振動壓路機發展現狀及趨勢

申春茂

(黑龍江省龍建路橋第二工程有限公司)

1 振動壓路機的發展過程

1.1 20世紀40年代至 60年代

振動壓實技術和振動壓實機械的出現是壓實機械發展過程中的一個劃時代的革命,從此壓實效果的增長不再簡單地依靠重量或線壓力的增大。第一臺自行式和拖拉機牽引的振動壓路機出現在 20世紀 40年代,但真正大量投放市場是 20世紀50年代初期的事。開始發展的振動壓路機噸位較小,品種也較少。隨著減振材料和壓路機結構的日趨完善,振動壓路機在 20世紀 60年代開始迅速地占領了世界的壓實機械市場,其機型也從小型向中型、大型的方向發展,同時在品種上出現了拖式振動壓路機、輪胎驅動的自行式振動壓路機、雙輪驅動的串聯式壓路機、振動輪和輪胎壓實聯合作用的組合式壓路機、手扶式單輪和雙輪振動壓路機以及羊腳式和凸塊式的振動壓路機等許多不同的品種。

1.2 20世紀60年代至 70年代

在 20世紀 70年代壓路機發展史上的一項重大變革是迅速而普遍地推廣了靜液傳動和液壓控制技術。至 20世紀70年代末機械傳動的壓路機,特別是振動壓路機,絕大多數已經被靜液傳動所取代。隨著液壓控制技術在振動壓路機上的應用,使振動參數的調節成為可能。在 20世紀 70年代末期出現了調頻、調幅式的振動壓路機,為壓實工作參數的優化調節奠定了基礎。

1.3 20世紀80年代至 90年代

(1)新的壓實技術和方法的探索。

隨著對新的壓實技術和方法的探索,出現了許多新的構想。其中震蕩壓實技術與振蕩壓路機,沖擊碾壓技術與非圓滾輪壓路機已經由 20世紀 80年代前后的設想,經過 20世紀 80年代中期的模型和原型試驗,發展到現在已經可以向市場提供系列產品。

振蕩壓實是 20世紀 80年代的出現的一種新的壓實方法和技術。首先提出這一概念的是瑞典的H·Thumer博士。與傳統的振動壓路機利用垂直振動的原理不同,振動壓實是利用力學中交變剪應變的原理,使土壤等基礎材料的顆粒重新排列而變得更加密實,從而達到壓實之目的。產生這種交變剪應變的方法可以有很多種,可以利用兩根互成180°的偏心軸來產生按正弦曲線變化的交變轉矩,施加于滾輪上,使它產生一種繞軸心的振蕩運動。振蕩壓實實際上是一種振蕩與搓揉相結合的壓實方法。振動能量是沿著水平方向在某一層面內傳播的,因而它在深度方面的壓實影響顯然不如水平方向的振動壓實。但是表面層某一深度放完內的壓實效果將明顯優于振動壓實。交變的剪切力使滾輪對地面產生一種類似輪胎壓路機的搓揉作用,這種搓揉作用能防止表明裂縫。

(2)沖擊碾壓技術與沖擊壓路機。

壓力控制新技術的迅速發展是現代高科技向傳統產業部門的滲透與改造這一大趨勢緊密關聯的,它導致了壓實過程的自動監測、自動控制和自動調節技術的迅速發展。由于傳統壓實控制方法的缺點,人們一直在尋求一種安裝在機器上能在壓實過程的進展中連續進行測量,不斷提供有關基礎材料壓實狀況信息的壓實控制方法和裝置。早在 20世紀60年代初就有人提出了能否利用振動部件與基礎之間相互作用的動力特性來判斷壓實進程進展狀況的設想。這種方法的原理是建立在如下認識的基礎上的:當地面在振動部件的作用下逐步壓實時,地面一機器系統的動力特性也在變化,這種變化將指示出地面承壓力變化的相對數值,從而也反映了地面被壓實的程度。

2 國內振動壓路機發展現狀

20世紀 80年代后期,隨著基礎工業元件的發展,特別是液壓泵、液壓馬達、振動輪用軸承、橡膠減震器的引進生產,使振動壓路機技術總體水平和可靠性有了很大的提高。在基礎元件支持下,振動壓路機引進技術不斷得到消化吸收,因為大專院校和科研院所的科研攻關,使我國自行開發和研制振動壓路機的能力有了較大的提高。目前,我國有70多家工廠生產振動壓路機,并初步形成手扶系列、拖式系列、自行系列等產品,基本滿足國內需要,并有一定的出口能力。我國振動壓路機起步較晚,整體水平與國外先進水平相比仍有差距,主要表現在:產品型號系列不全;重型和超重型振動壓路機生產數量和品種仍然較少;專用壓實設備缺乏;綜合技術經濟指標和自動控制方面仍低于國外先進水平。

3 振動式壓路機的發展趨勢

(1)新的壓實技術和壓實機械的發展將越來越多地依靠壓實理論上的新突破,并成為創造原理上全新的壓實過程的強大理論支撐。壓實理論的研究將更加帶有綜合研究的特點,即從工作介質的材料性能、力學基礎、施工工藝以及機械設備的結構、運動學、動力學參數的綜合角度來研究壓實機械的作業過程。壓實技術的發展將更加帶有多種壓實方法綜合作用的特點,即通過靜力、搓揉、振動、搗實、沖擊等多種方法的聯合作用來強化壓實過程。已經進入實用階段的新的壓實技術和壓實機械,例如以上提到的振蕩壓路機、沖擊式壓路機將進一步確定自己的應用領域,在某一領域內成為主要的機種。振蕩壓路機很可能成為瀝青面層和 RCC路面的主要壓實機械,逐步占領這一領域的主要市場。供路基、堤壩和其他基礎土石方工程用的壓實機械將繼續向重型和超重型方向發展。其中沖擊式壓路機在進一步完善驅動方式和解決減振問題的 1,在重型壓實的領域內存在著很大的潛在優勢,特別是在高填方、塌陷性土壤和干砂壓實方面很可能成為一種主要的機種。

(2)在壓實理論和技術的研究中試驗研究與計算機仿真技術的結合將成為更加重要的研究手段。計算機輔助設計、輔助試驗、輔助制造、輔助管理以及輔助工程將使壓實機械的研制過程從構想、設計、制造、試驗、使用、維修、管理的全過程成為高度自動化和現代化的過程。近年來壓實過程的計算機輔助工程軟件如雨后春筍一般已有了很大發展,各主要的商家大多都有自己的專用設計軟件包,有些已經開始商品化。

(3)新技術革命和高科技將繼續推動壓實機械向自動化、智能化、無人化和機器人化的方向發展。由于壓實過程的影響因素較少,所以在這一發展方向上智能壓路機很可能成為工程機械智能化進程中最早推出的機種。在壓實過程和機器工作狀態實時監測基礎上,壓實機械將進一步向自動化的過程發展,這一過程將從局部自動化過度到全面自動化,并向遠距離和無人化的方向發展。現在國外無人操縱的振動壓實機械已經應用在某些特殊的環境,例如危險地帶、水下壓實作業中。

在智能化發展方面的另一個重要趨勢是隨機電腦將普遍應用在壓實機械上,用來進行工作過程的監測,機器技術狀態的診斷、報警和故障分析。人工智能的介入將大大改善機器的維修保養工作,并加速它們的現代化進程。通過以上發展進程的描述,壓實機械將逐步逼近完全智能化的作業機器人的目標。