CN105908609A - 一种路面3d打印设备及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种路面3D打印设备，它包括依次相连路面扫描装置、出料系统、熨平装置和碾压装置。本发明还公开了该在铺筑沥青路面中的应用。与现有技术相比，本发明通过上述装置实现了对坑洼不平路面直接铺筑沥青路面的方法及其铺筑设备。该装置以3D打印为原理，提高了压实度水平和路面平整性，使道路的磨损最小化，从而最大限度的提高了道路的使用寿命。从经济上说，这种方式以更少的成本铺筑了寿命更长的道路，去除了整面铣刨的繁琐步骤，减少了施工和封闭交通时间，达到对社会影响的最小化。从环境上说，通过减少施工步骤和封闭交通时间，也有助于削减碳排放。

Description

一种路面3D打印设备及其应用
技术领域
本发明属于铺筑设备领域，具体涉及一种路面3D打印设备及其应用。
背景技术
沥青路面由于其平整性较好，行车舒适平稳，噪音低，易维护的特性被广泛应用于城市道路及公路路面中。然而，随着交通量的增长和重载超载车辆的增多，加上温度和湿度变化等多因素的影响，沥青路面会产生多种病害，包括横向裂缝和纵向裂缝引起的大面积网裂，路面沉陷，水损害导致的坑洞、辙槽，路面推移，拥包，波浪等等。当沥青路面出现大量严重病害以致影响行车体验，危害交通安全且已难以通过部分病害维修来维持沥青路面的使用时，该沥青路面需要进行整体翻修。为了防止新铺筑路面与原病害路面不完全贴合导致的压实不均，新路面重新开裂，水损害和坑洞等，目前的施工方式是先将原有路表面进行铣刨至平面状态以适应现有的平面沥青摊铺机，而后进行碾压保证路面的平整度和压实度。铣刨料通过热再生或冷再生的方式，添加一定比例新的沥青混合料再被重新摊铺在路面上。这一过程中，路面上许多运行状况良好的路面材料也被重新铣刨与铺筑，耗费了大量的人力与财力，且施工时间和封闭交通时间都较长，施工以及交通堵滞的过程中产生了大量的碳排放，在各方面造成了许多不利影响。
沥青路面新路铺筑也有类似的情况。为了保证路表面的平整度，路基、底基层、基层等路面结构每一层的铺筑都要满足严格的压实度和平整性规定，否则极易导致沥青路面沉陷病害的产生。
进入21世纪的今天，一个概念变得愈加地耳熟能详——“3D打印”。3D打印是快速成形技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料能可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体，制造出与模型一样的物件的技术。目前，3D打印已经在工业造型、机械制造、军事、建筑、影视、家电轻工、医学、考古、文化艺术、雕刻、首饰等领域都得到广泛应用。
目前沥青路面铺筑中存在的主要问题是如何在不铣刨原有路面的前提下，能准确定位与原路面高差不一致的车辙或沉陷处，并且输出足够的沥青混合料从而保证铺设路面的压实度与表面的平整度。引进3D打印的概念，将原有的平面铺筑方式改为三维立体铺筑，预先建立需要铺筑的路面三维结构模型，在实际铺筑过程中，将该模型与现场扫描的结果对应，从而实现在准确的位置输出合理的沥青混合料量摊铺路面，在最短的施工和封闭交通时间内，以最小的成本，最环保且减少碳排放的方式得到压实度更高、平整性更好的沥青路面。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种路面3D打印设备，以解决现有技术存在的在原路面不平整和存在高差的情况下，需要大面积铣刨才能铺筑沥青路面的问题。
本发明还要解决的技术问题是提供上述路面3D打印设备在铺筑沥青路面中的应用。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种路面3D打印设备，它包括框架，框架内固载有出料系统和熨平装置；框架(14)两侧分别固定连接有有路面扫描装置和碾压装置。
