高速公路瀝青路面養(yǎng)護機械的發(fā)展現(xiàn)狀及設(shè)計

王麗君

（甘肅省天水公路事業(yè)發(fā)展中心，甘肅 天水 741001）

高速公路瀝青路面養(yǎng)護機械的現(xiàn)狀和設(shè)計是現(xiàn)代道路維護的關(guān)鍵組成部分。隨著社會的發(fā)展和交通流量的增加，對高速公路路面的維護要求也不斷提高。在此背景下，養(yǎng)護機械的發(fā)展經(jīng)歷了從傳統(tǒng)到現(xiàn)代的重大改進，注重多功能性、智能感知、節(jié)能環(huán)保和人機協(xié)作。這些方面共同構(gòu)成了高速公路養(yǎng)護機械引人注目的發(fā)展趨勢，以確保道路的長期可持續(xù)性和安全性。

1 機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 機械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性

高速公路瀝青路面養(yǎng)護機械機械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性是確保機械設(shè)備長期可靠運行的基礎(chǔ)。在機械結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，需要考慮如何應對惡劣的路況，如不平坦的路面、坑洞、施工區(qū)域的不規(guī)則性等，這些因素都會對機械產(chǎn)生振動和沖擊負荷。以下是更多關(guān)于機械結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性的考慮：①耐受振動和沖擊：機械設(shè)備在工作中經(jīng)常會受到振動和沖擊。因此，機械結(jié)構(gòu)需要采用堅固的構(gòu)造，以減輕振動和沖擊對設(shè)備的損害。這可以通過合適的材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計來實現(xiàn)，以確保機械在振動和沖擊下保持結(jié)構(gòu)的完整性。②支撐結(jié)構(gòu)：機械設(shè)備的支撐結(jié)構(gòu)是確保其穩(wěn)固性的重要組成部分。支撐結(jié)構(gòu)應設(shè)計得足夠堅固，以承受各種工作條件下的負荷。這可能包括合適的支撐梁、框架和底盤結(jié)構(gòu)，以確保機械能夠在不平坦的路面上穩(wěn)定地運行。③結(jié)構(gòu)分析和模擬：在機械設(shè)計過程中，結(jié)構(gòu)分析和模擬是重要的工具，用于評估機械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。這些分析可以幫助工程師識別潛在的問題區(qū)域，從而進行必要的改進。通過使用計算機輔助設(shè)計（CAD）和有限元分析（FEA）等工具，可以更好地理解結(jié)構(gòu)的行為，提前發(fā)現(xiàn)和解決問題。④質(zhì)量控制和測試：在機械制造過程中，質(zhì)量控制和測試是確保機械結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性的關(guān)鍵步驟。通過采用質(zhì)量控制標準和非破壞性測試方法，可以確保機械結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，并驗證其能夠在實際工作條件下承受振動和沖擊。

1.2 輕量化和堅固化設(shè)計

輕量化設(shè)計通過采用高強度、輕量化的材料，減少機械設(shè)備的整體重量。這種設(shè)計優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：①降低燃料消耗：較輕的機械結(jié)構(gòu)需要更少的能量來運行，從而降低了燃料消耗，減輕了環(huán)境負擔。②提高機動性：輕量化的機械更容易加速、減速和轉(zhuǎn)彎，增加了機械設(shè)備在繁忙施工區(qū)域的機動性，提高了操作的靈活性。③減輕機械磨損：較輕的機械在與路面接觸時產(chǎn)生的摩擦和磨損較小，延長了機械部件的使用壽命。

然而，輕量化設(shè)計并不意味著犧牲機械的耐用性和穩(wěn)定性。因此，堅固化設(shè)計是至關(guān)重要的，它確保了機械在惡劣環(huán)境下的可靠性：①承受工作負載：在施工中，機械需要承受瀝青材料和其他重型工作負載的壓力。堅固化設(shè)計確保機械結(jié)構(gòu)在工作時不會變形或損壞。②抵御外部沖擊：在實際施工中，機械可能面臨碰撞或沖擊。堅固化結(jié)構(gòu)可以提供足夠的抗沖擊性，保護機械內(nèi)部部件免受損壞。③適應復雜路況：高速公路路面可能不平坦，機械需要適應各種復雜的路況。堅固的結(jié)構(gòu)可以確保機械在不同路面條件下穩(wěn)定運行。

