基于越南北部地區(qū)單鋼輪壓路機(jī)壓實(shí)適應(yīng)性研究*

陳樂堯，夏旺旺

(1.湖南工程學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，湖南省風(fēng)電裝備與電能變換協(xié)同創(chuàng)新中心，湘潭 411104；2.三一重工股份有限公司，長沙 410100)

基于越南北部地區(qū)單鋼輪壓路機(jī)壓實(shí)適應(yīng)性研究*

陳樂堯1，夏旺旺2

(1.湖南工程學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，湖南省風(fēng)電裝備與電能變換協(xié)同創(chuàng)新中心，湘潭 411104；2.三一重工股份有限公司，長沙 410100)

越南北部地區(qū)采用泥結(jié)碎石作為路面施工的穩(wěn)定層，其結(jié)構(gòu)力較水泥穩(wěn)定層較小，導(dǎo)致單鋼輪壓路機(jī)無法適應(yīng)其工況，出現(xiàn)振松和不平的現(xiàn)象.經(jīng)過試驗(yàn)與分析，適當(dāng)降低振動(dòng)頻率，增加鋼輪配重減少振幅，壓實(shí)效果可以得到改善，使路面密實(shí)度和平整度提高，滿足了客戶需要，從而實(shí)現(xiàn)了單鋼輪壓路機(jī)在越南市場的適用性.

泥結(jié)碎石；壓路機(jī)；振動(dòng)頻率；振幅

隨著國家“一帶一路”戰(zhàn)略的深入推進(jìn)，國內(nèi)工程機(jī)械產(chǎn)品近年開始大量出口到沿線國家.三一重工的壓路機(jī)產(chǎn)品進(jìn)入越南市場后，在2016年出現(xiàn)了一些產(chǎn)品適用性的問題.反映最大的問題是單鋼輪壓路機(jī)在碾壓泥結(jié)穩(wěn)定層時(shí)無法壓實(shí)，路面出現(xiàn)越壓越松的現(xiàn)象，表現(xiàn)為路面的顆粒物松脫在表面上，如圖1(a)所示.但國外某品牌壓路機(jī)的壓實(shí)路面層光整平實(shí)，如圖1(b)所示.國內(nèi)對(duì)單鋼輪壓路機(jī)壓實(shí)工藝的研究主要以長安大學(xué)[1-4]為代表，王冬[5]對(duì)泥結(jié)碎石路面施工工藝做過報(bào)道.但針對(duì)壓路機(jī)如何適應(yīng)越南當(dāng)?shù)厥袌龅膯栴}未見報(bào)道.

圖1 兩款單鋼輪壓路機(jī)壓實(shí)效果對(duì)比圖

1 壓實(shí)路面結(jié)構(gòu)分析

圖2為越南修筑高等級(jí)公路的典型路面剖面結(jié)構(gòu)簡圖，分為基礎(chǔ)層、穩(wěn)定層、瀝青層.①至⑤層為瀝青層，細(xì)分為磨耗層(高速公路才設(shè)計(jì)此層)、上面層、中面層、下面層和稀漿封層共5層.骨料由細(xì)到粗.瀝青層的壓實(shí)主要依靠輪胎壓路機(jī)和雙鋼輪壓路機(jī)，本文不討論.單鋼輪主要用來壓實(shí)穩(wěn)定層和基礎(chǔ)層.基礎(chǔ)層主要材料為沙土，即圖中序號(hào)⑧層.其厚度根據(jù)路面標(biāo)高與地形形狀決定，進(jìn)行填埋分層壓實(shí)，每200～250 mm壓實(shí)一層，采用挖掘機(jī)攤鋪，在鋪好后和壓實(shí)過程中會(huì)灑水.該層壓實(shí)方法與國內(nèi)的壓實(shí)工藝差別不大，用10～12 t單鋼輪壓路機(jī)能滿足壓實(shí)需求，壓實(shí)效果穩(wěn)定平整，參見圖3.穩(wěn)定層主要的材料為泥結(jié)一級(jí)配碎石和泥結(jié)二級(jí)配碎石，即圖2中的⑥⑦兩層.本文討論的壓實(shí)適用性問題，關(guān)鍵就在這兩層.如果是修筑高速公路，會(huì)在⑥⑦兩層之上加一層350 mm厚的水泥穩(wěn)定土層，該層的施工方法與國內(nèi)也沒有差別，暫不作討論.