其中，所述的出料系统包括料斗仓，料斗仓底部设有刮板输料装置，物料经刮板输料装置运输并到达出料端后，经螺旋布料装置由料斗仓底部的出料控制装置处出料。
其中，框架内设有料斗回收仓，料斗回收仓通过传动链条与料斗仓相连；其中，料斗回收仓固定于垂直提升装置底端，垂直提升装顶端连接在水平移动装置上，水平提升装置固定于框架的内部顶面。
其中，出料系统中的出料经熨平装置熨平后，再经碾压装置压平。
其中，通过螺旋布料装置与料控制装置后多余的物料由传动链条进入料斗回收仓，料斗回收仓底部设有压力传感器，当回收的物料达到设定值时，通过垂直提升装置和水平移动装置将料斗回收仓移动至料斗仓上方并倒入物料，实现物料的回收。
其中，碾压装置由第二驱动装置提供动力。
其中，料斗仓底部两侧设有车轮，车轮由第一驱动装置提供动力。
上述路面3D打印设备在铺筑沥青路面中的应用也在本发明的保护范围之内。
其中，所述的应用方法为：路面3D打印设备在前进过程中，路面扫描装置对原路面结构表面进行扫描，处理器根据扫描所得信息和预设的铺筑厚度实时控制出料控制装置的出料，再经熨平装置和碾压装置依次熨平和碾压，即可完成沥青路面的铺筑。
其中，所述的原路面结构表面包括需要翻修的旧路面和新铺筑路面的不平整的基层表面。
有益效果：
与现有技术相比，本发明通过上述装置实现了对坑洼不平路面直接铺筑沥青路面的方法及其铺筑设备。该装置以3D打印为原理，先扫描原路面并结合需铺筑路面的厚度以及压实系数，得到路面三维结构模型，而后通过沥青路面铺筑设备完成对该模型路面的铺筑。从结构上说，这种摊铺方式提高了压实度水平和路面平整性，使道路的磨损最小化，从而最大限度的提高了道路的使用寿命。从经济上说，这种方式以更少的成本铺筑了寿命更长的道路，去除了整面铣刨的繁琐步骤，减少了施工和封闭交通时间，达到对社会影响的最小化。从环境上说，通过减少施工步骤和封闭交通时间，也有助于削减碳排放。
附图说明
图1为实施例1中路面3D打印设备的侧面图；
图2为实施例1中路面三维模型横向切面图；
图3为实施例1中出料控制装置正视图；
具体实施方式
实施例1
如图1所示的一种路面3D打印设备，它包括框架14，框架14内固载有出料系统13和熨平装置10；框架14两侧分别固定连接有有路面扫描装置1和碾压装置11。
出料系统13包括料斗仓2，料斗仓2底部设有刮板输料装置3，物料经刮板输料装置3运输并到达出料端3-2后，经螺旋布料装置5由料斗仓底部的出料控制装置4处出料。
框架14内还设有料斗回收仓7，料斗回收仓7通过传动链条6与料斗仓2相连；其中，料斗回收仓7固定于垂直提升装置8底端，垂直提升装置8顶端连接在水平移动装置9上，水平提升装置固定于框架14的内部顶面。
该路面3D打印设备在前进时，由第一驱动装置12-1为料斗仓底部两侧的车轮提供动力，同时由第二驱动装置12-2为熨平装置提供前进的动力；在第一和第二驱动装置的控制下，出料系统13和碾压装置11的前进速度相同。
沥青路面铺筑方法步骤和铺筑设备的使用方法如下：
第一步，用单独的扫描设备对原路面区域进行扫描得到路面全长宽范围内的地形文件，该文件数据完整的记录了原路面可能存在的车辙，沉陷，拥包等地面特征及其确切位置，并且其分辨率足够高，能够满足对原路面进行重现。该扫描装置可以采用任何能够获得详细地形资料的方式，包括但不限于于激光扫描、雷达扫描、声纳扫描等。
根据扫描得到的地形文件和需要铺筑的路面厚度，结合压实系数进行计算，可以得到需要铺筑的具体路面三维结构模型，该模型可以以包括但不限于CAD、CAE等的形式储存。根据一个实施例得到的路面三维模型横向切面图如图2所示。
