基于越南北部地区单钢轮压路机压实适应性研究*

陈乐尧，夏旺旺

(1.湖南工程学院 机械工程学院，湖南省风电装备与电能变换协同创新中心，湘潭 411104；2.三一重工股份有限公司，长沙 410100)

基于越南北部地区单钢轮压路机压实适应性研究*

陈乐尧1，夏旺旺2

(1.湖南工程学院 机械工程学院，湖南省风电装备与电能变换协同创新中心，湘潭 411104；2.三一重工股份有限公司，长沙 410100)

越南北部地区采用泥结碎石作为路面施工的稳定层，其结构力较水泥稳定层较小，导致单钢轮压路机无法适应其工况，出现振松和不平的现象.经过试验与分析，适当降低振动频率，增加钢轮配重减少振幅，压实效果可以得到改善，使路面密实度和平整度提高，满足了客户需要，从而实现了单钢轮压路机在越南市场的适用性.

泥结碎石；压路机；振动频率；振幅

随着国家“一带一路”战略的深入推进，国内工程机械产品近年开始大量出口到沿线国家.三一重工的压路机产品进入越南市场后，在2016年出现了一些产品适用性的问题.反映最大的问题是单钢轮压路机在碾压泥结稳定层时无法压实，路面出现越压越松的现象，表现为路面的颗粒物松脱在表面上，如图1(a)所示.但国外某品牌压路机的压实路面层光整平实，如图1(b)所示.国内对单钢轮压路机压实工艺的研究主要以长安大学[1-4]为代表，王冬[5]对泥结碎石路面施工工艺做过报道.但针对压路机如何适应越南当地市场的问题未见报道.

图1 两款单钢轮压路机压实效果对比图

1 压实路面结构分析

图2为越南修筑高等级公路的典型路面剖面结构简图，分为基础层、稳定层、沥青层.①至⑤层为沥青层，细分为磨耗层(高速公路才设计此层)、上面层、中面层、下面层和稀浆封层共5层.骨料由细到粗.沥青层的压实主要依靠轮胎压路机和双钢轮压路机，本文不讨论.单钢轮主要用来压实稳定层和基础层.基础层主要材料为沙土，即图中序号⑧层.其厚度根据路面标高与地形形状决定，进行填埋分层压实，每200～250 mm压实一层，采用挖掘机摊铺，在铺好后和压实过程中会洒水.该层压实方法与国内的压实工艺差别不大，用10～12 t单钢轮压路机能满足压实需求，压实效果稳定平整，参见图3.稳定层主要的材料为泥结一级配碎石和泥结二级配碎石，即图2中的⑥⑦两层.本文讨论的压实适用性问题，关键就在这两层.如果是修筑高速公路，会在⑥⑦两层之上加一层350 mm厚的水泥稳定土层，该层的施工方法与国内也没有差别，暂不作讨论.

图2中的⑥⑦两层为稳定层，其主要材料为泥结碎石，一般等级道路分为两层.下层(⑦层)为二级配碎石，颗粒比较大，是主要承载层，层厚约350 mm，一般分为两次摊铺压实；上层(⑥层)为一级配碎石，颗粒较细，层厚约为250 mm，一般分为一次摊铺压实.采用“挖掘机+平地机”摊铺或者采用摊铺机摊铺，根据业主要求或道路等级决定摊铺方法.它们的共同特点是采用黄泥土作为粘接剂，如图4(b)所示，摊铺而未压实前呈现泥土的黄色，压实后若干天会呈现碎石的黑色，如图4(a)所示.国内目前稳定土层使用的粘接剂一般采用水泥，这是越南路面稳定层与国内路面稳定层的最大区别.

①沥青磨耗层(高速公路);②沥青面层(细骨料);③沥青中层(中骨料);④沥青底层(粗骨料);⑤稀浆封层;⑥稳定层一级配碎石;⑦稳定层二级配碎石;⑧基础层沙土层

图2 越南北部地区公路道路剖面结构简图

图3 基础层压实效果

图4 稳定层

三一重工10 t单钢轮压路机进入越南市场后，在压实稳定层时不能满足要求，表现为表面石块被压碎开裂、表面振松，出现颗粒浮在表面上，如图1(a)所示.

2 试验测试

针对泥结碎石的施工工地进行实验研究，对相关压路机的振动频率、振幅和加速度值进行测量.如图5为加速度传感器的布置位置.

图5 用加速度测量仪测量振动轮的加速度和振幅

测量结果如表1所示.

表1 调整前振动测试数据对比

根据上表数据可分析出如下特点：

(1)在压碎石且发动机1700 rpm时，三一(SANY)的大振方式(振幅为4.8～5.2 mm)的加速度和频率与HAMA相当，小振的加速度比HAMA要低7～14 m/s2，要小很多，且频率小7 Hz.体现为小振时相同发动机转速(1700 rpm)时的激振力比HAMA要小.另外，根据试验及实际使用情况，在越南施工压实泥结碎石时，只能采用小振方式，不能采用大振方式，如果采用大振方式，激振力变大的同时，由于振幅太大，导致终压阶段的颗粒振松，无法实现压实要求.

(2)SAKAI压路机在1800 rpm时的高频频率为29.7 Hz，振幅为3.0～3.2 mm，加速度为34～38 m/s2.激振力与HAMA相当，高于三一.在1900 rpm时大振激振力高于三一和HAMA，频率、振幅、加速度都高.现场试验时，SAKAI的大振档的激振力过大，也不能用于碎石压实，测试时，就出现大量石块压碎振松的现象.

