排式振搗三輥軸混凝土攤鋪一體機的結構原理及施工應用

王海軍

0 引言

目前，在國內水泥混凝土路面施工中，除部分高等級公路采用大型滑模式攤鋪機施工外，一般公路、市政道路、機場跑道及各類廣場工程等因受建設規(guī)模、施工場地以及經濟性等各類因素的制約，大都使用三輥軸混凝土攤鋪機，配以人工手持振搗棒或小型振搗施工機具進行混凝土路面的攤鋪、振搗、振實、整平與提漿作業(yè)［1-5］。與大型滑模式攤鋪機施工相比，這種施工機械具有結構簡單、操作簡便、價格低廉、節(jié)省人力物力等優(yōu)點，施工工藝也相對簡單易學，具有較好的經濟效益，因此深受施工單位的歡迎，在越來越多的水泥混凝土路面施工中得到廣泛應用［6-9］。

目前，這種單純采用三輥軸攤鋪機的施工工藝在實際使用中有許多不足之處，施工效率低，尤其混凝土振搗環(huán)節(jié)是整個三輥軸施工工藝的短板。因此，如何有效提高三輥軸和排式振搗機的施工質量，降低施工成本，提升混凝土的振搗質量和平整度，如何用一種機械高效率地完成攤鋪、振搗、振實、整平與提漿工作，一直是三輥軸配套機械化施工作業(yè)深入研究和探討的課題。

筆者所在團隊研制出排式振搗三輥軸水泥混凝土攤鋪整平一體機(以下簡稱排式三輥軸一體機)。它與常用攤鋪機有著較大的不同:在通用的三輥軸攤鋪機的基礎上進行大量改裝，加裝了1個可以自動升降的排式振搗系統(tǒng)，改進施工工藝，提高施工效率，降低施工成本。本文主要通過對攤鋪工藝的對比，分析排式三輥軸一體化結構的優(yōu)勢，說明其應用推廣價值。

1 現(xiàn)有攤鋪施工工藝對比

通用三輥軸攤鋪機的攤鋪與振實功能由一只輥軸完成，無法兼顧攤鋪與振實所需的輥軸轉速，導致振動頻率過低，因而振實效果差且不能進行深度振搗，須有混凝土的深度振搗工藝相配合。這種組合施工工藝一般有2種:第1種由純人工持振搗棒振搗配合三輥軸攤鋪機作業(yè)，該工藝是以普通三輥軸攤鋪機進行攤鋪和初平作業(yè)之后，由人工手持振搗棒插入到混凝土中進行電動振搗，振搗的深度、間距、時間等完全憑工人的經驗主觀決定;第2種由三輥軸攤鋪機和獨立振搗機相互配合完成攤鋪和振搗作業(yè)(圖1)，首先由三輥軸攤鋪機進行攤鋪、初平作業(yè)后，再由獨立的排式振搗機運行到混凝土起始端，將一排分布均勻的振搗棒同時插入到混凝土中，由操作員控制振搗棒插入的深度和傾斜角度，打開振搗開關進行連續(xù)來回振搗作業(yè)。獨立振搗機大大減少了人工參與施工的時間，提高了施工效率，提升了施工質量，降低了施工成本，但是這2種施工工藝又有其各自的缺點，具體見表1［10-12］。

圖1 排式振搗機和三輥軸攤鋪機配合作業(yè)

