水泥混凝土攤鋪機(jī)設(shè)計.ppt

第八章 水泥混凝土攤鋪機(jī)設(shè)計,8.1概述 一、功用及對其要求 1、功用 將已經(jīng)攪拌好的水泥混凝土混合料均勻、平整地攤鋪在路基上，再經(jīng)過振實(shí)、整平、抹光、精整等，形成符合設(shè)計要求的斷面形狀及平整度要求的水泥混凝土路面。,1,8.1 概述,2、要求 （1）布料應(yīng)均勻，不能產(chǎn)生骨料離析等現(xiàn)象； （2）能夠根據(jù)混凝土特性，留出足夠虛方厚度，保證養(yǎng)生后形成規(guī)定厚度的路面面板； （3）能夠?qū)︿佋O(shè)的混凝土層進(jìn)行充分的振實(shí)，確保其內(nèi)在質(zhì)量和強(qiáng)度； （4）所鋪筑的路面應(yīng)達(dá)到規(guī)定的平整度要求，誤差控制在規(guī)定的范圍之內(nèi)； （5）能使所鋪筑的 混凝土路面形成微觀 和宏觀的平面粗糙結(jié) 構(gòu)，以保證與車輪間 具有足夠的附著系數(shù)。,2,8.1 概述,3、工藝過程 水泥混凝土攤鋪工藝過程一般包括：攤鋪布料、刮平、振實(shí)、整平、抹光、抗滑構(gòu)造、鋸縫、養(yǎng)生等，其中抗滑構(gòu)造、鋸縫、養(yǎng)生一般由其它設(shè)備完成。 二、類型、特點(diǎn)及適用范圍 水泥混凝土攤鋪機(jī)按施工工藝及行走方式不同分為：軌道式攤鋪機(jī)和滑模式攤鋪機(jī)兩大類。,3,8.1 概述,1、軌道式攤鋪機(jī)（也稱固定模板式攤鋪機(jī)） 軌道式攤鋪機(jī)是沿事先鋪設(shè)好的軌道進(jìn)行行走攤鋪?zhàn)鳂I(yè)的攤鋪機(jī)，其鋪筑路面的標(biāo)高、厚度、尺寸、形狀、坡度等均由事先鋪設(shè)作為軌道的鋼軌模板來決定。 優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，造價低；工作可靠，故障少，易維修；操作容易，對鋪設(shè)的混凝土要求低等。 不足：自動化程度低，鋼軌模板需用量大，裝卸工作頻繁、笨重、要求高，生產(chǎn)效率較低，質(zhì)量主要取決于模板鋪設(shè)質(zhì)量，軌道攤鋪機(jī)較適于攤鋪道路、機(jī)場、大壩等大型平面工程。 類型：按作業(yè)方式不同又可分為列車式、綜合式、桁架式等多種。,4,8.1 概述,（1）列車型軌道攤鋪機(jī)組 即攤鋪?zhàn)鳂I(yè)過程中的布料、刮平、振實(shí)、整平、抹光等各道工序分別由不同的單機(jī)前后順序完成，從而在軌道上形成一系列按工序一字排開的攤鋪列車，它們共同完成攤鋪?zhàn)鳂I(yè)。 它一般由兩種單機(jī)組合而成。第一單機(jī)是布料機(jī)，專司混凝土的布料作業(yè)；其作用是使混凝土均勻分布于路基上，依據(jù)其布料裝置不同又可分為刮板式（或稱鏟式）布料機(jī)、斗式布料機(jī)及螺旋式布料機(jī)等幾種。 第二組成單機(jī)一般將刮平、振實(shí)、抹光等作業(yè)機(jī)構(gòu)集成于一臺單機(jī)上，通常稱為整平振實(shí)機(jī)，其作用是將布料機(jī)均勻分布在路基上的混凝土刮平、振實(shí)、整平、抹光，形成符合設(shè)計要求的路面面板。,5,8.1 概述,在路面面板要求中間鋪設(shè)鋼絲網(wǎng)（或鋼筋）的情況下，也可由以上兩組共四臺單機(jī)組成，攤鋪列車按先下半層攤鋪，后鋪設(shè)鋼絲網(wǎng)，再鋪上半層的工藝順序完成施工。 