新型混凝土溝渠滑模攤鋪機的設計*

蔡 峰

(江蘇四明工程機械有限公司，江蘇 揚州 225800)

0 引 言

中國近年來大力發展高速鐵路建設，有效提升了鐵路客運、貨運能力，綜合運輸服務能力得到進一步強化。在高速鐵路路基的建設工程中，鐵路路基排水溝施工通常采用支模法施工工藝，在開挖的水溝基底中，混凝士分兩次澆筑，先澆筑底板再澆筑側墻，整體性較差，而且振搗時容易漏振形成蜂窩麻面或爛根，造成二次返工。路基排水溝如果能使用滑模攤鋪施工工藝，機械化一次性成型，就能解決傳統路基排水溝支模法施工工效指標低、工序繁瑣、質量難控制、資源投入大等諸多問題。滑模攤鋪機在公路路緣石施工中使用廣泛，形成了一套成熟的施工工藝，以多年滑模攤鋪機設計和制造經驗為基礎，開發一種新型的混凝土溝渠專用滑模攤鋪機，對促進鐵路路基排水溝施工機械化、改進施工工藝、改善施工質量具有重要作用。

1 溝渠滑模攤鋪機的主要組成

溝渠滑模攤鋪機主要組成部件有：機架總成、電控系統、動力系統、液壓系統、升降立柱總成、行走裝置、模具總成、高壓沖洗裝置、自動找平系統、自動轉向系統，如圖1所示。動力采用濰柴四缸水冷柴油發動機，發動機連接一分二分動箱，驅動兩組液壓泵組，液壓泵組驅動全車工作機構。

圖1 溝渠滑模攤鋪機總圖

2 行走裝置的設計

溝渠滑模攤鋪機行走裝置分前行走履帶和后從動輪機構，前行走履帶是驅動機構，安裝有液壓行走馬達和大扭矩行走減速機。減速機上集成有常閉式制動器，行駛狀態下液壓油回路打開制動器，停止時制動器恢復制動狀態。

2.1 轉向機構

轉向機構位置在前行走履帶，如圖2所示，液壓轉向油缸驅動行走履帶相對立柱做圓周轉動實現滑模機的轉向。左右行走履帶兩個轉向油缸的缸筒尾部連接有轉向連接桿，連接桿連接位置安裝關節軸承。連接桿的兩個鉸接點與兩個履帶的旋轉中心形成一個轉向梯形結構，轉向時左側履帶和右側履帶的轉角是不一樣的，通過對轉向梯形幾何結構的研究計算，找出最容易實現并且最接近理論值的轉向梯形結構。連接桿作用不僅是協調兩個履帶的轉向角度，并且在轉向的過程中，連接桿強制保持兩個轉向油缸動作同步。

圖2 轉向機構

2.2 從動輪機構

在公路路面或者路緣石工程施工時，滑模機行走的是已經攤鋪好的路面或者是水穩層路基，有一定的密實度和平整度。在混凝土水溝工程中，水溝兩側供滑模機行走的路基沒有公路施工那么理想，平整度差而且密實度不好。因此，從動輪機構設計成前后兩個輪連接，兩個從動輪的安裝架和立柱是鉸接式連接，如圖3所示。當路基有起伏時，前后從動輪受路基的影響效果不會完全作用到立柱上，從而減少了車身上下的波動，能有效保證良好的攤鋪平整度。

圖3 從動輪機構

2.3 單履帶行走模式

溝渠滑模攤鋪機施工時的行走路基條件比較差，在工程條件比較惡劣，水溝基底兩側沒有行走條件，可以改變行走模式，把兩履帶驅動行走改成單履帶。這種模式下，前面的單立柱安裝到車架的前段中部，履帶行走在開挖的水溝基底的底部，前提是水溝基底在開挖好后，溝底必須平整后再壓實。

3 模具總成

模具總成主要包括集料斗、前擋板、液壓振動棒和成型模板，如圖4所示。集料斗安裝在車架的前側，呈上口大下口小的喇叭口形狀，前擋板位于集料斗下方前部位置，作用是不讓混凝土料向前流動。前擋板與成型模板之間的空腔稱為振動倉，振動倉內安裝有液壓振動棒，振動頻率可達10 200次/min，振動棒之間安裝距離應在40 cm左右,距離邊部15 cm左右。成型模板是整個滑模機的最關鍵的工作部分，成型模板后端稱為出模口，工作時成型模板前高后低，帶有仰角即進料角，出模口是最低的位置。振動倉中的混凝土料在振動棒的作用下振搗密實，排除氣泡，經過成型模板進一步擠壓，從出?？诔鰜砭统蔀槌尚偷幕炷翗嬛?。如圖5是常見的梯形排水溝的截面示意圖，溝渠還有其他的形狀，不同工程設計的排水溝尺寸也不定相同，所以一般根據具體施工工程原理圖制作模具，振動棒的數量也根據實際施工模具的具體尺寸來定。

圖4 模具總成仰視圖

圖5 梯形排水溝截面示意圖

4 自動找平系統與自動轉向系統

4.1 自動找平系統

滑模機四個立柱上各安裝有找平傳感器安裝架，安裝架可以上下調節，也可以左右調節，滑模機就位時通過上下左右調節可以調整自動找平傳感器與基準線的距離達到理想的狀態。傳感器調節桿豎向安裝在找平傳感器安裝架上，端頭安裝自動找平傳感器，調節桿是絲桿機構，可以通過上端的旋轉手柄對攤鋪厚度進行精準調整。自動找平傳感器上安裝有滑桿，滑桿橫向架在基準線上。

