瀝青道路微波養(yǎng)護(hù)車結(jié)構(gòu)組成及技術(shù)特點(diǎn)

楊倫磊，郭柏甫，漆建平，王慶先，趙書祥

(江蘇集萃道路工程技術(shù)與裝備研究所有限公司 公路建設(shè)與養(yǎng)護(hù)技術(shù)材料及裝備交通運(yùn)輸行業(yè)研發(fā)中心(徐工集團(tuán))，江蘇 徐州 221004)

0 引 言

微波加熱技術(shù)在瀝青道路養(yǎng)護(hù)領(lǐng)域的試驗(yàn)研究最早出現(xiàn)在20世紀(jì)70年代初，Bosisin等人利用微波對(duì)瀝青路面加熱，修復(fù)了1個(gè)長24 ft、寬0.5 in、深6 ft的高速公路瀝青路面裂縫病害，而在經(jīng)過整個(gè)冬季大流量的交通后，修復(fù)后的路面仍然擁有較好的性能。

中國從20世紀(jì)90年代末開始在該領(lǐng)域展開研究，長安大學(xué)在該領(lǐng)域深耕20余年，開展了大量微波加熱基礎(chǔ)理論研究和工程試驗(yàn)研究，處于瀝青道路微波養(yǎng)護(hù)技術(shù)的發(fā)展前沿。江蘇集萃道路工程技術(shù)與裝備研究所對(duì)瀝青道路微波養(yǎng)護(hù)車結(jié)構(gòu)組成、微波加熱技術(shù)特點(diǎn)及問題也進(jìn)行了深入研究，優(yōu)化了整機(jī)結(jié)構(gòu)組成，在微波均勻加熱、高效供電、防泄漏、智能化等技術(shù)方面取得突破，研發(fā)了智能高效瀝青道路微波養(yǎng)護(hù)車，推動(dòng)了瀝青路面微波養(yǎng)護(hù)技術(shù)的進(jìn)步和微波加熱技術(shù)在瀝青道路養(yǎng)護(hù)領(lǐng)域的工程應(yīng)用。本文將對(duì)JCM106W型瀝青道路微波養(yǎng)護(hù)車與傳統(tǒng)微波養(yǎng)護(hù)車進(jìn)行分析。

1 瀝青道路微波養(yǎng)護(hù)車結(jié)構(gòu)組成和技術(shù)參數(shù)

1.1 結(jié)構(gòu)組成

瀝青道路微波養(yǎng)護(hù)車主要用于對(duì)瀝青路面坑槽、龜裂、擁包等局部病害的高質(zhì)量快速修復(fù)，是1種多用途、節(jié)能、環(huán)保、高效的路面養(yǎng)護(hù)機(jī)械。江蘇集萃道路工程技術(shù)與裝備研究所有限公司研發(fā)的JCM106W型瀝青道路微波養(yǎng)護(hù)車(見圖1)，由微波加熱墻、微波加熱倉、微波供電系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)、乳化瀝青系統(tǒng)、熱瀝青系統(tǒng)、底盤車架、壓路機(jī)等組成，主要系統(tǒng)如下。

圖1 瀝青道路微波養(yǎng)護(hù)車結(jié)構(gòu)示意圖

(1)微波加熱墻。采用開口式微波加熱原理，施工過程中將預(yù)制瀝青混合料填入坑槽中，采用微波加熱墻就地對(duì)原路面病害處和新添加瀝青料同時(shí)加熱，加熱墻設(shè)置多種分區(qū)，可根據(jù)坑槽實(shí)際大小通過顯示屏一鍵選擇合適的加熱面積，實(shí)現(xiàn)就地?zé)嵬跓嵫a(bǔ)和熱接縫，有效避免了傳統(tǒng)工藝坑槽邊界密封性能和粘結(jié)性能差的問題。

(2)微波加熱倉。采用微波諧振高效加熱原理，對(duì)預(yù)制瀝青混合料冷料快速均勻加熱，滿足多種坑槽修補(bǔ)工藝，尤其適用于需要2種以上級(jí)配料的大深度坑槽修補(bǔ)。

(3)微波供電系統(tǒng)。主要包括發(fā)電機(jī)、微波電源和散熱風(fēng)扇等，用于為磁控管輸出電能。

(4)散熱系統(tǒng)。主要包括散熱器、水泵和水箱等，用于磁控管水冷散熱。

(5)動(dòng)力系統(tǒng)。采用底盤全功率取力，為發(fā)電機(jī)和液壓泵提供動(dòng)力，避免了結(jié)構(gòu)復(fù)雜的上裝發(fā)電機(jī)組，整車結(jié)構(gòu)簡潔、節(jié)能，消除了上裝發(fā)動(dòng)機(jī)的排放。