針對目前通用的三輥軸施工工藝的缺點，排式振搗三輥軸一體機經改裝可以很好地予以解決。

2 排式振搗三輥軸攤鋪整平一體機的結構原理

2.1 整機結構設計

整機以通用三輥軸攤鋪整平機為基礎，加裝排式振搗機，使得2種機械合二為一，成為一機多能的自動化全能設備。該一體機外形尺寸為6 000 mm伊1 600 mm伊1 300 mm，是用HZP3500-8000型普通三輥軸攤鋪整平機(帶槽鋼框架)作為主機框架，在主機槽鋼框架頂部焊接2根長度均為6.5 m的槽鋼作為所有振搗電機的固定架。在固定架上等距離安裝8個1.5 kW的振動電機(可按實際需要選裝)，電機的電路控制歸并入總開關箱中。依次在振搗電機上安裝上振動棒，所有振搗棒的固定和升降由一套“電機-滑輪”自動升降機構控制。該機構首先要焊制出固定所有振搗器的排振桿，排振桿選用6.5 m長的加厚腳手架鋼管，在鋼管的中點及兩邊焊制3根連接拉桿作為升降活動的運轉部件，3根拉桿均鉸接到主機框架底部，可繞鉸點上下自游活動。在排振桿的中心點焊一個圓環(huán)用來固定鋼絲繩端頭，在主機框架上端面對應位置焊接第一定滑輪，在其正下方主機框架底部再焊接相同的第二定滑輪，這樣2個滑輪可與提拉鋼絲繩共同組成定滑輪組;第二定滑輪的正前方要固定一鋼絲繩繞組，繞組的一端連接小型變速箱的輸出轉軸，而變速箱動力輸入端要通過傳動皮帶與3 kW的升降電機連接傳動。升降電機、減速機、鋼絲繞組和第二滑輪均布置在主機框架底部，必要時可加裝槽鋼或鋼板作為固定支撐架。升降電機的電源線并入總開關箱中，排振桿可通過開關箱上的倒順開關控制鋼絲繩的收放從而實現(xiàn)自動升降。各個振搗器固定于排振桿上的方法，是通過1對安裝有4根緩沖彈簧的減震固定鋼板和2對半圓螺栓抱箍實現(xiàn)相互間的緊密固定，安裝時可調整位置，使得所有振搗器處于同一高度和角度，一字排列整齊，保證混凝土振搗的一致性和均勻性。一體機結構如圖2、3所示。

表1 兩種攤鋪振搗工藝的缺點

圖2 排式振搗三輥軸攤鋪整平一體機俯視結構

圖3 排式振搗三輥軸攤鋪整平一體機A-A剖面結構

2.2 主機基礎結構

主機采用普通三輥軸攤鋪整平機的正常構造，其主體部分為1根起振密、攤鋪、提漿作用的偏心振動軸和2根起驅動、整平作用的圓心行走輥。振動軸始終向后旋轉，而其他軸則可以前后旋轉實現(xiàn)前后行走［13-16］。行走電機通過帶傳動和鏈傳動來帶動前后2根行走輥轉動，攤鋪振動電機通過三角帶和鏈傳動來帶動攤鋪振動輥以較快的速度轉動，實現(xiàn)對混凝土的攤鋪、表面振實以及提漿功能。這樣就輕松實現(xiàn)了三輥軸攤鋪整平一體機的攤鋪、振實、提漿和整平四大功能，如圖4所示。

3 排式振搗三輥軸一體機的施工工藝

使用該機械進行混凝土作業(yè)時，先將一體機按照施工要求放置在支好的模板上，接通電源空載，啟動每一種運轉部件使其運行正常。將堆積的混凝土進行機械布料及初平后，就可以進入振搗環(huán)節(jié)。

圖4 排式振搗三輥軸攤鋪整平一體機基礎結構

排式振搗器是保證混凝土料充分振搗密實的關鍵設備。首先啟動開關箱的倒順開關，緩慢降下排振桿，使所有振動棒沒入混凝土預定深度，打開所有振搗電機進行深度振搗，振動棒距模板的距離以20～30 cm為宜，不得距模板太近，以免與模板發(fā)生共振，產生漏漿現(xiàn)象，使側面混凝土出現(xiàn)“蜂窩”。排式振搗器的工作過程采取連續(xù)行走方式，行走速度必須滿足混凝土料振動排氣時間要求，在振動有效范圍內，振動時間一般在15～30 s。由于采用連續(xù)行走，振動力傳遞均勻，減少了振動器頻繁插入和提升對混凝土料的擾動，振動后混凝土料密實均勻性好，且不易出現(xiàn)漏漿或過振現(xiàn)象。振搗過后啟動倒順開關，升降電機將排振桿自動拉起，關閉振搗電機。一體機振搗作業(yè)如圖5所示。

圖5 一體機的排式振搗機構在深度振搗作業(yè)

在一體機攤鋪和振實工作時，整機通過行走輥與模板之間的附著力實現(xiàn)機械的前進與后退。整機向前運動時，振動軸向后旋轉，同時通過偏心振動使混凝土液化，振動軸在自重和動力作用下切入液化的混凝土，并向前擠甩出物料，從而實現(xiàn)攤鋪、振密、提漿的功能［17-18］。在后退過程中，前后行走輥對攤平和振實后的混凝土作進一步整平。因此，施工時必須采用前進振動、后退靜滾的方式，反復2～3遍后，使混凝土被進一步整平和提漿，平整度和壓實度逐步得到提升［19］。

