路面沖擊壓實機械相關技術問題探討

雷 斌

重慶山河項目咨詢有限公司，重慶 400060

0 引言

采用一種壓實機械，在滿足壓實度要求的前提下，能夠大大提高壓實厚度、縮短壓實時間，不僅可以提前或縮短工期，也可以節省投資。這種壓實機械必然是壓實功能強大，影響深度大的壓實機械[1,2]。本文主要對于路面沖擊壓實機械相關技術問題進行探討。

1 機械設備相關參數作用特點分析

1.1 沖擊輪重量

根據沖擊能量和沖擊力公式，沖擊輪重量m與沖擊力基本成直線關系，即在速度等條件不變情況下，沖擊輪重量越大，沖擊力越大，在輸出功率不變情況下，增大沖壓輪重量，適當降低速度，可在非沖壓階段積蓄能量，沖壓時產生更大的沖擊力。因此，適當增大沖擊輪重量可以提高沖擊力，增加壓實度或壓實層厚度。但沖擊輪重量增大也有其缺陷。沖擊輪重量越大，所需要的牽引車的最大輸出功率越大，特別是在沖壓開始階段，由于土方處于松鋪狀態，過大的沖壓輪重量很容易形成沖擊面較大的凹陷，形成很大的摩阻力，對牽引力要求成倍增長，很容易導致沖擊輪難以轉動，從而導致沖壓失敗。

1.2 沖擊輪高差

沖擊輪高差即外接圓半徑R與內接圓半徑r之差。沖擊能量和沖擊力大小與沖擊輪高差h成正比。即高差越大，沖擊能量和沖擊力越大。不同高差情況下，沖擊力與沖擊輪高差之間基本呈線性關系。但是沖擊輪高差不能無限制增加，當沖擊輪邊數確定時，增加高差主要依靠增加外接圓半徑，如對于五邊形沖擊輪，當沖擊輪高差分別為0.15、0.20、0.25、0.30m時，其外接圓半徑分別為0.79、1.04、1.31、1.57m，半徑過大，造成沖擊輪重量過大，需要更大功率的牽引車。因此，必須選擇適合的沖擊輪高差，才能滿足得到合適的沖擊能量和沖擊力。目前生產的沖擊輪外接圓半徑一般在1.0～1.2m之間，沖擊輪高差在0.15～0.25m之間，所需牽引力一般在175.256kW之間。

1.3 沖擊輪邊數(凸點數)

根據沖擊能量公式E=(3600P-Vtf2)/nq，可以看出沖擊壓路機沖擊能量、沖擊力與沖擊輪的邊數n成反比，在R、r一定的情況下，邊數越少，沖擊力和影響深度越大，邊數越多，沖擊力和影響深度越小，其作用逐步接近靜力光輪壓路機。某種意義上講，靜力光輪壓路機是沖擊壓路機的特例，但隨著邊數的增多，單位距離、單位時間內沖擊點就越多，更有利于表面破碎。因此，沖擊輪邊數決定其不同的功能。

三邊形沖擊壓路機邊數最少，其他條件相同情況下，其沖擊力最大，影響深度最大，這就決定了它可以運用于新建公路、堤壩較大厚度土體的沖壓，以及原有公路、堤壩的路基、壩基壓實不足的復壓。但三邊形沖擊壓路機由于沖擊力大，單位距離沖擊點少的緣故，施工中很容易造成沖壓表面凸凹不平、水泥板塊局部過碎、路基(壩基)容易變形等問題。

四、五、六邊壓路機相對于三邊形壓路機，輪重相同時沖擊力小，影響深度小，但單位距離內沖擊點多，可以使表面沖壓著力點均勻、平整，減少路基、壩基變形，更適用于原有瀝青、水泥路面的沖壓和再利用。但相對于三邊形壓路機，其沖擊力和影響深度小，難以處理深層病害。因此，不適合處理路基、壩基病害。由于邊數的增多導致沖擊特點越來越不明顯，故六邊形壓路機相對于其他壓路機運用自然較少。

1.4 牽引車的輸出功率和牽引力

牽引車是沖擊壓路機的動力裝置，其發動機產生的牽引力克服牽引車和沖擊輪的摩阻力，使機械產生加速度和速度，產生沖擊能量和沖擊力。沖擊壓路機在運轉一周的過程中，其牽引力大小是不斷變化的。剛開始運動時，由于整個機械裝置需要克服比正常摩阻力大的靜摩阻力，此時需求的牽引力較大。如果此時沖擊輪同靜力壓路機一樣是圓的，當速度正常時，牽引力應小于啟動時的牽引力。但沖擊壓路機的沖擊輪是非圓形的，開始運動之后需要迅速加速并要克服沖擊輪質心逐步上升時重力的作用。因此，從開始運動到重心達到最高點階段，牽引力不斷加大，并在沖擊輪到達最高點前的瞬間迅速上升至最大。當沖擊輪質心轉過最高點時，牽引力逐漸減小，當沖擊輪水平速度超過牽引車速度時，牽引力迅速降為O，沖擊輪在重力作用下豎直向作自由下落，直到沖擊地面為止。

1.5 蓄能器

蓄能器是沖擊壓路機機架上的一個重要組成部件，其主要作用是協調沖擊輪與牽引車速度一致，增加沖擊能量和沖擊力，當前一次沖壓結束以后，沖擊輪質心處于最低位置。隨著新一輪沖擊過程的開始，沖擊輪質心位置逐漸升高，此時擺臂帶動搖臂壓縮緩沖蓄能器蓄能，直到沖擊輪質心處于最高位置之前一直如此。當沖擊輪質心位置從最高處回落時，由于不再需要牽引力克服重力做功，因此，在短時間內牽引力會導致牽引車速度快于沖擊輪，兩者產生不協調，此時擺臂再次帶動搖臂松開緩沖蓄能器釋放能量，使沖擊輪速度加快，保持與牽引車速度協調一致，并因速度加快產生更大的沖擊力。蓄能器在沖擊輪運動和沖壓過程中起到了很好的協調和提高功效作用，但在理論研究中，如果引入蓄能器，將使研究工作十分復雜。因此，在沖擊能量和沖擊力的力學研究過程中，不單獨考慮蓄能器，只是假設沖擊輪和牽引車速度一致。

2 結論

對與沖壓機械設備相關因素進行分析，與沖壓機械相關因素主要分析了沖擊輪重量、沖擊輪質心高差、沖擊輪邊數、輸出功率及牽引力、蓄能器與沖擊能量的關系。結論是沖擊輪重量、質心高差越大，沖擊能量及沖擊力越大。沖擊輪邊數越多，沖擊力越小，但單位距離沖擊次數增多。牽引車功率越大，其牽引力越大，得到更大的沖擊能量和沖擊力。

[1]范云，汪英珍.填土壓實質量檢測及機載壓實集成系統分析[J].巖土力學,2004,25（4）.

[2]謝華,譚建國.民族壓實機械發展的足跡[J].建筑機械（上半月）,2009（11）.