例：弗格勒J(rèn)系列軌道式攤鋪機(jī)（采用鏟式布料機(jī)）。,6,8.1 概述,（2）綜合型軌道攤鋪機(jī) 綜合型軌道攤鋪機(jī)是將布料裝置、刮平裝置、振搗裝置、整平裝置、抹光裝置等集中安裝布置在一個行走機(jī)架上形成的軌道式攤鋪機(jī)。 例：美國CMS公司的F型軌道式攤鋪機(jī)（采用螺旋式布料機(jī)）。,7,8.1 概述,（3）桁架式軌道攤鋪機(jī) 此種攤鋪機(jī)的機(jī)架采用桁架結(jié)構(gòu)，可通過拼接加長或縮短，其上布置的作業(yè)機(jī)構(gòu)無單獨(dú)的刮平、整平及振實(shí)裝置，僅有一個（或一對）高速旋轉(zhuǎn)的圓柱滾筒完成攤鋪整平等作業(yè)。圓柱滾前部安裝有短螺旋葉片，起布料作用，隨圓柱滾一起轉(zhuǎn)動，后部的圓柱滾起滾壓、抹平等作用。例：美國的C650F，C450等。,8,8.1 概述,2、滑模式攤鋪機(jī) 滑模式攤鋪機(jī)是將布料、刮平、振實(shí)、整平、抹光及滑動側(cè)模板等均集中布置在一臺由履帶行走裝置支撐行走的機(jī)架上，從而形成的攤鋪機(jī)。 特點(diǎn)： （1）整機(jī)采用全液壓驅(qū)動，操縱控制采用電液伺服自動控制，可由12人操縱，實(shí)現(xiàn)作業(yè)，自動化程度較高； （2）攤鋪路面的拱度、坡度、高度、彎道弧度均可通過調(diào)整成型模板等裝置來進(jìn)行自動或手動調(diào)節(jié)，整個路面可全幅一次成型完成，質(zhì)量易于保證； （3）攤鋪準(zhǔn)備工作無需鋪設(shè)模板和軌道，只需架設(shè)找平和導(dǎo)向基準(zhǔn)鋼絲即可，工藝簡單、生產(chǎn)率高； （4）不足之處是對混凝土的級配和塌落度有較嚴(yán)格要求，一般用于攤鋪塌落度較小的混凝土。,9,8.1 概述,類型：按行走履帶數(shù)量不同分：雙履帶式：小型；三履帶式：適于鋪邊溝等；四履帶式：大型，公路工程常用。 適用：滑模式攤鋪機(jī)除可用于攤鋪路面面板外，更換不同的模板也可用于邊溝、路緣石、中央隔離帶、人行橫道等多種形狀水泥構(gòu)造物的攤鋪?zhàn)鳂I(yè)，特別是三履帶式更為方便。 按機(jī)架不同，桁架式攤鋪機(jī)也可采用履帶行走機(jī)構(gòu)和滑動模板，從而形成桁架式滑模攤鋪機(jī)。,10,8.1 概述,11,8.1 概述,三、主要裝置結(jié)構(gòu)及工作原理 1、布料裝置 作用：將水泥混凝土均勻地分布于 路基上，為后續(xù)工序做好準(zhǔn)備。 類型：旋轉(zhuǎn)鏟式、箱式、螺旋式等 （1）旋轉(zhuǎn)鏟式 旋轉(zhuǎn)鏟式也稱旋轉(zhuǎn)刮板式布料機(jī)，它是用于軌道攤鋪機(jī)上的布料機(jī)。 結(jié)構(gòu)：行走支架支承的機(jī)架上，固定有軌道，其上布置有旋轉(zhuǎn)鏟（旋轉(zhuǎn)刮板），通過鋼絲繩牽引刮板體可使其沿軌道左右移動；同時刮板體上還有用于驅(qū)動刮板旋轉(zhuǎn)的油缸，可使其180旋轉(zhuǎn)；此外，旋轉(zhuǎn)鏟可隨機(jī)架升降、及前后移動，從而可對攤鋪寬度范圍內(nèi)卸入路基上的混凝土進(jìn)行鏟刮、推移攤平。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，機(jī)動靈活，操縱方便。 缺點(diǎn)；無法消除卸料過程中形成的密實(shí)不均現(xiàn)象。