公路壓實(shí)機(jī)械新技術(shù)與新理論研究

王琰耀

【摘要】近些年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，很多新技術(shù)、新壓實(shí)機(jī)械也不斷應(yīng)用于公路的壓實(shí)施工。本文就公路壓實(shí)機(jī)械的新技術(shù)和新理論進(jìn)行了詳細(xì)討論。

【關(guān)鍵詞】公路；壓實(shí)機(jī)械；新技術(shù)；新理論

1.前言

在公路修筑中，壓實(shí)機(jī)械是很重要的設(shè)備，無(wú)論路基、地基層、基層和面層都需要很好的壓實(shí)，以達(dá)到一定的密實(shí)度，提高道路的承載能力，并防止沉陷、水分滲透等。隨著交通運(yùn)輸量的迅速增大，公路建設(shè)的進(jìn)一步發(fā)展，施工部門(mén)對(duì)壓實(shí)機(jī)械提出了越來(lái)越高的要求。而近些年來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛使用使得壓實(shí)機(jī)械的設(shè)計(jì)、制造、使用、維修等過(guò)程實(shí)現(xiàn)智能化以及高度自動(dòng)化成為可能。

2.壓實(shí)機(jī)械的新技術(shù)

2.1壓實(shí)控制技術(shù)

近些年來(lái)，公路工程的土方工程量不斷增大，采用傳統(tǒng)的壓實(shí)施工控制難以滿足相關(guān)規(guī)范關(guān)于公路壓實(shí)度的要求。科學(xué)技術(shù)在公路壓實(shí)施工中的廣泛使用帶動(dòng)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。有人提出制造一種機(jī)器，這種機(jī)器通過(guò)振動(dòng)部件與基礎(chǔ)相互作用的動(dòng)力特性比較科學(xué)的反映公路施工壓實(shí)進(jìn)度，不失為一種合理的壓實(shí)控制技術(shù)。很多公路施工單位根據(jù)這種公路施工壓實(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)，不斷追求公路壓實(shí)信息的實(shí)時(shí)化處理。在國(guó)外的某些公路項(xiàng)目施工中已經(jīng)有公路壓實(shí)信息的實(shí)時(shí)化處理系統(tǒng)控制路基和路面底基層的壓實(shí)的先例。這種系統(tǒng)的硬件設(shè)施有振動(dòng)壓路機(jī)、壓實(shí)度儀、壓實(shí)記錄系統(tǒng)和個(gè)人計(jì)算機(jī)軟件等。其工作的原理為：壓實(shí)度儀將測(cè)量豎向振動(dòng)的結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)傳給處理器；處理器將根據(jù)信號(hào)計(jì)算出的壓實(shí)儀值、頻率等顯示在各種儀表上；壓實(shí)施工人員根據(jù)儀表度數(shù)檢測(cè)壓實(shí)的進(jìn)度；在整個(gè)壓實(shí)過(guò)程完成以后，可以在現(xiàn)場(chǎng)將連續(xù)壓實(shí)控制系統(tǒng)記錄的報(bào)告打印出來(lái)[1]。

2.2壓實(shí)機(jī)械智能化

隨著微電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，液壓與電子控制有機(jī)結(jié)合使得壓實(shí)機(jī)械的設(shè)計(jì)、制造、使用、維修到過(guò)程不斷實(shí)現(xiàn)智能化，顯著提高了壓實(shí)機(jī)械的壓實(shí)性能。計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛使用將自適應(yīng)和自學(xué)習(xí)技術(shù)引進(jìn)壓實(shí)控制中，使得壓實(shí)機(jī)械可以按照土質(zhì)的變化情況不斷調(diào)整自身各種工作參數(shù)，如振動(dòng)頻率、振幅碾壓速度和遍數(shù)等，以使壓實(shí)機(jī)械自動(dòng)適應(yīng)外部工作狀態(tài)的變化。利用速度、壓力、流量等傳感器，采集壓路機(jī)械工作狀態(tài)參數(shù)引入自我診斷系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)故障自動(dòng)報(bào)警、振動(dòng)頻率和振幅的快速調(diào)節(jié)及壓實(shí)度的隨機(jī)檢測(cè)，使壓實(shí)作業(yè)始終在最優(yōu)條件下進(jìn)行。

