1、第八章 水泥混凝土摊铺机设计,8.1概述 一、功用及对其要求 1、功用 将已经搅拌好的水泥混凝土混合料均匀、平整地摊铺在路基上，再经过振实、整平、抹光、精整等，形成符合设计要求的断面形状及平整度要求的水泥混凝土路面。,8.1 概述,2、要求 （1）布料应均匀，不能产生骨料离析等现象； （2）能够根据混凝土特性，留出足够虚方厚度，保证养生后形成规定厚度的路面面板； （3）能够对铺设的混凝土层进行充分的振实，确保其内在质量和强度； （4）所铺筑的路面应达到规定的平整度要求，误差控制在规定的范围之内； （5）能使所铺筑的 混凝土路面形成微观 和宏观的平面粗糙结 构，以保证与车轮间 具有足够的附着系数
2、。,8.1 概述,3、工艺过程 水泥混凝土摊铺工艺过程一般包括：摊铺布料、刮平、振实、整平、抹光、抗滑构造、锯缝、养生等，其中抗滑构造、锯缝、养生一般由其它设备完成。 二、类型、特点及适用范围 水泥混凝土摊铺机按施工工艺及行走方式不同分为：轨道式摊铺机和滑模式摊铺机两大类。,8.1 概述,1、轨道式摊铺机（也称固定模板式摊铺机） 轨道式摊铺机是沿事先铺设好的轨道进行行走摊铺作业的摊铺机，其铺筑路面的标高、厚度、尺寸、形状、坡度等均由事先铺设作为轨道的钢轨模板来决定。 优点：结构简单，造价低；工作可靠，故障少，易维修；操作容易，对铺设的混凝土要求低等。 不足：自动化程度低，钢轨模板需用量大，装卸
3、工作频繁、笨重、要求高，生产效率较低，质量主要取决于模板铺设质量，轨道摊铺机较适于摊铺道路、机场、大坝等大型平面工程。 类型：按作业方式不同又可分为列车式、综合式、桁架式等多种。,8.1 概述,（1）列车型轨道摊铺机组 即摊铺作业过程中的布料、刮平、振实、整平、抹光等各道工序分别由不同的单机前后顺序完成，从而在轨道上形成一系列按工序一字排开的摊铺列车，它们共同完成摊铺作业。 它一般由两种单机组合而成。第一单机是布料机，专司混凝土的布料作业；其作用是使混凝土均匀分布于路基上，依据其布料装置不同又可分为刮板式（或称铲式）布料机、斗式布料机及螺旋式布料机等几种。 第二组成单机一般将刮平、振实、抹光等
4、作业机构集成于一台单机上，通常称为整平振实机，其作用是将布料机均匀分布在路基上的混凝土刮平、振实、整平、抹光，形成符合设计要求的路面面板。,8.1 概述,在路面面板要求中间铺设钢丝网（或钢筋）的情况下，也可由以上两组共四台单机组成，摊铺列车按先下半层摊铺，后铺设钢丝网，再铺上半层的工艺顺序完成施工。 例：弗格勒J系列轨道式摊铺机（采用铲式布料机）。,8.1 概述,（2）综合型轨道摊铺机 综合型轨道摊铺机是将布料装置、刮平装置、振捣装置、整平装置、抹光装置等集中安装布置在一个行走机架上形成的轨道式摊铺机。 例：美国CMS公司的F型轨道式摊铺机（采用螺旋式布料机）。,8.1 概述,（3）桁架式轨道
5、摊铺机 此种摊铺机的机架采用桁架结构，可通过拼接加长或缩短，其上布置的作业机构无单独的刮平、整平及振实装置，仅有一个（或一对）高速旋转的圆柱滾筒完成摊铺整平等作业。圆柱滾前部安装有短螺旋叶片，起布料作用，随圆柱滾一起转动，后部的圆柱滾起滾压、抹平等作用。例：美国的C650F，C450等。,8.1 概述,2、滑模式摊铺机 滑模式摊铺机是将布料、刮平、振实、整平、抹光及滑动侧模板等均集中布置在一台由履带行走装置支撑行走的机架上，从而形成的摊铺机。 特点： （1）整机采用全液压驱动，操纵控制采用电液伺服自动控制，可由12人操纵，实现作业，自动化程度较高； （2）摊铺路面的拱度、坡度、高度、弯道弧度均
