路面冲击压实机械相关技术问题探讨

雷 斌

重庆山河项目咨询有限公司，重庆 400060

0 引言

采用一种压实机械，在满足压实度要求的前提下，能够大大提高压实厚度、缩短压实时间，不仅可以提前或缩短工期，也可以节省投资。这种压实机械必然是压实功能强大，影响深度大的压实机械[1,2]。本文主要对于路面冲击压实机械相关技术问题进行探讨。

1 机械设备相关参数作用特点分析

1.1 冲击轮重量

根据冲击能量和冲击力公式，冲击轮重量m与冲击力基本成直线关系，即在速度等条件不变情况下，冲击轮重量越大，冲击力越大，在输出功率不变情况下，增大冲压轮重量，适当降低速度，可在非冲压阶段积蓄能量，冲压时产生更大的冲击力。因此，适当增大冲击轮重量可以提高冲击力，增加压实度或压实层厚度。但冲击轮重量增大也有其缺陷。冲击轮重量越大，所需要的牵引车的最大输出功率越大，特别是在冲压开始阶段，由于土方处于松铺状态，过大的冲压轮重量很容易形成冲击面较大的凹陷，形成很大的摩阻力，对牵引力要求成倍增长，很容易导致冲击轮难以转动，从而导致冲压失败。

1.2 冲击轮高差

冲击轮高差即外接圆半径R与内接圆半径r之差。冲击能量和冲击力大小与冲击轮高差h成正比。即高差越大，冲击能量和冲击力越大。不同高差情况下，冲击力与冲击轮高差之间基本呈线性关系。但是冲击轮高差不能无限制增加，当冲击轮边数确定时，增加高差主要依靠增加外接圆半径，如对于五边形冲击轮，当冲击轮高差分别为0.15、0.20、0.25、0.30m时，其外接圆半径分别为0.79、1.04、1.31、1.57m，半径过大，造成冲击轮重量过大，需要更大功率的牵引车。因此，必须选择适合的冲击轮高差，才能满足得到合适的冲击能量和冲击力。目前生产的冲击轮外接圆半径一般在1.0～1.2m之间，冲击轮高差在0.15～0.25m之间，所需牵引力一般在175.256kW之间。

1.3 冲击轮边数(凸点数)

根据冲击能量公式E=(3600P-Vtf2)/nq，可以看出冲击压路机冲击能量、冲击力与冲击轮的边数n成反比，在R、r一定的情况下，边数越少，冲击力和影响深度越大，边数越多，冲击力和影响深度越小，其作用逐步接近静力光轮压路机。某种意义上讲，静力光轮压路机是冲击压路机的特例，但随着边数的增多，单位距离、单位时间内冲击点就越多，更有利于表面破碎。因此，冲击轮边数决定其不同的功能。

三边形冲击压路机边数最少，其他条件相同情况下，其冲击力最大，影响深度最大，这就决定了它可以运用于新建公路、堤坝较大厚度土体的冲压，以及原有公路、堤坝的路基、坝基压实不足的复压。但三边形冲击压路机由于冲击力大，单位距离冲击点少的缘故，施工中很容易造成冲压表面凸凹不平、水泥板块局部过碎、路基(坝基)容易变形等问题。

四、五、六边压路机相对于三边形压路机，轮重相同时冲击力小，影响深度小，但单位距离内冲击点多，可以使表面冲压着力点均匀、平整，减少路基、坝基变形，更适用于原有沥青、水泥路面的冲压和再利用。但相对于三边形压路机，其冲击力和影响深度小，难以处理深层病害。因此，不适合处理路基、坝基病害。由于边数的增多导致冲击特点越来越不明显，故六边形压路机相对于其他压路机运用自然较少。

1.4 牵引车的输出功率和牵引力

牵引车是冲击压路机的动力装置，其发动机产生的牵引力克服牵引车和冲击轮的摩阻力，使机械产生加速度和速度，产生冲击能量和冲击力。冲击压路机在运转一周的过程中，其牵引力大小是不断变化的。刚开始运动时，由于整个机械装置需要克服比正常摩阻力大的静摩阻力，此时需求的牵引力较大。如果此时冲击轮同静力压路机一样是圆的，当速度正常时，牵引力应小于启动时的牵引力。但冲击压路机的冲击轮是非圆形的，开始运动之后需要迅速加速并要克服冲击轮质心逐步上升时重力的作用。因此，从开始运动到重心达到最高点阶段，牵引力不断加大，并在冲击轮到达最高点前的瞬间迅速上升至最大。当冲击轮质心转过最高点时，牵引力逐渐减小，当冲击轮水平速度超过牵引车速度时，牵引力迅速降为O，冲击轮在重力作用下竖直向作自由下落，直到冲击地面为止。

1.5 蓄能器

蓄能器是冲击压路机机架上的一个重要组成部件，其主要作用是协调冲击轮与牵引车速度一致，增加冲击能量和冲击力，当前一次冲压结束以后，冲击轮质心处于最低位置。随着新一轮冲击过程的开始，冲击轮质心位置逐渐升高，此时摆臂带动摇臂压缩缓冲蓄能器蓄能，直到冲击轮质心处于最高位置之前一直如此。当冲击轮质心位置从最高处回落时，由于不再需要牵引力克服重力做功，因此，在短时间内牵引力会导致牵引车速度快于冲击轮，两者产生不协调，此时摆臂再次带动摇臂松开缓冲蓄能器释放能量，使冲击轮速度加快，保持与牵引车速度协调一致，并因速度加快产生更大的冲击力。蓄能器在冲击轮运动和冲压过程中起到了很好的协调和提高功效作用，但在理论研究中，如果引入蓄能器，将使研究工作十分复杂。因此，在冲击能量和冲击力的力学研究过程中，不单独考虑蓄能器，只是假设冲击轮和牵引车速度一致。

2 结论

对与冲压机械设备相关因素进行分析，与冲压机械相关因素主要分析了冲击轮重量、冲击轮质心高差、冲击轮边数、输出功率及牵引力、蓄能器与冲击能量的关系。结论是冲击轮重量、质心高差越大，冲击能量及冲击力越大。冲击轮边数越多，冲击力越小，但单位距离冲击次数增多。牵引车功率越大，其牵引力越大，得到更大的冲击能量和冲击力。

[1]范云，汪英珍.填土压实质量检测及机载压实集成系统分析[J].岩土力学,2004,25（4）.

[2]谢华,谭建国.民族压实机械发展的足迹[J].建筑机械（上半月）,2009（11）.