3 分析与解决措施

3.1 振动频率调整

压路机的振动系统采用的是泵马达的闭式系统，如图6所示.在正常出厂条件下，发动机1工作在额定转速2300 rpm，通过联轴器2带动振动泵3旋转，振动泵输出流量驱动振动马达4旋转，通过联轴器5驱动振动轴9旋转，振动轴利用两个圆柱滚子轴承8支撑旋转.振动轴上安装有固定偏心块6和活动偏心块7.偏心块随振动轴旋转时会产生偏心激振力，激振力通过轴承8传递到振动轮(图6中未示)上，实现对路面的振动压实作用.振动泵为电控两点式变量泵，通过调节可以输出两种方向相反的流量，从而控制振动马达的正反转输出.振动马达为定量马达.当振动马达正转时，活动偏心块与固定偏心块重合，重心同时偏向振动轴一侧，实现大激振力为246 kN，振幅为大振幅；当振动马达反转时，活动偏心块和固定偏心块与轴对称布置，抵消一部分固定偏心块的偏心量，实现小激振力为124 kN，振幅为小振幅.即通过控制定量马达的正反转，调整偏心轴上的调幅块位置，实现两档不同激振力.

1发动机;2联轴器;3振动泵;4振动马达;5联轴器;6固定偏心块;7活动偏心块;8振动轴承;9振动轴

图6 压路机振动系统液压原理简图

产品正常出厂时，通过调试，调整振动泵的流量，使定量振动马达正反转的输出频率均为30 Hz，此时发动机的转速为额定转速2300 rpm.表1的测试数据，是按照越南当地的使用习惯，将发动机的转速调整到1700 rpm，测出的频率为22.3～22.5 Hz.比出厂要求的30 Hz 低了7.6 Hz，因为最大的激振力与频率的平方成正比，导致小振方式的激振力从设计的124 kN下降到约为69 kN，激振力严重不足，无法压实.如果按出厂设计要求，在额定转速2300 rpm振动，又将导致路面振松，也无法压实.

因此，将振动泵的排量调整到最大排量55 ml/r，过去使用的排量约为50 ml/r.目的是降低发动机转速至1700 rpm时，振动频率能获得提升，避免发动机低转速工作时在小振方式下激振力不够.

3.2 增加钢轮配重

在钢轮内增加配重水，通过钢轮自重增加，降低钢轮振幅.目的是减少振动压实时钢轮跑偏.在试验过程中，当在振动钢轮内增加400 kg水时，钢轮压碎石仍有跑偏的现象；继续加水至700 kg，钢轮压实碎石时的跑偏现象得到明显改善.

调整完成后，将机器重新进行工地振动测试，压实泥结碎石路面，和SAKAI压路机进行对比，测试数据如表2所示.

表2 调整后振动测试数据对比

从表2可以看出，调整后发动机工作在2000 rpm时的加速度与SAKAI在1700 rpm时的加速度相当，但振幅比SAKAI要小0.5～1 mm.压实的效果比调整前有了明显改善，如图7所示.

图7 机器调整后对比压实效果

在压实的过程中SAKAI的跑偏要严重一些，这是由于小振方式时的振幅要比SAKAI的振幅小.这得益于将钢轮的重量增加700 kg配重水.对比表1和表2可知，振幅最小到了2.2 mm，加水前最小为2.5 mm.

3.3 泥结碎石与振动压实的关系

越南的路面稳定层采用泥结碎石作为稳定土，其配比结构与国内是不同的.国内一般采用水泥进行拌和，而越南采用黄泥土，如图8(a)所示.因为水泥的结构力大，而泥土的结构力小，所以导致了三一压路机的适用性问题.当压路机的压实频率较高时，含水泥的碎石稳定层可以很好压实，而含泥土的碎石稳定层无法压实.在压实含泥土的碎石稳定层的现场试验中，将频率和振幅降低，碎石可以稳定排列压实，但将频率和振幅增大，则碎石会振松.再次降低频率进行实验，路面又可以重新压实.如图8(b)所示.碎石压实后，泥土被挤压充满碎石间隙并部分挤压到路面，形成较光滑的泥结表面.说明压实时合适的振动频率与泥结碎石的固有频率存在一定的关系，但具体影响的数量关系需要进一步进行试验研究.

图8 碎石压实前后对比

4 结论

越南路面稳定层的施工由于是采用泥结碎石稳定层结构，其结构力较水泥稳定层要低.因此导致压路机无法按业主质量要求完成稳定层压实.通过适当降低压路机工作频率和激振力，增加钢轮配重降低振幅，实现了对泥结碎石压实的适应性改善，获得了客户需要的密实度和平整度，基本解决了单钢轮压路机在越南的施工适应性问题.

[1] 阚志涛. 振动压路机的压实施工参数与压实工艺研究[D].长安大学硕士学位论文，2011.

[2] 徐清刚.双钢轮振动压路机面层压实工艺研究[D].长安大学硕士学位论文，2014.

[3] 刘占良，郑建峰.大厚度沥青稳定碎石基层碾压工艺[J].筑路机械与施工机械化，2009(1)：35-36.

[4] 刘玉峰.级配碎石设计方法与施工工艺研究[D].长安大学硕士学位论文，2016.

[5] 老挝南涧水电站进场道路泥结碎石路面施工[J].葛洲坝集团科技，2014(12):88-90.

[6] 陈乐尧，唐恒宁，陈维涛，等.基于TRIZ矛盾矩阵解决压路机叉脚开裂问题[J].湖南工程学院学报(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

陈乐尧(1972-)，男，研究员级高级工程师，研究方向：工程机械产品设计与研发.

TH69

A

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