6、可通过调整成型模板等装置来进行自动或手动调节，整个路面可全幅一次成型完成，质量易于保证； （3）摊铺准备工作无需铺设模板和轨道，只需架设找平和导向基准钢丝即可，工艺简单、生产率高； （4）不足之处是对混凝土的级配和塌落度有较严格要求，一般用于摊铺塌落度较小的混凝土。,8.1 概述,类型：按行走履带数量不同分：双履带式：小型；三履带式：适于铺边沟等；四履带式：大型，公路工程常用。 适用：滑模式摊铺机除可用于摊铺路面面板外，更换不同的模板也可用于边沟、路缘石、中央隔离带、人行横道等多种形状水泥构造物的摊铺作业，特别是三履带式更为方便。 按机架不同，桁架式摊铺机也可采用履带行走机构和滑动模板，从而形
7、成桁架式滑模摊铺机。,8.1 概述,8.1 概述,三、主要装置结构及工作原理 1、布料装置 作用：将水泥混凝土均匀地分布于 路基上，为后续工序做好准备。 类型：旋转铲式、箱式、螺旋式等 （1）旋转铲式 旋转铲式也称旋转刮板式布料机，它是用于轨道摊铺机上的布料机。 结构：行走支架支承的机架上，固定有轨道，其上布置有旋转铲（旋转刮板），通过钢丝绳牵引刮板体可使其沿轨道左右移动；同时刮板体上还有用于驱动刮板旋转的油缸，可使其180旋转；此外，旋转铲可随机架升降、及前后移动，从而可对摊铺宽度范围内卸入路基上的混凝土进行铲刮、推移摊平。 特点：结构简单，机动灵活，操纵方便。 缺点；无法消除卸料过程中形成
8、的密实不均现象。,8.1 概述,（2）料箱式布料机 它也是用于轨道式摊铺机的一种布料机。 结构：为行走支架支承的机架上固定有导轨，导轨上布置有由钢丝绳（或其它装置）牵引可左右移动的布料箱，料箱容积一般为34.5m3，料箱斗门由油缸操纵可开启，料箱底高度可随机架上下调节，前后可随机架移动，这样通过以上三种运动可使料箱移动到所需位置，边移动边卸料，使混凝土均匀地铺在 路基上；其上料通过料斗移动至一侧 或前部进行装料，装料由上料斗完成。 特点：布料均匀，可消除非压实性不 均现象。 缺点：布料机构笨重不如前一种灵活。,8.1 概述,（3）螺旋式布料装置 螺旋式布料装置主要用于滑模式摊铺机上，其在摊铺机
9、前方可横向布置一根由液压马达驱动的带螺旋叶片的轴，其直径一般400450mm，螺旋轴上下位置可调，工作中螺旋叶片2/3埋入混凝土中，通过操纵螺旋轴的正、反转可使混凝土横向布均，同时还可实现对混凝土的再次搅拌，因而可有效消除离析等不均现象。 不足：驱动阻力较大。,8.1 概述,2、刮平整平装置 作用：对布料装置 均布的混凝土进行 计量刮平，使等于 虚铺厚度的混凝土 进入摊铺的下一道 工序。 型式：刮板式、圆弧板叶轮式、螺旋叶片式等。 （1）刮板式 刮平板式又可分为固定刮板式和摆动刮板式两种。其中固定刮板式一般用于滑模式摊铺机上，其为横向布置于螺旋布料器后的一块长条形钢板，其高度由油缸可调，随摊铺
10、前行向前刮除推移多余混合料，仅起计量作用。,8.1 概述,摆动刮板式一般也为一左右布置钢板，所不同的是其底边较宽（50mm），且前边略高10mm，刮板在连杆机构驱动下可左右摆动，从而在计量刮除多余混合料的同时，可对混凝土进行 挤压揉搓作用， 能够有助于消除 卸料引起的不均， 因而主要用于轨 道式摊铺机上； 刮板式结构简单， 计量准确，但推 移运行阻力较大。,8.1 概述,（2）圆弧板叶轮式 即在布料机构之后设有一根横向布置的轴，其上焊有若干弧形叶片，叶片间隔一定角度（一般为45）交错布置，工作中，叶轮一边转动（20r/min）一边随机架前行（11.5m/min），从而推移拨动混合料，实现计量刮
