HRU—MP60型沥青路面热再生铣刨机的研制

周勇汉　许建良

摘 要：主要介绍HRU-MP60型沥青路面热再生铣刨机的技术参数、结构组成及有关设计计算、现场试验情况等。该机是就地热再生机组的关键设备之一，主要由底盘、动力系统、找平装置、铣刨系统、液压系统、电控系统、行走转向系统等部分组成，具有节能、环保，自动化程度高，操作方便灵活，找平精度高的特点。

关键词：铣刨机；技术参数；结构设计；就地热再生机；找平精度

目前市场上的路面铣刨机种类繁多，用途各不相同。该机是适用于沥青路面养护的就地热再生机组的关键设备之一，施工时，其紧跟在路面加热机后面，将加热后的沥青路面面层铣刨，后跟复拌机，由复拌机对铣刨料进行收集、搅拌再生，最后摊铺压实，完成对路面的修护。

1 该机主要技术参数

发动机功率/转速（kW/（r/min）） 298/1900

發电机功率（kW） 24

最小转弯半径（m） 16

轴距（mm） 5700

车轮直径（mm） 1240

行走速度：

Ⅰ挡（km/h） 0～10

Ⅱ挡（km/h） 0～20

工作速度（m/min） 0～10

铣刨宽度（m） 1.8～4

铣刨深度（mm） 0～60

整机质量（kg） 16000

整机外形尺寸（长*宽*高）（mm*mm*mm） 9250x3750x3600

2 主要结构及特点

该机主要由底架、动力系统、行走转向系统、铣刨系统、找平装置、液压系统、电控系统、驾驶室等部分组成，如图1所示。

2.1 底架

底架主要由侧梁、端梁、驱动桥连接梁、从动桥连接梁、铣刨支撑梁、发动机连接座等组成，其中侧梁、驱动桥连接梁和从动桥连接梁采用双鱼腹梁结构形式，中间粗，两端细，以满足结构强度和刚度的前提下，尽可能地降低车体的高度。

2.2 动力系统

该机配置东风康明斯QSZ13-C400-Ⅲ型柴油机，具有启动性能优越、转矩储备大、油耗低，性能稳定可靠，配件齐全等特点。柴油发动机通过飞轮壳连接分动箱，分动箱采用一分四结构，每个输出轴分别驱动液压泵，从而将机械能转化为液压能。

2.3 行走转向系统

行走系统为闭式液压系统，行驶速度可无级调节。后桥为驱动桥，前桥为从动桥，轮胎为耐高温实心胎，发动机通过分动箱窜接一闭式柱塞泵，行走马达通过一级减速、主减速、轮边减速共三级减速实现驱动。 一级减速器分高速挡和低速挡两个挡位，由电磁气动换向阀控制，实现换挡。通过操纵转向盘，转向阀控制转向油缸的伸缩来实现前后桥转向，转向角度为左右30度，前后桥可以单独转向，也可以同时转向，同时转向可选择两种模式，便于车辆的转弯、掉头等操作更为方便。

2.4 铣刨系统

铣刨系统由前后两套铣刨总成。前铣刨总成分为前左、右铣刨鼓。前左、右铣刨鼓分别安装在支架上，支架与牵引梁之间设有滑轨，通过两个推拉油缸带动左右铣刨鼓的伸缩，从而实现铣刨宽度的调整。左右两侧各有一个铣刨找平机构。后铣刨总成的结构与前铣刨总成的结构形式相同。同样有相应的铣刨找平装置。

前铣刨总成如图2所示。

2.5 找平装置

在每一个铣刨鼓的外侧，均安装有相应的铣刨找平装置，以控制相应一侧的铣刨深度。找平装置分前后找平两种，原理一致。找平装置由电液一体化控制，电气控制盒安装在相应找平装置上侧的车架上。设置 “手动/自动”选择开关，“手动”位置时，可通过按钮盒相应的按钮调整铣刨鼓高度及铣刨深度。当调整好深度后，将开关打在“自动”位置上时，铣刨鼓处于浮动状态，通过丝杠上下调节触块位置，使触块与找平阀滚轮刚好接触，随着地面的起伏高低，万向轮带动平行四边形连杆随地面上下起伏，从而带动触块上下起伏，当触块触碰到找平阀滚轮，阀芯移动，油路与升降油缸联通，从而控制油缸升降，油缸带动铣刨鼓上下升降，这样就实现了铣刨鼓随着地面的起伏而上下浮动，从而控制铣刨深度，并保护铣刨装置的安全性。找平阀通过增加阻尼阀调节控制的灵敏度及精度，铣刨深度误差在±5mm以内。

找平装置如图3所示。

2.6 液压系统

该机的各个动作都用液压比例先导阀操控，可以无级调节工作机构的运动速度。右手柄控制行走，可选择前进、后退、空挡三个档位。方向盘控制转向系统，由转向阀控制。制动为鼓式液压制动，由脚踏阀控制。其余工作装置通过操控台上的按钮控制，主要液压动作有铣刨鼓的推拉及升降、铣刨鼓的旋转运动等。