第二步则进行沥青路面铺筑过程。路面3D打印设备15由路面起点处开始进行铺筑，扫描装置1存有完整的路面三维结构模型资料，在铺路设备15的前进过程中确定高差、坡度等变化的具体位置，并可进行微小的调整，并将结果输入处理器(未标出)中。
处理器(未标出)根据得到的路面三维模型资料和扫描装置1传回的文件控制出料控制装置4的行为，出料控制装置4的正视图如图3所示。出料控制装置4由其端部的伸缩变化控制沥青混合料输出量，与路面三维模型进行拟合。当所经路面位置处有沉陷等凹陷行为时，出料控制装置4在该位置处将缩短，加大混合料的投出；而当所经路面位置处有拥包等突出行为时，出料控制装置4在该位置处将伸长，减少混合料的投出。
通过螺旋布料装置与出料控制装置后多余的沥青混合料将由传动链条6传入至料斗回收仓7，料斗回收仓7底部布置有压力传感器，当其重量达到规定值时将启动垂直提升装置8使料斗回收仓7提升至顶部，而后由水平移动装置9将料斗回收仓7移动至料斗仓2上方并倒入，实现多余沥青混合料的回收并防止对路面的摊铺造成影响。然后通过水平移动装置9和垂直提升装置8返回原位。
第三步由控处理器(未标出)控制熨平装置10和碾压装置11完成路面铺筑，并保证沥青路面足够的压实度。
最后得到压实度更高，平整度更好的沥青路面。
同时，本设备也可在前进的过程中，同步进行扫描和铺筑；铺筑的方法同上。

Claims (10)

1.一种路面3D打印设备，其特征在于，它包括框架(14)，框架(14)内固载有出料系统(13)和熨平装置(10)；框架(14)两侧分别固定连接有有路面扫描装置(1)和碾压装置(11)。
2.根据权利要求1所述的路面3D打印设备，其特征在于，所述的出料系统(13)包括料斗仓(2)，料斗仓(2)底部设有刮板输料装置(3)，物料经刮板输料装置(3)运输并到达出料端(3-2)后，经螺旋布料装置(5)由料斗仓底部的出料控制装置(4)处出料。
3.根据权利要求3所述的路面3D打印设备，其特征在于，框架(14)内设有料斗回收仓(7)，料斗回收仓(7)通过传动链条(6)与料斗仓(2)相连；其中，料斗回收仓(7)固定于垂直提升装置(8)底端，垂直提升装置(8)顶端连接在水平移动装置(9)上，水平提升装置固定于框架(14)的内部顶面。
4.根据权利要求1所述的路面3D打印设备，其特征在于，出料系统(13)中的出料经熨平装置(10)熨平后，再经碾压装置(11)压平。
5.根据权利要求1所述的路面3D打印设备，其特征在于，通过螺旋布料装置(5)与料控制装置(4)后多余的物料由传动链条(6)进入料斗回收仓(7)，料斗回收仓(7)底部设有压力传感器，当回收的物料达到设定值时，通过垂直提升装置(8)和水平移动装置(9)将料斗回收仓(7)移动至料斗仓(2)上方并倒入物料，实现物料的回收。
6.根据权利要求1所述的路面3D打印设备，其特征在于，碾压装置(11)由第二驱动装置(12-2)提供动力。
7.根据权利要求3所述的路面3D打印设备，其特征在于，料斗仓(2)底部两侧设有车轮，车轮由第一驱动装置(12-1)提供动力。
8.权利要求1所述的路面3D打印设备在铺筑沥青路面中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述的应用方法为：路面3D打印设备在前进过程中，路面扫描装置对原路面结构表面进行扫描，处理器根据扫描所得信息和预设的铺筑厚度实时控制出料控制装置的出料，再经熨平装置和碾压装置依次熨平和碾压，即可完成沥青路面的铺筑。
10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述的原路面结构表面包括需要翻修的旧路面和新铺筑路面的不平整的基层表面。
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