4 三輥軸攤鋪整平一體機的優(yōu)點和先進性

相比于普通三輥軸與人工或獨立振動設備的配合，排式振搗三輥軸攤鋪整平一體機具有以下明顯優(yōu)點。

(1)排式三輥軸一體機為2種機械合二為一，共用一套自動行走裝置，大大降低了施工成本，極大地減輕了工人勞動強度，提高了施工效率。

(2)該設計具有獨特的排振桿自動升降系統(tǒng)，振搗深度可自由操作，可對混凝土實施深層振搗，有效提高混凝土的密實度和平整度。

(3)該機是一種功能齊全、造價低廉、經濟實用、性能優(yōu)良、操作簡易、廣泛適用、生產效率高的全能型混凝土路面機械。其全部功能均可實現(xiàn)自動化操控，能高效率地完成水泥混凝土的攤鋪、振搗、振實、整平與提漿作業(yè)，切實地提高了施工效率和施工質量。

(4)該機制作簡單、體積小、重量輕、輕便靈活、搬運方便，可為施工企業(yè)節(jié)約大量生產成本，同時帶來較大的經濟效益，起到事半功倍的效果，具有廣闊的市場前景和推廣應用價值。

5 結語

排式振搗三輥軸一體機的發(fā)明和使用，使得只用一種自動化機械便可穩(wěn)定、高效、低成本地完成水泥混凝土路面鋪筑的所有工作成為可能，是對傳統(tǒng)機械和工藝的一大創(chuàng)新和改革。在施工過程中較好地解決了狹小空間混凝土平整度和外觀質量的問題。通過蘭州中川機場廣場等多個工程項目的應用，證明這種設備在特定施工條件下有著優(yōu)異的施工效率和施工質量，并能節(jié)省大量資金，贏得了良好的口碑。未來隨著科技的創(chuàng)新和發(fā)展，可對這種機械進行更進一步革新，研制模塊組裝型式，使振搗棒可以隨意360毅轉動、自由伸縮等，成為自動化、模塊化的全新數(shù)控型實用性機械。

參考文獻:

［1］ 閆曉磊.全自動桁架式輥軸攤鋪機的橋面鋪裝施工技術控制［J］.黑龍江交通科技，2016，39(12):132-133.

［2］ 申秀琴.混凝土結構設計要點及問題分析［J］.江西建材，2016(8):57-58.

［3］ 田 雨，彭華洲，鄭辰翔，等.淺析水泥混凝土道面高頻振搗滑模攤鋪質量控制要點［J］.河南建材，2014(1):32-33.

［4］ 遲銀波，邢嬌秀，李德海.淺談三輥軸機組施工質量控制［J］.交通科技與經濟，2007，9(2):21-22.

［5］ 李星星.三輥軸機組在水泥路面施工中的應用［J］.青海交通科技，2008(5):64-65.

［6］ 張景福，高占峰.水泥混凝土橋面鋪裝層三輥軸攤鋪技術［J］.吉林交通科技，2007(1):39-41.

［7］ 趙文慶.高速公路水泥混凝土橋面鋪裝層三輥軸施工技術［J］.交通世界，2016(14):72-73.

［8］ 劉華軍，賈良棉.三輥軸式水泥混凝土振動攤輔滾平機［J］.筑路機械與施工機械化，1996，13(1):11-12.

［9］ 張建堂，王良文，董 瀟，等.四輥軸式混凝土整平機設計［J］.筑路機械與施工機械化，2002，19(3):1-2.

［10］ 王 飛.三輥軸機組路面施工技術［J］.交通世界，2013(12):77-78.

［11］ 程兆南.淺談三輥軸機組攤鋪水泥混凝土路面施工工藝［J］.黑龍江科技信息，2012(7):255-255.

［12］ 顧善東.淺談水泥混凝土路面三輥軸機組施工中平整度的控制［J］.黑龍江科技信息，2012(21):230-230.

［13］ 陳松華.水泥混凝土路面施工新技術及病害處治應用研究［J］.技術與市場，2015(4):67-68.

［14］ 王保成.淺談水泥混凝土橋面鋪裝層三輥軸施工技術［J］.工程技術:全文版，2016(7):268-269.

［15］ 祝玉波.柳 力，張澤豐.三輥軸機組水泥混凝土路面施工技術探討［J］.湖南交通科技，2011，37(4):63-65.

［16］ 趙景彭.試論三輥軸式攤鋪機在高等級路面中的應用［J］.山西建筑，2007，33(26):338-339.

［17］ 周紅波.山區(qū)完善提質工程中三輥軸鋪筑路面的應用研究［J］.山西建筑，2016，42(7):159-160.

［18］ 游夢雄.排式振搗機在機場道面厚型板塊混凝土施工中的應用［J］.海峽科學，2009(3):51-53.

［19］ 徐 振.寬幅三輥軸橋面鋪裝施工技術［J］.工程技術:引文版，2016(6):185.