攤鋪機為主導(dǎo)機械的施工設(shè)備配套模式研究

周智勇 ，劉洪海

(1.山西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 工程機械系，山西 太原 030031； 2.長安大學(xué) 道路施工技術(shù)與裝備教育部重點實驗室，陜西 西安 710064)

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攤鋪機為主導(dǎo)機械的施工設(shè)備配套模式研究

周智勇1，劉洪海2

(1.山西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院 工程機械系，山西 太原 030031； 2.長安大學(xué) 道路施工技術(shù)與裝備教育部重點實驗室，陜西 西安 710064)

為了適應(yīng)快速發(fā)展的大規(guī)模協(xié)調(diào)、高效作業(yè)的機群施工，提出了一套以攤鋪機為主導(dǎo)機械的設(shè)備配套模式；介紹了瀝青路面施工設(shè)備組成及施工工藝流程，通過理論研究與計算分析了瀝青攤鋪機的生產(chǎn)能力、攤鋪速度、攪拌站的生產(chǎn)能力、壓路機的壓實速度、運輸車數(shù)量數(shù)學(xué)模型幾個影響配套設(shè)備工作效率的關(guān)鍵參數(shù)；并通過實際工程應(yīng)用驗證了該設(shè)備配套模式的可行性，對研究攤鋪機為主導(dǎo)機械的施工設(shè)備配套模式具有重要意義。

攤鋪機；配套模式；主導(dǎo)機械；數(shù)學(xué)模型

0 引 言

隨著施工技術(shù)的不斷發(fā)展，瀝青路面施工中機械設(shè)備配套施工的模式愈加重要。所謂設(shè)備配套模式，就是施工設(shè)備的合理使用，各設(shè)備之間的合理匹配[1-4]。目前，施工設(shè)備的配套模式主要是以攪拌站為主導(dǎo)機械，對于以攤鋪機為主導(dǎo)機械的設(shè)備配套模式研究甚少。

為了適應(yīng)快速發(fā)展的大規(guī)模機群施工，保證各機械設(shè)備之間的協(xié)調(diào)、高效作業(yè)，在降低施工成本的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益，就需要提出一套以攤鋪機為主導(dǎo)機械的設(shè)備配套模式。

本文對瀝青攤鋪機的生產(chǎn)能力和攤鋪速度、攪拌站的生產(chǎn)能力、壓路機的壓實速度、運輸車的數(shù)量進行理論分析，并將計算出的設(shè)備配套模式應(yīng)用于施工實踐中，以檢驗設(shè)備配套模式的合理性。

1 瀝青路面施工設(shè)備組成及施工工藝流程

1.1 設(shè)備分類

根據(jù)瀝青路面各施工機械的重要性，可以將施工機械分為主導(dǎo)機械、主要機械和輔助機械。在瀝青路面施工中，攤鋪機對路面質(zhì)量起著決定性的作用，應(yīng)作為主導(dǎo)機械；瀝青混合料攪拌站、運輸汽車、壓路機及裝載機為主要機械；其他機械可歸為輔助機械。主要機械和輔助機械的配置必須服從主導(dǎo)機械，以主導(dǎo)機械的連續(xù)、高效運行為原則。

1.2 瀝青路面施工工藝流程

在瀝青路面施工中，主要用到的設(shè)備有攤鋪機、攪拌站、壓路機、運輸車等，根據(jù)各設(shè)備在施工中所起的作用和配合關(guān)系，可繪制如圖1所示的瀝青路面施工工藝流程。

2 設(shè)備配套方法

2.1 瀝青攤鋪機組配套

2.1.1 攤鋪機組攤鋪能力的確定

攤鋪能力的確定要考慮主導(dǎo)機械瀝青攤鋪機組的配套方法。必須先計算瀝青攤鋪機組的最小攤鋪能力Qtmin

(1)

式中：Qtmin為攤鋪機組的最小攤鋪能力(t·h-1)；L為施工段總長度(km)；hi為瀝青混凝土路面各攤鋪層的厚度(i=1,2,3)(cm)；B為瀝青混凝土路面單側(cè)路面寬度(m)；γi為瀝青混凝土路面各攤鋪層的密實度(t·m-3)；T為有效施工工期(d)；t為每日計劃工作時間(h)；Kh為時間利用系數(shù)。

根據(jù)計算出的最小攤鋪能力Qtmin，選擇合適的攤鋪機，確定攤鋪機組的攤鋪能力Qt。

2.1.2 攤鋪機數(shù)量及攤鋪速度的確定

攤鋪機工作面?zhèn)€數(shù)與最小攤鋪速度應(yīng)滿足如下關(guān)系

(2)

一般而言，攤鋪機的攤鋪速度應(yīng)小于4 m·min-1，并與設(shè)備參數(shù)、材料特性相匹配。速度太快，攤鋪的路面易出現(xiàn)拉痕、初始壓實度不足等現(xiàn)象；而速度太慢又會影響施工進度。

