CN108252189B - 一种微波加热沥青路面就地热再生装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微波加热沥青路面就地热再生装置及方法，装置包括主框架、空间调节装置以及加热装置，主框架底部安装有带锁万向轮，空间调节装置包括独立的三组三向电驱调节结构，每组三向电驱调节结构均连接有一组加热装置。通过移动带锁万向轮的主框架固定到待修补路面处，再对平行设置的三组加热装置分别进行独立的三向电驱调节，使得加热装置的加热区域覆盖待修补路面，并在位于倾斜路面时调制三组加热装置保持同一水平高度来实现辐射腔之间的耦合，不仅实现了微波就地热再生装置依据破损路面的具体位置快速移动、精确调整，还提高了微波加热沥青路面的效率，节约了能源。

Description

一种微波加热沥青路面就地热再生装置及方法

技术领域

本发明属于沥青路面微波热再生技术领域，具体涉及一种微波加热沥青路面就地热再生装置及方法。

背景技术

近年来，随着公路交通建设事业的蓬勃发展，沥青混凝土凭借其极好的路用性能和稳定的使用品质在高速公路建设中得到了广泛应用。到2012年末，中国已经有400多万公里的公路建成通车，其中沥青混凝土路面为主的高级公路路面、次高级公路路面就有9.5万千米，仅次于美国，位居世界第二，可见沥青混凝土路面是中国高等公路路面的主要结构形式。中国于20世纪80年代开始建设沥青路面的高速公路，沥青路面一般的设计寿命为15年——20年。因此，中国随后建成的沥青路面高速公路于90年代底陆续已进入大、中维修期，然而，目前废旧沥青混凝土的就地热再生技术在我国尚未被完全成熟掌握。

沥青路面热再生方法有厂拌热再生和就地热再生两种。厂拌热再生就是将废旧沥青混合料运到拌和厂，再进行破碎处理，添加一定比例的再生剂、新集料或新沥青混合料等进行充分拌和，得到性能优良，满足路用性能的再生沥青混凝土，并重新压实成再生后的新沥青路面。沥青路面就地热再生就是采用就地热再生装置对已损坏的沥青路面进行现场加热，将软化的废旧沥青混凝土进行铣刨，然后再就地掺加一定配比的新沥青混合料和沥青再生剂等，经过现场热再生设备的热拌和、摊铺烫平和碾压等多道施工工序，一次性实现对受损沥青路面进行修复再生的技术。就地热再生以其流程经凑、工序简单和路面维护质量好等优点，在废旧沥青路面维护和养护中得到了广泛的应用。

我国沥青路面就地热再生技术的相关研究起步比较晚，进入21世纪后才逐渐得到广泛关注，随着国内陆续引进国外多台沥青路面热再生设备，对其进行改造，并在沥青路面的养护中得到成功应用，沥青路面就地热再生技术才逐渐得到认可。沥青路面就地热再生技术在中国还处于起步阶段，还有待深入研究。

因此，需要一种微波加热沥青路面就地热再生装置以养护沥青路面。目前，路面上使用的微波加热装置，大多无法实现对加热装置的空间位置控制，对一些复杂路面难以快捷的进行加热，并且加热效率不高。因此，需要在考虑到沥青路面被破坏的形状、大小等情况的前提下，对微波加热沥青路面就地热再生装置进行设计。同时，为防止磁控管发射出来的电磁波产生泄漏，需要考虑到对泄漏出来的电磁波进行屏蔽，并且此屏蔽装置应尽量便捷的安装在微波加热沥青路面就地热再生装置上。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种微波加热沥青路面就地热再生装置及方法，使加热装置能够根据路面高度、路面破损情况实现快速调节，并获得最大热效率。

技术方案：一种微波加热沥青路面就地热再生装置，包括主框架、空间调节装置以及加热装置；所述主框架整个外侧设有金属屏蔽网，主框架底部安装有带锁万向轮；所述主框架顶部包括相互平行的两根第一滑动导轨，以其中一条滑动导轨的一端为原点O建立坐标系，以该条滑动导轨所在直线为X轴，Y轴垂直所述X轴并与X轴位于同一水平面，Z轴垂直XOY面；

