器所需功率螺旋摊铺器所需功率主要消耗在水平推移混合料上 因不论横坡有多大 摊铺器均是由中间向两侧摊料 因而坡道影响左右相互抵消 故可按水平情况计算如下 kw 其中 QL 螺旋分料器总生产率 QL Q LL 单侧螺旋分料器横向推移混合料距离 m 可取LL 0 5B B为摊铺宽度 2 混合料移动阻力系数 水泥砂砾 2 3 2 粘性磨削物 2 4 沥青混合料 2 5 L 螺旋分料器传动机构机械效率 6 4发动机功率计算 四 振捣梁工作所需功率振捣梁所需功率主要消耗于振捣梁与熨平板间的摩擦力及振捣梁与混合料间摩擦力及捣实功损失上 1 振捣梁与熨平板间摩擦力 kN 其中 SP 将振捣梁压向熨平板的弹簧预
15、紧力 kN w3 振捣梁前料堆推移阻力 kN 3 振捣梁对熨平板的摩擦系数 3 0 3 0 2 2 振捣梁与混合料间摩擦力 kN 其中 1 振捣梁对混合料的摩擦系数 1 0 5 0 6 6 4发动机功率计算 3 振动梁向下运动时混合料对振捣梁的反力因振捣梁宽度很小 故可认为混合料对振捣梁端面的比阻力为p1常数 p1 0 01MPa 故混合料的反力为 其中 Fb 梁底与混合料的接触面积 m2 b 振捣梁宽度 m d 振捣梁厚度 d 0 015m 因此值较小 计算时可忽略不计 4 振捣梁每上下运动一次克服摩擦力 混合料反力所做功 kJ 其中 e 振捣梁驱动轴偏心距 m 6 4发动机功率计算 5 振
16、捣梁工作所需功率 kw 其中 考虑到由于惯性力 离心力 重力而产生的载荷不均匀系数 1 3 1 4 n 驱动轴转速rpm 振捣梁驱动装置传动效率振捣梁的驱动功率还可以用驱动轴上的扭矩来计算如下 若振捣梁质量m 与熨平板质量mi之比m mi 0 1 0 09则振捣梁驱动轴上的单位扭矩可按下式计算 Nm m 振动器工作所需功率 w 其中 L 偏心轴的长度m 偏心轴角速度1 s 6 4发动机功率计算 四 辅助装置的驱动功率一般估计选取 可取 kw 五 发动机所需功率以上是按最大负荷工作状态计算所需功率 还应根据摊铺机最高速度行驶状态计算 一般按下式校核 其中 w 摊铺机运行阻力 v 摊铺机的最高行驶速度 若上式不成立 则应取行驶功率为发动机所需功率计算 第六章复习思考题 1 沥青混凝土摊铺机主要基本参数有哪些 试分别叙述其选择确定方法 2 沥青混凝土摊铺机作业过程中的牵引阻力主要有哪些 试分别叙述其计算方法 3 沥青混凝土摊铺机发动机功率主要消耗在哪几方面 使分别叙述其计算方法 作业六 现欲设计一台最大摊铺宽度为12 5m的沥青混凝土摊铺机 试选择必要的参数 设计计算其刮板输送器速度 闸门开