2.2 瀝青攪拌站配套

瀝青攪拌站的生產(chǎn)能力必須大于攤鋪機組的攤鋪用料量，以便給攤鋪機組提供足夠的瀝青混合料，保證攤鋪的高效連續(xù)運行。

(3)

式中：Qj為瀝青攪拌站的生產(chǎn)能力(t·h-1)；G為攪拌站每次卸下瀝青混凝土的重量(t)；t為攪拌一次所需總時間(min)；Qt為瀝青攤鋪機的攤鋪能力(t·h-1)。

根據(jù)式(3)可以計算出瀝青攪拌站每次卸下的瀝青混凝土重量G，從而直接選擇相應(yīng)攪拌能力的攪拌站。

2.3 壓實機械配套

2.3.1 初壓機

瀝青攪拌站每小時攪拌多少噸瀝青混合料，壓路機就應(yīng)壓實多少噸瀝青混合料；攤鋪機每小時攤鋪多少噸瀝青混合料，初壓壓路機就應(yīng)壓實多少噸瀝青混合料。因此初壓壓路機臺數(shù)與最小工作速度應(yīng)滿足

(4)

且滿足

(5)

式中：M1為每個攤鋪工作面初壓機的臺數(shù)；V1min為初壓機的最小工作速度(m·min-1)；n1為初壓壓實遍數(shù)；B1為初壓壓路機的壓實寬度(m)；b1為初壓壓路機的壓實重疊寬度(m)。

2.3.2 復(fù)壓機

攤鋪機每小時攤鋪多少噸瀝青混合料，復(fù)壓壓路機就應(yīng)壓實多少噸瀝青混合料；初壓壓路機每小時壓實多少噸瀝青混合料，復(fù)壓壓路機就應(yīng)復(fù)壓多少噸瀝青混合料。因此，復(fù)壓壓路機臺數(shù)與最小工作速度應(yīng)滿足

(6)

且滿足

(7)

式中：M2為每個攤鋪工作面復(fù)壓機的臺數(shù)；V2min為復(fù)壓機的最小工作速度(m·min-1)；n2為復(fù)壓壓實遍數(shù)；B2為復(fù)壓壓路機的壓實寬度(m)；b2為復(fù)壓壓路機的壓實重疊寬度(m)。

2.3.3 終壓機

攤鋪機每小時攤鋪多少噸瀝青混合料，終壓壓路機就應(yīng)壓實多少噸瀝青混合料；復(fù)壓壓路機每小時壓實多少噸瀝青混合料，終壓壓路機就應(yīng)終壓多少噸瀝青混合料。因此，終壓壓路機臺數(shù)與最小工作速度應(yīng)滿足

(8)

且滿足

(9)

式中：M3為每個攤鋪工作面終壓機的臺數(shù)；V3min為終壓機的最小工作速度(m·min-1)；n3為終壓壓實遍數(shù)；B3為終壓壓路機的壓實寬度(m)；b3為終壓壓路機的壓實重疊寬度(m)。

2.4 運料汽車配套

所需汽車最小數(shù)量Nmin

(10)

且滿足

(11)

確定出所需汽車最小數(shù)量Nmin后，還應(yīng)增加2～4輛運料車在攤鋪機或者攪拌站前等待，最終確定所需車輛數(shù)量。

3 設(shè)備配套模式的應(yīng)用

內(nèi)蒙某高速熱拌瀝青混合料面層攤鋪工程，標段路面總長度18 km，路面單側(cè)寬12.5 m，上面層設(shè)計厚度為3 cm，中面層設(shè)計厚度為5 cm，下面層設(shè)計厚度為7 cm。路面瀝青面層預(yù)計施工工期70 d，每天工作10 h。

3.1 攤鋪機

首先計算攤鋪機組的最小攤鋪能力Qtmin，Kh取0.9，根據(jù)式(1)

確定攤鋪機組的攤鋪能力為270 t·h-1。

根據(jù)公式(2)計算攤鋪機的攤鋪速度

由計算結(jié)果可知，一個工作面攤鋪即可按工期完工；鑒于路面單側(cè)寬度12.5 m，在此選擇2個攤鋪機并排攤鋪。

3.2 攪拌站

攪拌總時間為50 s，Kh取0.95，根據(jù)式(3)

計算可知：G≥3.95。

根據(jù)計算結(jié)果選取LB4000型攪拌站，Qj=273 t·h-1。

3.3 壓路機

鋼輪振動壓路機有效壓實寬度取2.1 m，重疊寬度0.7 m；初壓2遍，復(fù)壓4遍，終壓2遍。根據(jù)公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范(JTG F40—2004)[5]，鋼輪壓路機初壓適宜速度為2～3 km·h-1，復(fù)壓適宜速度為3～4.5 km·h-1，終壓適宜速度為3～6 km·h-1。

3.3.1 初壓機

根據(jù)公式(4)、(5)

且滿足

取M1V1min=106.56 m·min-1=6.39 km·h-1。

考慮到時間利用系數(shù)Kh=0.97，則M1V1min=6.59 km·h-1。

根據(jù)初壓最佳速度范圍，取M1=3，V1=2.2 km·h-1。

3.3.2 復(fù)壓機

根據(jù)式(6)、(7)

