一種降低溫度離析的螺旋分料器設(shè)計

吳俊良++霍從浩++田書晨??

摘 要：為了防止瀝青混合料因施工機(jī)械及施工工藝的影響而產(chǎn)生溫度離析，設(shè)計了一種裝有電加熱棒可對瀝青混合料加熱的螺旋分料器。通過對螺旋分料器的零部件中單側(cè)螺旋、主段螺旋、延伸段螺旋、螺旋吊座的結(jié)構(gòu)重新設(shè)計，使瀝青混合料在攤鋪前經(jīng)過二次攪拌和均勻加熱，有效地降低了瀝青混合料的溫度離析，為攤鋪機(jī)螺旋分料器的設(shè)計提供了全新的思路，具有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：螺旋分料器；溫度離析；瀝青混合料；電加熱棒

中圖分類號：U415.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Design of Auger for Temperature Segregation Reduction

WU Jun- liang， HUO Cong- hao， TIAN Shu- chen

（Dynapac （China） Compaction & Paving Equipment Co. Ltd.， Tianjin 301700， China）

Abstract： In order to avoid temperature segregation of asphalt mixture caused by construction equipment and technology， an auger equipped with electrical heating rod was designed. By redesigning the unilateral spiral， spirals of main part and extension part of the auger and the hanging brackets， another mixing and heating were conducted on asphalt mixture before the paving process， and the temperature segregation was effectively lowered. The design provides a new thought on paver augers.

Key words： auger； temperature segregation； asphalt mixture； electrical heating rod

0 引 言

溫度離析是指在儲存、運(yùn)輸及攤鋪過程中，瀝青混合料受天氣、施工機(jī)械和施工工藝等影響產(chǎn)生熱量損失而出現(xiàn)溫度差異的現(xiàn)象。有研究指出當(dāng)瀝青混合料溫度變化超過20 ℃時會顯著影響路面性能。溫度離析嚴(yán)重的區(qū)域密度小、空隙率大，容易導(dǎo)致路面出現(xiàn)水損害和疲勞破壞，嚴(yán)重離析的路面使用壽命可能會縮短一半以上[1]。

溫度離析的原因很多，相應(yīng)有很多傳統(tǒng)的降低溫度離析的方法。有研究表明采用轉(zhuǎn)運(yùn)車能極大的改善溫度離析現(xiàn)象。本文從設(shè)計攤鋪機(jī)的角度出發(fā)，通過設(shè)計合理的螺旋分料器降低瀝青混合料的溫度離析，可以有效地降低瀝青路面的施工成本[2- 3]。

1 螺旋分料器設(shè)計

螺旋分料器作為攤鋪機(jī)的主要工作部件之一，通過螺栓等連接件與攤鋪機(jī)機(jī)架相連接。其功能是將瀝青混合料按照一定的生產(chǎn)率，無離析地均勻輸送到待攤鋪的全副寬度內(nèi)。在攤鋪機(jī)的螺旋分器中，由帶有螺旋葉片的轉(zhuǎn)動軸在布料槽內(nèi)轉(zhuǎn)動，使裝入布料槽的瀝青混合料在自身重力、葉片摩擦力及布料槽摩擦力的作用下，沿著布料槽向兩端運(yùn)動，并向螺旋下面落料，從而達(dá)到向待攤鋪寬度內(nèi)布料的目的。螺旋分料器的設(shè)計應(yīng)滿足以下方面[4- 6]。

（1） 螺旋轉(zhuǎn)速應(yīng)滿足攤鋪機(jī)對螺旋分料器生產(chǎn)率的要求。

（2） 螺旋功率應(yīng)與攤鋪機(jī)功率相匹配。

（3） 螺旋參數(shù)之間的匹配應(yīng)滿足攤鋪路面抗離析及均勻性的要求。

（4） 在設(shè)定的攤鋪厚度和攤鋪速度下，螺旋供料系統(tǒng)能滿足連續(xù)攤鋪的需求。

（5） 攤鋪機(jī)的螺旋分料器能夠無級調(diào)速，自動調(diào)節(jié)混合料的攤鋪速度，并保證均勻平整的攤鋪。

（6） 螺旋分料器能滿足各種材料不同厚度的攤鋪需求。

（7） 具有自動找平和保持?jǐn)備亴雍穸染鶆蛐缘墓δ堋?/p>

1.1 總體結(jié)構(gòu)

