輪胎壓路機在面層上的碾壓機理

馬串， 蒙巧利， 朱毅

（陜西建設機械股份有限公司，西安710032）

輪胎壓路機在面層上的碾壓機理

馬串， 蒙巧利， 朱毅

（陜西建設機械股份有限公司，西安710032）

輪胎壓實機械在路面碾壓過程中，尤其在高等級瀝青路面上是不可缺少的。文中從輪胎運動學滑轉理論角度來揭示輪胎碾壓機理，可使得路面質量最優化。

輪胎壓路機；輪胎滑轉；碾壓機理

0 引言

輪胎壓路機碾壓作業是運用一定的質量和車速對壓實材料進行合理的碾壓，其輪胎與路面之間本身就存在復雜的運動，即輪胎在實際碾壓的運動過程中存在彈性滑動和接觸面之間的滾動與滑動，從輪胎與滾動表面的關系角度入手，可進一步分析輪胎的滑轉因素對輪胎碾壓的影響及作用。

1 影響輪胎滑轉因素

1）輪胎的周向變形與滾動表面間的彈性滑動

圖1 輪胎壓路機起動和制動滑轉趨向

如圖1所示，輪胎的周向變形使得輪胎與地面的接觸面由橢圓變成陰影所示的形狀（即壓路機的主動輪與地面的作用和被動輪與地面的作用正好相反），這也是輪胎動力學中論述的滾動阻力產生的原因，它揭示了輪胎氣壓越低、徑向剛度越小、滾動阻力就越大的原因，相對地滑轉或滑移由此產生。

2）輪胎與滾動表面的關系。

根據輪胎和滾動表面的機械特性，一般有3種情況：（1）輪胎與滾動表面同時發生變形，即輪胎在松軟路面上滾動；（2）僅輪胎發生變形，即輪胎在硬路面上滾動；（3）僅滾動面發生變形。從以上3種情況看，第一種情形最為復雜，這是與輪胎壓路機最吻合的碾壓工況，也是我們重點研究的工況。

2 速度對滑轉的影響

輪胎徑向變形引起的接觸面間的滑動，在第一種工況中則輪胎壓實設備在工作碾壓時最常用，輪胎在松軟路面上的運動如圖2。

圖2 輪胎在松軟路面運動示意圖

在圖2中λ為輪胎最大徑向變形量，hn為土的最大垂直壓縮量，h0為土的殘余變形量；hy為土的彈性變形量；ro為輪胎自由半徑。

2.1 工 況

根據圖2，我們近似的認為輪胎與路面的接觸區域在mn線上，輪胎的變形為nO與mO兩個部分，前者是加載區，后者是卸載區。這是輪胎壓路機特有的輪胎變形引起的效果，輪胎受力運動變形后產生以下工況：

輪胎滑轉如圖3所示；滑轉關系如圖4所示。

圖4中：V為實際速度；ΔV為相對滑移速度；VT為理論速度。

圖3 輪胎滑轉示意圖

圖4 滑轉關系圖

2.2 輪胎滑轉的三種情形

1）在輪胎滾動時接觸點的ΔV＞0，則輪胎表面沿滾動表面的滑動方向與輪軸的運動方向相反，這時就出現了滑轉；ΔV=0時，表明輪胎表面相對滾動表面既無滑轉也無滑移；ΔV＜0輪胎表面沿滾動表面輪軸前進方向相同，這時出現滑移。但是在輪胎壓路機碾壓過程中理論上最佳碾壓速度趨向于既無滑轉也無滑移，這樣既提高了面層的壓實效果，也改善了碾壓質量。

2）通過對輪胎壓路機控制上采用軟啟動軟停車等一系列操作，可減少輪胎對壓實路面的剪切力，提高路面的壓實質量。在性能方面，它采用充氣輪胎對鋪層進行壓實，對壓實材料無破損作用，可以通過增減配重和改變充氣輪胎的充氣壓力來提高壓實性能。由于輪胎的彈性所產生的揉壓作用，使鋪層材料在各方向產生轉移，形成均勻、密實、無裂紋的表面，可延長路面使用壽命。

3 土結構性能與輪胎碾壓的關系

輪胎壓路機的碾壓與壓實材料關系密切，土是壓實材料中一個廣義概念，土的物理性質差異很大，按照目的的不同，壓實機械作業對象的土是按照顆粒進行分類的，包括顆粒很大的巖石及顆粒極小的粘土。土由礦物質顆粒、空隙和充滿部分空隙的水組成（按照一定的級配）。以相同的壓實方法壓實不同含水量的同類土，會得到不同的壓實效果，而含水量則是影響土壓實效果的重要因素。

土的壓實過程和材料含水量有很大關系，實際上壓實就是將顆粒重新排布得到較高的密實度，水分被擠出（達到最佳含水量或空隙水飽和），礦物質顆粒實現重新密實排列的一個過程。從以上對土力學的性能分析以及輪胎變形滑轉而產生的搓揉碾壓過程可知，這正是輪胎壓路機應用于面層碾壓效果的具體體現，也是本文研究的核心所在。

輪胎壓路機在進行面層碾壓時通常有速度要求，我國標準規定，輪胎壓路機的工作速度一般在2～10 km/h，但是不同的碾壓材料有不同的碾壓速度，當碾壓材料處于高應力狀態下，在相同的碾壓速度下，其碾壓時間相對較長；反之，碾壓時間較短，碾壓速度較低。一般都是利用輪胎的周向變形和徑向變形對壓實材料進行有效地碾壓。

4 結語

輪胎壓路機的工作碾壓正是充分利用了機器的工作質量傳導的輪胎運動變形（包括胎內壓力的調整），實現對路面的柔性碾壓，起到提高路面壓實質量的作用，這也是其他壓路機所不能替代的，將輪胎的滑轉機理運用于輪胎壓路機上，對高等級路面的壓實是不可缺少的。

［1］ 程建輝.工程機械總體與工裝設計［M］.北京：國防工業出版社，2012.

［2］ 王鳳喜，王蘇光.壓路機結構原理與維修［M］.北京：機械工業出版社，2012.

［3］ JB/T10473-2005輪胎壓路機［S］.北京：中國標準出版社.

（編輯：立 明）

U 415.52

B

1002－2333（2014）04－0204－02

馬串（1970—），女，工程師，從事壓路機設計工作。

2014-01-06