圖2中的⑥⑦兩層為穩(wěn)定層，其主要材料為泥結(jié)碎石，一般等級(jí)道路分為兩層.下層(⑦層)為二級(jí)配碎石，顆粒比較大，是主要承載層，層厚約350 mm，一般分為兩次攤鋪壓實(shí)；上層(⑥層)為一級(jí)配碎石，顆粒較細(xì)，層厚約為250 mm，一般分為一次攤鋪壓實(shí).采用“挖掘機(jī)+平地機(jī)”攤鋪或者采用攤鋪機(jī)攤鋪，根據(jù)業(yè)主要求或道路等級(jí)決定攤鋪方法.它們的共同特點(diǎn)是采用黃泥土作為粘接劑，如圖4(b)所示，攤鋪而未壓實(shí)前呈現(xiàn)泥土的黃色，壓實(shí)后若干天會(huì)呈現(xiàn)碎石的黑色，如圖4(a)所示.國內(nèi)目前穩(wěn)定土層使用的粘接劑一般采用水泥，這是越南路面穩(wěn)定層與國內(nèi)路面穩(wěn)定層的最大區(qū)別.

①瀝青磨耗層(高速公路);②瀝青面層(細(xì)骨料);③瀝青中層(中骨料);④瀝青底層(粗骨料);⑤稀漿封層;⑥穩(wěn)定層一級(jí)配碎石;⑦穩(wěn)定層二級(jí)配碎石;⑧基礎(chǔ)層沙土層

圖2 越南北部地區(qū)公路道路剖面結(jié)構(gòu)簡圖

圖3 基礎(chǔ)層壓實(shí)效果

圖4 穩(wěn)定層

三一重工10 t單鋼輪壓路機(jī)進(jìn)入越南市場后，在壓實(shí)穩(wěn)定層時(shí)不能滿足要求，表現(xiàn)為表面石塊被壓碎開裂、表面振松，出現(xiàn)顆粒浮在表面上，如圖1(a)所示.

2 試驗(yàn)測試

針對(duì)泥結(jié)碎石的施工工地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)相關(guān)壓路機(jī)的振動(dòng)頻率、振幅和加速度值進(jìn)行測量.如圖5為加速度傳感器的布置位置.

圖5 用加速度測量儀測量振動(dòng)輪的加速度和振幅

測量結(jié)果如表1所示.

表1 調(diào)整前振動(dòng)測試數(shù)據(jù)對(duì)比

根據(jù)上表數(shù)據(jù)可分析出如下特點(diǎn)：

(1)在壓碎石且發(fā)動(dòng)機(jī)1700 rpm時(shí)，三一(SANY)的大振方式(振幅為4.8～5.2 mm)的加速度和頻率與HAMA相當(dāng)，小振的加速度比HAMA要低7～14 m/s2，要小很多，且頻率小7 Hz.體現(xiàn)為小振時(shí)相同發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速(1700 rpm)時(shí)的激振力比HAMA要小.另外，根據(jù)試驗(yàn)及實(shí)際使用情況，在越南施工壓實(shí)泥結(jié)碎石時(shí)，只能采用小振方式，不能采用大振方式，如果采用大振方式，激振力變大的同時(shí)，由于振幅太大，導(dǎo)致終壓階段的顆粒振松，無法實(shí)現(xiàn)壓實(shí)要求.

(2)SAKAI壓路機(jī)在1800 rpm時(shí)的高頻頻率為29.7 Hz，振幅為3.0～3.2 mm，加速度為34～38 m/s2.激振力與HAMA相當(dāng)，高于三一.在1900 rpm時(shí)大振激振力高于三一和HAMA，頻率、振幅、加速度都高.現(xiàn)場試驗(yàn)時(shí)，SAKAI的大振檔的激振力過大，也不能用于碎石壓實(shí)，測試時(shí)，就出現(xiàn)大量石塊壓碎振松的現(xiàn)象.

