振動(dòng)壓路機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

申春茂

(黑龍江省龍建路橋第二工程有限公司)

1 振動(dòng)壓路機(jī)的發(fā)展過(guò)程

1.1 20世紀(jì)40年代至 60年代

振動(dòng)壓實(shí)技術(shù)和振動(dòng)壓實(shí)機(jī)械的出現(xiàn)是壓實(shí)機(jī)械發(fā)展過(guò)程中的一個(gè)劃時(shí)代的革命,從此壓實(shí)效果的增長(zhǎng)不再簡(jiǎn)單地依靠重量或線壓力的增大。第一臺(tái)自行式和拖拉機(jī)牽引的振動(dòng)壓路機(jī)出現(xiàn)在 20世紀(jì) 40年代,但真正大量投放市場(chǎng)是 20世紀(jì)50年代初期的事。開(kāi)始發(fā)展的振動(dòng)壓路機(jī)噸位較小,品種也較少。隨著減振材料和壓路機(jī)結(jié)構(gòu)的日趨完善,振動(dòng)壓路機(jī)在 20世紀(jì) 60年代開(kāi)始迅速地占領(lǐng)了世界的壓實(shí)機(jī)械市場(chǎng),其機(jī)型也從小型向中型、大型的方向發(fā)展,同時(shí)在品種上出現(xiàn)了拖式振動(dòng)壓路機(jī)、輪胎驅(qū)動(dòng)的自行式振動(dòng)壓路機(jī)、雙輪驅(qū)動(dòng)的串聯(lián)式壓路機(jī)、振動(dòng)輪和輪胎壓實(shí)聯(lián)合作用的組合式壓路機(jī)、手扶式單輪和雙輪振動(dòng)壓路機(jī)以及羊腳式和凸塊式的振動(dòng)壓路機(jī)等許多不同的品種。

1.2 20世紀(jì)60年代至 70年代

在 20世紀(jì) 70年代壓路機(jī)發(fā)展史上的一項(xiàng)重大變革是迅速而普遍地推廣了靜液傳動(dòng)和液壓控制技術(shù)。至 20世紀(jì)70年代末機(jī)械傳動(dòng)的壓路機(jī),特別是振動(dòng)壓路機(jī),絕大多數(shù)已經(jīng)被靜液傳動(dòng)所取代。隨著液壓控制技術(shù)在振動(dòng)壓路機(jī)上的應(yīng)用,使振動(dòng)參數(shù)的調(diào)節(jié)成為可能。在 20世紀(jì) 70年代末期出現(xiàn)了調(diào)頻、調(diào)幅式的振動(dòng)壓路機(jī),為壓實(shí)工作參數(shù)的優(yōu)化調(diào)節(jié)奠定了基礎(chǔ)。

1.3 20世紀(jì)80年代至 90年代

(1)新的壓實(shí)技術(shù)和方法的探索。

隨著對(duì)新的壓實(shí)技術(shù)和方法的探索,出現(xiàn)了許多新的構(gòu)想。其中震蕩壓實(shí)技術(shù)與振蕩壓路機(jī),沖擊碾壓技術(shù)與非圓滾輪壓路機(jī)已經(jīng)由 20世紀(jì) 80年代前后的設(shè)想,經(jīng)過(guò) 20世紀(jì) 80年代中期的模型和原型試驗(yàn),發(fā)展到現(xiàn)在已經(jīng)可以向市場(chǎng)提供系列產(chǎn)品。