11、平作用，同时也对混合料进行进一步挤压，从而促进混合料内部均匀密实。 该种计量刮平装置主要用于轨道式，可 适于半干硬性（水灰比0.45）混凝土。,8.1 概述,（3）螺旋叶片式 该种装置仅用于桁架式摊铺机，其在圆柱滾前端布置短螺旋叶片，一方面起布料作用，另一方面主要通过螺旋叶片转动将多余混凝土推向前，从而起到计量刮料作用，其直径254mm，长600mm。,8.1 概述,3、振捣密实装置 作用：使水泥混凝土充分密实。 形式：梁式（附着式）、插入式、复合式。 （1）梁式振捣装置 属附着式振捣器，其底面附着于混凝土表面，由偏心轴驱动振动，通过振动梁将能 量传入混凝土，使其振实。 主要用于轨道式摊铺机。
12、,8.1 概述,（2）插入式振捣器 即沿整个摊铺宽度方向布置若干振捣棒，振捣棒直径一般有：30，35，50，60，70等多种，其振动频率：液压驱动：0167Hz；电子驱动200316Hz，振幅1.11.5mm；它能使 R45cm 范围内混凝土振动振实；布置间距：5060cm，距边模距离：2030cm；作业中随摊铺机前行，一般倾斜3040。 特点：振捣频率高，作用效果明显，但结构复杂。,8.1 概述,（3）复合式振捣机构 即既布置有插入式振捣器，其后也布置有振捣梁等振捣装置，一般是先用插入式振捣器振动，再用梁式振捣器振实，效果较好，一般主要用于滑模式摊铺机。 例：CMI的SF350即为此种。,8
13、.1 概述,4、精整光面机构 作用：对摊铺的混凝土进一步精平，并使表面抹光。 形式：10精整器，30精整器，浮动式精修器。 （1）10精整器 它由一根与路面宽度横向 成10夹角的抹光梁及左 右两行走支架组成，一般 拖挂于整平振实机上。振 实梁左右往复运动，对混 凝土路面实现抹光整平， 用于轨道式摊铺机上，振 幅5080mm，频率01kHz。,8.1 概述,（2）水平修光机 水平修光机为在10整平机的基础之上于抹光梁前设一与抹光梁平行的振实梁，其运动方向与抹光梁相反，从 而既提高抹光平整作用，同时使其左右方向受力平衡。 （3）30修整机 结构与上相同，也由抹 光梁（30夹角）与微 振梁组成，所不
14、同之处 为其与横向夹角为30， 可更有效修整纵向不平 整误差。,8.1 概述,（4）浮动式整修器 一般用于滑模式摊铺机上，由主机牵引并浮动地在已铺筑的路面上拖动，起到抹光作用。其板宽8001370mm之间，前沿成向上卷曲状。 5、其它装置，如：行走机构、操纵系统、机架等。,8.2 水泥混凝土摊铺机设计计算,一、总体参数的选择确定 水泥混凝土摊铺机的主要基本参数有：最大摊铺宽度、最大摊铺厚度、最佳摊铺速度、生产率、主机功率、自重等。这些参数选择应参照公路、城市道路、机场、高速公路等施工技术要求，参考已有产品技术参数选择确定。一般可参照如下确定： 1、轨道式摊铺机主参数 （1）标准（基本）摊铺宽度
15、：一般为2.53 m； （2）加长宽度及等级：3.5、3.75、4.0、5.0、912m； （3）摊铺厚度：180300mm（最大已达400450mm）； （4）摊铺速度：1.01.5m/min或05m/min； （5）生产率：60120m3/h，即：1.57m3/min； （6）平整度：3mm/3m；（7）路拱调节：12%； （8）发动机功率：30kw2至120kw；（9）自重:715T。,8.2 水泥混凝土摊铺机设计计算,2、滑模式摊铺机 （1）基本摊铺宽度：3m； （2）加宽宽度及等级：3.5、3.75、4.0、4.5、6.0、7.0、8.0、9.0m； （3）摊铺厚度：180300mm
