澆筑式瀝青混凝土攪拌保溫輸送車的研制

袁秋陽

(葛洲壩集團第二工程有限公司,四川成都 610091)

1 概 述

澆筑式瀝青混凝土攪拌保溫輸送車是一種高效的路面機械化施工設備,主要用于公路、貨場、橋梁、抽水蓄能電站等瀝青混凝土表層施工中轉運澆筑式瀝青混凝土料。而澆筑式瀝青混凝土所采用的瀝青混合料必須保持較高溫度,其瀝青材料用量較大,粘度亦大,這就要求該設備必須具有加熱保溫和攪拌兩大主要功能:裝載來自瀝青攪拌設備卸下的、不低于 70℃的澆筑式瀝青混凝土,利用外接熱源(煤氣燃燒器或接通外接電源的電紅外加熱管),高效地加熱至約 230℃后,依靠車載發電機組帶動的液壓系統攪拌。同時,采用可靠的熱源(煤氣燃燒器或來自接通發電機電源的電紅外加熱管)和保溫材料共同進行保溫處理,以保證澆筑式瀝青混凝土轉運至施工地點時仍能維持適宜的溫度,防止其離析,以便正常持續地施工。

2 研制情況

據了解,該設備在國際上只有德國 L I N T E C公司旗下的 L i n n h o f f和 H e n n e兩家工廠生產,英文名為 C o o k e r T r u c k,國內在此領域尚屬空白。由我公司與日本大成公司合作承建的山西西龍池抽水蓄能電站瀝青混凝土面板防水層設計為厚約3 m m的瀝青瑪碲脂層。其主要是用于封閉瀝青混凝土表層,增加其表面密度,延緩老化,增強抗滲性能。為滿足施工需要,我公司提出了該設備國產化研制設想及總體要求——設計合理、能耗低、自動化程度高、保溫效果好、邊加熱邊攪拌、生產成本低。通過市場調研,最后選中與陜西秦川暢通公路機械開發有限公司、長安大學聯合進行研制開發。

經過一個月時間努力,完成了總體設計方案(圖 1),即在汽車底盤上、駕駛室后設置發電機組、液壓油箱、液壓泵、電動機、電器控制柜以及罐體。液壓油箱通過管道與液壓泵相連通,液壓泵用聯接件與電動機相聯,發電機組和電動機通過導線與電器控制柜相連接,在罐體的后端上設置有進料斗,后端下設置有出料斗,罐體內設置有攪拌器,罐體側壁夾層和底部夾層內設置有加熱管和保溫層。

此外,針對設計中的關鍵問題,即加熱保溫和攪拌、行走進行了幾個月時間的專題研究。

德國 L I N T E C公司主要用一個帶有恒溫控制器的煤氣燃燒器完成料源的加熱保溫,其特點是煤氣燃燒值大,加熱迅速,加熱保溫效果好;但其操作繁瑣,不僅需手動,而且誤操作可能導致爆燃,危險性高,且燃燒器、煤氣罐等每隔 5年須由質量技術監督局強制檢驗 1次。

我們則采用安全清潔的電源,通過電加熱紅外加熱管和設置保溫層進行加熱、保溫。在預加熱時接外部電源,升溫能力為 0.4～0.5℃/m i n;在轉運中,通過發電機組供給電源,其溫降小于 6～8℃/h,從而成功解決了如何更加安全環保地加熱保溫問題。

圖 1 總體設計方案

圖 2 攪拌裝置構造圖

L I N T E C公司設計的攪拌系統運轉是通過一個雙速液壓泵和一個通過鏈條驅動攪拌系統的液壓馬達實現的,其特點是液壓泵為雙速,可根據所運轉材料不同來改變攪拌轉速,而無須改變柴油機轉速。其液壓系統安全由一個安全閥保證。該閥在低速時設定為 380 b a r,高速時設定為 160 b a r,從而避免了對系統造成的任何機械損壞。其采用的鏈傳動方式可靠、平穩,但結構較龐大,噪聲大且驅動力側向分力大,還需每周噴油潤滑保養并定期檢查其張緊力,且其壽命僅為 2年。

我們進行的攪拌裝置設計為由液壓馬達、花鍵聯軸器、減速器、軸承、攪拌軸、上攪拌葉輪、中攪拌葉輪、下攪拌葉輪、罐體構成(圖 2)。具體聯接方式為:在罐體上用螺紋緊固聯接件固定聯接減速器,減速器輸入軸用花鍵聯軸器與最上端的液壓馬達相聯,同時在罐體上部中心位置安裝有軸承,軸承內安裝攪拌軸,攪拌軸上端用聯接盤與減速器輸出軸相聯接,在攪拌軸上部用螺紋緊固聯接件固定聯接上攪拌葉輪,中部用螺紋緊固聯接件固定聯接中攪拌葉輪,下部用螺紋緊固聯接件固定聯接下攪拌葉輪;三套葉輪用于攪拌罐中澆筑式瀝青混凝土,從而使其在運輸過程中能被均勻加熱,而不至于部分料源因溫度過高被燒壞。

為最大限度地減小整車高度,馬達采用低速大扭矩液壓馬達,直接通過花鍵聯接軸與減速器相聯,最大限度地減小了整體軸向尺寸。減速器采用行星齒輪減速器,直接安裝在罐體上部,從而確保了整車不超高。

此外,液壓馬達通過減速器直接驅動攪拌軸,實現了攪拌裝置的超大速比,避免了機械變速箱驅動高速液壓馬達、液壓馬達再通過鏈輪驅動攪拌軸所帶來的系統復雜、易出故障、需經常檢查保養等缺點。

在研制過程中,為達到更好的攪拌效果,我們著重對保溫材料、電紅外加熱管、攪拌軸、葉輪(含輪盤、輻條、大小葉片等)的材質及數量選用和液壓馬達扭矩值進行了計算和試驗校核,另對葉片的形狀和其與水平面的夾角也進行了多種嘗試。

經過載荷計算,選用載重為 10～12 t東風汽車底盤,上鋪花紋鋼板,并用焊接和螺栓等聯結方式將罐體等安裝固定在底盤上,以達到自行目的。

3 結 語

該設備兩臺樣機在山西西龍池抽水蓄能電站上水庫瀝青混凝土面板防水層工程實際運用中,基本達到設計要求。因該設備研制在引進國外產品之前,且具有一定的獨創性,故參加研制的三家單位現已就整車和攪拌裝置聯名向國家知識產權局、專利局分別以實用新型和發明提出了專利申請,并已獲受理。