攤鋪機離析問題的分析與探討

甘 峰，鞏遵群，胡建標

(三一重工路機研究院，湖南 長沙 410000)

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攤鋪機離析問題的分析與探討

甘 峰，鞏遵群，胡建標

(三一重工路機研究院，湖南 長沙 410000)

針對攤鋪機作業(yè)過程中無法避免離析的問題，從攤鋪的過程分析離析形成的原因，從螺旋輸送模型與材料離析傾向性等方面進行分析與探討，根據(jù)分析結(jié)果提出二次攪拌減輕離析的局限性，并對攤鋪機螺旋防離析設計提出建議。

攤鋪機；材料離析；螺旋輸送模型；防離析設計

0 引 言

離析是攤鋪作業(yè)中無法避免的材料離散現(xiàn)象。在路面攤鋪作業(yè)過程中，離析的產(chǎn)生因素有很多種，但攤鋪機是路面成型的最后一環(huán)，離析的綜合結(jié)果會在攤鋪機施工環(huán)節(jié)體現(xiàn)出來。因此，在作業(yè)面出現(xiàn)明顯離析時，大部分將原因歸結(jié)于攤鋪過程。

一些設計單位或?qū)W者根據(jù)螺旋轉(zhuǎn)速的設計，認為材料在螺旋料槽中的流動過程伴有翻滾，以此作為材料二次攪拌的依據(jù)，認為攤鋪機應該采用高速螺旋，形成二次攪拌，以解決螺旋分料過程中的離析問題，但實際上其中存在一些值得探討的問題。

本文通過對離析層形成過程的分析，結(jié)合一些傳輸模型，提出對離析的理解和一些建議。

1 攤鋪鋪層的形成過程與離析形成

目前的攤鋪工藝要求螺旋槽料位穩(wěn)定及料位高度需超過3/4螺旋葉片，且為了保證供料的及時性和料位的穩(wěn)定性，會適當提高螺旋軸的高度，確保螺旋葉片底部高于鋪層至少5 cm以上，使料槽具有一定的儲料量，螺旋攪拌層不影響攤鋪層。

在物料向螺旋兩側(cè)傳輸?shù)倪^程中，物料的運動以跟隨螺旋葉片向兩側(cè)輸送和被熨平擋板向前推動為主。

物料會沿著螺旋和擋料板形成的相對穩(wěn)定的輸送通道運動。通道包含3個區(qū)域：通道底部為已經(jīng)堆積好的物料層，最終形成鋪層；熨平擋料板前部的死料區(qū)，施工過程中基本不變化；螺旋擋料板與螺旋葉片之間的推移區(qū)，受螺旋輸送的影響，持續(xù)不斷地推移更新。攤鋪層的形成如圖1所示。

在輸送過程中，螺旋葉片底部高于鋪層位置，葉片無法直接將混合料從高于鋪層的位置拌入鋪層中。葉片的攪拌作用并不能直接形成鋪層，只是通過中間層的擠壓和密實作用對面層料的預密實產(chǎn)生一定影響。死料區(qū)的存在佐證了通道內(nèi)的混合料不能直接形成鋪層的事實。

從物料運動過程可以看出，由于熨平板的推動作用，料槽中高于鋪層的物料會持續(xù)被推移、滾落；最終，在螺旋擋料板的前端形成了一個物料推動滾落區(qū)，物料持續(xù)地滾落，形成了攤鋪層的混合料結(jié)構(gòu)。

因此，鋪層最終是由物料推移及滾落形成，而不是由通道內(nèi)的葉片攪拌而形成。鋪層離析主要由物料沿螺旋軸傳輸過程中的級配變化及最終的滾落造成，而通道中混合料的級配穩(wěn)定性對最終的滾落有影響。

2 螺旋輸送模型與材料離析傾向性

根據(jù)洪致育《連續(xù)運輸機》[1]中的觀點，對物料相對于葉片的圓周及軸向運動速度進行分解

現(xiàn)階段，企業(yè)物流信息化程度不高，并未充分認識人力、財力和物力，各部門只是借助管理的經(jīng)驗和條框展開采購和運輸?shù)?，從而導致信息缺乏準確性。

式中：v1為物料相對于葉片的圓周速度；v2為物料相對于葉片的軸向速度；t為葉片螺距；n為螺旋軸轉(zhuǎn)速；μ為混合料與螺旋面之間的摩擦系數(shù)；r為顆粒距軸線的距離；π為圓周率。

在螺旋轉(zhuǎn)速及葉片螺距一定的情況下，不同位置顆粒的運動速度是葉片半徑的函數(shù)，數(shù)學模擬得到的曲線如圖2所示。

由圖2可知，混合料的軸向速度v2隨r增加而增加，圓周速度v1隨半徑的增加呈現(xiàn)出有極點的變化曲線。

(1) 在A-A′線左側(cè)，混合料沒有軸向速度，只在原地翻滾，產(chǎn)生內(nèi)摩擦阻力。

(2) 在B-B′線右側(cè)，混合料軸向移動的平均速度大，圓周速度小，物料內(nèi)部的相對運動小，混合料輸送質(zhì)量均勻，不易離析。

根據(jù)該螺旋傳遞速度模型，在物料傳遞過程中，離析似乎與速度無關(guān)，其實不然，因為模型的建立是以物料與葉片面之間僅存在純摩擦為前提。實際上，瀝青混合料有一定粘性，輸送過程是物料與葉面之間的摩擦力和粘附力共同作用的結(jié)果。從能量角度分析能夠更清晰地發(fā)現(xiàn)物料的離析傾向性。

