压实机械

90第三章压实机械压实机械是以提高工作介质的密实度为主要用途的施工机械，利用机械自重或通过某种诱发力，在垂直或水平方向对地面持续重复加载，排除土壤内部的空气和水分，使之密实并处于稳定状态。广泛应用于道路、港口机场、水电矿山、国防、市政等建设工程，是交通运输与能源开发的基础技术装备。采用压实机械进行有效地压实，能显著地改善基础填方与路面结构层的强度和刚度，提高抗渗透能力和气候稳定性，在多数情况下几乎可以消除沉陷，从而使工程的承载能力和使用寿命显著提高，并且可以大大减少工程设施的维护费用。压实质量的好坏，对道路的使用寿命和行车安全有着极大的影响。土是压实机械的作业对象，它是一种固、液、气多相材料。压实的目的是通过对被压材料加载，克服土粒之间的粘聚力和内摩擦力，压缩土的体积，排除气体和水分，迫使颗粒之间产生位移，相互楔紧，达到压实的目的。按压实原理可分为静力式、冲击式和振动式三种类型；按行走方式，压实机械可分为拖式、自行式两类；按压轮形状，压路机又可分为光轮、羊角轮和充气轮胎。第一节静力式光轮压路机一、功能与分类静力式光轮压路机是用具有一定质量的滚轮慢速滚过铺层，用静压力使铺层材料获得永久残留变形。随滚压次数的增多，材料的压实度增加，而永久残留变形减小，最后实际残留变形接近零。为了进一步提高被压材料的压实度，必须用较重的滚轮来滚压。但是，依靠静载荷（自重）压实，材料颗粒之间的摩擦力阻止颗粒进行大范围运动，随着静载荷的增加，颗粒间的摩擦力也增加。因此，静力作用压实，有一个极限的压实效果，无限地增加静载荷有时也不能得到要求的压实效果，反而会破坏材料的结构。滚压的特点是，循环延续时间长，材料应力状态的变化速度不大，但应力较大。按压轮数和轴数可分为二轮二轴式、三轮二轴式和三轮三轴式，如图3-1-1所示；按整机质量可分为特轻型、轻型、中型、重型和超重型；按车架结构可分为整体式和铰接式；按传动方式可分为机械传动式和液压传动式。图3-1-1压路机按滚轮数和轴数分类a)二轮二轴式；b)三轮二轴式（a）（b）91二、技术特点静力式光轮压路机在压实地基方面不如振动压路机有效，在压实沥青铺筑层方面又不如轮胎压路机性能好。可以说凡是静力式光轮压路机所能完成的工作，均可用其它型式的压路机来代替。所以，无论从使用范围或实用性能来看，都是不够理想的。但由于静力式光轮压路机具有结构简单、维修方便、制造容易、寿命长、可靠性好等优点，因此，目前还在生产，并在大量使用着。为了使这种压路机的压实性能、操纵性能、安全性能和减小噪声等方面有所改进，静力光面滚压路机多采用以下技术。1.大直径的滚轮国外先进的压路机中，两轮压路机质量在6～8t的滚轮直径为1.3～1.4m，质量在8～10t的滚轮直径为1.4～1.5m，三轮压路机质量在8～10t的滚轮直径为1.6m，质量在10t以上的滚轮直径为1.7m。日本KD200型的压路机滚轮直径达1.8m。增大滚轮直径不仅可以减少压路机的驱动阻力，提高压实的平整度，而且当线压力在很大范围内变化时，均能得到较高的密实度。2.全轮驱动由于从动轮在压实的过程中，其前面容易产生弓形土坡，其后面容易产生尾坡。所以现代压路机多采用全轮驱动。采用全轮驱动的压路机，其前后轮的直径可做成相同的，其质量分配可做到大致相等。同时还可使其爬坡能力、通过性能和稳定性均能得到提高。另外，还可采用液力机械传动、液压传动和液压铰接式转向等技术。这样不仅可以提高压路机的压实效果，减少转弯半径，而且在弯道压实中不留空隙部，特别适宜压实沥青铺层。三、结构组成及工作原理我国生产的光轮压路机全部是机械传动，其基本结构大致相同，一般都包括动力装置、传动系统、制动系统、转向系统、压轮、电气系统和附属装置等。这种压路机的发动机和传动系统都装在由钢板和型钢焊接而成的罩壳（机架）内。罩壳的前端和后部分别支承在前后轮轴上。前轮为从动方向轮，露在机架外面；后轮为驱动轮，包在机架里面。在前、后轮的轮面上都装有刮泥板（每个轮上前、后各装一个），用来刮除粘附在轮面上的土壤或结合料。