CN106468044A - 分料系统及摊铺机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及分料系统及摊铺机，其中，分料系统包括分料槽和设在分料槽内的螺旋叶片，分料槽包括设在螺旋叶片前方的前挡板和设在螺旋叶片后方的后挡板，且分料槽上设有入口和出口，螺旋叶片能够被驱动进行旋转运动，以将从入口进入的摊铺介质输送至出口；螺旋叶片的螺距S为310mm～320mm，螺旋叶片的边缘与前挡板之间的距离L1为60mm～70mm，螺旋叶片的边缘与后挡板之间的距离L2为85mm～135mm；前挡板与地面之间的高度H为75mm～90mm。此种分料系统通过对关键参数进行优化设计，能够使所摊铺的沥青路面在深度方向上的骨料粒度分布更加均匀，从而尽量减少路面的深度离析现象，进而提高路面使用寿命。

Description

分料系统及摊铺机

技术领域

本发明涉及道路施工机械技术领域，尤其涉及一种分料系统及摊铺机。

背景技术

沥青路面由于表面平整无接缝、行车振动小、噪声低，因而具有良好的行车舒适性和优异的使用性能，而且建设速度快、维修方便、适宜于分期建设，逐渐成为我国公路的重要结构形式。

据统计，在建成通车的高速公路中，沥青路面占通车总里程的85％-90％。沥青路面在给人们带来方便的同时，也出现了许多问题，其中最为突出的问题是早期破坏现象严重，设计使用寿命为15年的高速公路在使用1～3年后均会出现不同程度的破坏现象。早期破坏现象严重这一突出问题在很早以前就引起了国内、外众多研究人员的关注，并对其进行了大量的研究，取得了很多成果，但成效均不理想。沥青路面早期破坏除了与超限、超载等外因有关外，还与沥青路面的管理、设计、施工、养护等内因有很大关系。

研究表明，离析现象是造成路面早期破坏严重的根本原因，而摊铺机分料系统是产生路面离析的最主要根源。由于摊铺机结构参数选取和操作参数设置不合理，经常造成离析现象，各种离析现象的产生严重影响了摊铺路面的使用寿命。

由于在进行摊铺作业时，摊铺介质被刮板输料器输送至分料系统中间，并在螺旋分料器的驱动作用下向左、右两边分料。在摊铺介质由中间向两边分料、摊铺的过程中，螺旋叶片的分料量越来越少。而螺旋叶片的分料量与叶片的直径、螺距以及分料转速有关。工程实践表明，分料转速越快，所摊铺路面的横向离析程度越严重。因此许多工程人员通过改变叶片直径、叶片螺距或者二者同时改变提出了许多实施方案，设计了变径-变螺距螺旋分料系统以便改善离析问题。专利CN201137031Y和专利CN2518892Y公开了一种变螺距叶片，其技术特征为叶片两边螺距小、中间螺距大；专利CN201176554Y公开了一种抗离析螺旋分料器，其技术特征为采用变直径-变螺旋叶片；专利CN1424464A和专利CN1349022A提出了一种无离析螺旋分料器，其特征为采取半封闭式变径圆弧状分料槽、变径螺旋叶片。

但由于对摊铺机分料系统与摊铺介质间的双向耦合作用机理研究不够深入，对所摊铺路面产生离析现象的机理认识不清，导致以上改进技术方案的实际应用效果比较有限。

发明内容

本发明的目的是提出分料系统及摊铺机，能够提高分料系统的抗离析能力。

为实现上述目的，本发明一方面提供了一种分料系统，包括：分料槽和设在所述分料槽内的螺旋叶片，所述分料槽包括设在所述螺旋叶片前方的前挡板5和设在所述螺旋叶片后方的后挡板10，且所述分料槽上设有入口A和出口B，所述螺旋叶片能够被驱动进行旋转运动，以将从所述入口A进入的摊铺介质输送至所述出口B；

所述螺旋叶片的螺距S为310mm～320mm，所述螺旋叶片的边缘与所述前挡板之间的距离L1为60mm～70mm，所述螺旋叶片的边缘与所述后挡板之间的距离L2为85mm～135mm；所述前挡板与地面之间的高度H为75mm～90mm。