螺旋分料器的結(jié)構(gòu)部件主要包括螺旋機(jī)箱、螺旋驅(qū)動裝置、螺旋提升棘輪扳手、左右撐拉裝置、左右主段擋料板、左右延伸段擋料板、左右延伸段螺旋等，左右兩側(cè)延伸段螺旋及擋料板從螺旋機(jī)箱處成對稱布置，如圖1所示。左右兩側(cè)螺旋分為主段螺旋和延伸段螺旋，主段螺旋與第一延伸段螺旋、第一延伸段螺旋與第二延伸段螺旋之間通過螺旋吊座連接，吊座同時也與主段或延伸段擋料板連接。左右兩側(cè)延伸段螺旋及擋料板的數(shù)量可根據(jù)施工時攤鋪寬度的需求靈活拼接，并在兩側(cè)螺旋末端安裝軸套保護(hù)軸頭。在左右延伸段螺旋與機(jī)架之間連有撐拉裝置，以確保左右螺旋擋料板不變形。整個螺旋分料器與機(jī)架通過螺栓連接，可根據(jù)攤鋪厚度的需求調(diào)整螺旋提升棘輪扳手實現(xiàn)螺旋離地高度的調(diào)整。

1.2 零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.2.1 單側(cè)螺旋結(jié)構(gòu)設(shè)計

因為左右螺旋從機(jī)箱處成對稱布置，現(xiàn)以右側(cè)螺旋為例說明兩側(cè)螺旋的結(jié)構(gòu)組成。右側(cè)螺旋分料器主段螺旋、吊座及延伸段螺旋的連接結(jié)構(gòu)剖面圖如圖2所示。單側(cè)螺旋主要由驅(qū)動鏈輪、鏈輪箱端蓋、主段螺旋、第一延伸段螺旋、第二延伸段螺旋、螺旋吊座及與吊座軸末端的軸套等組成，吊座軸如圖3所示。主段螺旋靠近鏈輪箱側(cè)裝有驅(qū)動鏈輪和鏈輪箱端蓋，另一側(cè)通過螺旋吊座與第一延伸段螺旋連接，第一延伸段螺旋與第二延伸段螺旋之間也是通過螺旋吊座連接。主段螺旋和延伸段螺旋的一端焊有十字定位叉，如圖4所示。焊有十字定位叉的一端與螺旋吊座的吊座軸帶徑向定位叉的一端連接，實現(xiàn)螺旋的徑向定位。螺旋吊座與主段或延伸段擋料板通過螺栓連接實現(xiàn)軸向定位。在左右兩側(cè)螺旋末端，通過沉頭螺釘將帶內(nèi)花鍵的軸套與吊座軸末端固定，使吊座軸軸頭在工作時能得到保護(hù)。

1.2.2 主段螺旋

右主段螺旋結(jié)構(gòu)圖和剖面如圖5、6所示，由主段螺旋本體、螺旋葉片和置于螺旋本體內(nèi)的電加熱棒組成。

其中主段螺旋本體由與鏈輪連接的帶外花鍵的軸端、主軸軸管、螺旋葉片連接座和十字定位叉焊接而成。帶外花鍵與鏈輪連接的軸端和十字定位叉焊接在軸管兩端，螺旋葉片連接座環(huán)形焊接在軸管的外表面，螺旋葉片通過葉片連接螺栓與螺旋葉片連接座連接。

圖7 右側(cè)第一延伸段螺旋結(jié)構(gòu)

1.2.3 延伸段螺旋

右側(cè)第一延伸段螺旋的結(jié)構(gòu)及剖面如圖7、8所示，主要由延伸段螺旋本體、螺旋葉片和置于螺旋本體內(nèi)的電加熱棒組成。其中延伸段螺旋本體由帶內(nèi)花鍵的軸頭、

延伸段螺旋軸軸管、螺旋葉片連接座和十字定位叉焊接而成。帶內(nèi)花鍵的軸頭和十字定位叉分別焊接在軸管兩端，螺旋葉片連接座環(huán)形焊接在軸管的外表面，螺旋葉片通過葉片連接螺栓與螺旋葉片連接座連接。延伸段螺旋與主段螺旋的區(qū)別一方面在于軸管的長度不同，另一方面在于主段螺旋一端焊接的是與鏈輪連接的帶外花鍵軸端，

圖8 右側(cè)第一延伸段螺旋剖面

而延伸段連接的是帶內(nèi)花鍵的軸頭，其結(jié)構(gòu)的區(qū)別還在于延伸段軸頭內(nèi)有可穿過導(dǎo)線的通孔。右側(cè)第二延伸段螺旋的結(jié)構(gòu)與右側(cè)第一延伸段螺旋的結(jié)構(gòu)的不同之處在于軸管的長度不同，以及裝于該軸管葉片連接座上的螺旋葉片的數(shù)量不同，其軸管的長度應(yīng)根據(jù)具體的需求設(shè)定。

1.2.4 螺旋吊座

當(dāng)主段螺旋與第一延伸段螺旋連接，或第一延伸段螺旋和第二延伸段螺旋連接時，都是通過螺旋吊座過渡連接，圖9為螺旋吊座局部剖面圖。螺旋吊座由裝于吊座軸上的卡套、軸端端蓋、自潤滑軸承、吊座本體、吊座外端蓋、彈簧、電刷、電刷固定板、導(dǎo)線等組成。吊座軸軸上的特征包括圓孔、徑向定位叉、軸肩和外花鍵等。