,12,8.1 概述,（2）料箱式布料機(jī) 它也是用于軌道式攤鋪機(jī)的一種布料機(jī)。 結(jié)構(gòu)：為行走支架支承的機(jī)架上固定有導(dǎo)軌，導(dǎo)軌上布置有由鋼絲繩（或其它裝置）牽引可左右移動的布料箱，料箱容積一般為34.5m3，料箱斗門由油缸操縱可開啟，料箱底高度可隨機(jī)架上下調(diào)節(jié)，前后可隨機(jī)架移動，這樣通過以上三種運(yùn)動可使料箱移動到所需位置，邊移動邊卸料，使混凝土均勻地鋪在 路基上；其上料通過料斗移動至一側(cè) 或前部進(jìn)行裝料，裝料由上料斗完成。 特點(diǎn)：布料均勻，可消除非壓實(shí)性不 均現(xiàn)象。 缺點(diǎn)：布料機(jī)構(gòu)笨重不如前一種靈活。,13,8.1 概述,（3）螺旋式布料裝置 螺旋式布料裝置主要用于滑模式攤鋪機(jī)上，其在攤鋪機(jī)前方可橫向布置一根由液壓馬達(dá)驅(qū)動的帶螺旋葉片的軸，其直徑一般400450mm，螺旋軸上下位置可調(diào)，工作中螺旋葉片2/3埋入混凝土中，通過操縱螺旋軸的正、反轉(zhuǎn)可使混凝土橫向布均，同時還可實(shí)現(xiàn)對混凝土的再次攪拌，因而可有效消除離析等不均現(xiàn)象。 不足：驅(qū)動阻力較大。,14,8.1 概述,2、刮平整平裝置 作用：對布料裝置 均布的混凝土進(jìn)行 計量刮平，使等于 虛鋪厚度的混凝土 進(jìn)入攤鋪的下一道 工序。 型式：刮板式、圓弧板葉輪式、螺旋葉片式等。 （1）刮板式 刮平板式又可分為固定刮板式和擺動刮板式兩種。其中固定刮板式一般用于滑模式攤鋪機(jī)上，其為橫向布置于螺旋布料器后的一塊長條形鋼板，其高度由油缸可調(diào)，隨攤鋪前行向前刮除推移多余混合料，僅起計量作用。,15,8.1 概述,擺動刮板式一般也為一左右布置鋼板，所不同的是其底邊較寬（50mm），且前邊略高10mm，刮板在連桿機(jī)構(gòu)驅(qū)動下可左右擺動，從而在計量刮除多余混合料的同時，可對混凝土進(jìn)行 擠壓揉搓作用， 能夠有助于消除 卸料引起的不均， 因而主要用于軌 道式攤鋪機(jī)上； 刮板式結(jié)構(gòu)簡單， 計量準(zhǔn)確，但推 移運(yùn)行阻力較大。,16,8.1 概述,（2）圓弧板葉輪式 即在布料機(jī)構(gòu)之后設(shè)有一根橫向布置的軸，其上焊有若干弧形葉片，葉片間隔一定角度（一般為45）交錯布置，工作中，葉輪一邊轉(zhuǎn)動（20r/min）一邊隨機(jī)架前行（11.5m/min），從而推移撥動混合料，實(shí)現(xiàn)計量刮平作用，同時也對混合料進(jìn)行進(jìn)一步擠壓，從而促進(jìn)混合料內(nèi)部均勻密實(shí)。 該種計量刮平裝置主要用于軌道式，可 適于半干硬性（水灰比0.45）混凝土。,17,8.1 概述,（3）螺旋葉片式 該種裝置僅用于桁架式攤鋪機(jī)，其在圓柱滾前端布置短螺旋葉片，一方面起布料作用，另一方面主要通過螺旋葉片轉(zhuǎn)動將多余混凝土推向前，從而起到計量刮料作用，其直徑254mm，長600mm。,18,8.1 概述,3、振搗密實(shí)裝置 作用：使水泥混凝土充分密實(shí)。 形式：梁式（附著式）、插入式、復(fù)合式。 （1）梁式振搗裝置 屬附著式振搗器，其底面附著于混凝土表面，由偏心軸驅(qū)動振動，通過振動梁將能 量傳入混凝土，使其振實(shí)。 主要用于軌道式攤鋪機(jī)。