进一步地，所述螺旋叶片为等距叶片。

进一步地，所述分料槽的两侧开设有卸荷口C。

进一步地，还包括叶片轴和至少一个分料支撑杆4，所述螺旋叶片设在所述叶片轴上，至少一个所述分料支撑杆4设在所述分料槽内，并沿着所述叶片轴的长度方向布置，用于对所述叶片轴进行支撑。

进一步地，所述螺旋叶片的直径D为470mm～500mm，所述螺旋叶片与分料支撑杆4之间的距离L3为65mm～90mm，所述卸荷口C的长度L4为500mm～750mm。

进一步地，所述螺旋叶片分料时的最大旋转速度为80rpm。

进一步地，所述入口A设在所述分料槽沿长度方向的中间位置，所述分料系统还包括驱动部件，所述驱动部件设在与所述入口A相对应的位置，所述螺旋叶片包括右旋叶片3和左旋叶片9，所述右旋叶片3设在所述驱动部件的左侧，所述左旋叶片9设在所述驱动部件的右侧，所述驱动部件能够将从所述入口A进入的摊铺介质通过所述螺旋叶片向两侧输送。

为实现上述目的，本发明另一方面提供了一种摊铺机，包括上述实施例所述的分料系统。

基于上述技术方案，本发明的分料系统，通过对螺旋叶片的螺距、螺旋叶片的边缘与前挡板之间的距离、螺旋叶片的边缘与后挡板之间的距离、前挡板与地面之间的高度等参数进行优化设计，能够减轻促使粗、细颗粒沿着摊铺深度方向分离的各种不利因素，使得所摊铺的沥青混合料路面在深度方向上的骨料粒度分布更加均匀，从而尽量减少路面的深度离析现象，进而提高路面的使用寿命。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明分料系统的一个实施例的俯视图；

图2为图1所示分料系统的侧视图；

图3为本发明分料系统的一个实施例在使用过程中摊铺介质的流向示意图；

图4为图1所示分料系统俯视图中的关键尺寸标注示意图；

图5为图2所示分料系统侧视图中的关键尺寸标注示意图。

具体实施方式

以下详细说明本发明。在以下段落中，更为详细地限定了实施例的不同方面。如此限定的各方面可与任何其他的一个方面或多个方面组合，除非明确指出不可组合。尤其是，被认为是优选的或有利的任何特征可与其他一个或多个被认为是优选的或有利的特征组合。

本发明中出现的“第一”、“第二”等用语仅是为了方便描述，以区分具有相同名称的不同组成部件，并不表示先后或主次关系。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“深度”、“长度”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

目前的沥青路面在使用较长时间后存在离析现象较为明显的问题，离析现象是摊铺介质(沥青混合料、水稳料等)与摊铺机尤其是螺旋分料系统双向耦合作用的直接结果。离析是指混合物中组份分布不均匀，作为动词是指混合料由均匀状态变为不均匀状态的过程，作为名词为混合物各组份分布不均匀的状态。根据离析现象出现的方向不同，可以将摊铺机在进行摊铺作业过程中出现的离析现象分为三类：纵向离析、横向离析和深度离析，下面将分别给出：

(1)纵向离析：摊铺机所摊铺路面长度方向出现离析，即：在摊铺路面长度方向上，组成摊铺介质的各组份(按照颗粒粒径大小划分)分布不均匀；

(2)横向离析：摊铺机所摊铺路面宽度方向出现离析，即：在摊铺路面宽度方向上，组成摊铺介质的各组份(按照颗粒粒径大小划分)分布不均匀；

(3)深度离析：摊铺机所摊铺路面深度方向出现离析，即：在摊铺路面深度方向上，组成摊铺介质的各组份(按照颗粒粒径大小划分)分布不均匀。

因此，只有根据摊铺机和摊铺介质双向耦合作用规律对摊铺机分料系统进行精益设计与优化，提升摊铺机的抗离析能力，才能够摊铺出各处粒度分布比较均匀的路面。

为此，本发明提供了一种优化的分料系统，在一个实施例中，如图1至图3所示，该分料系统包括：分料槽和设在分料槽内的螺旋叶片，分料槽由设在螺旋叶片前方的前挡板5和设在螺旋叶片后方的后挡板10和两端的侧挡板12共同围合形成，且分料槽上设有入口A和出口B，从图3所示的俯视图可以看出，入口A位于分料槽前挡板5的中部位置，用于输入摊铺介质，从图2所示的侧视图可以看出，出口B位于分料槽的下方，用于输出摊铺介质。螺旋叶片能够被驱动进行旋转运动，以将从入口A进入的摊铺介质输送至出口B，以在整个摊铺宽度上完成摊铺作业。