所述加热装置和空间调节装置分别包括三组，每组空间调节装置包括跨接在所述第一滑动导轨上并通过第一导轨滑块沿X轴滑动的第二滑动导轨，所述第二滑动导轨上安装有沿Y轴滑动的第二导轨滑块，所述第二导轨滑块侧面连接有垂直升降机构；所述垂直升降机构底部连接一组所述加热装置，连接处设置有温度传感器；所述第一滑动导轨上安装有驱动第一导轨滑块的X轴电动液压泵，所述第二滑动导轨上安装有驱动第二导轨滑块的Y轴电动液压泵；所述垂直升降机构包括Z轴电动液压泵；

每组所述加热装置包括沿Y轴平行设置的两个微波加热器，每个微波加热器包括角锥喇叭状的辐射腔以及连接所述辐射腔的激励腔，所述激励腔相对的一组侧壁由磁控管构成，所述激励腔的另一组相对侧壁分别设置磁控管的接线口和所述激励腔的散热风扇；每组所述加热装置还包括支架，所述支架上沿Y轴平行固定有两根第三滑动导轨，所述第三滑动导轨上跨接有平行设置的两根第四滑动导轨，所述第四滑动导轨通过第三导轨滑块与第三滑动导轨滑动连接；每个所述微波加热器通过两侧面固定的第四导轨滑块与所述第四滑动导轨滑动连接。

进一步的，所述垂直升降机构包括固定在所述第二导轨滑块侧面的安装座，所述安装座上开设竖直通孔，所述竖直通孔内设有推力轴承；所述Z轴电动液压泵垂直设置，其活塞杆穿过所述推力轴承，其缸体端部与所述推力轴承的平底座圈接触，所述安装座底部设有所述活塞杆夹紧结构；所述活塞杆下端安装有套环，所述套环通过限位螺丝固定在所述活塞杆上，所述套环侧面垂直固定连接L型连接板，所述L型连接板底端连接所述加热装置。

进一步的，所述第三导轨滑块和第四导轨滑块上设有限位结构。

进一步的，还包括固定支架，所述固定支架包括相互固定连接的底座和套环，所述套环套接在所述Z轴电动液压泵的缸体上，所述固定支架的底座固定在所述安装座上。

一种微波加热沥青路面就地热再生方法，首先通过移动带锁万向轮的主框架并固定到待修补路面处；再对平行设置的三组加热装置分别进行独立的三向电驱调节，使得加热装置的加热区域覆盖待修补路面；然后分别调节同一组加热装置中两个微波加热器，使两个微波加热器的辐射腔位于同一水平高度；最后手动调整加热装置直接连接的滑块导轨，使得两个微波加热器H面之间的距离小于10毫米。

有益效果：本发明通过电驱液压泵作为动力源，实现了对微波加热装置在三维空间的控制，操作方便、快捷。同时能够通过对加热装置在空间位置的调节，来实现对不同破损情况、不同厚度的沥青路面进行就地热再生。金属屏蔽装置就安装在主框架外围，防止电磁波产生泄漏，这样在移动就地热再生装置时，直接移动就可以实现对不同地点的破损路面进行修补。而为了在移动装置时更加省力、快捷，在主框架的下方安装有带锁万向轮，在移动到指定位置时将滚轮锁死，还可以起到固定就地热再生装置的作用。根据破损路面的面积大小，控制液压泵来移动加热装置，使辐射腔的加热面积正好与破损路面相同，并根据破损路面的斜度，使不同加热装置之间能够处于同一加热高度，并手动调节导轨滑块，从而使不同辐射腔之间能够进行耦合，在相同的加热情况下，获得最大的加热效率，降低了能量损耗。此微波加热就地热再生装置结构紧凑、功能完善且操作方便。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的正视图；

图3是本发明的侧视图；

图4是本发明加热装置的垂直升降机构的结构示意图；

图5是本发明加一组加热装置的结构示意图；

图6是本发明磁控管和辐射腔安装结构示意图；

图7是一组加热装置耦合加热示意图；

图8是辐射腔耦合仿真图，（a）为辐射腔H面与H面距离为0耦合仿真图，（b）为辐射腔H面与H面距离为10mm耦合仿真图，（c）为辐射腔H面与H面距离为20mm耦合仿真图。

