激光定位公路混凝土路面自動攤鋪機的研制

劉冬川

（中建路橋集團有限公司，河北 石家莊 050000）

引言

水泥攤鋪整平機分為軌道式攤鋪整平機、滑模攤鋪整平機、小型輪式水泥激光攤鋪整平機三類。（1）軌道式攤鋪整主要是常見三輥式攤鋪整平機，其軌道分為混凝土軌道、鋼模板軌道和工字鋼軌道兩種。①利用鋼模板作為軌道支撐的三輥式攤鋪整平機，由于鋼模板高度調(diào)整不準、鋼模板接頭高低不平引起跳動、水泥坍落度太小引起中間起拱、水泥坍落度大引起中間凹陷等因素，使得攤鋪高度控制不準。②利用鐵路鋼軌作為軌道的三輥式攤鋪整平機，軌道強度增強，攤鋪效果有所改善。由于鋼軌重量大，鋼軌的鋪設(shè)和搬移費時費力。（2）滑模式攤鋪機具有分料、振搗、成型、熨平、伸縮功能，功能齊全，攤鋪高程以基準鋼線為參考，基準鋼線的架設(shè)費時，且精度難以保證。成本昂貴，售價為150～300 萬元。

1 公路混凝土路面專用自動攤鋪整平機研制方案

結(jié)合三輥整平機結(jié)構(gòu)的簡易性、滑模式攤鋪機行走、振搗、攤鋪、熨平功能齊全性和輪式激光整平機激光控制功能的先進性，結(jié)合傳感器測量、液壓控制及控制算法，研制公路混凝土路面專用自動攤鋪整平機。（1）在三輥軸攤鋪整平機結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加液壓高度調(diào)整機構(gòu)和膠輪行走機構(gòu)。（2）安裝可調(diào)排振，在攤鋪厚度較深時，通過排振保證混凝土密實。（3）安裝螺旋布料器，推平多余混凝土料。（4）可選安裝振搗梁和挫平梁提高密實度和平整度。（5）通過激光測量高度基準，通過GPS 進行精確定位，通過水平儀控制傾斜角度［1］。（6）輸入高程數(shù)學(xué)模型，自動控制橫坡、縱坡的攤鋪高度。（7）自帶柴油發(fā)電機，無需外部供電，方便使用。（8）研發(fā)攤鋪遠程監(jiān)控系統(tǒng)。

2 研制技術(shù)路線

2.1 激光高程檢測

采用激光掃平儀作為高度基準，掃平儀連續(xù)旋轉(zhuǎn)并發(fā)出水平激光，攤鋪機安裝高度接收器，接收器檢測到光斑后可以指示機器絕對高程。以徠卡Rugby620 掃平儀主機及接收器GradeSmart，其接收距離達600 m，測量高程200 mm，精度1.5 mm［2］。

2.2 GPS 精確定位

普通GPS 定位精度為3～10 m，直接應(yīng)用控制精度較低，尤其是匝道攤鋪高程變化較快，不能滿足要求。采用差分GPS 技術(shù)，在激光掃平儀附近安裝差分GPS 主站，整平機上安裝差分GPS 從站，設(shè)定主站基準位置后，從站定位精度可提高到±2 cm，滿足施工需求。

2.3 路面橫坡縱坡數(shù)學(xué)模型的建立

建立一套適合攤鋪控制的數(shù)學(xué)模型，方便橋梁和路面結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)導(dǎo)入，研究車身高度實時變化情況下攤鋪高程及坡度自動控制算法，適應(yīng)復(fù)雜運動模式下精確控制攤鋪質(zhì)量。

2.4 攤鋪遠程監(jiān)控系統(tǒng)

攤鋪、整平質(zhì)量數(shù)據(jù)通過GPRS 實時上傳到云端，自動形成施工報表。業(yè)主、監(jiān)理和項目部管理人員可以通過任何一臺具有上網(wǎng)功能的電腦或手機，隨時隨地查看施工數(shù)據(jù)和報表，及時掌握現(xiàn)場情況，可提高施工管理效率，實現(xiàn)質(zhì)量管理信息化。

廣泛調(diào)研國內(nèi)外各種攤鋪整平機的性能，考察施工現(xiàn)場對攤鋪機的改進需求，充分論證項目所需檢測技術(shù)、控制技術(shù)的可行性，制定合理的機械、硬件和軟件總體方案，在理論分析和模擬仿真的基礎(chǔ)上，進行機械、電路和軟件設(shè)計，并制作樣機。

2.5 創(chuàng)新點及技術(shù)關(guān)鍵點

（1）采用激光控制整平高度、提高了整平控制精度。（2）采用GPS 精確定位、輸入路橋結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模型，能自動控制橫坡縱坡的攤鋪高度。（3）無模板、無軌道、自行走攤鋪，可減輕勞動強度，提高攤鋪效率。（4）遠程監(jiān)控系統(tǒng)方便現(xiàn)場管理，實現(xiàn)了管理信息化。

3 主要技術(shù)指標

（1）攤鋪寬度5～14 m（可調(diào)）；（2）攤鋪深度10～20 cm；（3）攤鋪高程控制精度＜10 mm；（4）平直路段單次攤鋪距離≥60 m。

4 結(jié)語

研制的基于激光定位的公路混凝土路面自動攤鋪機，有效提高了混凝土攤鋪質(zhì)量，減輕了勞動強度、提高了攤鋪效率，對提高公路承載能力和使用壽命具有重大意義，并且通過遠程監(jiān)控實現(xiàn)了管理信息化，使得攤鋪質(zhì)量管理水平邁上一個新臺階，路橋混凝土攤鋪設(shè)備進入新時代。