激光定位公路混凝土路面自动摊铺机的研制

刘冬川

（中建路桥集团有限公司，河北 石家庄 050000）

引言

水泥摊铺整平机分为轨道式摊铺整平机、滑模摊铺整平机、小型轮式水泥激光摊铺整平机三类。（1）轨道式摊铺整主要是常见三辊式摊铺整平机，其轨道分为混凝土轨道、钢模板轨道和工字钢轨道两种。①利用钢模板作为轨道支撑的三辊式摊铺整平机，由于钢模板高度调整不准、钢模板接头高低不平引起跳动、水泥坍落度太小引起中间起拱、水泥坍落度大引起中间凹陷等因素，使得摊铺高度控制不准。②利用铁路钢轨作为轨道的三辊式摊铺整平机，轨道强度增强，摊铺效果有所改善。由于钢轨重量大，钢轨的铺设和搬移费时费力。（2）滑模式摊铺机具有分料、振捣、成型、熨平、伸缩功能，功能齐全，摊铺高程以基准钢线为参考，基准钢线的架设费时，且精度难以保证。成本昂贵，售价为150～300 万元。

1 公路混凝土路面专用自动摊铺整平机研制方案

结合三辊整平机结构的简易性、滑模式摊铺机行走、振捣、摊铺、熨平功能齐全性和轮式激光整平机激光控制功能的先进性，结合传感器测量、液压控制及控制算法，研制公路混凝土路面专用自动摊铺整平机。（1）在三辊轴摊铺整平机结构的基础上，增加液压高度调整机构和胶轮行走机构。（2）安装可调排振，在摊铺厚度较深时，通过排振保证混凝土密实。（3）安装螺旋布料器，推平多余混凝土料。（4）可选安装振捣梁和挫平梁提高密实度和平整度。（5）通过激光测量高度基准，通过GPS 进行精确定位，通过水平仪控制倾斜角度［1］。（6）输入高程数学模型，自动控制横坡、纵坡的摊铺高度。（7）自带柴油发电机，无需外部供电，方便使用。（8）研发摊铺远程监控系统。

2 研制技术路线

2.1 激光高程检测

采用激光扫平仪作为高度基准，扫平仪连续旋转并发出水平激光，摊铺机安装高度接收器，接收器检测到光斑后可以指示机器绝对高程。以徕卡Rugby620 扫平仪主机及接收器GradeSmart，其接收距离达600 m，测量高程200 mm，精度1.5 mm［2］。

2.2 GPS 精确定位

普通GPS 定位精度为3～10 m，直接应用控制精度较低，尤其是匝道摊铺高程变化较快，不能满足要求。采用差分GPS 技术，在激光扫平仪附近安装差分GPS 主站，整平机上安装差分GPS 从站，设定主站基准位置后，从站定位精度可提高到±2 cm，满足施工需求。

2.3 路面横坡纵坡数学模型的建立

建立一套适合摊铺控制的数学模型，方便桥梁和路面结构数据导入，研究车身高度实时变化情况下摊铺高程及坡度自动控制算法，适应复杂运动模式下精确控制摊铺质量。

2.4 摊铺远程监控系统

摊铺、整平质量数据通过GPRS 实时上传到云端，自动形成施工报表。业主、监理和项目部管理人员可以通过任何一台具有上网功能的电脑或手机，随时随地查看施工数据和报表，及时掌握现场情况，可提高施工管理效率，实现质量管理信息化。

广泛调研国内外各种摊铺整平机的性能，考察施工现场对摊铺机的改进需求，充分论证项目所需检测技术、控制技术的可行性，制定合理的机械、硬件和软件总体方案，在理论分析和模拟仿真的基础上，进行机械、电路和软件设计，并制作样机。

2.5 创新点及技术关键点

（1）采用激光控制整平高度、提高了整平控制精度。（2）采用GPS 精确定位、输入路桥结构数学模型，能自动控制横坡纵坡的摊铺高度。（3）无模板、无轨道、自行走摊铺，可减轻劳动强度，提高摊铺效率。（4）远程监控系统方便现场管理，实现了管理信息化。

3 主要技术指标

（1）摊铺宽度5～14 m（可调）；（2）摊铺深度10～20 cm；（3）摊铺高程控制精度＜10 mm；（4）平直路段单次摊铺距离≥60 m。

4 结语

研制的基于激光定位的公路混凝土路面自动摊铺机，有效提高了混凝土摊铺质量，减轻了劳动强度、提高了摊铺效率，对提高公路承载能力和使用寿命具有重大意义，并且通过远程监控实现了管理信息化，使得摊铺质量管理水平迈上一个新台阶，路桥混凝土摊铺设备进入新时代。