,19,8.1 概述,（2）插入式振搗器 即沿整個攤鋪寬度方向布置若干振搗棒，振搗棒直徑一般有：30，35，50，60，70等多種，其振動頻率：液壓驅(qū)動：0167Hz；電子驅(qū)動200316Hz，振幅1.11.5mm；它能使 R45cm 范圍內(nèi)混凝土振動振實(shí)；布置間距：5060cm，距邊模距離：2030cm；作業(yè)中隨攤鋪機(jī)前行，一般傾斜3040。 特點(diǎn)：振搗頻率高，作用效果明顯，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。,20,8.1 概述,（3）復(fù)合式振搗機(jī)構(gòu) 即既布置有插入式振搗器，其后也布置有振搗梁等振搗裝置，一般是先用插入式振搗器振動，再用梁式振搗器振實(shí)，效果較好，一般主要用于滑模式攤鋪機(jī)。 例：CMI的SF350即為此種。,21,8.1 概述,4、精整光面機(jī)構(gòu) 作用：對攤鋪的混凝土進(jìn)一步精平，并使表面抹光。 形式：10精整器，30精整器，浮動式精修器。 （1）10精整器 它由一根與路面寬度橫向 成10夾角的抹光梁及左 右兩行走支架組成，一般 拖掛于整平振實(shí)機(jī)上。振 實(shí)梁左右往復(fù)運(yùn)動，對混 凝土路面實(shí)現(xiàn)抹光整平， 用于軌道式攤鋪機(jī)上，振 幅5080mm，頻率01kHz。,22,8.1 概述,（2）水平修光機(jī) 水平修光機(jī)為在10整平機(jī)的基礎(chǔ)之上于抹光梁前設(shè)一與抹光梁平行的振實(shí)梁，其運(yùn)動方向與抹光梁相反，從 而既提高抹光平整作用，同時使其左右方向受力平衡。 （3）30修整機(jī) 結(jié)構(gòu)與上相同，也由抹 光梁（30夾角）與微 振梁組成，所不同之處 為其與橫向夾角為30， 可更有效修整縱向不平 整誤差。,23,8.1 概述,（4）浮動式整修器 一般用于滑模式攤鋪機(jī)上，由主機(jī)牽引并浮動地在已鋪筑的路面上拖動，起到抹光作用。其板寬8001370mm之間，前沿成向上卷曲狀。 5、其它裝置，如：行走機(jī)構(gòu)、操縱系統(tǒng)、機(jī)架等。,24,8.2 水泥混凝土攤鋪機(jī)設(shè)計計算,一、總體參數(shù)的選擇確定 水泥混凝土攤鋪機(jī)的主要基本參數(shù)有：最大攤鋪寬度、最大攤鋪厚度、最佳攤鋪速度、生產(chǎn)率、主機(jī)功率、自重等。這些參數(shù)選擇應(yīng)參照公路、城市道路、機(jī)場、高速公路等施工技術(shù)要求，參考已有產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)選擇確定。一般可參照如下確定： 1、軌道式攤鋪機(jī)主參數(shù) （1）標(biāo)準(zhǔn)（基本）攤鋪寬度：一般為2.53 m； （2）加長寬度及等級：3.5、3.75、4.0、5.0、912m； （3）攤鋪厚度：180300mm（最大已達(dá)400450mm）； （4）攤鋪速度：1.01.5m/min或05m/min； （5）生產(chǎn)率：60120m3/h，即：1.57m3/min； （6）平整度：3mm/3m；（7）路拱調(diào)節(jié)：12%； （8）發(fā)動機(jī)功率：30kw2至120kw；（9）自重:715T。