在机架的上面装有操纵台。1．二轮二轴式压路机二轮二轴式压路机的图3-1-22Y8/10型压路机传动系统图1-发动机；2-主离合器；3、11-齿轮轴；4、6-滑动齿轮；5-主传动轴；7-小锥齿轮；8-大锥齿轮；9-倒顺车滑套；10-二档主动齿轮；12、13、14-变速齿轮；15-换向轴；16-万向节；17、18、19、20-侧传动齿轮92传动系统，由主离合器、变速箱、换向机构和传动轴等组成（图3-1-2）。从发动机输出的动力经主离合器、变速箱传到最终传动，最后传给驱动轮。2.三轮二轴式压路机目前各种三轮二轴式压路机属同一系列产品，它们的构造除吨位不同外，其余结构基本相同。三轮二轴式和二轮二轴式压路机在结构上的主要区别是：三轮二轴式压路机具有两个装在同一根后轴上的较窄而直径较大的后驱动轮，同时在传动系统中增加了一个带差速锁的差速器。差速器的作用是压路机因两后轮的制造和装配误差所造成滚动半径的不同、路面的不平度和在弯道上行驶时起差速作用，差速锁是使两后驱动轮联锁（失去差速作用），以便当一边驱动轮因地面打滑时，而另一边不打滑的驱动轮仍能使压路机行驶。3.压路机工作装置压路机的工作装置主要是指压实滚轮，包括驱动轮和转向轮。下面分别介绍压实滚轮的典型结构。（1）二轮二轴式压路机的驱动轮该驱动轮(图3-1-3)由轮圈1、左右两端封头3和座圈5焊接而成。为了增加驱动轮的刚度，在左右两端封头间焊有四根撑管2。驱动轮齿圈4，用螺栓固定在左端封头的座圈5上，在轮的两端有轴颈6借助轴承7与轴承座8相连，轴承座安装在机身侧板上。（2）二轮二轴式压路机的转向轮压路机的转向轮(图3-1-4)即前轮，是由两个尺寸相同的轮子组成，两轮之间有1~3mm间隙，且可相对转动，转向时因差动而减小转向阻力。每个轮子由钢制轮圈1、连接管8与封头3焊接而成。图3-1-3二轮二轴式压路机的驱动轮1-轮圈；2-撑管；3-封头；4-驱动轮齿圈；5-座圈；6-轴颈；7-轴承；8-轴承座；9-螺塞图3-1-4二轮二轴式压路机的转向轮1-轮圈；2-螺塞；3-封头；4-轮轴；5-挡环；6-中心螺钉；7-圆锥轴承；8-联接管；9-框架；10-叉脚；11、14-轴承；12-立轴；13-立轴外壳；15-转向臂93四、使用技术与生产率计算1.静力式光轮压路机的施工工艺静力式光轮压路机适应在薄层罩面或在易损坏的基础或结构物上碾压使用。这是因为静力式光轮压路机的滚轮与土壤的接触面积较大,单位压力小,压实能力由表面向下逐渐减少,使得上层密度大于下层密度,路基的整体密实性差。使用静力式光轮压路机碾压时,宜采用“薄填、慢驶、多次”的方法,即：填土层厚度较薄(25～30cm),碾压速度先慢后快,先轻碾后重碾。实验表明,使用静力式光轮压路机碾压时,土壤的密实度随填土厚度的增加而下降,随碾轮重量和碾压次数的增加而增加。碾压次数超过8次时,其密实度增加很少甚至不再增加,因此应注意选择经济合理的压实次数,一般不超过8次。2.压路机的施工方法（1）沥青混凝土铺层的压实。决定压实沥青混凝土铺层质量的主要因素有：压路机的工作质量和类型、行驶速度、混合料温度、厚度和稠度、司机操作技术的熟练程度。静力式光轮压路机压实沥青混凝土铺层时常采用先轻后重的方法，即首先用5～6t轻型二轮或三轮压路机在同一位置上滚压5～6遍，然后用7～8t二轮和10～l5t三轮压路机在同一地点先后通过15～20遍滚压来完成。实践证明，这种压实方法可使混合料的原有各种成分得到合理的分配，在其温度较高、塑性较大的状态下予以压实。如有纵向起伏不平现象产生，可采用三轮三轴式压路机进行纠正。（2）碎石铺层的压实压实碎石铺层，根据施工程序可分为三个阶段：第一阶段压实的目的在于压稳物料，此时碎石处于散动状态，可使用轻型压路机，无须洒水。第二阶段碎石已被挤压得不能移动，压轮前面的碎石运动也逐渐减弱。碎石相互靠紧，所有空隙也逐渐被碎石的细颗粒填充。