16、（最大已达500600mm，多数为：350500mm）； （4）摊铺速度：1.53m/min，多数最大35m/min；(5)摊铺平整度：3mm/3m； （6）生产率：120250m3/h，即：110m3/min； （7）路拱调节：12%； （8）爬坡：8%； （9）发动机功率：250300kw； （10）整机重量：3040T。,8.2 水泥混凝土摊铺机设计计算,二、料斗式布料机设计计算 1、布料斗移动阻力计算 布料斗移动阻力，主要包括料斗对水泥混凝土的切割阻力W1、料斗沿导轨移动阻力W2、料斗起步惯性阻力W3三部分组成。 即： 其中： (kN)， (kN)，(kN) 式中： b：料柱切割宽度（
17、即料斗宽度）m； k：混凝土单位切割阻力，k69kN/m； mB：料斗质量T；mC：料斗内混合料重T； vB：布料斗移动速度m/s； tP：料斗加速时间，tP0.51.5s； f：阻力系数，f0.05；,8.2 水泥混凝土摊铺机设计计算,2、布料斗移动所需功率计算：(kw) 式中：B：料斗驱动机构传动效率； 3、布料机运行阻力WP计算 WP主要包括滚动阻力、坡道阻力和惯性阻力三部分。 （1）移动阻力： (kN)（2）起步惯性阻力： (kN)（3）布料机移动总阻力： (kN) 式中：mP：布料机质量T； mC：料斗内混合料重T； fP：滚动阻力系数，fP0.05； i：坡度，i0.05；vP：布
18、料机移动速度m/s； tP：起步加速时间s，tP12s；,8.2 水泥混凝土摊铺机设计计算,4、布料机移动所需功率式中：P：布料机行走驱动装置效率； 5、布料机装料斗提升功率式中：vK：提升速度m/s， vK0.150.20m/s； K：提升机构传动效率； SK：提升钢架拉力kN；(kN) 式中： a：提升作用力臂m； b：垂直作用力臂m； 6、布料机发动机所需功率：,8.2 水泥混凝土摊铺机设计计算,三、叶板式布料机设计计算 1、叶板（铲）推移混合料阻力计算（kN） 式中： V：叶板前混合料体积m3； ：混合料密度T/m3； C：混合料内摩擦阻力 系数，C0.50.6；,8.2 水泥混凝土摊
19、铺机设计计算,2、叶板支架移动阻力计算 式中： mY：叶板支架及叶板质量T； K：支架滚轮沿导轨滚动阻力系数，K0.00060.0008 f：滚轮轴承摩擦阻力系数，f0.05； d：支架滚轮轴直径m； D：支架滚轮直径m ：附加阻力影响系数， 1.82.5； 3、其它计算 布料机整体运行阻力计算及 驱动功率计算基本同前。,8.2 水泥混凝土摊铺机设计计算,四、螺旋式布料机设计计算 1、螺旋式布料机工作阻力WS计算 它包括布料机移动阻力W1和刮料板前料堆推移阻力W2两部分。 （1）移动阻力计算： 式中： mS：布料机质量T； fS：移动阻力系数，fS0.05； i：坡度阻力系数，i0.05； （
20、2）刮料板推移混合料阻力式中：mnp：料堆质量T； C0.50.6；,8.2 水泥混凝土摊铺机设计计算,2、布料机移动驱动功率计算式中： vP：布料机工作速度m/s； P：驱动装置传动效率， P0.90.95； 3、螺旋布料器驱动功率式中： ：混合料表面充满系数，0.7； Q：布料器生产率T/h；B：布料器布料宽度m； ：阻力系数，4；L：传动装置效率；,8.2 水泥混凝土摊铺机设计计算,4、布料器强度计算 （1）受力分析 布料器受力如图： 横向作用力P，轴向力F， 驱动力矩MKP。 其中： (kN)(kN) (kNm)式中：r：横向力作用半径m，r0.70.8R； R：分料器半径m；：螺旋布