发明人在实践中发现，螺旋叶片的螺距S、螺旋叶片的边缘与前挡板之间的距离L1、螺旋叶片的边缘与后挡板之间的距离L2、前挡板与地面之间的高度H对深度离析的影响较为关键，主要体现在：

(1)前挡板与地面之间的高度H的大小会影响摊铺路面底层粗颗粒的多少；随着前挡板与地面之间的高度H逐渐增加，滚落于摊铺路面底部的粗颗粒逐渐增多，深度离析趋于严重。

(2)螺旋叶片的螺距S会影响位于摊铺路面上层粗颗粒的多少；随着螺旋叶片的螺距S的逐渐增加抛洒于摊铺路面上部的粗颗粒逐渐增多，深度离析趋于严重。

(3)螺旋叶片的边缘与前挡板之间的距离L1会影响留在摊铺路面中层粗颗粒的多少；随着螺旋叶片的边缘与前挡板之间的距离L1逐渐增加，摊铺至路面中层的粗颗粒逐渐增多，深度离析趋于严重。

(4)螺旋叶片的边缘与后挡板之间的距离L2会影响留在摊铺路面上部细颗粒的多少；随着螺旋叶片的边缘与后挡板之间的距离L2逐渐增加，渗透至摊铺路面中层的细颗粒逐渐增多，深度离析趋于严重。

通过分析以上四个参数对深度离析的影响，本发明对上述实施例中的这四个参数进行了优化，参考图4和图5，螺旋叶片的螺距S为310mm～320mm，螺旋叶片的边缘与前挡板之间的距离L1为60mm～70mm，螺旋叶片的边缘与后挡板之间的距离L2为85mm～135mm；前挡板与地面之间的高度H为75mm～90mm。

通过选取该实施例中给出的参数范围，可以使分料系统在分料阻力和深度离析二者间达到较好的平衡，能够减轻促使粗、细颗粒沿着摊铺深度方向分离的各种不利因素，使得所摊铺的沥青混合料路面在深度方向上的骨料粒度分布更加均匀，从而尽量减少路面的深度离析现象，进而提高路面的使用寿命。

优选地，本发明分料系统中的螺旋叶片为等距叶片，不仅降低了加工制造的难度和成本，而且螺旋叶片规格一致，用户所需的备件少。尤其是对于同一台摊铺机，所有螺旋叶片的规格完全一致，施工单位只需储备小部分叶片备件就可以保证施工的正常进行。

更进一步地，分料槽沿长度方向的两侧开设有卸荷口C。因为摊铺介质从入口A进入分料槽中后，在螺旋叶片的作用下从中间逐渐向两侧输送，当摊铺介质到达分料槽沿长度方向的两端时，可能会有部分摊铺介质未从出口B流出，卸荷口C则能使这部分介质及时排出，减少堆料现象，以尽量避免增加分料槽内的阻力，从而提高分料系统工作的效率。

为了满足分料系统的动力需求，在一个实施例中，分料系统还包括设在分料槽内的驱动部件，驱动部件设在与入口A相对应的位置，螺旋叶片包括右旋叶片3和左旋叶片9，右旋叶片3设在驱动部件的左侧，左旋叶片9设在驱动部件的右侧，左侧和右侧均以图1为基准，驱动部件能够控制螺旋叶片旋转，以将从入口A进入的摊铺介质向两侧输送，并在输送的过程中从出口B流出。