实施方式

下面结合附图对本发明做更进一步的解释。

一种微波加热沥青路面就地热再生装置，如图1-3所示，包括主框架、空间调节装置以及加热装置。主框架1用于承载所有加热装置以及空间调节装置，承受着大部分重量，因此采用钢板作为制造材料，用钢材作为铸造材料的主框架具有足够的承载刚度与承载强度，因此不会发生受压变形的情况。主框架整个外侧设有金属屏蔽网，主框架底部安装有带锁万向轮3。主框架顶部包括相互平行的两根第一滑动导轨8，以其中一条滑动导轨的一端为原点O建立坐标系，以该条滑动导轨所在直线为X轴，Y轴垂直所述X轴并与X轴位于同一水平面，Z轴垂直XOY面。

加热装置和空间调节装置分别包括三组，每组空间调节装置包括跨接在第一滑动导轨8上并通过第一导轨滑块9沿X轴滑动的第二滑动导轨11，第二滑动导轨上安装有沿Y轴滑动的第二导轨滑块10，第二导轨滑块10侧面连接有垂直升降机构。垂直升降机构底部连接一组加热装置，连接处设置有温度传感器12。第一滑动导轨8上安装有驱动第一导轨滑块9的X轴电动液压泵17，第二滑动导轨11上安装有驱动第二导轨滑块10的Y轴电动液压泵19，垂直升降机构包括Z轴电动液压泵18。

如图4所示，垂直升降机构包括固定在第二导轨滑块侧面的安装座10，安装座10上开设竖直通孔，竖直通孔内设有推力轴承。Z轴电动液压泵18垂直设置，其活塞杆穿过推力轴承，其缸体端部与推力轴承的平底座圈接触，安装座10底部设有活塞杆夹紧结构。还包括固定支架25，固定支架25包括相互固定连接的底座和套环，套环套接在Z轴电动液压泵18的缸体上，固定支架25的底座固定在安装座10上。活塞杆下端安装有套环24，套环24通过限位螺丝固定在活塞杆上，套环24侧面垂直固定连接L型连接板7，L型连接板7底端连接加热装置。其工作原理为，Z轴电动液压泵缸体作用在轴向能够受力的推力轴承的平底座圈上，由穿过安装座10竖直通孔的活塞杆带动其端部连接的L型连接板7进行沿Z轴的运动。L型连接板7通过螺丝23连接套环24，根据实际高度，可通过套环24上的限位螺丝调节L型连接板7连接活塞杆的位置。缸体通过推力轴承连接，是为了便于通过转动Z轴电动液压泵18调整其连接的加热装置在水平方向的角度，以此适应一些特殊的加热区域时能够具有较好的耦合效果。为了防止Z轴电动液压泵18在水平方向随意转动，通过安装座10底部的活塞杆夹紧结构以及接在缸体上的支架25共同限制其转动。

如图6所示，每组加热装置包括沿Y轴平行设置的两个微波加热器，每个微波加热器包括角锥喇叭状的辐射腔4以及连接辐射腔的激励腔26。激励腔26相对的一组侧壁由磁控管6构成，激励腔的另一组相对侧壁分别设置磁控管的接线口28和激励腔的散热风扇5。如图5所示，每组加热装置还包括支架22，支架22上沿Y轴平行固定有两根第三滑动导轨21，第三滑动导轨21上跨接有平行设置的两根第四滑动导轨15，第四滑动导轨15通过第三导轨滑块20与第三滑动导轨21滑动连接。每个微波加热器通过两侧面固定的第四导轨滑块14与第四滑动导轨15滑动连接。第三导轨滑块20和第四导轨滑块14上设有限位结构，用于固定导轨滑块和滑动导轨的相对位置。

传感器12在下方磁控管产生的温度影响下将产生电阻效应，经过内部处理单元转换产生一个差动电压信号，此信号经过放大器，将量程相对应的信号转化成标准模拟信号或数字信号，从而实现对沥青路面温度的实时监控。