滑模機前面兩個立柱自動找平系統，控制的是機身的仰角，即控制模具的進料角。后面兩個立柱安裝的找平傳感器位置與出?？趯R，控制攤鋪的厚度?；C四個找平傳感器上的滑桿與基準線安裝初始值大約45°角，施工過程中，由于路基與基準線的高程的變化導致角度發生變化，傳感器發送信號給控制器，控制器控制液壓系統，相對應的立柱升降油缸工作，立柱上升或者下降從而調整滑桿與基準線的角度恢復到初始值。

4.2 自動轉向系統

自動轉向傳感器的安裝與自動找平傳感器類似，轉向傳感器上的滑桿是豎向靠在基準線上，呈豎直狀態?；瑮U角度發生變化，轉向傳感器發送信號給控制器，控制器控制液壓系統，轉向油缸伸縮工作控制滑模機轉向，轉向角度根據滑桿的變化角度逐步調整直至恢復到初始值。

5 高壓沖洗裝置

在施工作業時，滑模機模具、集料斗以及車身其它位置會沾有混凝土料，作業完成后需及時清洗，否則混凝土凝結后，會影響下一次的施工作業。新型溝渠滑模機設計裝備高壓沖洗裝置，包含液壓驅動馬達、水泵、儲水箱和高壓水槍。液壓驅動馬達驅動水泵，水泵的出水壓力可調節，最大壓力達到7 MPa，高壓水槍通過高壓膠管與水泵連接，出水方式可多檔調節。儲水箱位置位于車架后下方，考慮滑模機一般是在野外作業，干凈水源不好找，加水困難，所以設計裝備大容量水箱，加滿一箱水夠進行多次清洗。

6 排水溝滑模施工工藝

溝渠滑模攤鋪機施工現場如圖6所示，工藝流程為：排水溝基底開挖、場地準備、基準線設置、滑模機就位、混凝土料準備、混凝土澆筑、后期切縫養護。

圖6 溝渠滑模攤鋪機施工示意圖

6.1 場地準備

根據水溝開挖基底的基礎標高，對水溝基底兩側滑模機行走范圍內的場地進行清理平整壓實。

6.2 基準線設置

場地平整完畢后，測量人員按照排水溝設計位置進行基準線設置，一般使用直徑5 mm鋼絲繩作為基準線。在水溝基底兩側布置線樁，直線位置線樁間隔10 m，彎道部位間隔5 m。測量人員測量確定每一個線樁的架線桿高度，掛上鋼絲繩，兩側緊線器拉緊。

6.3 滑模機就位

滑模機調整位置把模具擺放至起始位置，模具與滑模機前進方向平行，滑模機機身與基準線平行，調整安裝轉向和找平傳感器達到合適施工狀態，調整模具達到指定的攤鋪厚度，調節合適的進料仰角，施工前對滑模機進行全面的性能檢查。

6.4 混凝土料準備

混凝土采用拌合站集中拌制，混凝土拌合時嚴格控制混合料的坍落度，混合料坍落度過大，滑出的混凝土變形量大，外觀尺寸與形狀達不到設計要求;坍落度過小，混合料內摩阻力增大，集料間粘結力小，滑出的混凝土不宜成型且表面蜂窩麻面嚴重，同時對模板的磨損較大。

6.5 排水溝混凝土澆筑

混凝土料到現場后，挖掘機在滑模機的側面把混凝土料運送至集料斗中。滑模機操作打開振動棒開關，開啟自動轉向系統和自動找平系統，手柄推前，攤鋪狀態往前行進，振動倉中混凝土料在振動棒作用下完成提漿密實，然后經過成型模板擠壓成型。根據集料斗中料位高低控制供料的速度，保證模具中的料位能保持穩定地匹配滑模機的行進速度。周圍的工作人員注意不能碰觸滑模機兩側的基準線，根據施工情況可以搖動傳感器安裝架上的旋轉手柄對攤鋪高程或者攤鋪線行進行細微調節。

7 溝渠滑模攤鋪機樣機應用試驗

新型溝渠滑模攤鋪機為全電子控制，全液壓驅動，履帶行走，多根液壓振動棒振搗密實，自帶模具擠壓成型，攤鋪高程與攤鋪方向按照預先設定的基準線自動調整，布料、攤鋪、振搗、整平等多道工序一次性完成，實現連續施工作業。樣機試制完成后，在工廠內進行了應用試驗，施工速度能達到2 m/mim，成型后的排水溝試驗段表面色澤均勻一致、線行美觀、強度高，滿足工程施工要求。

8 結 語

鐵路路基極易受水的軟化、沖蝕，如果路基排水措施不得當會嚴重威脅鐵路的安全，這就對路基排水系統施工質量提出了更高的要求。設置在鐵路路堤坡腳護道外側的排水溝施工引進新型溝渠滑模攤鋪機可以大大提高施工效率，節省人工成本，提高施工質量。新型溝渠滑模攤鋪機是機電液一體化技術發展的成果，具有高自動化、操作簡便、高可靠性等特點，在設計過程中，借鑒了公路路面施工滑模機的關鍵技術，并且針對排水溝渠類施工工程的具體施工條件做出相對應的改進措施。新型溝渠滑模攤鋪機還可以在農業農田水利工程建設中使用，農業灌溉水渠機械化建設這一領域迫切需要現代化的施工機械，產業化發展前景十分廣闊。