(6)乳化瀝青系統(tǒng)。包括乳化瀝青罐、乳化瀝青噴槍、盤管器和柴油清洗箱等，通過壓縮空氣實(shí)現(xiàn)乳化瀝青均勻噴灑，通過柴油清洗和壓縮空氣吹掃保證管路的清潔。

1.2 主要技術(shù)參數(shù)

瀝青道路微波養(yǎng)護(hù)車的主要技術(shù)參數(shù)見表1。其中，微波加熱墻加熱面積、加熱深度、微波加熱倉有效加熱容積、微波輻射值為決定設(shè)備性能和先進(jìn)性的關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。

表1 JCM106W瀝青道路微波養(yǎng)護(hù)車主要技術(shù)參數(shù)

2 瀝青道路微波養(yǎng)護(hù)車技術(shù)特點(diǎn)分析

2.1 早期瀝青道路微波養(yǎng)護(hù)技術(shù)的不足

2.1.1 整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜

早期的瀝青道路微波養(yǎng)護(hù)車需配置上裝發(fā)電機(jī)組，而微波加熱裝置功率往往在100 kW以上，匹配的發(fā)電機(jī)組尺寸和重量大，噪聲高。另外，用于為磁控管供電的元件包括變壓器、電容和高壓硅堆，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，占用空間大，集成度與效率較低。

2.1.2 加熱均勻性差

早期的微波加熱養(yǎng)護(hù)車在加熱過程中，微波加熱裝置始終處于靜止?fàn)顟B(tài)，微波源之間的加熱盲區(qū)較多，存在部分瀝青料加熱溫度低的問題，影響路面修復(fù)質(zhì)量。

2.1.3 加熱效率低、故障率高

早期的瀝青道路微波養(yǎng)護(hù)車微波加熱效率偏低的主要原因有3個(gè)：一是原有的微波傳輸天線駐波比大，導(dǎo)致加熱效率低； 二是原有的微波供電系統(tǒng)主要包括變壓器、電容、高壓硅堆，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，變壓器供電效率較低，導(dǎo)致微波供電系統(tǒng)整體供電效率較低；三是微波加熱系統(tǒng)工作過程中變壓器自身發(fā)熱嚴(yán)重，但變壓器較大的布置空置導(dǎo)致其散熱困難，散熱不及時(shí)不僅使得輸出效率降低，而且導(dǎo)致使用過程中元器件燒毀較多，造成較高的故障率。

2.1.4 缺失智能化維修管理

早期瀝青道路微波養(yǎng)護(hù)車的智能化和信息化程度較低，操作設(shè)備主要依賴人工。同時(shí)，對(duì)于影響整車性能的微波電源、散熱系統(tǒng)也缺少相應(yīng)的在線檢測(cè)手段。早期的養(yǎng)護(hù)車進(jìn)行病害修補(bǔ)作業(yè)是一個(gè)信息孤島，其修復(fù)方案的科學(xué)性及作業(yè)質(zhì)量完全依賴于人工判斷，病害位置、作業(yè)工況、作業(yè)時(shí)間、作業(yè)軌跡難以實(shí)時(shí)了解，同時(shí)從時(shí)間維度及工區(qū)養(yǎng)護(hù)道路維度上難以對(duì)實(shí)際情況進(jìn)行剖析，并制定科學(xué)的養(yǎng)護(hù)方案。

2.2 新瀝青道路微波養(yǎng)護(hù)技術(shù)特點(diǎn)

中國瀝青道路微波養(yǎng)護(hù)技術(shù)經(jīng)過十幾年的持續(xù)研究與發(fā)展，在微波加熱瀝青混合料的機(jī)理、微波加熱關(guān)鍵技術(shù)、關(guān)鍵工藝等方面均有了較大的突破。江蘇集萃道路工程技術(shù)與裝備研究所有限公司最新研發(fā)的瀝青道路微波養(yǎng)護(hù)車在以下技術(shù)方面有了較大突破，主要技術(shù)特點(diǎn)如下。

2.2.1 整機(jī)匹配技術(shù)