21、料器螺旋升角； ：混合料在分料器表面摩擦角，3035； nL：布料器转速r/min；,8.2 水泥混凝土摊铺机设计计算,（2）螺旋布料器上产生弯距、扭矩与压应力计算 弯曲应力：压应力： 剪应力： 总应力： 式中： l：布料器长度m； W：抗弯截面横量m3； S：截面面积m2； W0：抗扭截面横量m3； ：允许应力；,8.2 水泥混凝土摊铺机设计计算,五、摊铺机牵引计算 水泥混凝土摊铺机摊铺作业过程主要克服的阻力有：机械行驶阻力W1，混合料推移阻力W2，工作机构沿混凝土表面滑移的摩擦阻力W3，机械起步惯性阻力W4等。 1、摊铺机行驶阻力计算 式中：m：摊铺机质量T； f：滚动阻力系数， 履带式：
22、 f0.080.1； 轨道式f0.05； i：路面最大纵 向坡度，i0.05；,8.2 水泥混凝土摊铺机设计计算,2、混凝土料推移阻力计算(kN) 式中： VP、VY、VB：刮平、振实、整平装置前料堆容积m3； ：混合料密度，2T/m3； C：混合料层间摩擦阻力系数，C0.50.6； 3、工作机构沿混凝土表面滑移的摩擦阻力计算(kN) 式中：mP、mY、mB：整平、振实、光面装置质量T； 0：摩擦阻力系数，00.5； 4、机械起步惯性阻力计算 式中：vP：机械平均作业速度m/min； tP：机械起步加速时间，tP1.52s；,8.2 水泥混凝土摊铺机设计计算,5、机械工作时牵引总阻力6、机械牵
23、引平衡条件式中：C：附着系数，对履带式：C0.40.7；对轨道式：C0.25； 7、牵引功率计算(kw) 式中： vmax：机械最大作业速度m/min； 1：行走机构效率，10.80.9；,8.2 水泥混凝土摊铺机设计计算,六、摊铺机发动机功率计算 摊铺机发动机功率应包括行驶牵引功率、工作机构驱动功率和辅助装置驱动功率等（对履带滑模式还应包括布料机功率）。 1、牵引功率(kw)2、振动梁驱动功率计算(kw) 式中： k：单位面积能量消耗系数，k(11.3)kw/m2 S：振动梁与混凝土接触面积m2；s=Bb； B：铺宽m；b：振动梁厚度，bh；h：铺厚。,8.2 水泥混凝土摊铺机设计计算,3、
24、振捣梁驱动功率计算(kw) 式中： m：振捣梁质量T； a：振捣梁振幅m； FZ：振捣梁激振力kN； ：振动偏心轴轴承阻力系数，0.0050.01； d：振动偏心轴轴颈直径m； n：振捣梁主轴转速r/min； 2：传动效率；20.80.9；,8.2 水泥混凝土摊铺机设计计算,4、整平器抹光梁消耗功率计算 （1）抹光梁横向振动时所受阻力计算 其阻力主要有：梁前料堆推移阻力W2（计算见前）作用下摩擦力及梁底面与水泥混凝土摩擦阻力两部分组成。式中： V2：抹光梁前料堆体积m3； C0.50.6； mB：抹光梁质量T； 00.5；,8.2 水泥混凝土摊铺机设计计算,（2）光面梁横向振动所需功率计算式中
25、： A：横向振动振幅m，A0.40.7； n：抹光梁横向摆动次数1/s，n01000； kN：载荷不均匀系数，kN1.31.4； 3：抹光梁驱动装置传动效率，30.80.9； 5、辅助装置驱动功率（包括液压操纵机构） 根据经验，一般：N5812 (kw) 其中：操纵液压系统：57kw，其它辅助机构35kw； 6、发动机所需功率： 对于履带滑模式摊铺机还应包括螺旋布料器驱动功率NL,第八章 水泥混凝土摊铺机设计 复习思考题,1.水泥混凝土摊铺机有那几种类型？各有何特点？ 2.混凝土布料机有哪几种形式？试分别叙述其发动机功率计算方法。 3.水泥混凝土摊铺机牵引阻力主要有哪些？试分别叙述其计算方法，说明牵引平衡应满足的条件。 4.水泥混凝土摊铺机发动机功率主要消耗在哪几方面？试述其发动机功率计算方法。,