在图1和图2所示的具体实施例中，驱动部件包括：设在入口A对应位置的驱动箱7、设在驱动箱7左上方的左驱动机构6和设在驱动箱7右上方的右驱动机构8。而且，在后挡板10之外还设有振捣和熨平系统1。另外，在驱动箱7的左下方和右下方分别安装有左叶片轴2和右叶片轴11，而在左叶片轴2上沿长度方向固定多个右旋叶片3，在右片轴11上沿长度方向固定多个左旋叶片9，螺旋叶片和叶片轴共同构成螺旋分料系统。由于叶片轴为细长的杆状结构，在输送摊铺介质时会受到较大的作用力，为了提高叶片轴的强度，优选地，还可以在分料槽内沿着螺旋叶片的长度方向设置至少一个分料支撑杆4，并沿着叶片轴的长度方向布置，用于对叶片轴进行支撑。例如，在图1所示的实施例中，左叶片轴2和右叶片轴11在靠近中间长度的位置各设置了一个分料支撑杆4。

针对上述实施例中给出的分料系统的结构，在前面给出的四个参数的基础上，还可以对分料系统中的其它结构尺寸参数进行进一步优化。主要体现在：螺旋叶片的直径D为470mm～500mm，螺旋叶片与分料支撑杆4之间的距离L3为65mm～90mm，卸荷口C的长度L4为500mm～750mm。

通过优化螺旋叶片的直径D、螺旋叶片的螺距S、螺旋叶片的边缘与前挡板之间的距离L1、螺旋叶片的边缘与后挡板之间的距离L2、前挡板与地面之间的高度H、螺旋叶片与分料支撑杆4之间的距离L3、卸荷口C的长度等参数，能够减轻促使粗、细颗粒沿着摊铺宽度方向分离的各种不利因素，使得所摊铺的沥青混合料路面在横向上的骨料粒度分布更加均匀。通过施工机理实验测试与仿真分析发现，以摊铺介质中的最大粒度为度量标准，选取上述实施例中提供的结构参数，可以较为显著地改善横向离析程度，从而进一步提高摊铺机的抗离析能力。

另外，纵向离析是由于摊铺介质供料不及时导致螺旋分料系统的转速波动较大而引起的。在自卸车卸料摊铺过程中，由于物料充足，为了加快摊铺速度，导致螺旋分料器的旋转速度较快，最大可以达到90rpm。而当一车料卸完之后、另一车料未来之前，摊铺介质供料中断，摊铺速度迅速降低，螺旋分料器的旋转速度也随之迅速降低甚至停止。这种由于供料的间断而引起的螺旋分料器旋转速度的较大波动造成了摊铺路面的纵向离析现象。为了降低所摊铺路面的纵向离析程度，需要降低螺旋分料器的旋转速度，因而在本发明更优选的实施例中，螺旋叶片分料时的最大旋转速度为80rpm，相比于现有技术中螺旋叶片分料时的最大旋转速度90rpm有所降低。

螺旋分料系统的输送能力为单位时间内可以输送多少摊铺介质至多远距离，与螺旋叶片直径的平方、螺旋叶片螺距以及分料转速相关。螺旋叶片直径越大、螺旋叶片螺距越大，相同分料能力条件下，螺旋分料系统旋转速度越小。

根据摊铺介质最大粒度为基准优化螺旋叶片的直径和螺距，与原结构相比螺旋叶片直径增加了14.5％，而螺距降低了14.0％。在相同旋转速度条件下，优化分料系统的输料能力提高了(100.0％+14.5％)2×(100.0％-14.0％)/(100.0％×100.0％)-100.0％＝12.7％。在保证相同分料能力条件下，优化分料系统的旋转速度可降低到原来转速的100.0％/(100.0％+12.7％)＝88.7％，即结构参数优化后分料系统的旋转速度可以降低11.3％。再加上对螺旋叶片分料时的最大旋转速度的限制，能够有效地将分料速度限制在合理范围之内。

通过降低螺旋分料转速，能够减小由于供料波动而引起的分料螺旋转动速度的波动幅度，使得分料转速更加平稳，减轻了促使粗、细颗粒沿着摊铺长度方向分离的各种不利因素，使得所摊铺的沥青混合料路面在长度方向上的骨料粒度分布更加均匀，从而较好地改善纵向离析现象。通过试验测试发现，以上改进可以提高摊铺机的抗离析能力50％以上，而且还可以降低分料阻力10％～22％，大约节约油耗8％～15％。