采用底盤全功率取力，取消了傳統(tǒng)體積較大的上裝發(fā)動(dòng)機(jī)，整機(jī)匹配合理、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕。從節(jié)約能源、降低重量、減少排放方面考慮，底盤取力更合理，但要加裝動(dòng)力切換裝置，便于行駛狀態(tài)下發(fā)電機(jī)系統(tǒng)動(dòng)力脫開。

2.2.2 微波均勻加熱技術(shù)

基于電磁仿真分析及試驗(yàn)研究，對(duì)微波源的排布方式、排布尺寸以及傳輸天線結(jié)構(gòu)等進(jìn)行優(yōu)化，獲得了更佳的微波加熱裝置結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了較高的微波傳輸效率。同時(shí)，研發(fā)出智能移動(dòng)加熱技術(shù)，有效解決傳統(tǒng)固定加熱方式存在加熱盲區(qū)的弊端，對(duì)加熱區(qū)域貫穿式整體加熱，確保無加熱盲區(qū)和加熱死區(qū)，提高了整個(gè)區(qū)域加熱的均勻性，保證了高質(zhì)量修補(bǔ)坑槽。

2.2.3 高效供電技術(shù)

瀝青道路微波養(yǎng)護(hù)車所使用的微波磁控管數(shù)量較多，數(shù)量眾多的微波電源如何布置成為難點(diǎn)。目前從兩方面入手解決了原有供電系統(tǒng)效率低的問題：一是使用集成度更高的開關(guān)電源為磁控管供電，該開關(guān)電源相比之前的變壓器加電容的結(jié)構(gòu)，供電效率提升約15%；二是通過對(duì)電源散熱結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真分析，優(yōu)化電源布置和散熱結(jié)構(gòu)，將微波電源集中在尺寸相對(duì)較小的柜體中，不僅有效縮小設(shè)備尺寸，而且更有利于實(shí)現(xiàn)集中散熱，確保每個(gè)電源均持續(xù)穩(wěn)定的保持在最佳工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了高效供電。

2.2.4 微波屏蔽技術(shù)

最新研發(fā)的多重微波屏蔽技術(shù)，將微波泄漏量控制在小于0.5 mW·cm-2，確保設(shè)備使用的安全性。

2.2.5 智能化

智能控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)微波加熱裝置全自動(dòng)收放和加熱、設(shè)備故障智能檢測(cè)、微波電源故障智能檢測(cè)、微波散熱系統(tǒng)故障檢測(cè)，減少人為因素的影響，大幅提高設(shè)備穩(wěn)定性和可靠性。

2.2.6 信息化

基于施工管理系統(tǒng)的信息化，可實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)施工過程、病害地理位置、損壞情況、修補(bǔ)尺寸、作業(yè)時(shí)間、作業(yè)人員、溫度信息等施工信息詳細(xì)記錄，掌握瀝青道路的全生命周期狀態(tài)，對(duì)每次修補(bǔ)病害的成本、處理方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)歸類，實(shí)現(xiàn)道路養(yǎng)護(hù)公司對(duì)道路養(yǎng)護(hù)人、機(jī)、料、法、環(huán)的信息化管理。

2.2.7 工藝適應(yīng)性

具備微波加熱墻和微波加熱倉雙微波加熱技術(shù)，微波加熱墻實(shí)現(xiàn)瀝青路面就地加熱再生，微波加熱料倉實(shí)現(xiàn)預(yù)制冷料或回收料的集中快速加熱，滿足路面坑槽的雙級(jí)配修補(bǔ)，對(duì)瀝青路面不同病害的工藝適應(yīng)性更強(qiáng)。

2.2.8 分區(qū)加熱

加熱墻設(shè)置16個(gè)分區(qū)，能根據(jù)坑槽形狀和面積通過顯示屏一鍵選擇相匹配的加熱面積，提高坑槽的工藝適應(yīng)性和施工經(jīng)濟(jì)性。

3 結(jié) 語

最新的瀝青道路微波養(yǎng)護(hù)車具有整機(jī)匹配合理、微波加熱均勻、供電效率高、微波屏蔽效果好、智能化和信息化水平高、工藝適應(yīng)性強(qiáng)等技術(shù)特點(diǎn)，能夠有效解決現(xiàn)有路面養(yǎng)護(hù)設(shè)備施工質(zhì)量差、污染重、坑槽壽命低等問題，有效提高瀝青道路養(yǎng)護(hù)質(zhì)量和智能化、信息化水平。