CN102561166A

CN102561166A - 水泥路面共振破碎方法及装置

Info

Publication number: CN102561166A
Application number: CN2012100238398A
Authority: CN
Inventors: 詹姆斯·科赫
Original assignee: RMI PAVEMENT TECHNOLOGY (SHANGHAI) Ltd
Current assignee: RMI PAVEMENT TECHNOLOGY (SHANGHAI) Ltd
Priority date: 2012-02-03
Filing date: 2012-02-03
Publication date: 2012-07-11

Abstract

本发明涉及一种水泥路面共振破碎方法及装置，包括：驱动系统（1）的发动机驱动液压系统（2）；液压系统（2）将液体以稳态正弦变化的速度泵入振动悬梁（3）的尾端使所述振动悬梁（3）产生稳态振动，并使振动频率达到振动悬梁（3）的固有频率；所述振动悬梁（3）的活动端带动振动头（4）振动，振动头（4）的振动传入水泥路面，使水泥路面发生共振而自发碎裂。与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：碎块尺寸小且均匀，路基不会受到破坏；把路面改造时间从以前数天的车道封闭减少到几小时，为承包商极大节省时间并且大为减少了对交通的影响。

Description

水泥路面共振破碎方法及装置

技术领域 本发明涉及建筑工程技术领域，特别是涉及路面养护工程技术。

背景技术在破旧混凝土路面的翻修改造过程中，为了彻底解决旧路面对新加铺路面层的致命影响，旧的水泥路面需要被均匀打碎以释放应力从而消除未来对新加铺层的反射裂缝问题。现有的破碎工艺主要是采用冲击破碎法如人工敲碎或机械驱动的多锤头破碎，存在以下不足：碎块较大并且非常不均匀，碎块尺寸为15cm-40cm，无法消除反射裂缝隐患；对路基以及管道造成损害。施工效率低下，严重扰民。

发明内容 本发明所要解决的技术问题在于提供一种能引起水泥路面共振并使水泥路面自发碎裂的水泥路面共振破碎方法及装置。

本发明通过采取以下技术方案实现：

提出一种水泥路面共振破碎方法，包括以下步骤：

驱动系统的发动机驱动液压系统；

液压系统将液体以稳态正弦变化的速度泵入振动悬梁的尾端使所述振动悬梁产生稳态振动，并使振动频率达到振动悬梁的固有频率；

所述振动悬梁的活动端带动振动头振动，振动头的振动传入水泥路面，使水泥路面发生共振而自发碎裂。

进一步地，所述水泥路面共振破碎方法还包括步骤：检测水泥路面的振动反馈，得到水泥路面的实际固有频率，并根据该水泥路面的实际固有频率以微调振动悬梁的固有频率。

进一步地，所述水泥路面共振破碎方法是通过微调所述振动悬梁的支点位置来微调振动悬梁的固有频率。其可调范围为35hz至53hz。

进一步地，所述水泥路面共振破碎方法中，所述液压系统驱动液体速度在10m/s至30m/s之间变化。

进一步地，所述水泥路面共振破碎方法中，所述振动悬梁的振幅为19mm至21mm。

设计一种水泥路面共振破碎机，包括：

驱动系统，用于为液压系统提供动力；

液压系统，用于将液体高速泵入振动悬梁尾端的空腔；

振动悬梁，其固有频率和水泥的固有频率相同，用于带动振动头产生与水泥固有频率接近或相同振动频率的振动；

振动头，安装于振动悬梁的活动端，用于向水泥路面传递振动悬梁的相同频率的振动，使水泥路面发生共振而自发碎裂；

配重系统，安装于振动头的上方，用于防止振动头反弹。

进一步地，所述水泥路面共振破碎机，其振动头上装有传感器，用于感应水泥路面的振动反馈频率。

进一步地，所述水泥路面共振破碎机，其振动悬梁的支点可以调节，用于调节振动悬梁的有效长度以调节振动悬梁的固有频率与水泥路面实际固有频率相一致。

进一步地，所述水泥路面共振破碎机，其振动悬梁的宽度为457mm至660mm。

进一步地，所述水泥路面共振破碎机，其振动头下部与振动头本体可拆卸连接。

本发明水泥路面共振破碎方法及装置利用振动悬梁产生与水泥路面固有频率一致的机械振动，再将振动通过振动头传导至水泥路面，水泥路面从而发生共振而自发碎裂，而不是砸裂。与现有的高压冲击破碎法相比，具有以下技术效果：