且滿足

取M2V2min=210.72 m·min-1=12.64 km·h-1。

考慮到時間利用系數(shù)Kh=0.97，則M2V2min=13.03 km·h-1。

根據(jù)復(fù)壓最佳速度范圍，取M2=3，V2=4.34 km·h-1。

3.3.3 終壓機

根據(jù)式(8)、(9)

且滿足

取M3V3min=108.50 m·min-1=6.51 km·h-1。

考慮到時間利用系數(shù)Kh=0.97，則M3V3min=6.71 km·h-1。

根據(jù)終壓最佳速度范圍，取M3=2，V3=3.36 km·h-1。

3.4 運輸車

運輸汽車額定載重量G0=40 t。所需汽車最小數(shù)量Nmin根據(jù)式(10)、(11)計算。

且滿足

裝料時間

(12)

運料時間

(13)

卸料時間

(14)

式中：L為瀝青混凝土平均運輸距離(km)，當計算一個工作循環(huán)的最大時間時取最大值， 當計算一個工作循環(huán)的最小時間時取最小值；vy為運輸汽車平均運料速度(km·h-1)；vk為運輸汽車平均空返速度(km·h-1)；Bt為單個攤鋪機實際的攤鋪寬度(m)。

根據(jù)計算結(jié)果可知Nmin=6，設(shè)攤鋪機或攪拌站前等待車輛數(shù)為3，初步確定所需汽車數(shù)量為9輛。根據(jù)以上配套模式確定的攤鋪機生產(chǎn)能力為270 t·h-1，攤鋪速度為2.95 m·min-1；選用LB4000型瀝青攪拌站；初壓鋼輪壓路機3臺，復(fù)壓振動壓路機3臺，終壓光輪壓路機2臺；運輸車9輛。

在此基礎(chǔ)上，選用合適的設(shè)備品牌及型號，攤鋪機為VOLVO ABG8820，攪拌站為三一重工LB4000型瀝青攪拌站，施工時各設(shè)備之間的配合連續(xù)、高效，平整度、施工壓實度等各項指標均達到要求。

4 結(jié) 語

(1) 根據(jù)工期和施工量可以初步計算出攤鋪機組的最小攤鋪能力，從而進一步確定攤鋪機的攤鋪速度和數(shù)量。

(2) 攪拌站的配置應(yīng)以滿足攤鋪機連續(xù)攤鋪為原則，根據(jù)攤鋪機組的攤鋪能力選擇其生產(chǎn)能力。

(3) 初壓機應(yīng)以攤鋪機每小時所攤鋪的瀝青混合料量和攪拌站每小時攪拌的的瀝青混合料量為依據(jù)進行配置；復(fù)壓機應(yīng)以攤鋪機每小時所攤鋪的瀝青混合料量和初壓機每小時壓實的瀝青混合料量為依據(jù)進行配置；終壓機應(yīng)以攤鋪機每小時所攤鋪的瀝青混合料量和復(fù)壓機每小時壓實的瀝青混合料量為依據(jù)進行配置。

(4) 運輸汽車應(yīng)在綜合考慮攤鋪機組的攤鋪能力和攪拌站生產(chǎn)能力的基礎(chǔ)上，在攤鋪機或攪拌站前增加2～4輛等待車輛進行配置。

[1] 李占慧，李自光，王順星.基于排隊論的高等級公路瀝青路面施工自卸車的優(yōu)化配置[J].工程機械，2005(5):29-32.

[2] 李占慧，李自光，王順星.基于排隊輪的瀝青混凝土路面施工機群的優(yōu)化配置[J].筑路機械與施工機械化，2004,21(8):23-25.

[3] 夏學(xué)軍.瀝青混凝土路面施工機械組織與機群配置研究[J].黑龍江交通科技，2011(6)：226-227.

[4] 郭小宏.公路工程機械化工程與管理[M].北京：人民交通出版社，2013.

[5] JTG F40—2004，公路瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范[S].

[責(zé)任編輯:譚忠華]

Research on Equipment Matching Mode with Paver as Key Machine

ZHOU Zhi-yong1, LIU Hong-hai2

(1. Department of Construction Machinery, Shanxi Traffic Vocational and Technical College, Taiyuan 030031, Shanxi, China; 2. Key Laboratory for Highway Construction Technology and Equipment of Ministry of Education, Chang’an University, Xi’an 710064, Shaanxi, China)

In order to adapt the fast growing of construction fleet with many kinds of machines involved, an equipment matching mode with paver as key machine was proposed. The composition of construction equipment and the construction process of asphalt pavement were introduced. Critical parameters which might affect the efficiency including production capacity of the paver, paving speed, production capacity of mixing plant, compacting speed of roller and transport vehicle amount were analyzed. The matching mode was verified by practical use, which is of great importance to the research.

paver; matching mode; key machine; numerical model

1000-033X(2015)04-0084-04

2014-11-01

U415.5

B