3 分析與解決措施

3.1 振動(dòng)頻率調(diào)整

壓路機(jī)的振動(dòng)系統(tǒng)采用的是泵馬達(dá)的閉式系統(tǒng)，如圖6所示.在正常出廠條件下，發(fā)動(dòng)機(jī)1工作在額定轉(zhuǎn)速2300 rpm，通過聯(lián)軸器2帶動(dòng)振動(dòng)泵3旋轉(zhuǎn)，振動(dòng)泵輸出流量驅(qū)動(dòng)振動(dòng)馬達(dá)4旋轉(zhuǎn)，通過聯(lián)軸器5驅(qū)動(dòng)振動(dòng)軸9旋轉(zhuǎn)，振動(dòng)軸利用兩個(gè)圓柱滾子軸承8支撐旋轉(zhuǎn).振動(dòng)軸上安裝有固定偏心塊6和活動(dòng)偏心塊7.偏心塊隨振動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生偏心激振力，激振力通過軸承8傳遞到振動(dòng)輪(圖6中未示)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)路面的振動(dòng)壓實(shí)作用.振動(dòng)泵為電控兩點(diǎn)式變量泵，通過調(diào)節(jié)可以輸出兩種方向相反的流量，從而控制振動(dòng)馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)輸出.振動(dòng)馬達(dá)為定量馬達(dá).當(dāng)振動(dòng)馬達(dá)正轉(zhuǎn)時(shí)，活動(dòng)偏心塊與固定偏心塊重合，重心同時(shí)偏向振動(dòng)軸一側(cè)，實(shí)現(xiàn)大激振力為246 kN，振幅為大振幅；當(dāng)振動(dòng)馬達(dá)反轉(zhuǎn)時(shí)，活動(dòng)偏心塊和固定偏心塊與軸對(duì)稱布置，抵消一部分固定偏心塊的偏心量，實(shí)現(xiàn)小激振力為124 kN，振幅為小振幅.即通過控制定量馬達(dá)的正反轉(zhuǎn)，調(diào)整偏心軸上的調(diào)幅塊位置，實(shí)現(xiàn)兩檔不同激振力.

1發(fā)動(dòng)機(jī);2聯(lián)軸器;3振動(dòng)泵;4振動(dòng)馬達(dá);5聯(lián)軸器;6固定偏心塊;7活動(dòng)偏心塊;8振動(dòng)軸承;9振動(dòng)軸

圖6 壓路機(jī)振動(dòng)系統(tǒng)液壓原理簡圖

產(chǎn)品正常出廠時(shí)，通過調(diào)試，調(diào)整振動(dòng)泵的流量，使定量振動(dòng)馬達(dá)正反轉(zhuǎn)的輸出頻率均為30 Hz，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速2300 rpm.表1的測試數(shù)據(jù)，是按照越南當(dāng)?shù)氐氖褂昧?xí)慣，將發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)整到1700 rpm，測出的頻率為22.3～22.5 Hz.比出廠要求的30 Hz 低了7.6 Hz，因?yàn)樽畲蟮募ふ窳εc頻率的平方成正比，導(dǎo)致小振方式的激振力從設(shè)計(jì)的124 kN下降到約為69 kN，激振力嚴(yán)重不足，無法壓實(shí).如果按出廠設(shè)計(jì)要求，在額定轉(zhuǎn)速2300 rpm振動(dòng)，又將導(dǎo)致路面振松，也無法壓實(shí).

因此，將振動(dòng)泵的排量調(diào)整到最大排量55 ml/r，過去使用的排量約為50 ml/r.目的是降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速至1700 rpm時(shí)，振動(dòng)頻率能獲得提升，避免發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速工作時(shí)在小振方式下激振力不夠.

3.2 增加鋼輪配重

在鋼輪內(nèi)增加配重水，通過鋼輪自重增加，降低鋼輪振幅.目的是減少振動(dòng)壓實(shí)時(shí)鋼輪跑偏.在試驗(yàn)過程中，當(dāng)在振動(dòng)鋼輪內(nèi)增加400 kg水時(shí)，鋼輪壓碎石仍有跑偏的現(xiàn)象；繼續(xù)加水至700 kg，鋼輪壓實(shí)碎石時(shí)的跑偏現(xiàn)象得到明顯改善.

調(diào)整完成后，將機(jī)器重新進(jìn)行工地振動(dòng)測試，壓實(shí)泥結(jié)碎石路面，和SAKAI壓路機(jī)進(jìn)行對(duì)比，測試數(shù)據(jù)如表2所示.

表2 調(diào)整后振動(dòng)測試數(shù)據(jù)對(duì)比

從表2可以看出，調(diào)整后發(fā)動(dòng)機(jī)工作在2000 rpm時(shí)的加速度與SAKAI在1700 rpm時(shí)的加速度相當(dāng)，但振幅比SAKAI要小0.5～1 mm.壓實(shí)的效果比調(diào)整前有了明顯改善，如圖7所示.

圖7 機(jī)器調(diào)整后對(duì)比壓實(shí)效果

在壓實(shí)的過程中SAKAI的跑偏要嚴(yán)重一些，這是由于小振方式時(shí)的振幅要比SAKAI的振幅小.這得益于將鋼輪的重量增加700 kg配重水.對(duì)比表1和表2可知，振幅最小到了2.2 mm，加水前最小為2.5 mm.

