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压路机驱动类型对纵坡路段沥青路面碾压的影响,沥青网,sinoasphalt.com
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压路机驱动类型对纵坡路段沥青路面碾压的影响
2019年04月11日    阅读量:1109    新闻来源:沥青路面  |  投稿

摘要:本文根据压路机驱动类型的不同,通过对压路机在水平路面与纵坡路段沥青路面碾压时的受力分析,得出压路机驱动方式在纵坡路段沥青路面上、下坡碾压时对路面的影响和差别,并提出了纵坡路段沥青路面碾压的合理建议。对于单一驱动轮情况,建议在水平或小纵坡情况下(如纵坡小于2%),驱动轮在前从动轮在后;当纵坡较大时,从动轮在前驱动轮在后。对于双轮驱动情况,建议当纵坡不大或水平路段(如纵坡小于2%),宜采用前轮驱动,或短时间双轮驱动;而在较大纵坡路段,应采用双轮驱动(下坡双轮制动)中国沥青网sinoasphalt.com


关键词: 纵坡路段; 碾压; 驱动类型; 方向

碾压是沥青混凝土路面成型的关键步骤,碾压工艺的优劣直接影响到路面成型后路用性能是否达标。目前国内道路施工时,不论高速公路、国省道公路还是市政道路,施工单位都有各自的经验和方法,沥青混合料的碾压工艺相对比较成熟。但根据调查尚未有哪家单位具有在纵坡路段施工的完善的、系统的、有针对性的碾压工艺。碾压离不开碾压机械,压路机的构造和对于纵坡路段沥青路面的碾压具有较大的影响。

单轮驱动轮的碾压要求

胶轮压路机、光轮压路机或轮胎驱动的振动压路机往往只有一个驱动轮,另一个为从动轮。压路机的驱动轮、从动轮对被压材料的作用是不同的,而且在不同纵坡情况下也是有差异的,特别是对于初压。

水平或小坡路段

如图1为水平面情况下(纵坡0%)从动轮和主动轮的受力分析。

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图1(a)为主动轮受力情况,此时产生的水平推移使得沥青混合料向压路机方向推挤,这种推挤力将受到位于驱动轮稍后方的已被压材料的阻碍,从而落在驱动轮垂直轴线附近而被紧密压实,因此此时驱动轮前不会产生拥包现象,被压材料的表面相当平整。


图1(b)为从动轮受力情况,水平力对沥青混合料产生剪切作用,使被压沥青混合料产生向前推拥的现象,从而形成波浪,因此从动轮容易产生波纹面或裂缝,不能使沥青路面保持平整,效果如图2。

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因此,在水平面或纵坡较小时,在只有一个驱动轮的情况下,应驱动轮在前从动轮在后。初压过程中由于混合料处于松散状态,驱动轮的前后顺序对于混合料的碾压成型尤为重要。

上坡路段

但在纵坡路段,压路机受力条件不同,碾压工艺需要相对调整。如图3为纵坡路段的上坡时的从动轮和主动轮的受力分析。

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图3(a)为主动轮受力情况,当大纵坡时,水平力F'2会随着纵坡增大而成倍增加,会导致沥青混合料在较大水平力作用沿坡面向下的剪切破坏,特别是高温下容易导致层间粘结的剪切破坏,形成整个碾压面的滑移,取f=0.01,G=G,F'2≈G0.01+2Gθ,则3%~5%纵坡下的水平力为0%纵坡下的7~11倍,如图4所示。

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图 3(b)为从动轮受力情况,水平力对沥青混合料产生剪切作用,使被压沥青混合料产生先前推拥的现象,容易形成波浪。


因此,在上坡路段,当坡度不太大时,驱动轮的水平作用力不至于造成结构剪切破坏和层间的滑移,应使驱动轮在前从动轮在后;当为大纵坡时,驱动轮应在后从动轮在前,这样上坡时后面的驱动轮可以承受坡面及机器自身所提供的驱动力,同时前轮对路面进行初步压实,可以提高抗驱动轮产生的较大水平剪切力。

下坡路段

对于下坡路段,则需要考虑纵坡的大小问题,如果纵坡不够大,则压路机在重力沿纵坡方向的分力作用下不足以克服摩擦阻力,此时仍然需要驱动轮驱动向下运行,此时的压路机受力如图 5。

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同样,从动轮对沥青混合料还产生一个水平应力F' 1 ,大小为 G  cosθf  ,这个力会使得沥青混合料向前起波浪;而驱动轮对沥青混合料的水平作用力 F' 2 抑制碾轮前方起波浪,按照作用力与反作用力和力学平衡原理,F' 2 = G  cosθf  - G  sinθ - G  sinθ,可以看出此时水平力 F' 2 较水平力 F' 1 还要小。因此,在小纵坡路段,下坡碾压时应驱动轮在前,而从动轮在后。


通过上式,可以得到 F 2 '≈G  f  - G  θ - G  θ,当F 2 ' =0 时,得到 θ 0 = G  f /(G  + G  ),假定 G  = G  ,f  =0. 01 ~ 0. 02,则 θ 0 ≈0. 5% ~ 1%。θ > θ 0 时,当压路机在下坡路段将不再需要驱动轮驱动力作用下牵引前进,此时压路机为了保持匀速前进,需要驱动轮制动克服两个碾压轮沿纵坡水平向下的重力分力。当下坡纵坡较大时,压路机受力示意图见图 6。