为了使整个装置在能够方便的就地对破损路面进行热再生，在装置的主框架下方设计了带锁万向轮，不仅方便对装置进行移动，同时在对具有一定斜度的破损沥青路进行就地修补时，通过对万向轮的锁止，防止在进行就地热再生修补时，装置发生移动，偏离需要修补的破损路面。

利用本发明的装置进行微波加热沥青路面就地热再生时，首先通过移动带锁万向轮的主框架并固定到待修补路面处。再对平行设置的三组加热装置分别进行独立的三向电驱调节，使得加热装置的加热区域覆盖待修补路面。然后分别调节同一组加热装置中两个微波加热器，使两个微波加热器的辐射腔位于同一水平高度；最后手动调整加热装置直接连接的滑块导轨，使得两个微波加热器H面之间的距离小于10毫米，实现加热器的耦合。

每组加热装置包括沿Y轴平行设置的两个微波加热器，目的是使磁控管之间在产生电磁场的同时，能够相互耦合，从而获得最优的加热效果，在相同的能耗下，得到最大的加热效率，从而节约能源。接线口28用于接通高压电源，当电源接通的一瞬间，磁控管6就会产生电磁场作用于下方的沥青路面，在电磁场的作用下，沥青路面中的极性分子开始剧烈运动，相互摩擦、碰撞，在极性分子的作用下，沥青路面的温度随之升高，从而实现对沥青路面的就地热再生。

如图7所示，在电磁波加热的过程中考虑了两个或两个以上的电磁场交叉作用以及相互影响，当辐射腔在同一水平面时，在Y轴方向产生微波耦合。微波属于电磁波，微波的传播规律符合麦克斯韦波动方程。由此可知，磁控管产生的沿Z方向的平面波，经过辐射腔的导波，仅存在X轴方向的电场强度E和Y轴方向的磁场强度H沿Z轴传播。而当多个磁控管同时加热时，如果它们产生的电场、磁场处于同一水平面时，会产生耦合。通过COMSOL仿真可知：两个角锥喇叭辐射腔H面之间距离为0耦合加热时，加热区域有很明显的耦合现象，即角锥喇叭辐射腔H面与H面距离为0耦合时加热区域内的有效加热区域变得更大，基本充满整个辐射腔。有效加热区域y方向关于角锥喇叭口面x方向的中心线对称，有效加热区域x方向关于耦合交接处对称。最优的加热区域不在角锥喇叭辐射腔口面正中心，而是在两个角锥喇叭辐射腔的耦合处。因此，在相同的功率下，耦合处加热效率最高。如图8所示为角锥喇叭辐射腔H面之间距离分别为0、10mm、20mm。

每个加热装置可以沿XYZ方向进行独立调节，当就地热再生装置在加热具有一定倾斜度的破损路面时，为了使不同加热装置之间能够进行耦合，达到最优加热距离，可以通过控制垂直升降机构来调节不同加热装置沿Z轴方向的高度，然后手动调节加热装置内部的X轴和Y轴导轨滑块，使不同加热装置中辐射腔的加热表面能够始终保持在同一水平位置，从而使一组加热装置中的两个加热器在Y轴耦合，同样，通过调节还能给同时实现不同组加热装置在X轴的耦合。

磁控管6在工作时不仅会产生电磁波，自身还会产生较高的温度，为防止所产生的温度过高烧损磁控管，散热风扇5采用风冷的方式进行冷却，使散热风扇5的风直接吹向磁控管6的散热片，虽然散热风扇5功率较小，但它们只产生相对较小的范围内产生气流，形成很好的冷热气流循环，增强散热效果。

为使就地热再生装置方便移动，在设计金属屏蔽装置时，直接在装置的主框架外围，装有一层金属屏蔽网。在整个装置外面罩有金属屏蔽网，主要作用是屏蔽泄漏的一些电磁辐射，防止泄漏的电磁辐射危害操作人员身体健康及危害周围环境。在移动装置时，直接推动装置进行移动就可以了，无需再对金属屏蔽网进行移动，节约时间、人力。