振蕩壓實(shí)是 20世紀(jì) 80年代的出現(xiàn)的一種新的壓實(shí)方法和技術(shù)。首先提出這一概念的是瑞典的H·Thumer博士。與傳統(tǒng)的振動(dòng)壓路機(jī)利用垂直振動(dòng)的原理不同,振動(dòng)壓實(shí)是利用力學(xué)中交變剪應(yīng)變的原理,使土壤等基礎(chǔ)材料的顆粒重新排列而變得更加密實(shí),從而達(dá)到壓實(shí)之目的。產(chǎn)生這種交變剪應(yīng)變的方法可以有很多種,可以利用兩根互成180°的偏心軸來(lái)產(chǎn)生按正弦曲線變化的交變轉(zhuǎn)矩,施加于滾輪上,使它產(chǎn)生一種繞軸心的振蕩運(yùn)動(dòng)。振蕩壓實(shí)實(shí)際上是一種振蕩與搓揉相結(jié)合的壓實(shí)方法。振動(dòng)能量是沿著水平方向在某一層面內(nèi)傳播的,因而它在深度方面的壓實(shí)影響顯然不如水平方向的振動(dòng)壓實(shí)。但是表面層某一深度放完內(nèi)的壓實(shí)效果將明顯優(yōu)于振動(dòng)壓實(shí)。交變的剪切力使?jié)L輪對(duì)地面產(chǎn)生一種類(lèi)似輪胎壓路機(jī)的搓揉作用,這種搓揉作用能防止表明裂縫。

(2)沖擊碾壓技術(shù)與沖擊壓路機(jī)。

壓力控制新技術(shù)的迅速發(fā)展是現(xiàn)代高科技向傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)部門(mén)的滲透與改造這一大趨勢(shì)緊密關(guān)聯(lián)的,它導(dǎo)致了壓實(shí)過(guò)程的自動(dòng)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)控制和自動(dòng)調(diào)節(jié)技術(shù)的迅速發(fā)展。由于傳統(tǒng)壓實(shí)控制方法的缺點(diǎn),人們一直在尋求一種安裝在機(jī)器上能在壓實(shí)過(guò)程的進(jìn)展中連續(xù)進(jìn)行測(cè)量,不斷提供有關(guān)基礎(chǔ)材料壓實(shí)狀況信息的壓實(shí)控制方法和裝置。早在 20世紀(jì)60年代初就有人提出了能否利用振動(dòng)部件與基礎(chǔ)之間相互作用的動(dòng)力特性來(lái)判斷壓實(shí)進(jìn)程進(jìn)展?fàn)顩r的設(shè)想。這種方法的原理是建立在如下認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上的:當(dāng)?shù)孛嬖谡駝?dòng)部件的作用下逐步壓實(shí)時(shí),地面一機(jī)器系統(tǒng)的動(dòng)力特性也在變化,這種變化將指示出地面承壓力變化的相對(duì)數(shù)值,從而也反映了地面被壓實(shí)的程度。

2 國(guó)內(nèi)振動(dòng)壓路機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀

20世紀(jì) 80年代后期,隨著基礎(chǔ)工業(yè)元件的發(fā)展,特別是液壓泵、液壓馬達(dá)、振動(dòng)輪用軸承、橡膠減震器的引進(jìn)生產(chǎn),使振動(dòng)壓路機(jī)技術(shù)總體水平和可靠性有了很大的提高。在基礎(chǔ)元件支持下,振動(dòng)壓路機(jī)引進(jìn)技術(shù)不斷得到消化吸收,因?yàn)榇髮?zhuān)院校和科研院所的科研攻關(guān),使我國(guó)自行開(kāi)發(fā)和研制振動(dòng)壓路機(jī)的能力有了較大的提高。目前,我國(guó)有70多家工廠生產(chǎn)振動(dòng)壓路機(jī),并初步形成手扶系列、拖式系列、自行系列等產(chǎn)品,基本滿足國(guó)內(nèi)需要,并有一定的出口能力。我國(guó)振動(dòng)壓路機(jī)起步較晚,整體水平與國(guó)外先進(jìn)水平相比仍有差距,主要表現(xiàn)在:產(chǎn)品型號(hào)系列不全;重型和超重型振動(dòng)壓路機(jī)生產(chǎn)數(shù)量和品種仍然較少;專(zhuān)用壓實(shí)設(shè)備缺乏;綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和自動(dòng)控制方面仍低于國(guó)外先進(jìn)水平。

3 振動(dòng)式壓路機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)

