攤鋪機離析問題的分析與探討

甘峰　鞏遵群　胡建標

摘要：針對攤鋪機作業過程中無法避免離析的問題，從攤鋪的過程分析離析形成的原因，從螺旋輸送模型與材料離析傾向性等方面進行分析與探討，根據分析結果提出二次攪拌減輕離析的局限性，并對攤鋪機螺旋防離析設計提出建議。

關鍵詞：攤鋪機；材料離析；螺旋輸送模型；防離析設計

中圖分類號：U415.5文獻標志碼：B

Abstract： Aimed at the inevitable problem of segregation during the paving process， the causes were analyzed， and the screw conveyor model and segregation inclination of material were also discussed， based on which the limitation of reducing segregation with a secondary mix was presented， and suggestion on the design of antisegregation of the screw conveyor was put forward.

Key words： paver； material segregation； screw conveyor model； antisegregation design

0引言

離析是攤鋪作業中無法避免的材料離散現象。在路面攤鋪作業過程中，離析的產生因素有很多種，但攤鋪機是路面成型的最后一環，離析的綜合結果會在攤鋪機施工環節體現出來。因此，在作業面出現明顯離析時，大部分將原因歸結于攤鋪過程。

一些設計單位或學者根據螺旋轉速的設計，認為材料在螺旋料槽中的流動過程伴有翻滾，以此作為材料二次攪拌的依據，認為攤鋪機應該采用高速螺旋，形成二次攪拌，以解決螺旋分料過程中的離析問題，但實際上其中存在一些值得探討的問題。

本文通過對離析層形成過程的分析，結合一些傳輸模型，提出對離析的理解和一些建議。

1攤鋪鋪層的形成過程與離析形成

目前的攤鋪工藝要求螺旋槽料位穩定及料位高度需超過3/4螺旋葉片，且為了保證供料的及時性和料位的穩定性，會適當提高螺旋軸的高度，確保螺旋葉片底部高于鋪層至少5 cm以上，使料槽具有一定的儲料量，螺旋攪拌層不影響攤鋪層。

在物料向螺旋兩側傳輸的過程中，物料的運動以跟隨螺旋葉片向兩側輸送和被熨平擋板向前推動為主。

物料會沿著螺旋和擋料板形成的相對穩定的輸送通道運動。通道包含3個區域：通道底部為已經堆積好的物料層，最終形成鋪層；熨平擋料板前部的死料區，施工過程中基本不變化；螺旋擋料板與螺旋葉片之間的推移區，受螺旋輸送的影響，持續不斷地推移更新。攤鋪層的形成如圖1所示。

在輸送過程中，螺旋葉片底部高于鋪層位置，葉片無法直接將混合料從高于鋪層的位置拌入鋪層中。葉片的攪拌作用并不能直接形成鋪層，只是通過中間層的擠壓和密實作用對面層料的預密實產生一定影響。死料區的存在佐證了通道內的混合料不能直接形成鋪層的事實。

從物料運動過程可以看出，由于熨平板的推動作用，料槽中高于鋪層的物料會持續被推移、滾落；最終，在螺旋擋料板的前端形成了一個物料推動滾落區，物料持續地滾落，形成了攤鋪層的混合料結構。

因此，鋪層最終是由物料推移及滾落形成，而不是由通道內的葉片攪拌而形成。鋪層離析主要由物料沿螺旋軸傳輸過程中的級配變化及最終的滾落造成，而通道中混合料的級配穩定性對最終的滾落有影響。

2螺旋輸送模型與材料離析傾向性

根據洪致育《連續運輸機》[1]中的觀點，對物料相對于葉片的圓周及軸向運動速度進行分解

v1=nt60·μ+t/2πr1+（t/2πr）2（1）

v2=nt60·1-tμ/2πr1+（t/2πr）2（2）

式中：v1為物料相對于葉片的圓周速度；v2為物料相對于葉片的軸向速度；t為葉片螺距；n為螺旋軸轉速；μ為混合料與螺旋面之間的摩擦系數；r為顆粒距軸線的距離；π為圓周率。

在螺旋轉速及葉片螺距一定的情況下，不同位置顆粒的運動速度是葉片半徑的函數，數學模擬得到的曲線如圖2所示。

圖2v2、v1隨r的變化曲線

由圖2可知，混合料的軸向速度v2隨r增加而增加，圓周速度v1隨半徑的增加呈現出有極點的變化曲線。

（1） 在AA′線左側，混合料沒有軸向速度，只在原地翻滾，產生內摩擦阻力。

（2） 在BB′線右側，混合料軸向移動的平均速度大，圓周速度小，物料內部的相對運動小，混合料輸送質量均勻，不易離析。

（3） 在AA′、BB′線之間，混合料軸向移動速度不大，圓周速度卻很大，物料攪拌的傾向比較明顯。考慮到混合料的料位高度問題，該區間的混合料位于輸送料的內部，自由運動的幾率不大，因此以相對軸的扭轉為主，物料不會產生明顯的分離現象。

根據該螺旋傳遞速度模型，在物料傳遞過程中，離析似乎與速度無關，其實不然，因為模型的建立是以物料與葉片面之間僅存在純摩擦為前提。實際上，瀝青混合料有一定粘性，輸送過程是物料與葉面之間的摩擦力和粘附力共同作用的結果。從能量角度分析能夠更清晰地發現物料的離析傾向性。

從能量觀點來看，質量大、速度快的物體動能更大，具有更強的運動能力[2]。因此，不同級配的材料本身都有離析傾向性，這取決于材料顆粒大小、傳輸速度及顆粒之間的作用力。如果顆粒之間的粘附力及摩擦力不能抵消速度造成的離析傾向性，則材料在沿著螺旋槽輸送過程中會出現從中間往兩邊的顆粒逐步變大的橫向離析現象，常見離析表現即為兩端螺旋軸末端顆粒粗大，如圖3所示。endprint