壓路機灑水系統設計計算及應用

劉春陽， 彭艷華

（1.陜西建設機械股份有限公司，西安710032；2.中國一拖高級技工學校，河南 洛陽471000）

0 引言

在壓路機作業施工中，由于混合瀝青料溫度高，具有一定黏性，一旦灑水系統噴灑不均或失效都會使鋼輪表面粘接瀝青，直接影響路面平整度及壓實效率。過量灑水會快速降低瀝青混合料的溫度，溫度過低不但會產生難以消除的輪跡，使路面不平整，還造成了浪費。特別是黏溫比較大的改性瀝青，溫度越低，改性瀝青混合料黏度越大，反而更容易粘附在鋼輪表面。因此，灑水系統設計是否可靠、合理成為衡量壓實設備壓實性能的一項重要指標。

1 灑水系統的功能及組成

灑水系統主要功能是向鋼輪或膠輪表面噴水，進而在其表面形成均勻覆蓋的水層，以防止工作過程中鋼輪或膠輪表面粘附上瀝青混合料，影響工作效率及路面的壓實質量。灑水系統主要由水箱、水泵、水濾器、噴灑裝置、連接附件及閥門等組成，如圖1所示。

圖1 灑水系統

2 壓路機灑水系統計算

2.1 灑水計算條件

以雙鋼輪壓路機為例，在計算前先確定有效灑水面寬，即鋼輪寬度2130 mm，灑水箱總容積一般為800～1000 L，根據連續灑水時間要求，一般取值要求為3.5～4 h。根據以往壓路機使用經驗，噴嘴一般選用扇形噴霧噴嘴，其額定工作壓力P1要低于水泵的工作壓力P，同時在選取時要確認噴嘴流量Q1，噴射角度λ，噴嘴距離作用面有效高度H和噴射有效面寬B。根據水泵流量及噴嘴額定流量，確定噴嘴數量n；由于噴嘴有制作誤差，因此要保證有效灑水面寬覆蓋率α≥125%。

2.2 灑水計算校核

圖2 灑水計算

取水箱容積為1000 L，連續灑水時間取3.5 h，可由式（1）計算出水泵流量范圍。選取美國FLOJET（R3B21-503A）水泵，壓力 P=0.35MPa，流量Q泵=4.73 L/min，電壓24V，電流5A，滿足系統要求；選取某公司F型扇形噴嘴，噴灑角度 λ=120°，工作壓力 P1＜P=0.35MPa，選擇 P1=0.3MPa，對應產品參數表確定噴嘴流量Q1=0.4 L/min，由式（2）可計算出所需噴頭數量n。由噴灑覆蓋寬度與安裝高度關系圖（圖2），查參數表可確認H=300 mm，B=510 mm。也可根據經驗式（3），計算出噴灑覆蓋寬度約為519 mm，與參數表格基本一致。最后根據式（4），可計算出噴灑寬度覆蓋率為143%，滿足系統要求。

計算完成后，需對過濾器目數級別進行確認，一般灑水系統為三級過濾，分別為水箱加水口濾網、水泵進水前水濾器及噴嘴出水口濾網。過低的目數會降低過濾精度，過高目數會使系統背壓增大，增加水泵負擔，降低壽命，應根據系統要求合理選取。一般情況下加水口水濾精度不宜過高，以免影響加水速度，水泵進口濾網目數應為40目或50目，噴嘴濾網可根據廠家推薦選取80目或90目。

3 灑水系統應用要點

3.1 灑水系統元件布置

合理的系統排布方式，能極大地增加灑水系統的可靠性。根據不同要求，灑水系統排布分為串聯式、并聯式和串并混合式。根據灑水泵布置，可區分為單泵單灑（圖3）、單泵雙灑（圖4）及雙泵雙灑（圖5）。根據壓路機施工的特殊性，應盡量采用雙泵并聯雙灑方式，通過PLC控制兩泵交替工作（電器控制不是本文重點），當系統中水泵都失效，系統才失效，可靠性高。另外在水箱底部、灑水管端部、連接管路中，盡量多布置放水閥，當冬季或設備封存時，只需將所有放水閥打開，運轉水泵，水箱及管路中的水就能最大限度地排出，能有效防止凍裂現象，保護元件。

圖3 單泵單灑

圖4 單泵雙灑

圖5 雙泵雙灑

灑水系統關鍵元件布置應考慮日常維護和工作環境。水濾應布置在易于接觸的地方。水泵布置在干燥環境中。灑水管及噴嘴應布置在操作者視線內，確保操作者能隨時觀察鋼輪表面水層的狀態。系統需配備電控截止閥、手動球閥或安裝具有自鎖功能的隔膜止回閥噴嘴，因為膜片泵或離心泵在停止工作后，進出口依然連通，當噴頭安裝位置低于水箱水位時，就會有水不停地滴出。一方面造成浪費，另一方面影響路面施工，因為瀝青路面局部積水后，壓實過程中會出現硬痕且不易消除。目前有一種帶單向閥濾網的“防滴噴頭”，成本低、防滴效果可靠，多家廠家已經使用，應用前景較好。

3.2 灑水系統控制方式選擇

壓路機的灑水模式分為連續灑水和間歇灑水，控制方式分為手動控制和智能控制。間歇灑水能適應不同材料的路面要求，而且避免了水資源的浪費，已經被廣泛應用。在實現間歇灑水的控制方式中，多數廠家采用的是手動控制，即操作者根據不同的壓實材料、行駛速度，切換多檔位開關配合時間繼電器或通過控制器輸出信號，控制水泵電機間隔性地啟動和停止，實現間歇灑水。然而在壓路機起步、加速、減速、停車過程中對水泵流量需求是不相同的，傳統手動控制無法滿足這些要求。而智能控制系統可通過轉速傳感器、微處理器、流量控制閥、水流傳感器等元件，使壓路機在加速、勻速和減速過程中，行駛速度與水泵輸出流量成為一種近似線性的關系，即低速時灑水量小，高速時灑水量大。這樣既能保證鋼輪表面水層的均勻性，又能避免浪費，同時增加了有效灑水時間，降低了維護周期和勞動強度。

4 壓路機灑水系統的維護

灑水系統故障一部分屬于元件質量問題，還有一部分屬于使用和保養不當造成的，正確的維護能夠有效避免灑水系統故障的發生。壓路機使用前需檢查噴嘴是否被阻塞，必要時進行更換；確保水箱有足夠的水量，盡量加入清潔的水源；定期對水濾進行清洗和更換；維修和更換元件時，連接處要密封牢靠，排出系統中空氣及雜質，且要做保壓試驗，確定各部密封完好方能使用；冬季時應將系統內余水排凈，以防凍裂元件。

5 結語

本文結合灑水系統的組成及重要性，對灑水系統計算和應用要點進行了闡述，使得灑水系統設計能夠更加合理和人性化。同時結合使用及維修注意事項，能有效地延長灑水系統的使用壽命，對主機廠家及用戶有一定的參考意義。

［1］ 郝培文.瀝青路面施工與維修技術［M］.北京：人民交通出版社，2010.

［2］ 張宏.壓路機灑水系統失效原因分析及改進措施［J］.工程機械，2006（12）：37-40.

［3］ 聞幫椿.機械設計手冊［M］.北京：機械工業出版社，2010.