1.水泥路面产生的共振特点是高频率、低振幅，破碎深度达30cm，碎块尺寸在2cm至5cm范围内，小且均匀。本发明使用效果如图7所示，图中标号8代表水泥路面，标号9代表路基，碎裂纹路与路面呈大约45度夹角，碎块间互相咬合，能充分释放应力，有效防止反射裂缝的产生，路基9根本没有受到破坏。图8是现有冲击破碎法的使用效果和本发明的使用效果对比图，从图8中可见，采用冲击破碎法（图中左边所示）的效果是碎块大却分布不均，路基受损。

2.节约施工时间和成本。采用现有的高压冲击破碎法破碎的路面，碎块大小不均匀，需要将碎石运走而花费很长时间。而通过本发明改造水泥路面，可以完全分离粘合的钢筋网，破碎均匀的混凝土层经过压路机碾压之后进行沥青摊铺即可完成道路养护，原有材料得以循环使用，把路面改造时间从以前数天的车道封闭减少到几小时，为承包商极大节省时间并且大大减少了对交通和行人的影响。

附图说明

图1是本发明水泥路面共振破碎机主要部分连接关系图；

图2是所述水泥路面共振破碎机的轴侧投影示意图；

图3是所述水泥路面共振破碎机的振动悬梁和振动头的装配关系图；

图4是所述水泥路面共振破碎机的振动悬梁的轴侧投影示意图；

图5是图4中振动悬梁的正面示意图；

图6是图4中振动悬梁的侧面示意图；

图7是本发明使用效果图；

图8是本发明的使用效果和现有冲击破碎法的使用效果对比图。

具体实施方式 下面结合优选实施例对本发明做进一步详述。

如图1所示，水泥路面共振破碎方法包括以下步骤：

驱动系统1的发动机驱动液压系统2；液压系统2将液体以稳态正弦变化的速度泵入振动悬梁3尾端的空腔使所述振动悬梁3产生稳态振动，并使振动频率达到振动悬梁3的固有频率，所述液压系统2驱动液体速度在10m/s至30m/s之间变化；所述振动悬梁3的活动端带动振动头4振动，振动头4的振动传入水泥路面，使水泥路面发生共振而自发碎裂。

水泥的固有频率一般是44Hz，但不同的水泥路面其固有频率可能会有变化。水泥路面共振破碎机的计算机反馈系统通过检测水泥路面的振动反馈，得到水泥路面的实际固有频率，并根据该水泥路面的实际固有频率以微调振动悬梁3的固有频率，使得振动悬梁3的固有频率与水泥路面的实际固有频率保持一致，达到最好的共振效果。

振动悬梁的固有频率由其各种物理参数决定。通过调节悬梁的尺寸，可以将悬梁的固有频率调节到与水泥的固有频率相等。悬梁的固有频率计算公式如下：

f=[kn/2π][sqrt(EI/wL⁴)]

其中，Kn=3.52（模式一），E为材料的杨氏模量，I为转动惯量，w为梁宽度，L为梁长度。本实施例中，通过微调振动悬梁的支点位置来调节梁长度L，从而调节振动悬梁的固有频率以达到与水泥路面的实际固有频率相契合。为了使振动悬梁产生稳态的一阶共振，发动机需持续不断地给振动悬梁施加稳态的正弦激励。

如图1至图3所示，水泥路面共振破碎机包括驱动系统1，用于为液压系统2提供动力；液压系统2，用于将液体高速泵入振动悬梁3尾端的空腔31；振动悬梁3，其固有频率和水泥的固有频率相同，用于带动振动头5产生与水泥固有频率接近或相同振动频率的振动；振动头4，安装于振动悬梁3的活动端，用于向水泥路面传递振动悬梁3的相同频率的振动，使水泥路面发生共振而自发碎裂；配重系统5，安装于振动头4的上方，用于防止振动头4反弹。如图2所示，水泥路面共振破碎机还包括有水箱6和降温设备7。

所述振动头4上装有传感器，用于感应水泥路面的振动反馈频率并将振动反馈频率信号传送至计算机反馈系统，该计算机反馈系统得到水泥路面的振动反馈频率信号后，计算得到水泥路面的实际固有频率。

一实施例中，水泥路面共振破碎机的主要技术参数为：发动机功率350 hp至600hp，振动悬梁宽度为457 mm至660mm，振动频率可调范围为35hz至53hz，振幅约20mm，振动梁配重5443－9070kg，总重量27216－31753kg，最大破碎深度660mm。