圖9 螺旋吊座局部剖面

通過公差配合裝于吊座軸軸肩上的零件有吊座外端蓋、卡套、軸承端蓋和自潤滑軸承，吊座外端蓋、卡套及軸承端蓋對稱裝配在自潤滑軸承兩側(cè)。吊座外端蓋與電刷接觸的凸臺區(qū)域采用噴塑絕緣處理，其內(nèi)圈與吊座軸的軸肩配合公差為M7/h6；卡套是一種耐高溫的FR- 4纖維板絕緣材料，它的內(nèi)孔與吊座軸的軸肩配合公差為K7/h6；裝于吊座本體內(nèi)的自潤滑軸承外圈與吊座本體的內(nèi)孔配合公差為H7/n6，自潤滑軸承內(nèi)圈與吊座軸的軸肩配合公差為K8/h7；軸承端蓋內(nèi)圈與吊座軸的軸肩配合公差為M7/m6，軸承端蓋外圈與吊座本體內(nèi)孔的配合公差為H7/m6。

在吊座外端蓋的徑向上焊有彈簧，彈簧的另一端通過螺栓及墊片與電刷固定板連接。電刷固定板是一種耐高溫的FR- 4纖維板絕緣材料，上開有小孔，通過螺栓與電刷板固定，并在固定螺栓上套絕緣套管。電刷位于吊座外端蓋與軸承端蓋的凸臺形成的空隙內(nèi)，并與裝在吊座軸軸肩上的卡套外端面纏繞的電阻絲接觸?？ㄌ椎膹较蛏祥_有可穿過導(dǎo)線的圓孔，外端面纏繞的電阻絲通過圓孔與電加熱棒末端的導(dǎo)線連接，形成封閉的導(dǎo)電回路。螺旋分料器工作時由于制造、裝配等原因造成的螺旋軸徑向竄動，加劇了電刷與卡套之間的磨損，連接于電刷固定板和吊座外端蓋之間的彈簧可降低電刷與卡套外端面電阻絲之間的磨損。

2.3 螺旋分料器工作原理

左右主段螺旋在螺旋驅(qū)動裝置的驅(qū)動下，通過吊座軸帶動延伸段螺旋一起轉(zhuǎn)動，并通過螺旋軸上的螺旋葉片將瀝青混合料分向螺旋分料器的兩側(cè)，同時給位于吊座本體內(nèi)的導(dǎo)線通電，傳給電刷。電刷位于軸承端蓋的凸臺與吊座外端蓋之間的空隙內(nèi)，并與隨吊座軸一起轉(zhuǎn)動的卡套外端面的電阻絲接觸，位于自潤滑軸承兩側(cè)的卡套外端面上的電阻絲與吊座軸內(nèi)孔中與電加熱棒正負(fù)極導(dǎo)線連接，形成封閉的導(dǎo)電回路。電加熱棒得電后在封閉的螺旋軸管空腔內(nèi)發(fā)熱，迅速將熱量傳遞給螺旋軸管，螺旋軸管將熱量傳遞給包裹于自身的瀝青混合料，且螺旋軸的轉(zhuǎn)動是對瀝青混合料的二次攪拌和均勻加熱，熱量利用率高，為待攤鋪的瀝青混合料提供了有效的溫度補(bǔ)償，降低瀝青混合料的溫度離析。

3 結(jié) 語

螺旋分料器是瀝青混泥土攤鋪機(jī)重要的工作部件，其主要作用是在攤鋪作業(yè)時將刮板輸送到料槽中的瀝青混合料均勻地輸送到待攤鋪路面的全副寬度內(nèi)，目前的攤鋪機(jī)還未曾采用在螺旋分料器中安裝類似于電加熱棒的對瀝青混合料加熱的加熱元件。本文提出采用螺旋分料器對瀝青混合料加熱這一全新的構(gòu)想，設(shè)計了螺旋分料器整體和零部件，對裝有電加熱棒的螺旋分料器的結(jié)構(gòu)關(guān)系及加熱原理進(jìn)行了分析。為了保證延伸段螺旋與主段螺旋以及各延伸段螺旋之間的安裝精度，需要設(shè)計專用的螺旋吊座及延伸段螺旋軸管焊接工裝。同時，將對稱于螺旋機(jī)箱兩側(cè)螺旋的主段螺旋和延伸段螺旋所包含的零部件及裝配關(guān)系做了詳細(xì)的介紹。對裝有電加熱棒的螺旋分料器目前還處于考核檢驗階段，需要進(jìn)一步的改進(jìn)及完善方能推廣應(yīng)用。將此螺旋分料器裝于瀝青混泥土攤鋪機(jī)上的運(yùn)用，可為料槽中待攤鋪的瀝青混合料提供有效的溫度補(bǔ)償，降低了瀝青混合料的溫度離析。本文對攤鋪機(jī)螺旋分料器的設(shè)計提供了全新的思路，具有一定的參考價值。

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[責(zé)任編輯：高 甜]