高原地區(qū)瀝青混凝土路面施工機(jī)械使用性能及機(jī)群配置研究

趙強(qiáng)華

（青海省海東公路工程建設(shè)公司 青海海東 810600）

高原地區(qū)瀝青混凝土路面施工機(jī)械使用性能及機(jī)群配置研究

趙強(qiáng)華

（青海省海東公路工程建設(shè)公司 青海海東 810600）

高原地區(qū)的惡劣氣候環(huán)境嚴(yán)重影響著瀝青混凝土路面的施工，高原地區(qū)公路的施工機(jī)械大多以柴油機(jī)為主要?jiǎng)恿?，氣候環(huán)境的變化勢(shì)必會(huì)影響機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用效益，單機(jī)生產(chǎn)率與中部地區(qū)相比有所下降，為了合理控制施工成本，必須結(jié)合具體施工環(huán)境優(yōu)化施工機(jī)群配置。本文結(jié)合高原地區(qū)瀝青混凝土路面施工，分析了施工機(jī)械的使用性能，提出了機(jī)群配置方案。

高原地區(qū)；公路施工；機(jī)械配置

西部高原地區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)的公路建設(shè)逐步推進(jìn)，其中應(yīng)用了大量的機(jī)械化設(shè)備，大部分設(shè)備都是應(yīng)用柴油機(jī)為主要?jiǎng)恿υO(shè)備，機(jī)械的生產(chǎn)效率標(biāo)定來(lái)源于標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境，但是在實(shí)際施工過(guò)程中，環(huán)境條件復(fù)雜，工況波動(dòng)較多，施工作業(yè)環(huán)境嚴(yán)重影響著施工設(shè)備的應(yīng)用效益。內(nèi)燃機(jī)在運(yùn)行的過(guò)程中，氣候條件的變化導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量、燃燒效益、熱損耗和輸出功率等發(fā)生較大的波動(dòng)，機(jī)械負(fù)荷也與中部地區(qū)有很大的不同，因此必須在充分了解西部地區(qū)公路施工環(huán)境的同時(shí)，做好設(shè)備的選型工作，合理優(yōu)化機(jī)群配置，提高工程施工質(zhì)量[1]。

1 高原地區(qū)環(huán)境對(duì)機(jī)械設(shè)備性能的影響

1.1 影響設(shè)備的動(dòng)力系統(tǒng)

柴油機(jī)氣缸內(nèi)的充其量會(huì)因?yàn)榄h(huán)境的變化而逐漸減少，過(guò)量空氣系數(shù)下降，混合氣體的濃度變高，對(duì)燃燒狀況產(chǎn)生影響，出現(xiàn)嚴(yán)重的后燃問(wèn)題，整機(jī)動(dòng)力性能和經(jīng)濟(jì)性能下降，熱負(fù)荷也會(huì)相應(yīng)增加。冷卻水沸點(diǎn)降低，影響設(shè)備的散熱性能。溫度下降導(dǎo)致機(jī)油的粘度增加，設(shè)備啟動(dòng)力矩加大，設(shè)備內(nèi)部電池的容量會(huì)增加，同時(shí)設(shè)備的磨損問(wèn)題嚴(yán)重，壽命降低，進(jìn)氣量和冷卻風(fēng)不足，導(dǎo)致設(shè)備功率下降，熱負(fù)荷增加。

1.2 影響整機(jī)匹配和整體性能

以裝載機(jī)為例，海拔高度的變化導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)外特性出現(xiàn)變化。整機(jī)動(dòng)力輸入的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速會(huì)比設(shè)計(jì)值低，轉(zhuǎn)矩的下降導(dǎo)致機(jī)械動(dòng)力不足，轉(zhuǎn)速的下降導(dǎo)致作業(yè)效率降低，使設(shè)備的匹配性能降低，設(shè)備在工作過(guò)程中變矩器持續(xù)不足，整體機(jī)械的動(dòng)力性和生產(chǎn)率下降。另外，液力傳動(dòng)型設(shè)備無(wú)法發(fā)揮最大動(dòng)力性能，傳動(dòng)效率不足，一部分公路損耗轉(zhuǎn)換為熱量，作業(yè)油溫升高，發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)性能也會(huì)受到影響。

2 高原地區(qū)施工機(jī)械使用性能分析

2.1 裝載機(jī)

裝載機(jī)被廣泛應(yīng)用于瀝青混凝土公路施工過(guò)程中，主要實(shí)現(xiàn)砂石散狀材料的鏟、裝、卸、運(yùn)。在路基工程填料和瀝青混凝土材料的裝卸中也有應(yīng)用。高原環(huán)境會(huì)影響到裝載機(jī)的油耗、發(fā)動(dòng)機(jī)功率和生產(chǎn)效率。以裝載機(jī)的生產(chǎn)率分析為例。在李穎混凝土路面施工過(guò)程中，裝載機(jī)為瀝青混凝土攪拌設(shè)備上料，針對(duì)輪胎式裝載機(jī)而言，在為攪拌設(shè)備上料的過(guò)程中應(yīng)用下式計(jì)算生產(chǎn)率。