壓實(shí)機(jī)械實(shí)現(xiàn)智能化，使得壓實(shí)系統(tǒng)能根據(jù)公路的實(shí)際狀況自動(dòng)選擇與被壓材料的密實(shí)度狀況相匹配的振幅，其優(yōu)勢(shì)也是很明顯的，不僅能有效提高壓實(shí)度的均勻程度，避免由于壓實(shí)機(jī)械的工作參數(shù)與被壓實(shí)材料密實(shí)度不相配導(dǎo)致的壓實(shí)不足或過(guò)壓實(shí)現(xiàn)象，而且能夠消除振動(dòng)輪的跳振，避免粗骨破碎[2]。

Bomag公司研制成功的一種智能壓實(shí)系統(tǒng)能夠使振動(dòng)輪在垂直或水平的兩個(gè)極限或在其間的任何狀態(tài)下工作。壓實(shí)系統(tǒng)能夠根據(jù)被壓實(shí)材料的密實(shí)度選擇與之相配的最優(yōu)工作參數(shù)，如對(duì)于壓實(shí)機(jī)械壓實(shí)的材料具有低密實(shí)度的情況，系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)整振動(dòng)輪的工作方式而在垂直方向輸出最大激振力；而對(duì)于壓實(shí)的材料具有高密實(shí)度的情況，則系統(tǒng)調(diào)整振幅的輸出為水平方向，從而滿足公路的壓實(shí)度要求并實(shí)現(xiàn)均勻壓實(shí)目的。壓實(shí)系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)幅過(guò)程是通過(guò)其中的傳感器傳回振動(dòng)過(guò)程中的信號(hào)經(jīng)運(yùn)算處理后傳給傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)處理后的信號(hào)改變兩組偏心塊的相位角以進(jìn)行調(diào)幅過(guò)程，實(shí)現(xiàn)壓實(shí)機(jī)械的適應(yīng)性調(diào)節(jié)。

此外，無(wú)人駕駛或地面遙控壓路機(jī)也邁出可喜的一步，取得很大進(jìn)展。如長(zhǎng)沙礦山研究院研制成功的YZJ19A的基礎(chǔ)上又開(kāi)發(fā)了地面遙控的振動(dòng)壓路機(jī)。但是由于我國(guó)振動(dòng)壓路機(jī)起步晚，整體水平與國(guó)外先進(jìn)水平相比仍有較大差距，尤其是重型和超重型振動(dòng)壓路機(jī)生產(chǎn)數(shù)量和品種仍然較少，產(chǎn)品的可靠性和外觀質(zhì)量等綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和自動(dòng)控制技術(shù)方面仍低于國(guó)外先進(jìn)水平。

2.3計(jì)算機(jī)仿真壓實(shí)過(guò)程

20世紀(jì)50年代的仿真機(jī)大部分是以電子模擬計(jì)算機(jī)為主機(jī)實(shí)現(xiàn)的，在部分特殊應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)也有以液壓機(jī)、氣壓機(jī)或阻抗網(wǎng)絡(luò)作為主要模擬設(shè)備的[3]。“由于電子模擬計(jì)算機(jī)的精度較差等缺點(diǎn)，從70年代初開(kāi)始 ，數(shù)字模擬混合仿真機(jī)得到發(fā)展。到了70年代末期，以數(shù)字機(jī)為主機(jī)的各種各樣專(zhuān)用和通用仿真機(jī)得到普及和推廣?！庇捎诟咝阅芄ぷ髡尽⒕扌蜋C(jī)、小巨機(jī)、軟件技術(shù)和人工智能技術(shù)取得引人矚目的進(jìn)展，在80年代內(nèi)人們對(duì)智能化的仿真機(jī)寄予希望，也在綜合集成數(shù)字仿真和模擬仿真的優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上 ，設(shè)計(jì)出在更高層次上的數(shù)字模擬混合仿真機(jī)，在一些特定的仿真領(lǐng)域內(nèi)，這種智能仿真機(jī)和高層次的數(shù)字模擬仿真機(jī)都取得令人鼓舞的結(jié)果[4]。

由瑞典Geodynamik技術(shù)咨詢公司開(kāi)發(fā)的振動(dòng)壓實(shí)過(guò)程計(jì)算機(jī)仿真軟件提供的仿真模型允許將土壤最基本的物理學(xué)特性作為計(jì)算機(jī)的輸入?yún)?shù)，通過(guò)這種計(jì)算機(jī)仿真程序可以在不同的土壤條件和不同的機(jī)械參數(shù)下模擬滾輪與土壤相互作用的動(dòng)力學(xué)特性，并且還能夠根據(jù)給定的土壤條件選擇不同的壓實(shí)機(jī)械機(jī)型和壓實(shí)施工工藝，根據(jù)實(shí)際的公路狀況選擇合適的施工工藝。

