压路机是以一种特质的钢轮或光面轮胎为作业装置的压实施工机械,广泛应用于机场、港口、道路建设、市政建设等对土石填方及路面铺装材料的压实作业。压路机的作用是增加工作面的刚度和结构强度,增强抗渗透能力和气候稳定性,降低和消除沉陷,最终达到提高工程的承载能力,延长使用寿命,减少维修费用的目的。
我国压路机市场已经步入到一个稳定发展的相对成熟期。这几年国内压路机制造技术突飞猛进,在产品开发过程中成功的导入了工业设计技术,整机动态结构分析技术,智能控制技术,虚拟制造技术及虚拟装配技术,提高了压路机在各种条件下的适应能力,推动了国内压实机械的技术发展。结合中国压路机技术和产品发展的具体情况,可以将压路机分为静碾光轮压路机、振动压路机、组合式压路机、轮胎压路机、冲击压路机和其它特种压路机。本文以振动压路机为例谈论一些影响振动压路机压实效果的技术参数。
静质量以及静线压力
振动压路机的压实效果可用静压实和振动压实效果之和表示。
可以看出静线载荷对压实效果的影响。试验证明,在其它参数不变的情况下,施加于被压材料层的动态与静态的压力都与振动压路机自身的静质量成正比,压实影响深度近似与振动轮的质量成正比。通常情况下,静线压力增加一倍,压实影响深度也增加一倍。
振动频率与振幅
振动压路机的振动频率和振幅对压实的效果有很大的影响,试验表明,振动压路机的振动频率应比被压材料固有频率稍高一些,同时振动频率也不能选的过高。在共振频率下,振动压路机的压实效果反而降低。这是因为在共振频率下,将引起机架共振,压实能量不能集中所致。振动频率过高反而也会影响压实效果,其原因是振动轮在过大的振动强度作用下脱离了地面,使表层受到严重不规则的冲击和过渡碾压。
振幅定义为振动压路机振动轮上下移动的量,振幅分为理论振幅和工作振幅。理论振幅是振动轮在“自由-自由”状态下的振幅,而工作振幅随土壤密实度变化而变化。
振幅越大,使被压土或材料参加的质量越多,从而增加了压实影响深度或压实厚度。值得注意的是,如果要求的压实深度不大就无需使用大振幅的压路机。因为过高的压实能量不仅不会被压层的土或材料吸收,反而会使已压实的薄层产生松散现象。对于较厚的碾压层来说,虽然其上层已经压实到一定程度,在继续碾压过程中,未达到完全压实以前,其上层仍会产生松散现象。为了避免这一现象,对于碾压层,开始时振幅要大,之后随压实度增加应逐渐减少振幅。
振动轮数与驱动形式
有两个振动轮的压路机的压实功能是单轮振动压路机的两倍,两轮同时振动的串联式振动压路机与只有单轮振动的串联式的振动压路机相比,为达到相同压实效果,双轮振动压路机需要的碾压遍数少。试验表明,用串联式的振动压路机碾压时,双轮振动的生产率比单轮振动的高80%,碾压沥青混合料时高50%左右。在进行碾压作业时,应主动轮在前,被动轮在后,或采用全驱动、全振动的压路机,后者能大大提高压实性能和压实效率。
振动轮的宽度与直径
与静作用压路机相似,振动压路机的振动轮宽度和直径对其压实效果有显著的影响。可知振动轮的宽度与静线载荷成反比,振动压路机的振动轮宽度的变化对静线载荷有很大影响,从而影响压实效果。
而且振动质量和振幅相同的两个振动轮,宽度小的振动轮的力影响深度明显大于宽度大的振动轮。振动轮下被碾压材料的承载宽度随着振动轮宽度的增加而增加。所以振幅和振动质量相同的两个振动轮,直径大的振动轮力的影响深度小于直径小的振动轮。振动压路机的宽度和直径应根据被压实的材料和压实要求合理选取。例如:压实面层,应采用振动轮宽度和直径都较大的压路机;压实基层,振动轮的直径和宽度应选取较小的值。
机架和振动轮的质量比
机架和振动轮的质量比也就是所说的上车与下车的质量比,二者的质量比对压实效果有一定的影响。机架稍重些是有利的,振动轮可借助机架的质量压向土壤,从而来获得更有规则的振动。但是机架质量有一个上限,超过这个限度时机架质量对振动会发生很大的阻尼作用,以至影响压实效果。
除了以上几点振动压路机自身的技术参数外,还有振动压路机在作业过程中的工作参数。
碾压方式
振动压路机在碾压路基过程中,一般都遵循着“先轻后重,先慢后快,先边缘后中间”的原则,这是碾压时的总原则。这种合适的碾压方式既有利于提高压实度,又有利于提高平整度。但是这种方式并不是万能的,在遇到不同被压材料时,要选用不同的碾压方式,从而提高压实效果和生产率。
碾压厚度和碾压遍数
振动压路机在作业过程中,碾压厚度对压实效果具有明显影响。试验证明,碾压应有合适的厚度。碾压层过厚,非但该层的下层的压实度达不到要求,而且该层的上部的压实度也会受到不良的影响。同时,碾压的厚度也要随所用的压路机的类型而变。碾压遍数对路基土和路面材料的密实度也是有影响的。也就是说,用同一压路机对同一种材料进行碾压时,最初的若干遍碾压对增高材料的干密度影响较大;碾压遍数继续增加,干密度的增长率就逐渐减少;碾压遍数超过一定数值后,干密度实际就不再增加了。所以在碾压之前,首先需要确定压路机的碾压遍数,以保证达到好的压实效果。
工作速度(碾压速度)
工作速度对振动压实的压实度有很大影响,试验表明,压路机工作速度与土壤或被压材料的压实特性、压实层厚度、压路机的压实功,施工技术要求以及作业效率等因素有关。对于粘性土壤,因变形滞后现象明显,工作速度不宜过高;对铺层初压时,由于铺层变形大,压路机滚动阻力大,工作速度也不宜过快;复压终压时,被压材料基本密实,为了提高表面平整度,工作速度可以适当提高。表3是不同压路机类型的工作速度选择表。
实践证明,碾压速度过高,将会产生推移,横向裂纹或波纹等现象,碾压速度过低,将会使摊铺和压实工序间断,影响压实效果。所以,选择碾压速度时,应在保证压实质量的前提下,最大限度的提高碾压速度,从而减少碾压遍数,提高工作效率。