式中：Q表示裝載機(jī)的生產(chǎn)率，單位m3/h；q0表示鏟斗的容量，單位m3；K表示鏟斗系數(shù)，取為0.8；η表示作業(yè)效率，實(shí)際值為0.6～0.8；Tm表示循環(huán)時(shí)間，單位s。隨著海拔高度的變化，裝載機(jī)的生產(chǎn)率和油耗將會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的變化，如表1所示。

表1 裝載機(jī)生產(chǎn)率和油耗率在不同海拔高度下的表現(xiàn)

2.2 壓路機(jī)

將壓路機(jī)應(yīng)用于壓實(shí)作業(yè)中需要克服較大的滾動(dòng)阻力，因?yàn)閿備亴拥牟牧陷^為松軟，在振動(dòng)壓實(shí)的過(guò)程中需要低速行駛。壓路機(jī)轉(zhuǎn)移作業(yè)時(shí)需要高速行駛，遇到陡坡路段可以減速增大牽引力。

壓路機(jī)借助滾輪與地面之間的相互作用實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)壓實(shí)，運(yùn)行過(guò)程中的牽引力與形式阻力相等，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率等于消耗的功率。借助這個(gè)關(guān)系可以充分發(fā)揮出壓路機(jī)的應(yīng)用效益，選定合理的發(fā)動(dòng)機(jī)額定功率[2]。

針對(duì)振動(dòng)型壓路機(jī)而言，在應(yīng)用的同時(shí)需要重點(diǎn)考慮振動(dòng)參數(shù)，其中以振幅、頻率、振動(dòng)加速度等，在計(jì)算振動(dòng)功率的過(guò)程中，需要真夠考慮這些振動(dòng)參數(shù)，并且及時(shí)參考實(shí)際工況。由于振動(dòng)參數(shù)影響整機(jī)性能，所以壓路機(jī)在壓實(shí)砂土、回填土和瀝青混合料的過(guò)程中，振動(dòng)輪需要對(duì)工作頻率和振幅進(jìn)行控制，不同的工作環(huán)境中振動(dòng)參數(shù)和總體參數(shù)也有所不同。

2.3 瀝青混凝土攤鋪機(jī)和攪拌機(jī)

瀝青混凝土攤鋪機(jī)是高原公路施工過(guò)程中的專(zhuān)用機(jī)械，在使用中將拌和好的瀝青混合料按照一定工藝指標(biāo)攤鋪在公路的基層上，形成整體混凝土面層。高原環(huán)境主要影響混凝土攤鋪機(jī)的攤鋪速度的和油耗率。

瀝青混凝土攪拌機(jī)是施工中的關(guān)鍵設(shè)備，在安排施工標(biāo)段的同時(shí)可以為施工進(jìn)度進(jìn)度安排和機(jī)群配置提供依據(jù)，混凝土攪拌機(jī)的生產(chǎn)率會(huì)直接影響到路面施工進(jìn)度。隨著海拔的增加，環(huán)境溫度會(huì)逐漸降低，瀝青混凝土攪拌設(shè)備的運(yùn)行狀況與標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下的運(yùn)行狀況不同，生產(chǎn)率也會(huì)受到影響，海拔高度增加，生產(chǎn)率降低，為了完善施工現(xiàn)場(chǎng)的組織管理，需要確定出高原工況下攪拌設(shè)備的生產(chǎn)率。

3 高原地區(qū)混凝土路面施工機(jī)群配置

3.1 機(jī)群配置原理

在瀝青混凝土機(jī)械設(shè)備中，海拔高度和環(huán)境溫度是影響機(jī)群配置的重要因素。在海拔高度逐漸增加的同時(shí)，大氣溫度、壓力和空氣含氧量會(huì)按照一定的規(guī)律下降，不同機(jī)械設(shè)備的動(dòng)力輸出和實(shí)際生產(chǎn)能力也會(huì)下降。大氣溫度降低，為了保證系統(tǒng)工序更加緊湊和協(xié)調(diào)，需要滿(mǎn)足施工過(guò)程中的溫度條件。

實(shí)際生產(chǎn)中，影響機(jī)械生產(chǎn)效率的因素有很多，為了找出科學(xué)的機(jī)群配置方案，需要盡可能降低海拔高度和溫度因素導(dǎo)致的設(shè)備動(dòng)力下降、生產(chǎn)率下降，在高原地區(qū)，除了設(shè)備的運(yùn)行速度之外，需要保證其它能力與中部地區(qū)相同。

因此，為了合理控制高原地帶瀝青混凝土路面施工機(jī)群配置，需要在機(jī)群配置模型和評(píng)價(jià)指標(biāo)中重點(diǎn)考慮不同海拔高度下的生產(chǎn)率下降系數(shù)和工作折減系數(shù)等參數(shù)。在計(jì)算瀝青混凝土施工費(fèi)用的過(guò)程中，還要考慮每噸瀝青混合料的機(jī)械費(fèi)用和不同機(jī)械設(shè)備在固定海拔高度下的臺(tái)班費(fèi)用。在正視進(jìn)行機(jī)群配置之前，需要對(duì)施工的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，主要包括材料費(fèi)用和施工設(shè)備臺(tái)班費(fèi)用[3]。