從能量觀點來看，質(zhì)量大、速度快的物體動能更大，具有更強的運動能力[2]。因此，不同級配的材料本身都有離析傾向性，這取決于材料顆粒大小、傳輸速度及顆粒之間的作用力。如果顆粒之間的粘附力及摩擦力不能抵消速度造成的離析傾向性，則材料在沿著螺旋槽輸送過程中會出現(xiàn)從中間往兩邊的顆粒逐步變大的橫向離析現(xiàn)象，常見離析表現(xiàn)即為兩端螺旋軸末端顆粒粗大，如圖3所示。

同時，對于非連續(xù)部位，比如吊座處，因為顆粒運動受阻，能量較大的顆粒脫離混合料之間束縛力的能力更強，容易移動到物料表面，并在阻滯處形成堆積帶，如圖4所示。

由此可以推斷，材料本身的級配、瀝青粘性及材料油石比等都影響材料本身的離析傾向性。橫向級配料的離析是無法避免的，但低速螺旋更容易保持材料輸送的級配穩(wěn)定性。

3 螺旋轉(zhuǎn)速與二次攪拌

目前，攤鋪機螺旋有兩種設計思路：一種為大節(jié)距、大葉片的低速螺旋；一種為小葉片、小節(jié)距的高速螺旋。低速螺旋強調(diào)保持物料的成分穩(wěn)定性，盡量少攪拌；高速螺旋強調(diào)物料的二次攪拌，使物料更加均勻。兩者在攤鋪機施工中均可以達到較好的瀝青施工效果。

根據(jù)前文提到的速度模型進行分析。

(1) 在葉片直徑較小時，無粘性材料的輸送效率會下降，物料攪動作用相對加強，產(chǎn)生二次攪拌的作用。但對粘性材料，只有當速度提高時才會產(chǎn)生攪拌作用。在圖2的A-A′、B-B′線之間的區(qū)域，即混合料速度較低時，離析現(xiàn)象扭轉(zhuǎn)較明顯；但在料位低的情況下，大顆粒隨速度增加分離的可能性較大，反而易造成離析。

(2) 由于顆粒的運動特性，攪拌不會讓物料均勻分布，而會使大小顆粒產(chǎn)生分離運動，由于螺旋料槽內(nèi)進行非封閉持續(xù)攪拌，二次攪拌的作用是以造成物料分離為主，反而破壞了成分的均勻性。

實際施工過程中，攤鋪機通常采用比例分料傳感器控制螺旋的轉(zhuǎn)速，除了初始分料時采用手動控制外，之后的過程基本以傳感器控制為主。這樣，不管是高速螺旋還是低速螺旋，施工過程中螺旋均以

較低速度旋轉(zhuǎn)。實踐發(fā)現(xiàn)，只要料位和轉(zhuǎn)速控制得當，就可以得到較好的攤鋪效果；但從大小葉片的設計上看，大葉片螺旋能以較低速度滿足輸料能力的要求，持續(xù)低速運轉(zhuǎn)，會帶來較好的離析控制效果。

隨著用戶對攤鋪能力要求的提高，葉片小的螺旋轉(zhuǎn)速增加，螺旋對于材料離析傾向性的適應能力會較大葉片螺旋差。采用大葉片、低轉(zhuǎn)速設計的螺旋能夠更好地控制離析，提高材料對離析傾向性的適應能力。

4 結(jié) 語

(1) 鋪層的離析以混合料傳輸過程級配離析及滾落分離為主，最終由材料的離析傾向性及速度造成。攤鋪機能夠有效減小離析，但不能適應所有類型的混合料。

(2) 材料的離析傾向性決定攤鋪過程的離析控制效果，但攤鋪機只能有限控制，最終由材料本身特性決定。

(3) 二次攪拌對攤鋪機并不適用，低速不攪拌螺旋及過程控制才是攤鋪機控制離析的要點。

(4) 攤鋪機防離析設計宜采用低速大葉片螺旋，以保證攤鋪能力最大時螺旋轉(zhuǎn)速不要太快，減少材料離析。

(5) 盡量將螺旋高度控制在合理的位置。螺旋葉片底板高于鋪層厚度位置，以避免葉片輸送對鋪層形成穩(wěn)定性的影響。根據(jù)經(jīng)驗，葉片底部與鋪層的間隙至少大于最大骨料尺寸的5倍。

(6) 螺旋擋料板擋料高度設計要合理，選擇較低的螺旋擋料板便于控制滾落離析，且擋板高度低于葉片底端，可以避免葉片對物料的推擠。

[1] 洪致育.連續(xù)運輸機[M].北京:機械工業(yè)出版社，1983.

[2] 譚發(fā)茂.瀝青混合料離析及其對路面結(jié)構(gòu)均勻性的影響[D].天津：天津大學，2008.

[責任編輯:杜衛(wèi)華]

Analysis and Discussion on Causes of Segregation in Paving Process

GAN Feng, GONG Zun-qun, HU Jian-biao

(Road Machine Research Institute of SANY Heavy Industry, Changsha 410000, Hunan, China)

Aimed at the inevitable problem of segregation during the paving process, the causes were analyzed, and the screw conveyor model and segregation inclination of material were also discussed, based on which the limitation of reducing segregation with a secondary mix was presented, and suggestion on the design of anti-segregation of the screw conveyor was put forward.

paver; material segregation; screw conveyor model; anti-segregation design

1000-033X(2015)04-0045-03

2014-11-09

U415.5

B