3.3 泥結(jié)碎石與振動(dòng)壓實(shí)的關(guān)系

越南的路面穩(wěn)定層采用泥結(jié)碎石作為穩(wěn)定土，其配比結(jié)構(gòu)與國內(nèi)是不同的.國內(nèi)一般采用水泥進(jìn)行拌和，而越南采用黃泥土，如圖8(a)所示.因?yàn)樗嗟慕Y(jié)構(gòu)力大，而泥土的結(jié)構(gòu)力小，所以導(dǎo)致了三一壓路機(jī)的適用性問題.當(dāng)壓路機(jī)的壓實(shí)頻率較高時(shí)，含水泥的碎石穩(wěn)定層可以很好壓實(shí)，而含泥土的碎石穩(wěn)定層無法壓實(shí).在壓實(shí)含泥土的碎石穩(wěn)定層的現(xiàn)場試驗(yàn)中，將頻率和振幅降低，碎石可以穩(wěn)定排列壓實(shí)，但將頻率和振幅增大，則碎石會(huì)振松.再次降低頻率進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，路面又可以重新壓實(shí).如圖8(b)所示.碎石壓實(shí)后，泥土被擠壓充滿碎石間隙并部分?jǐn)D壓到路面，形成較光滑的泥結(jié)表面.說明壓實(shí)時(shí)合適的振動(dòng)頻率與泥結(jié)碎石的固有頻率存在一定的關(guān)系，但具體影響的數(shù)量關(guān)系需要進(jìn)一步進(jìn)行試驗(yàn)研究.

圖8 碎石壓實(shí)前后對(duì)比

4 結(jié)論

越南路面穩(wěn)定層的施工由于是采用泥結(jié)碎石穩(wěn)定層結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)力較水泥穩(wěn)定層要低.因此導(dǎo)致壓路機(jī)無法按業(yè)主質(zhì)量要求完成穩(wěn)定層壓實(shí).通過適當(dāng)降低壓路機(jī)工作頻率和激振力，增加鋼輪配重降低振幅，實(shí)現(xiàn)了對(duì)泥結(jié)碎石壓實(shí)的適應(yīng)性改善，獲得了客戶需要的密實(shí)度和平整度，基本解決了單鋼輪壓路機(jī)在越南的施工適應(yīng)性問題.

[1] 闞志濤. 振動(dòng)壓路機(jī)的壓實(shí)施工參數(shù)與壓實(shí)工藝研究[D].長安大學(xué)碩士學(xué)位論文，2011.

[2] 徐清剛.雙鋼輪振動(dòng)壓路機(jī)面層壓實(shí)工藝研究[D].長安大學(xué)碩士學(xué)位論文，2014.

[3] 劉占良，鄭建峰.大厚度瀝青穩(wěn)定碎石基層碾壓工藝[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2009(1)：35-36.

[4] 劉玉峰.級(jí)配碎石設(shè)計(jì)方法與施工工藝研究[D].長安大學(xué)碩士學(xué)位論文，2016.

[5] 老撾南澗水電站進(jìn)場道路泥結(jié)碎石路面施工[J].葛洲壩集團(tuán)科技，2014(12):88-90.

[6] 陳樂堯，唐恒寧，陳維濤，等.基于TRIZ矛盾矩陣解決壓路機(jī)叉腳開裂問題[J].湖南工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自科版)，2017，27(3)：21-24.

StudyonCompactionAdaptabilityofSingleRollerinNorthernVietnam

CHEN Le-yao1, XIA Wang-wang2

(1. College of Mechanical Engineering, Hunan Province Cooperation Innovation Center for Wind Power Equipment and Energy Conversion, Hunan Institude of Engineering, Xiangtan 411104, China; 2. Sany Heavy Industry Co.Ltd., Changsha 410100, China)

In the northern part of Vietnam, mud stabilized macadam is used as the stable layer of pavement construction, and its structural force is smaller than that of cement stabilized layer, which causes SANY single roller not to be suitable for its working conditions and the phenomen a of more vibration and more loose and uneveness. After the test and analysis, we find that to reduce the vibration frequency and increase the steel wheel counterweight, then the amplitude is reduced, and the compacting effect can be improved, so that the compactness and the integrity of the pavement can be improved. This not only meets the needs of customers, but also realizes the applicability of single roller in the Vietnamese market.

mud stabilized macadam; roller; vibration frequency; amplitude

2017-07-04

陳樂堯(1972-)，男，研究員級(jí)高級(jí)工程師，研究方向：工程機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)與研發(fā).

TH69

A

1671-119X(2017)04-0022-04