3.2 機(jī)群配置步驟

（1）結(jié)合基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的計(jì)算結(jié)果，先確定出運(yùn)輸車(chē)輛的數(shù)量，應(yīng)用機(jī)群的作業(yè)模式計(jì)算出不停施工環(huán)節(jié)中的空閑概率、排隊(duì)長(zhǎng)度和臺(tái)班費(fèi)用，此外還包含每噸混合料的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，計(jì)算出瀝青混合料攤鋪前的溫度、初壓溫度和終壓溫度等指標(biāo)。

（2）結(jié)合計(jì)算出的攤鋪溫度、初壓溫度和終壓溫度等對(duì)已有的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行科學(xué)的判斷，如果不滿(mǎn)足規(guī)范要求，找出具體環(huán)節(jié)中的問(wèn)題，增加相應(yīng)的機(jī)械數(shù)量，再次進(jìn)行參數(shù)計(jì)算，指導(dǎo)攤鋪文圖、初壓溫度和終壓溫度滿(mǎn)足施工要求。

（3）在改變運(yùn)輸車(chē)輛數(shù)量后，重新進(jìn)行第一步和第二部的工作。

（4）在選定的方案中，計(jì)算出每噸瀝青混合料機(jī)械費(fèi)用后確定出最佳方案。

（5）改變機(jī)械設(shè)備的配置，重復(fù)第一步、第二步、第三步和第四步的工作，最終在最優(yōu)方案中確定出每噸瀝青混合料機(jī)械費(fèi)用最低的方案。

3.3 機(jī)械設(shè)備選型的關(guān)鍵點(diǎn)

高原地區(qū)施工設(shè)備的選擇，必須充分考慮到溫度、地形等因素的影響，綜合動(dòng)力系統(tǒng)的選擇、發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用、散熱器和液壓系統(tǒng)的應(yīng)用。

在動(dòng)力系統(tǒng)選擇方面，需要重視海拔高度和環(huán)境溫度的影響，高原地區(qū)氣壓較低，空氣的含氧量較低，柴油機(jī)的輸出功率與平原地區(qū)相比會(huì)下降10%左右，同時(shí)油耗也會(huì)上升約6%，容易導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)磨損，燃油燃燒過(guò)程中冒出黑煙，污染環(huán)境，必須應(yīng)用高原增壓技術(shù)避免柴油機(jī)功率下降[4]。

在發(fā)動(dòng)機(jī)選用過(guò)程中，需要應(yīng)用減小油門(mén)的方法，提高設(shè)備的可靠性，如果發(fā)動(dòng)機(jī)不能在30s內(nèi)正常啟動(dòng)，必須立即停止啟動(dòng)，待1～2min后再次啟動(dòng)，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后不能立即加速，需要保證平穩(wěn)加速，觀察油壓和水溫正常后才能加大油門(mén)。

機(jī)械設(shè)備的液壓系統(tǒng)會(huì)由于氣壓降低而出現(xiàn)一定的泄露問(wèn)題，砂子會(huì)進(jìn)入到液壓油中，溫度降低后直接影響油泵和液壓閥的工作。在選擇施工機(jī)械的過(guò)程中紅中必須考慮液壓系統(tǒng)能否適應(yīng)高原惡劣環(huán)境。

在高原惡劣環(huán)境的影響下，橡膠部件也會(huì)出現(xiàn)老化，選擇駕駛室的過(guò)程中要充分考慮到密封性、保溫性和空氣的交換性能。

4 結(jié)束語(yǔ)

高原地區(qū)環(huán)境與平原地區(qū)環(huán)境有著顯著的差異，環(huán)境因素也必將影響混凝土路面的施工，因此必須在施工過(guò)程中綜合高原環(huán)境因素，結(jié)合所應(yīng)用的施工設(shè)備，判斷出環(huán)境因素對(duì)設(shè)備性能的影響，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行科學(xué)的機(jī)群配置。

[1]衛(wèi)文慶.公路凍土地區(qū)的路基養(yǎng)護(hù)[J].企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)（學(xué)術(shù)版），2010，29（2）：92～93.

[2]盧光斌.高原公路機(jī)械設(shè)備管理與應(yīng)用[J].公路建筑技術(shù)，2013，30（10）：117～120.

[3]楊延宣，陳峰.高原混凝土公路養(yǎng)護(hù)維修體制的研究[J].公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2012，20（1）：88～91.

[4]李永明，鄭剛，宋汝強(qiáng)，等.高原公路工程調(diào)度的實(shí)踐[J].施工企業(yè)管理，2014，7（4）：43～45.

U415.5

A

1004-7344（2016）12-0126-02

2016-4-4

趙強(qiáng)華（1986-），男，助理工程師，本科，主要從事公路工程施工工作。