(1)新的壓實(shí)技術(shù)和壓實(shí)機(jī)械的發(fā)展將越來(lái)越多地依靠壓實(shí)理論上的新突破,并成為創(chuàng)造原理上全新的壓實(shí)過(guò)程的強(qiáng)大理論支撐。壓實(shí)理論的研究將更加帶有綜合研究的特點(diǎn),即從工作介質(zhì)的材料性能、力學(xué)基礎(chǔ)、施工工藝以及機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)參數(shù)的綜合角度來(lái)研究壓實(shí)機(jī)械的作業(yè)過(guò)程。壓實(shí)技術(shù)的發(fā)展將更加帶有多種壓實(shí)方法綜合作用的特點(diǎn),即通過(guò)靜力、搓揉、振動(dòng)、搗實(shí)、沖擊等多種方法的聯(lián)合作用來(lái)強(qiáng)化壓實(shí)過(guò)程。已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用階段的新的壓實(shí)技術(shù)和壓實(shí)機(jī)械,例如以上提到的振蕩壓路機(jī)、沖擊式壓路機(jī)將進(jìn)一步確定自己的應(yīng)用領(lǐng)域,在某一領(lǐng)域內(nèi)成為主要的機(jī)種。振蕩壓路機(jī)很可能成為瀝青面層和 RCC路面的主要壓實(shí)機(jī)械,逐步占領(lǐng)這一領(lǐng)域的主要市場(chǎng)。供路基、堤壩和其他基礎(chǔ)土石方工程用的壓實(shí)機(jī)械將繼續(xù)向重型和超重型方向發(fā)展。其中沖擊式壓路機(jī)在進(jìn)一步完善驅(qū)動(dòng)方式和解決減振問(wèn)題的 1,在重型壓實(shí)的領(lǐng)域內(nèi)存在著很大的潛在優(yōu)勢(shì),特別是在高填方、塌陷性土壤和干砂壓實(shí)方面很可能成為一種主要的機(jī)種。

(2)在壓實(shí)理論和技術(shù)的研究中試驗(yàn)研究與計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的結(jié)合將成為更加重要的研究手段。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、輔助試驗(yàn)、輔助制造、輔助管理以及輔助工程將使壓實(shí)機(jī)械的研制過(guò)程從構(gòu)想、設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、使用、維修、管理的全過(guò)程成為高度自動(dòng)化和現(xiàn)代化的過(guò)程。近年來(lái)壓實(shí)過(guò)程的計(jì)算機(jī)輔助工程軟件如雨后春筍一般已有了很大發(fā)展,各主要的商家大多都有自己的專(zhuān)用設(shè)計(jì)軟件包,有些已經(jīng)開(kāi)始商品化。

(3)新技術(shù)革命和高科技將繼續(xù)推動(dòng)壓實(shí)機(jī)械向自動(dòng)化、智能化、無(wú)人化和機(jī)器人化的方向發(fā)展。由于壓實(shí)過(guò)程的影響因素較少,所以在這一發(fā)展方向上智能壓路機(jī)很可能成為工程機(jī)械智能化進(jìn)程中最早推出的機(jī)種。在壓實(shí)過(guò)程和機(jī)器工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)上,壓實(shí)機(jī)械將進(jìn)一步向自動(dòng)化的過(guò)程發(fā)展,這一過(guò)程將從局部自動(dòng)化過(guò)度到全面自動(dòng)化,并向遠(yuǎn)距離和無(wú)人化的方向發(fā)展?，F(xiàn)在國(guó)外無(wú)人操縱的振動(dòng)壓實(shí)機(jī)械已經(jīng)應(yīng)用在某些特殊的環(huán)境,例如危險(xiǎn)地帶、水下壓實(shí)作業(yè)中。

在智能化發(fā)展方面的另一個(gè)重要趨勢(shì)是隨機(jī)電腦將普遍應(yīng)用在壓實(shí)機(jī)械上,用來(lái)進(jìn)行工作過(guò)程的監(jiān)測(cè),機(jī)器技術(shù)狀態(tài)的診斷、報(bào)警和故障分析。人工智能的介入將大大改善機(jī)器的維修保養(yǎng)工作,并加速它們的現(xiàn)代化進(jìn)程。通過(guò)以上發(fā)展進(jìn)程的描述,壓實(shí)機(jī)械將逐步逼近完全智能化的作業(yè)機(jī)器人的目標(biāo)。