本发明的XYZ三自由度可调式沥青路面就地热再生装置，通过电驱液压泵作为动力源，对不同加热装置可进行同时操作，使不同加热装置能够在处于不同高度时，同时进行加热，保证了加热装置在对一些具有斜度的破损路面进行微波热再生时，也能够保证耦合，达到最优加热情况。同时控制移动的方式也更加方便、准确，其调节范围更大，适应性强，可以适应不同斜度及不规则面积的被损坏的沥青路面，满足实际生活中的修复需求。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种微波加热沥青路面就地热再生装置，其特征在于：包括主框架、空间调节装置以及加热装置；所述主框架整个外侧设有金属屏蔽网，主框架底部安装有带锁万向轮（3）；所述主框架顶部包括相互平行的两根第一滑动导轨（8），以其中一条滑动导轨的一端为原点O建立坐标系，以该条滑动导轨所在直线为X轴，Y轴垂直所述X轴并与X轴位于同一水平面，Z轴垂直XOY面；

所述加热装置和空间调节装置分别包括三组，每组空间调节装置包括跨接在所述第一滑动导轨（8）上并通过第一导轨滑块（9）沿X轴滑动的第二滑动导轨（11），所述第二滑动导轨上安装有沿Y轴滑动的第二导轨滑块（10），所述第二导轨滑块（10）侧面连接有垂直升降机构；所述垂直升降机构底部连接一组所述加热装置，连接处设置有温度传感器（12）；所述第一滑动导轨（8）上安装有驱动第一导轨滑块（9）的X轴电动液压泵（17），所述第二滑动导轨（11）上安装有驱动第二导轨滑块（10）的Y轴电动液压泵（19）；所述垂直升降机构包括Z轴电动液压泵（18）；

每组所述加热装置包括沿Y轴平行设置的两个微波加热器，每个微波加热器包括角锥喇叭状的辐射腔（4）以及连接所述辐射腔的激励腔（26），所述激励腔（26）相对的一组侧壁由磁控管（6）构成，所述激励腔的另一组相对侧壁分别设置磁控管的接线口（28）和所述激励腔的散热风扇（5）；每组所述加热装置还包括支架（22），所述支架（22）上沿Y轴平行固定有两根第三滑动导轨（21），所述第三滑动导轨（21）上跨接有平行设置的两根第四滑动导轨（15），所述第四滑动导轨（15）通过第三导轨滑块（20）与第三滑动导轨（21）滑动连接；每个所述微波加热器通过两侧面固定的第四导轨滑块（14）与所述第四滑动导轨（15）滑动连接。

2.根据权利要求1所述的微波加热沥青路面就地热再生装置，其特征在于：所述垂直升降机构包括固定在所述第二导轨滑块侧面的安装座，所述安装座上开设竖直通孔，所述竖直通孔内设有推力轴承；所述Z轴电动液压泵（18）垂直设置，其活塞杆穿过所述推力轴承，其缸体端部与所述推力轴承的平底座圈接触，所述安装座底部设有所述活塞杆夹紧结构；所述活塞杆下端安装有套环（24），所述套环（24）通过限位螺丝固定在所述活塞杆上，所述套环（24）侧面垂直固定连接L型连接板（7），所述L型连接板（7）底端连接所述加热装置。

3.根据权利要求1所述的微波加热沥青路面就地热再生装置，其特征在于：所述第三导轨滑块（20）和第四导轨滑块（14）上设有限位结构。

4.根据权利要求2所述的微波加热沥青路面就地热再生装置，其特征在于：还包括固定支架（25），所述固定支架（25）包括相互固定连接的底座和套环，所述套环套接在所述Z轴电动液压泵（18）的缸体上，所述固定支架（25）的底座固定在所述安装座上。

5.根据权利要求1-4任一所述微波加热沥青路面就地热再生装置的就地热再生方法，其特征在于：首先通过移动带锁万向轮的主框架并固定到待修补路面处；再对平行设置的三组加热装置分别进行独立的三向电驱调节，使得加热装置的加热区域覆盖待修补路面；然后分别调节同一组加热装置中两个微波加热器，使两个微波加热器的辐射腔位于同一水平高度；最后手动调整加热装置直接连接的滑块导轨，使得两个微波加热器H面之间的距离小于10毫米。

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