2.7 电控系统

整机采用24kW的发电机，以保证系统的正常供电。整机可通过操控台上按钮操作，也可通过触摸屏系统来实现各动作操作。整机配有发动机显示仪表、状态显示仪表、车载监控系统等。其中发动机显示仪表显示发动机转速、机油压力、水温等相关参数，并能查找和显示发动机当前及历史故障信息。状态显示仪表显示当前车速、发电机转速、风机转速、档位状态、运行状态等相关信息 ，显示液压系统故障信息等。车辆配有车载监控系统，便于司机实时的掌握道路相关信息，车辆左、右及后方均装有监控设施，司机可在操作台上实时查看车辆周围情况。车辆配有倒车影像，当按下显示器上的AV1/AV2按键时，显示器切换到倒车界面，在该界面可清晰的看到后车或障碍物是否在危险区域。

2.8 駕驶室

配置新型钢结构全密封驾驶室，空间宽敞，视野开阔，降噪剑阵效果好。驾驶室内的不止按照人机工程学设计，所有按钮触手可及。采用轿车理念，配置冷暖空调，为驾驶员创造了安全舒适的工作环境，有利于减轻驾驶员的工作疲劳程度，提高驾驶员的工作效率。

3 主要参数计算及强度校核

3.1 主要参数计算

3.1.1 铣刨阻力的计算

铣刨工况是比较复杂的加工过程，对这方面研究的资料也比较多，根据热再生铣刨的特点，参照文献【1】的推理公式，铣削主力切向分力Fm可按下式计算：

式中τ——沥青混凝土的剪切强度（Pa）；

Φ——铣削转子的实时转角（ral/s）；

Φij——任一時刻ti，各刀具的转角；

Φij=ωti+2π（j-1）/N ，j=1，2，3……，N；

β——铣削阻力与水平分力的夾角（°）；

ψ——刀具与混凝土的摩擦角（°）；

γ——刀具铣削前角，单位（°）；

S——刀具与铣削材料接触面的截面积（m2）；

其中h为铣削深度（m），k为铣削材料截面的角度（°），a为刀具间距（m）；Sij——任一时刻ti，各刀具与铣削材料接触面的截面积（m2）；

根据铣刨机的模型分析及实际工况比较，确定计算式中各参数，计算得出该机的铣刨阻力约为37518N。铣刨鼓直径为560mm，转速在150r/min，根据公式

P=T*N/9550，得出驱动铣削的总功率为165kW。

3.1.2 发动机功率的计算

发动机是整机的动力来源，发动机所需功率主要由行走功率、铣刨功率、发电机功率、转向系统功率、其他附件功率等组成。行走是靠液压泵驱动马达，再由马达驱动桥减速箱，驱动桥变速比i1=18.37，i2=7.237，高速行走速度为V1=20km/h，低速V2=10km/h，轮胎直径为d=1.24m，所选马达排量为107ml/r，泵排量为90ml/r，系统压力P压=250bal，所需的功率为泵的功率，根据公式计算：

P泵=P压*Q/600 （下转第页）（上接第页）

其中P压的最大压力（bar），Q为流量（l/min）；高速行走时轮胎转速为V1/60/d/π=85.6（r/min），减速比为i1=18.37，经计算得出泵的流量Q1=196.25（l/min），所以高速行走所需功率P1=81.8kW。

低速行走时同上计算得出：

P2=17.76kW

根据上述计算，已知发电机功率P发=15kW，铣刨功率P铣=165kW，转向系统功率为P转=15kW，其他功率为P其=15kW，得出发动机的总功率，比较高速与低速两种状态的功率大小，选取较大功率作为发动机的总功率。

由于P1总= P1+P发+P转+P其=126.8kW < P2总= P1+P发+P转+P其+P铣=212.76kW

故选取P2总作为发动机的总功率，考虑传递效率等因素，所以选择298kW的发动机可以满足使用要求。

3.2 强度校核

分析整机的结构，底架为受力较大的组焊件，采用solidworks2012建模，有限元分析，约束前后桥连接座，在侧梁上加载力126000N，在铣刨支撑梁加载铣刨阻力37518N。受力分析如图4所示。

结果分析，如图4（b）～图4（d所示）。

最大变形为3.514e-004，最大应力85235504Pa，远远小于材料强度220594000Pa，安全系数为2.58。

4 结束语

该机关键零部件如发动机、泵、马达以及其他液压配件等优先选用国际成熟的先进技术和产品，保证整机的可靠性和使用寿命。通过在山东潍坊206国道现场进行铣刨测试，整体性能稳定，适应性强，完全满足就地热再生机组的施工要求。

参考文献：

[1]汪学斌，胡永彪.铣刨机旋转多刀铣削阻力的数值计算[J].西安交通大学学报，2016（7）：96-103.

[2]曾卫兵，赵敏，何挺继.沥青路面铣刨机作业性能分析与验证[J].长安大学学报，2004（3）：58-61.