大型宽幅摊铺机熨平板系统结构分析

梁策 郑鑫

摘要：近年来，随着我国公路建设事业的迅速发展，而为了满足现代化筑路施工的需要，沥青混凝土摊铺机已广泛应用于筑路施工中。摊铺机的性能与可靠性在相当程度上决定着高等级公路的建设质量与速度，熨平板系统是摊铺机的关键工作装置，可实现对摊铺路面的整平與压实，其工作性能的好坏对施工质量起着十分重要的作用。鉴于此，本文就基于大型宽幅摊铺机熨平板系统结构进行分析研究。

关键词：大型宽幅摊铺机；熨平板系统；结构分析

1 导言

在现行公路施工工艺规范中，为保证摊铺指标，一般采用大宽度摊铺的施工工艺，但由于现有技术制约，大型宽幅摊铺时，细长的熨平装置结构特性在大负荷的作用下容易发生弯曲和扭转变形，从而直接影响摊铺路面的平整度和密实度。本文就大型宽幅摊铺机熨平板系统易发生变形的问题展开超宽熨平装置的箱体结构优化、抗变形性能研究，为大型宽幅摊铺机摊铺路面的平整度和密实度提高质量的保证。

2 大型宽幅摊铺机熨平板系统的结构原理及其工艺特点

2.1 结构原理

熨平板是摊铺机上较为重要的组成部分之一，其结构原理如下：通常情况下，大多数摊铺机的熨平板都是偏心连杆结构，熨平板的下部是振捣锤，振捣锤的上部是振捣架，通过连杆可以将振捣架与偏心轴相连接。偏心轴在马达驱动下会发生旋转，从而带动振捣锤上下振动，并对摊铺后的无聊进行压实，其下前缘为30度和45度的斜面，在进行摊铺作业的过程中，该斜面会对摊铺机作业前方的混合料进行不断冲击，逐步使这些材料达到密实状态。然后再由振捣锤的下水平面对这些密实后的材料进行修整，借此来确定出摊铺层的实际高度，最后在由熨平板进行熨平整形。若是熨平板只有一根振捣梁，这种熨平板属于单振捣，如果有两根振捣梁那么就是双振捣。其中双振捣器比较常见，其效果要比单振捣好很多，它主要是由箱体、两岸、偏心轴、振捣锤和架组成。由于各个部件间的精密度要求较高，因而在实际加工时难度也相对较大，为此必须选择最为合理的设计方法进行设计。

2.2 工艺特点

摊铺机上的熨平板一般都是由大量零部件按照一定的位置精度和尺寸焊接而成的构件。由于其组成零部件较多，从而对生产工艺有着十分严格的要求，其中任何一个环节出现问题，都有可能对整体质量造成影响。在实际加工制造时，主要生产工艺包括以下几项：下料、折弯、金属加工、焊接、校正、振动时效、喷丸、涂装等等。就其生产工艺而言，主要有以下两个方面的特点：

1）焊接量较大。由于熨平板生产过程中需要涉及大量的焊接工艺，故此，焊接变形问题比较难控制。由于熨平板本身属于框架式结构，所以它比其他结构形式更容易出现扭曲变形，这就使得焊接变形的控制难上加难；

2）精度要求较高。熨平板本身不是独立使用的构件，其需要与别的部件配合工作，这样一来就要求其必须具备较高的精度，以确保外形尺寸和表面质量符合要求。

3 大型宽幅摊铺机熨平板系统结构优化设计分析

3.1 箱体结构优化

熨平装置的箱体是其最主要的部件，基本上由它来承担外界的各种载荷。为满足大宽度摊铺路面的施工，其本身必须具有足够的刚度。同时，超大宽度熨平装置的质量会加重，大质量的熨平装置会引起摊铺机整机的重心后移，从而影响摊铺机的工作稳定性和摊铺平整度，如何在保证刚性条件下控制箱体的重量也是超大熨平装置设计的难点。

1）箱体结构的刚性优化。摊铺机在施工作业时，超大宽度的熨平装置所受的外界载荷较常规的熨平装置要大很多，为保证施工路面的平整度和密实度，这要求承受外载荷的熨平装置各长度规格的箱体结构要有足够的刚度。特别是熨平装置的基本箱体，因其他的箱体均连接在其上面，故对基本箱体结构的刚性要求更高。熨平装置的箱体在工作时受力情况很复杂，常常会产生拉伸（或压缩）、弯曲、扭转等变形。当受到弯曲或扭转时，箱体的截面形状对于它们的强度和刚度有着很大的影响。而对机座和箱体等零件工作能力的主要考核指标是刚度。为此，我们分析研究影响箱体结构刚度的相关参数，并利用有限元软件对其影响箱体刚度的敏感性进行分析，优化设计箱体的截面形状，来增大其截面系数及截面的惯性矩。从而确定了新型高刚度熨平装置的箱体结构。

2）箱体结构的轻量化设计。摊铺机所能摊铺的最大宽度越大，其熨平装置的质量则会越重，大质量的熨平装置会引起摊铺机整机的重心后移，从而影响摊铺机的工作稳定性和摊铺平整度。首先，我们对优化后的箱体结构进行有限元分析，找寻到应力应变较大之处；其次是通过减小箱体截面等零件的板厚，合理布置肋板的方法来增大箱体结构的刚度。通过适当布置肋板和有限元分析，各主要长度规格的熨平装置箱体的重量较轻量化设计前减轻约10%。主要长度熨平装置箱体优化前后重量对比如表1所示。

3.2 抗变形结构设计

大宽度大厚度摊铺时，细长的熨平装置结构特性在大负荷的作用下容易发生弯曲和扭转变形，影响路面的摊铺质量，当摊铺宽度大于5m的摊铺机应合理布设一级或多级撑拉杆，摊铺宽度过大时还应适当增大撑杆和拉杆之间的夹角，来提高抗御熨平板向上拱弯变形和扭转变形的能力。摊铺宽度大于12m的摊铺机应设置抗后拱机构，以抗御熨平板向后拱弯变形。因此，合理布设撑拉杆和抗后拱机构，将大大提高熨平装置的竖向、水平及扭转刚度。

1）竖向撑拉杆机构的设计。熨平装置在宽度方向是关于摊铺机的中心面对称分布的，本文取目前全球摊铺宽度最大的摊铺机熨平装置的一半进行分析，结构总长为8250mm。在对结构进行有限元分析时，以熨平装置中心面的截面为对称面，取对称面左侧为研究对象，有限元模型尺寸与实际结构尺寸一致。

2）抗后拱机构设计。为了抗御熨平板向后拱弯变形，抗后拱机构可采取两种方式：其一是在熨平装置后部设置水平撑拉杆机构；其二是在熨平装置的端部与主机两侧的前部之间布设一侧拉紧机构。通过对比，熨平装置设置不同抗后拱机构时的水平刚度及扭转刚度，分析结果如表2所示。

4结语

摊铺机的作业功能和作业质量是靠熨平装置最终实现的。它能将物料按照一定的宽度和厚度均匀地摊铺在基层上，并给以初步的夯实和整平。评价路面摊铺质量好坏的主要指标为路面的平整度和密实度。

参考文献：

[1]赵金鹏，张会华.沥青摊铺机熨平板关键技术探讨[J].建筑机械化，2012.

[2]徐志宏.沥青混凝土摊铺机熨平板的合理使用[J].交通标准化，2011.

[3]郭少强.摊铺机熨平板功能原理分析[J].建筑机械化，2013.

（作者单位：沈阳众磊道桥有限公司）