1.3 作業(yè)部件的設(shè)計

①耐磨性：作業(yè)部件需要具備出色的耐磨性，因為它們在與路面接觸時會受到極高的磨損。這可以通過采用特殊的耐磨材料，如高強度鋼、耐磨合金或陶瓷涂層來實現(xiàn)。這些耐磨材料能夠減少摩擦和磨損，延長作業(yè)部件的使用壽命，減少維護需求。②適應性：作業(yè)部件的設(shè)計需要具備適應不同路面條件的能力。高速公路上的路面可能會有各種不同的材料和紋理，因此作業(yè)部件必須能夠適應這些變化?？烧{(diào)節(jié)的設(shè)計或多功能部件可以幫助機械設(shè)備在不同路況下執(zhí)行養(yǎng)護任務，提高養(yǎng)護工作的靈活性。③可更換性：考慮到作業(yè)部件可能會在使用過程中磨損或損壞，其設(shè)計應該注重可更換性。易于更換的作業(yè)部件使維護工作更加高效，減少了機械設(shè)備的停工時間。操作員可以迅速更換受損的部件，繼續(xù)進行養(yǎng)護作業(yè)，從而提高了機械設(shè)備的可用性。例如，對于路面修復機械，其修補刀具應該具備耐磨鋼材質(zhì)，同時設(shè)計應考慮易更換的機制，以確保快速更換受損刀具，從而減少機械停工的時間。總之，作業(yè)部件的設(shè)計在高速公路瀝青路面養(yǎng)護機械中至關(guān)重要。耐磨性、適應性和可更換性是關(guān)鍵因素，它們確保機械設(shè)備能夠在各種路面條件下高效運行，延長使用壽命，同時降低了維護和停工時間的成本。

1.4 安全設(shè)計

高速公路瀝青路面養(yǎng)護機械的安全設(shè)計包括各種防護裝置，用于保護操作員和周圍環(huán)境免受潛在的危險因素的傷害。這些裝置可能包括：①護欄和柵欄：用于隔離工作區(qū)域，將操作員和路面施工區(qū)域分開，以防止意外進入。②安全門和鎖定裝置：確保只有經(jīng)過培訓和授權(quán)的人員才能進入機械設(shè)備的工作區(qū)域，減少了未經(jīng)許可的進入風險。③緊急停機裝置：允許操作員在緊急情況下迅速停止機械設(shè)備的運行，以減少事故的發(fā)生。

安全設(shè)計還包括人機界面的考慮，以確保操作員能夠在工作中保持高度的警惕和集中注意力。這方面的要點包括：①清晰的控制面板：控制面板應簡單明了，易于理解，以減少操作員的誤操作。②警示和指示燈：設(shè)備上應配備警示和指示燈，以提示操作員機械的狀態(tài)和可能的危險情況。③培訓和操作指南：提供培訓和操作指南，確保操作員了解機械設(shè)備的安全操作程序和最佳實踐。安全設(shè)計在高速公路瀝青路面養(yǎng)護機械中至關(guān)重要。它不僅保護操作員的生命和健康，還有助于減少機械設(shè)備對周圍環(huán)境的損害。通過采用適當?shù)姆雷o裝置和人機界面設(shè)計，可以提高工作場所的安全性，降低潛在的風險，從而增強養(yǎng)護工作的可持續(xù)性和質(zhì)量。

2 傳動系統(tǒng)設(shè)計

2.1 動力傳遞效率

①傳動裝置選擇：合理選擇傳動裝置，例如傳動齒輪、液壓系統(tǒng)、電機等，以確保其與機械設(shè)備的動力輸出和工作需求相匹配。不同的任務和工作條件可能需要不同類型的傳動裝置，因此需仔細考慮。②摩擦減少：減少摩擦對動力傳遞效率至關(guān)重要。采用高質(zhì)量的滾動軸承和潤滑系統(tǒng)，以降低零部件之間的摩擦損失。精確的裝配和維護也可以幫助減少摩擦。③能量回收：利用能量回收系統(tǒng)，將部分能量回收并重新利用，以減少能源浪費。這可以通過液壓系統(tǒng)中的回油回收或動能回收系統(tǒng)來實現(xiàn)，有助于提高動力傳遞效率。④高效液壓系統(tǒng)：液壓系統(tǒng)在機械設(shè)備中廣泛使用，因此采用高效能的液壓系統(tǒng)非常重要。選擇合適的液壓泵、閥門和液壓傳動元件，以確保液壓系統(tǒng)的效率盡可能高。⑤輕量化設(shè)計：輕量化的機械結(jié)構(gòu)可以降低機械設(shè)備的整體重量，從而減少所需的動力，降低燃料消耗。輕量化設(shè)計還可以提高機械的機動性，使其更靈活適應不同的工作條件。定期的維護和保養(yǎng)是確保傳動系統(tǒng)保持高效運行的關(guān)鍵。這包括清潔、潤滑、緊固件檢查和更換磨損部件等。通過維護，可以延長機械設(shè)備的壽命，并確保傳動系統(tǒng)的持續(xù)高效性能。

2.2 可調(diào)性和多功能性

可調(diào)性是指傳動系統(tǒng)具有動態(tài)變化的能力，允許操作員根據(jù)不同的養(yǎng)護任務和路面條件進行調(diào)整。其中的一個主要要點是變速功能。通過具備多檔位的傳動系統(tǒng)，操作員可以根據(jù)需要在高速公路上快速移動，而在養(yǎng)護區(qū)域內(nèi)進行細致的工作。這種可調(diào)性增加了操作員的控制能力，有助于完成各種養(yǎng)護任務，從而提高了工作的效率和準確性。