振动悬梁3的形状结构如图4至图6所示，为长条形，一端有空腔31，与液压系统2相通；另一端为活动端，与振动头4连接。振动悬梁3由合金材料锻造而成，能够破碎宽25cm、厚66cm的混凝土。由于振动头下部与水泥路面直接接触，长期使用会有磨损，如图3所示，所述振动头4下部41与振动头本体42拆卸连接，当振动头4下部磨损到一定程度，可更换新的零件。

所述水泥路面共振破碎机持续产生高频低幅的振动能量，通过振动头传递到水泥板块里。振动悬梁产生振动谐波，支点与配重点振幅为零，振动头以高频低幅进行小能量的破碎，使水泥路面层内产生均匀裂纹，并随着振动迅速有规律地扩展而得到破碎，而不是被强力击碎或碾碎。

计算机反馈系统感应计算被击物的固有频率，自动调节振动悬梁振动频率并引起水泥路面在振动头下的局部范围内产生共振，使混凝土内部颗粒间的内摩擦阻力迅速减小而崩溃。

所述水泥路面共振破碎机产生的高频低幅振动能量，使旧水泥混凝土路面的结构完整性彻底破坏。由于共振水泥破碎机动量高，和水泥路面接触时间短，能将水泥路面板块表面的裂纹瞬间均匀地扩展到板块底部，如图7所示，作用于水泥板块内部的高频振动力使其碎裂均匀，碎块大小和方向极其规律，水泥板块内产生斜向裂纹，与路面形成30°至60°夹角。破碎的水泥块之间相互啮合，成锯齿状，为沥青加铺层提供稳固的施工平台，有效避免了裂纹纹路与路面垂直，达到承重和防水的效果。破碎后的水泥板块表层粒径较小，较松散；下层粒径较大，嵌锁良好。这样表层小的颗粒有利于消除反射裂缝和路面渗水的横向排出；下部较大的颗粒可以提高路基的承载能力和阻止渗水向下渗透。粒料经压实后相互啮合得更紧，形成稳定的基层。

以上内容是结合具体的优选技术方案对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，这些推演或替换都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种水泥路面共振破碎方法，包括以下步骤：

驱动系统（1）的发动机驱动液压系统（2）；

液压系统（2）将液体以稳态正弦变化的速度泵入振动悬梁（3）的尾端使所述振动悬梁（3）产生稳态振动，并使振动频率达到振动悬梁（3）的固有频率；

所述振动悬梁（3）的活动端带动振动头（4）振动，振动头（4）的振动传入水泥路面，使水泥路面发生共振而自发碎裂。

2.如权利要求1所述的水泥路面共振破碎方法，其特征在于：检测水泥路面的振动反馈，得到水泥路面的实际固有频率，并根据该水泥路面的实际固有频率以微调振动悬梁（3）的固有频率。

3.如权利要求2所述的水泥路面共振破碎方法，其特征在于：通过微调所述振动悬梁（3）的支点位置来微调振动悬梁（3）的固有频率。

4.如权利要求3所述的水泥路面共振破碎方法，其特征在于：振动悬梁（3）的固有频率可调范围为35hz至53hz。

5.如权利要求1所述的水泥路面共振破碎方法，其特征在于：所述液压系统（2）驱动液体速度在10m/s至30m/s之间变化。

6.如权利要求1所述的水泥路面共振破碎方法，其特征在于：所述振动悬梁（3）的振幅为19mm至21mm。

7.一种水泥路面共振破碎机，包括：

驱动系统（1），用于为液压系统（2）提供动力；

液压系统（2），用于将液体高速泵入振动悬梁（3）尾端的空腔（31）；

振动悬梁（3），其固有频率和水泥的固有频率相同，用于带动振动头（5）产生与水泥固有频率接近或相同振动频率的振动；

振动头（4），安装于振动悬梁（3）的活动端，用于向水泥路面传递振动悬梁（3）的相同频率的振动，使水泥路面发生共振而自发碎裂；

配重系统（5），安装于振动头（4）的上方，用于防止振动头（4）反弹。

8.如权利要求7所述的水泥路面共振破碎机，其特征在于：所述振动头（4）上装有传感器，用于感应水泥路面的振动反馈频率。

9.如权利要求7所述的水泥路面共振破碎机，其特征在于：所述振动悬梁（3）的支点可以调节，用于调节振动悬梁（3）的有效长度以调节振动悬梁（3）的固有频率与水泥路面的实际固有频率相一致。

10.如权利要求7所述的水泥路面共振破碎机，其特征在于：所述振动悬梁（3）的宽度为457mm至660mm。

11.如权利要求7所述的水泥路面共振破碎机，其特征在于：所述振动头（4）下部与振动头本体可拆卸连接。