在上述的各实施例中，通过对分料系统的结构参数进行优化和匹配，并对最大分料速度进行限制，能够较好地改善沥青路面发生纵向离析、横向离析和深度离析现象，从而提高摊铺机的抗离析能力。同时还能降低螺旋分料系统的分料阻力，不仅提高了摊铺机的工作效率，还可以提高叶片的使用寿命，而且分料阻力的降低还能降低燃油消耗。另外，本发明的实施例未应用复杂的结构，完全保持了原来摊铺机结构简单、制造容易的特点，主要使各关键影响参数之间协调统一，不会增加制造成本。

发明人通过仿真分析和在实践中观察，路面骨料颗粒离析和分料阻力是摊铺机分料系统(刚体系统)与沥青混合料、水稳料等摊铺介质(散体介质系统)耦合作用的直接结果。本发明的分料系统是在利用刚-散耦合技术获得了摊铺机分料系统各结构参数对于所摊铺路面离析程度及摊铺作业能耗的影响规律，并综合各结构参数的主效应和交互效应而提出的。

需要说明的是，本发明不单保护单个结构尺寸的主效应优化，更重要的是保护整体结构中各个尺寸间的协调与配合。本方案所取得的有益效果是各个影响参数耦合作用的综合效果。

另外，本发明还提供了一种摊铺机，包括上述各实施例所述的分料系统。通过对分料系统中的各个结构参数进行优化，能够提高摊铺机的抗离析能力，同时还能降低螺旋分料系统的分料阻力，不仅提高了摊铺机的工作效率，还可以提高叶片的使用寿命，而且分料阻力的降低还能降低摊铺机的燃油消耗。

以上对本发明所提供的分料系统及摊铺机进行了详细介绍。本文中应用了具体的实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种分料系统，其特征在于，包括：分料槽和设在所述分料槽内的螺旋叶片，所述分料槽包括设在所述螺旋叶片前方的前挡板(5)和设在所述螺旋叶片后方的后挡板(10)，且所述分料槽上设有入口(A)和出口(B)，所述螺旋叶片能够被驱动进行旋转运动，以将从所述入口(A)进入的摊铺介质输送至所述出口(B)；

所述螺旋叶片的螺距S为310mm～320mm，所述螺旋叶片的边缘与所述前挡板之间的距离L1为60mm～70mm，所述螺旋叶片的边缘与所述后挡板之间的距离L2为85mm～135mm；所述前挡板与地面之间的高度H为75mm～90mm。

2.根据权利要求1所述的分料系统，其特征在于，所述螺旋叶片为等距叶片。

3.根据权利要求2所述的分料系统，其特征在于，所述分料槽的两侧开设有卸荷口(C)。

4.根据权利要求3所述的分料系统，其特征在于，还包括叶片轴和至少一个分料支撑杆(4)，所述螺旋叶片设在所述叶片轴上，至少一个所述分料支撑杆(4)设在所述分料槽内，并沿着所述叶片轴的长度方向布置，用于对所述叶片轴进行支撑。

5.根据权利要求4所述的分料系统，其特征在于，所述螺旋叶片的直径D为470mm～500mm，所述螺旋叶片与分料支撑杆(4)之间的距离L3为65mm～90mm，所述卸荷口(C)的长度L4为500mm～750mm。

6.根据权利要求1所述的分料系统，其特征在于，所述螺旋叶片分料时的最大旋转速度为80rpm。

7.根据权利要求1所述的分料系统，其特征在于，所述入口(A)设在所述分料槽沿长度方向的中间位置，所述分料系统还包括驱动部件，所述驱动部件设在与所述入口(A)相对应的位置，所述螺旋叶片包括右旋叶片(3)和左旋叶片(9)，所述右旋叶片(3)设在所述驱动部件的左侧，所述左旋叶片(9)设在所述驱动部件的右侧，所述驱动部件能够将从所述入口(A)进入的摊铺介质通过所述螺旋叶片向两侧输送。

8.一种摊铺机，其特征在于，包括权利要求1～7任一所述的分料系统。