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在 θ < θ 1 (2%)小纵坡路段,F 2 ' < F 1 ',驱动轮的推挤水平应力小,此时下坡碾压时应驱动轮在前,而从动轮在后;而当 θ > θ 1 (2%)大下坡时,F 2 '会随着纵坡的最大而迅速增加,从而导致 F 2 ' > F 1 ',因此下坡碾压时应驱动轮在后从动轮在前,这样下坡时前轮对沥青混合料进行初步压实,可以提高沥青混合料抗后面的驱动轮产生的较大水平剪切力。

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综上所述,如图 7 所示,对于单一驱动轮情况下,为了提高碾压效果,在水平或小纵坡情况下(如纵坡小于 2%),驱动轮在前从动轮在后;当纵坡较大时,应从动轮在前驱动轮在后。

双轮驱动压路机的碾压要求

双钢轮振动压路机一般 2 个振动钢轮均可以独立驱动,由于其动力特点不同,因此其在纵坡路段碾压工序也是有差异的。压路机在碾压过程中哪个轮驱动、哪个轮振动,前后方向如何均对被压材料产生不同的影响和差异。

水平或小坡路段

在水平面上,双轮驱动压路机可选择两种工况:一种是单轮驱动,另一种是双轮驱动。如果在水平面上采用双轮驱动,通过前面的分析可以看出,采用双轮驱动,驱动轮前不会产生拥包现象,被压材料的表面相当平整,因此采用双轮驱动有利于提高碾压效果,但是如图 8 根据水平面双轮驱动振动压路机的受力特点,地面对两个轮胎的水平驱动力均向前,此时压路机没有达到力学平衡,只能加速前进,因此在水平面上同时两驱动轮不可能维持很长时间。在水平面上如果达到匀速前进,只能是单轮驱动,即一轮驱动、一轮从动,双轮压路机此时在水平面上的工作情况与前面的单轮驱动是一样的,因此其要求也是相同的。

上坡路段

在上坡路段,双轮驱动振动压路机也有两种工况:一种工况为单轮驱动,即一轮驱动一轮从动,此时受力分析同 2. 1;另一种工况为双轮驱动。

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由于双轮驱动,因此两个驱动轮作用于沥青混合料的水平作用力均有利于抑制沥青混合料的拥包、推挤。根据力平衡,F 2 ' + F 1 ' = G 1 sinθ + G 2 sinθ,当匀速运动时,T 2 =T 1 ≈0。此时 F 2 ' = G 2 sinθ、F 1 ' = G 1 sinθ,这与单轮驱动时的水平 F 2 ' = G  cosθf  + G  sinθ + Gsinθ 要小的多,因此在上坡时,采用双轮驱动有利于减少水平力,从而减少纵坡方向上的剪切和推移,能够提高施工的稳定性和平整度。所以在上坡碾压时,应采用双轮同时驱动,并选择轮重与直径比小的滚轮在前面。

下坡路段

在纵坡路段的下坡时,若纵坡较小,重力沿纵坡方向的分力不足以完全克服压路机的阻力而下行,需要驱动轮驱动下行。由1.3 中的原理分析得知,在下坡时不存在长时间双轮驱动情况,如果双轮驱动,则两个驱动轮和两个重力沿坡面水平分力均向下,车辆不会匀速运行,而是加速下行。因此,纵坡较小且压路机在下行时,应采用单轮驱动,并且应该是驱动轮在前,从动轮在后。


当纵坡较大时,此时重力沿纵坡水平方向分力太大,大于压路机的分力,此时压路机需要反方向制动才能克服重力以匀速前进,当采用双轮驱动时示意图如图11。

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根据力平衡,F 2 ' + F 1 ' = G 1 sinθ + G 2 sinθ,当匀速运动时,T 2 = T 1 ≈0。此时 F 2 ' = G 2 sinθ、F 1 ' = G 1 sinθ,此时水平力与压路机运行方向相同,这个力会使得沥青混合料向前形成波浪推移。假定 G 1 = G 2 ,则双轮驱动时 F 1 ' = F 2 ' = G 1 sinθ,前面给出了单轮驱动时驱动轮的F 2 ' = G 1 sinθ + G 1 sinθ - G 1 cosθf  ,单轮驱动与双轮驱动水平力差 = G 1 sinθ - G 1 cosθf  ≈G 1 θ - G 1 f  ,计算分析可以得出,当纵坡小于 1% ~ 2% 时,采用单轮驱动水平应力较小,有利于提高碾压效果;而当纵坡较大时,采用双轮驱动碾压时水平应力会小一些。

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综上所述,如图 12,对于双轮驱动,当纵坡不大或水平路段,宜采用前轮驱动,或短时间双轮驱动;而在较大纵坡路段(如大于 2%),应采用双轮驱动(下坡双轮制动)。

结论

(1)压路机的驱动类型对沥青混合料的碾压效果有影响,纵坡路段沥青路面尤为明显,因此应根据纵坡坡度大小以及碾压方向合理安排压路机作业。


(2)对于单一驱动轮情况,建议在水平或小纵坡情况下(如纵坡小于 2%),驱动轮在前从动轮在后;当纵坡较大时,从动轮在前驱动轮在后。以上方案可以确保摊铺后松散的沥青混合料在前轮的碾压下达到初步密实,后轮进一步碾压平整,从而提高混合料碾压后的稳定性,有利于进一步压实。


(3)对于双轮驱动情况,建议当纵坡不大或水平路段(如纵坡小于 2%),宜采用前轮驱动,或短时间双轮驱动;而在较大纵坡路段,应采用双轮驱动(下坡双轮制动)

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标签:工程机械
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