为减少物料颗粒间的摩擦阻力，并提高其粘结性，应使用洒水车进行洒水，但洒水不宜过多，过多将流入基础层，使路床松软。压实时，压路机的行驶速度不宜过高(1.5～2km/h)，压路机质量宜用7～8t，通过25～30次滚压，达到撒布料完全压实。压实的标准可用以下方法试验：将一颗碎石投入压路机压轮下，压过以后，若石块被压碎而未压入铺层之中，即算达到第二阶段的压实要求。在第二阶段面层压实达到要求后，即撒布石渣，并用路刷扫入面层的缝隙。当面层撒足石渣后，再撒布5～15mm厚的石屑，同样用路刷拍入小缝隙内。石渣、石屑撒布厚度约15～20mm。石渣、石屑均不能在沥青混合料未经压实前撒布，否则非但不能使其与面层上方颗粒楔合，反而会落入碎石层的基层内，使石渣、石屑不起任何作用。第三阶段是在铺撒石渣之后，使用10～l5t的重型压路机滚压。压实时，必须边洒水边滚压，洒水时洒水车要紧靠压路机旁，使水直接洒在通道前面，以减小水分的消耗量，一般在干燥气候，每压实碎石1m3，需水150～300L。达到压实要求的迹象是表面平滑，压路机所经之处不留轮迹，面层结合如壳（整体），94敲之会发钝音。用4～5cm碎石，投入压路机滚轮下会被压碎，而不会被压入碎石层内。3.静力式光轮压路机的生产率计算静力式光轮压路机的面积生产率（m2/h）可由下式计算：nvaBQcpp)(1000式中：B——滚压带宽度，m；a——与前一遍滚压的重叠宽度，一般取0.2～0.5m；cpv——压路机运行的平均速度，km/h；n——压路机沿同一地带滚压的遍数。滚压沥青混凝土路面时，n＝25～30；滚压碎石路基和路面时，n＝40～60。第二节轮胎压路机一、功能与分类轮胎压路机（图3-2-1）是利用充气轮胎的特性来进行压实的机械。它除有垂直压实力外，还有水平压实力，这些水平压实力，不但沿行驶方向有压实力的作用，而且沿机械的横向也有压实力的作用。由于压实力能沿各个方向移动材料颗粒，所以可得到最大的密实度。这些力的作用加上橡胶轮胎弹性所产生的一种“揉搓作用”结果就产生了极好的压实效果。另外，轮胎压路机在对两侧边做最后压实时，能使整个铺层表面均匀一致，而且对路缘石的擦边碰撞破坏比钢轮压路机要小得多。轮胎压路机还具有可增减配重、改变轮胎充气压力的特点。这样更有益于对各种材料的压实。轮胎压路机能适应进行不同条件下的土的压实，使用范围较广，而且压实效果好，压实影响深度较大，适用于粘土的压实作业，特别在沥青路面的压实作业，更显示出其优越性。目前，轮胎压路机在国内外的公路建设中均得到了广泛的应用。轮胎压路机按行走方式可分为拖式和自行式两种；按轮胎的负载情况可分为多个轮胎整体受载、单个轮胎独立受载和复合受载三种；按轮胎在轴上安装的方式可分为各轮胎单轴安装、通轴安装和复合式安装三种；按平衡系统型式可分为杠杆（机械）式、液压式、气压式和复合式等几种；按轮胎在轴上的布置可以分为轮胎交错布置、行列布置和复合布置；按转向方式可以分为偏转车轮转向、转向轮轴转向和铰接转向三种。二、工作原理与技术特点1.轮胎压路机的揉搓机理轮胎胎面与铺层的接触面为椭圆形，胎踏面与铺层的接触面为矩形，而光钢轮与铺层的接触面为一窄条。图3-2-2所示为充气轮胎和光钢压轮工作时铺层中的压应力分布。图3-2-1轮胎压路机95从图3-2-2(a)看出，钢压轮沿箭头所指的方向进行滚压时，铺层表面的压力是以铺层与钢压轮的接触点1开始增加，然后逐渐上升达到点2的最大值，再后下降到点3的零值；从3-2-2(b)看出，充气轮胎滚压时，铺层表面的压力同样很快地达到最大值，但由于接触区域（点1和点4间）轮胎胎腔的变形，高应力可以保持在轮胎转动Φ接触角的时间内，这种作用过程与静力式光轮压路机相同，且其最大表面压应力值的延续时间(可达1.5s)要视轮胎压路机的工作重力、轮胎种类和轮胎尺寸、充气压力及压路机的运行速度而定。同时轮胎压路机的充气轮胎在垂直静荷载与混合料垂直反力作用下，与被碾压混合料接触的瞬间发生变形，如图3-2-3所示。由于轮胎处于滚动状态，在进入