,25,8.2 水泥混凝土攤鋪機(jī)設(shè)計計算,2、滑模式攤鋪機(jī) （1）基本攤鋪寬度：3m； （2）加寬寬度及等級：3.5、3.75、4.0、4.5、6.0、7.0、8.0、9.0m； （3）攤鋪厚度：180300mm（最大已達(dá)500600mm，多數(shù)為：350500mm）； （4）攤鋪速度：1.53m/min，多數(shù)最大35m/min； (5)攤鋪平整度：3mm/3m； （6）生產(chǎn)率：120250m3/h，即：110m3/min； （7）路拱調(diào)節(jié)：12%； （8）爬坡：8%； （9）發(fā)動機(jī)功率：250300kw； （10）整機(jī)重量：3040T。,26,8.2 水泥混凝土攤鋪機(jī)設(shè)計計算,二、料斗式布料機(jī)設(shè)計計算 1、布料斗移動阻力計算 布料斗移動阻力，主要包括料斗對水泥混凝土的切割阻力W1、料斗沿導(dǎo)軌移動阻力W2、料斗起步慣性阻力W3三部分組成。 即： 其中： (kN)， (kN)， (kN) 式中： b：料柱切割寬度（即料斗寬度）m； k：混凝土單位切割阻力，k69kN/m； mB：料斗質(zhì)量T；mC：料斗內(nèi)混合料重T； vB：布料斗移動速度m/s； tP：料斗加速時間，tP0.51.5s； f：阻力系數(shù)，f0.05；,27,8.2 水泥混凝土攤鋪機(jī)設(shè)計計算,2、布料斗移動所需功率計算： (kw) 式中：B：料斗驅(qū)動機(jī)構(gòu)傳動效率； 3、布料機(jī)運(yùn)行阻力WP計算 WP主要包括滾動阻力、坡道阻力和慣性阻力三部分。 （1）移動阻力： (kN) （2）起步慣性阻力： (kN) （3）布料機(jī)移動總阻力： (kN) 式中：mP：布料機(jī)質(zhì)量T； mC：料斗內(nèi)混合料重T； fP：滾動阻力系數(shù)，fP0.05； i：坡度，i0.05；vP：布料機(jī)移動速度m/s； tP：起步加速時間s，tP12s；,28,8.2 水泥混凝土攤鋪機(jī)設(shè)計計算,4、布料機(jī)移動所需功率 式中：P：布料機(jī)行走驅(qū)動裝置效率； 5、布料機(jī)裝料斗提升功率 式中：vK：提升速度m/s， vK0.150.20m/s； K：提升機(jī)構(gòu)傳動效率； SK：提升鋼架拉力kN； (kN) 式中： a：提升作用力臂m； b：垂直作用力臂m； 6、布料機(jī)發(fā)動機(jī)所需功率：,29,8.2 水泥混凝土攤鋪機(jī)設(shè)計計算,三、葉板式布料機(jī)設(shè)計計算 1、葉板（鏟）推移混合料阻力計算 （kN） 式中： V：葉板前混合料體積m3； ：混合料密度T/m3； C：混合料內(nèi)摩擦阻力 系數(shù)，C0.50.6；,30,8.2 水泥混凝土攤鋪機(jī)設(shè)計計算,2、葉板支架移動阻力計算 式中： mY：葉板支架及葉板質(zhì)量T； K：支架滾輪沿導(dǎo)軌滾動阻力系數(shù)，K0.00060.0008 f：滾輪軸承摩擦阻力系數(shù)，f0.05； d：支架滾輪軸直徑m； D：支架滾輪直徑m ：附加阻力影響系數(shù)， 1.82.5； 3、其它計算 布料機(jī)整體運(yùn)行阻力計算及 驅(qū)動功率計算基本同前。,31,8.2 水泥混凝土攤鋪機(jī)設(shè)計計算,四、螺旋式布料機(jī)設(shè)計計算 1、螺旋式布料機(jī)工作阻力WS計算 它包括布料機(jī)移動阻力W1和刮料板前料堆推移阻力W2兩部分。 （1）移動阻力計算： 式中： mS：布料機(jī)質(zhì)量T； fS：移動阻力系數(shù)，fS0.05； i：坡度阻力系數(shù)，i0.05； （2）刮料板推移混合料阻力 式中：mnp：料堆質(zhì)量T； C0.50.6；,32,8.2 水泥混凝土攤鋪機(jī)設(shè)計計算,2、布料機(jī)移動驅(qū)動功率計算 式中： vP：布料機(jī)工作速度m/s； P：驅(qū)動裝置傳動效率， P0.90.95； 3、螺旋布料器驅(qū)動功率 式中： ：混合料表面充滿系數(shù)，0.7； Q：布料器生產(chǎn)率T/h；B：布料器布料寬度m； ：阻力系數(shù)，4；L：傳動裝置效率；,33,8.2 水泥混凝土攤鋪機(jī)設(shè)計計算,4、布料器強(qiáng)度計算 （1）受力分析 布料器受力如圖： 橫向作用力P，軸向力F， 驅(qū)動力矩MKP。 其中： (kN) (kN) (kNm) 式中：r：橫向力作用半徑m，r0.70.8R； R：分料器半徑m；：螺旋布料器螺旋升角； ：混合料在分料器表面摩擦角，3035； nL：布料器轉(zhuǎn)速r/min；,34,8.2 水泥混凝土攤鋪機(jī)設(shè)計計算,（2）螺旋布料器上產(chǎn)生彎距、扭矩與壓應(yīng)力計算 彎曲應(yīng)力： 壓應(yīng)力： 剪應(yīng)力： 總應(yīng)力： 式中： l：布料器長度m； W：抗彎截面橫量m3； S：截面面積m2； W0：抗扭截面橫量m3； ：允許應(yīng)力；,35,8.2 水泥混凝土攤鋪機(jī)設(shè)計計算,五、攤鋪機(jī)牽引計算 水泥混凝土攤鋪機(jī)攤鋪?zhàn)鳂I(yè)過程主要克服的阻力有：機(jī)械行駛阻力W1，混合料推移阻力W2，工作機(jī)構(gòu)沿混凝土表面滑移的摩擦阻力W3，機(jī)械起步慣性阻力W4等。 1、攤鋪機(jī)行駛阻力計算 式中：m：攤鋪機(jī)質(zhì)量T； f：滾動阻力系數(shù)， 履帶式： f0.080.1； 軌道式f0.05； i：路面最大縱 向坡度，i0.05；,36,8.2 水泥混凝土攤鋪機(jī)設(shè)計計算,2、混凝土料推移阻力計算 (kN) 式中： VP、VY、VB：刮平、振實(shí)、整平裝置前料堆容積m3； ：混合料密度，2T/m3； C：混合料層間摩擦阻力系數(shù)，C0.50.6； 3、工作機(jī)構(gòu)沿混凝土表面滑移的摩擦阻力計算 (kN) 式中：mP、mY、mB：整平、振實(shí)、光面裝置質(zhì)量T； 0：摩擦阻力系數(shù)，00.5； 4、機(jī)械起步慣性阻力計算 式中：vP：機(jī)械平均作業(yè)速度m/min； tP：機(jī)械起步加速時間，tP1.52s；,37,8.2 水泥混凝土攤鋪機(jī)設(shè)計計算,5、機(jī)械工作時牽引總阻力 6、機(jī)械牽引平衡條件 式中：C：附著系數(shù)，對履帶式：C0.40.7； 對軌道式：C0.25； 7、牽引功率計算 (kw) 式中： vmax：機(jī)械最大作業(yè)速度m/min； 1：行走機(jī)構(gòu)效率，10.80.9；,38,8.2 水泥混凝土攤鋪機(jī)設(shè)計計算,六、攤鋪機(jī)發(fā)動機(jī)功率計算 攤鋪機(jī)發(fā)動機(jī)功率應(yīng)包括行駛牽引功率、工作機(jī)構(gòu)驅(qū)動功率和輔助裝置驅(qū)動功率等（對履帶滑模式還應(yīng)包括布料機(jī)功率）。 1、牽引功率 (kw) 2、振動梁驅(qū)動功率計算