多功能性則涉及傳動系統(tǒng)的能力，可以驅(qū)動不同的作業(yè)部件，如清掃裝置、修補刀具、滾壓機等。這種多功能性使機械設(shè)備能夠勝任多個任務，而不需要頻繁更換部件或使用不同的機械設(shè)備。例如，同一臺機械設(shè)備可以用于道路清掃和修復工作，從而減少了維護和采購成本，同時提高了資源利用效率。傳動系統(tǒng)的適應能力是多功能性的關(guān)鍵組成部分。它要求傳動系統(tǒng)能夠適應不同的工作負荷、路面條件和環(huán)境要求。適應能力通常與可調(diào)性相結(jié)合，確保機械設(shè)備可以根據(jù)需要進行動態(tài)調(diào)整，以應對不同的挑戰(zhàn)。

2.3 耐久性和可維護性

傳動系統(tǒng)的設(shè)計還應考慮其耐久性和可維護性。耐久性意味著傳動裝置和零部件需要經(jīng)受住長時間的工作和重負荷，因此應采用堅固和耐用的材料和構(gòu)造?？删S護性包括易于維修和更換傳動系統(tǒng)的零部件，以減少維護時間和成本。這要求傳動系統(tǒng)的設(shè)計應考慮易于訪問的部件和詳細的維護指南。

2.4 安全性

傳動系統(tǒng)應具備安全裝置，以防止突發(fā)故障或操作失誤導致的危險。這可以包括緊急停機裝置、過載保護和傳動鏈的安全防護裝置。安全性的考慮是確保操作員和周圍環(huán)境的安全的關(guān)鍵因素。

3 控制系統(tǒng)的設(shè)計

3.1 智能感知和實時反饋

控制系統(tǒng)的設(shè)計需要整合智能感知技術(shù)，以實時監(jiān)測機械設(shè)備的狀態(tài)和工作環(huán)境。這包括傳感器、攝像頭、激光測距儀等，用于感知路面狀況、障礙物、溫度等因素。通過數(shù)據(jù)分析，控制系統(tǒng)可以識別路面損傷、制定養(yǎng)護計劃，并提供實時反饋給操作員。這種智能感知和反饋能力有助于提高養(yǎng)護任務的準確性和效率，減少操作員的主觀判斷，從而更好地維護高速公路路面。

3.2 自動化和自主性

現(xiàn)代控制系統(tǒng)的設(shè)計趨向自動化和自主性。它們可以根據(jù)路面情況和任務需求自動調(diào)整機械設(shè)備的工作參數(shù)，如速度、壓力、溫度等。例如，一臺瀝青路面修復機可以根據(jù)損害的程度自動調(diào)整修復深度和施工速度。這降低了操作員的負擔，減少了人為誤差的風險，提高了養(yǎng)護工作的一致性和質(zhì)量。同時，自主性還包括自動化路徑規(guī)劃，以使機械設(shè)備在道路上自主導航。

3.3 可視化界面和操作便捷性

控制系統(tǒng)的設(shè)計還應包括直觀的可視化界面，以提供操作員所需的信息。這可能包括觸摸屏面板、顯示器、操縱桿等。界面應清晰明了，易于操作員理解和操作?？刂葡到y(tǒng)應提供實時圖像、數(shù)據(jù)圖表、故障診斷信息等，以幫助操作員有效控制機械設(shè)備。同時，可視化界面還應支持遠程監(jiān)控和數(shù)據(jù)傳輸，以便管理人員可以隨時了解養(yǎng)護任務的進展情況。這有助于提高工作的協(xié)調(diào)性和遠程支持的可能性。高速公路瀝青路面養(yǎng)護機械的控制系統(tǒng)設(shè)計需要整合智能感知、自動化和自主性，以提供操作員與機械設(shè)備的高度互動。同時，可視化界面和操作便捷性有助于操作員更好地掌控機械設(shè)備，并支持遠程監(jiān)控。這種綜合性的設(shè)計有助于提高養(yǎng)護工作的效率、質(zhì)量和安全性。

4 結(jié)束語

綜上所述，高速公路瀝青路面養(yǎng)護機械的現(xiàn)狀和設(shè)計展示了道路維護領(lǐng)域令人振奮的進步。從多功能性到智能感知，再到節(jié)能環(huán)保和人機協(xié)作，這些方面的不斷演進使得養(yǎng)護工作更為高效、可持續(xù)和安全。未來，期待更多創(chuàng)新和技術(shù)的引入，以繼續(xù)提高高速公路路面的質(zhì)量和可靠性，以滿足不斷增長的道路需求。這將有助于確保交通安全、減少交通擁堵，并推動社會的可持續(xù)發(fā)展。