2.4碾壓作業(yè)連續(xù)控制技術(shù)

瑞典Geodynamik公司的壓實(shí)設(shè)備控制與檢測(cè)系統(tǒng)經(jīng)過(guò)改裝可安裝于其它廠家的壓路機(jī)上。這種控制與檢測(cè)系統(tǒng)的硬件設(shè)施包括用于振動(dòng)壓路機(jī)和振蕩壓路機(jī)上的示波器，此外還有用于連續(xù)壓實(shí)控制、文件系統(tǒng)和處理連續(xù)壓實(shí)控制數(shù)據(jù)用的PC軟件程序。其中的中央數(shù)據(jù)服務(wù)軟件窗口可用于分析某一項(xiàng)目的連續(xù)壓實(shí)控制在案信息，通過(guò)系統(tǒng)對(duì)其處理可將數(shù)據(jù)信息制成各種圖表，這些表格還可以在系統(tǒng)的屏幕顯示。

2.3壓實(shí)工程輔助管理

Bomag公司研制成功的一種作為壓實(shí)工程輔助管理的土方壓實(shí)機(jī)械輔助軟件，名為CARE，用戶在這種輔助工具的作用下能夠根據(jù)公路工程的實(shí)際狀況（如工作量、現(xiàn)場(chǎng)條件、材料特性、壓實(shí)度等）選擇最為合適的三種壓實(shí)機(jī)械配置方案，而這種輔助工具又對(duì)每一方案的使用參數(shù)（包括壓輪類(lèi)型、碾壓速度和遍數(shù)、每層壓實(shí)帶的設(shè)置、最小與最大鋪層厚度和鋪層數(shù)、壓實(shí)生產(chǎn)率和壓實(shí)時(shí)間以及壓實(shí)機(jī)械的振幅和頻率等）都給出了合理的選用建議，以實(shí)現(xiàn)公路工程的最優(yōu)化壓實(shí)施工。

2.5防滑轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)

為了滿足某些公路施工中的大型填方工程開(kāi)發(fā)的防滑轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)可以簡(jiǎn)稱(chēng)為ASC（Anti-Slip control）。這種控制系統(tǒng)借助于調(diào)整液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的流量給壓實(shí)機(jī)械提供最佳牽引條件，極大地提高壓實(shí)機(jī)械的爬坡能力，同時(shí)換能避免機(jī)器停頓或下陷。這種控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用為進(jìn)行大型工程的公路施工創(chuàng)造了有利條件。

2.6工業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)的應(yīng)用

基于工業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)的第三代壓實(shí)機(jī)械改變了壓實(shí)機(jī)械駕駛室和大斜坡的發(fā)動(dòng)機(jī)罩的外觀，改用圓弧形的外觀造型，極大的增加了壓實(shí)機(jī)械駕駛室的活動(dòng)空間（在30%以上），同時(shí)還能根據(jù)駕駛員的操作習(xí)慣選用舒適的高靠背座椅以及調(diào)節(jié)方向盤(pán)的高度與傾角[5]，使得操作員的操作更為便捷。這種設(shè)計(jì)也增強(qiáng)了壓實(shí)機(jī)械的隔離噪聲與振動(dòng)能力，整體的壓實(shí)機(jī)械設(shè)計(jì)更為科學(xué)合理。

3.結(jié)語(yǔ)

總之，近些年來(lái)我國(guó)的交通事業(yè)發(fā)展極為迅速，交通量的不斷增大對(duì)公路工程的質(zhì)量提出了更高的要求。作為公路工程項(xiàng)目中的一種重要施工工藝，壓實(shí)施工對(duì)于提高公路的質(zhì)量具有極為重要的意義。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)革命，計(jì)算機(jī)技術(shù)廣泛應(yīng)用于公路工程項(xiàng)目中的壓實(shí)施工，在壓實(shí)過(guò)程和機(jī)器工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上不斷提高壓實(shí)機(jī)械的智能化和自動(dòng)化，為建設(shè)高質(zhì)量的公路設(shè)施繪制了宏偉的藍(lán)圖。

【參考文獻(xiàn)】

[1]趙延峰.公路壓實(shí)機(jī)械新技術(shù)與新理論[J].民營(yíng)科技，2012，（01）：39-40.

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[3]金洪峰.現(xiàn)代壓實(shí)機(jī)械新技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展[J].黑龍江交通科技，2011，（07）：22-24.

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[5]劉敬安、張萬(wàn)軍、陳凱.現(xiàn)代壓實(shí)機(jī)械的新技術(shù)[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，（10）：81-82.