摊铺机螺旋布料器结构参数与混合料摊铺均匀性研究
摘要：混合料的摊铺均匀性与摊铺机螺旋布料器的结构参数有密切关系，本文对确保输料稳定性和铺层混合料分布均匀性的结构参数进行分析，建立螺旋结构参数模型，并进行足尺试验研究。
关键词：螺旋布料器；结构参数；混合料；摊铺均匀性
在摊铺过程中混合料的运动方向与运动速度由螺旋布料器的螺距、颗粒到轴线的距离，螺旋转速和滑动系数共同决定。混合料的周向速度和轴向速度均与颗粒到轴线的距离成2次方关系。输料螺旋的结构参数轴径与螺距之比对摊铺离析程度有重要影响。轴径与螺距之的比值越大抗离析越好，对料位变化敏感性越小，径距比应大于0.5。
1.螺旋结构参数模型
在施工过程中，摊铺机螺旋布料器的结构形式和参数不同，对其中的混合料表现出不同的摊铺效果。因此，有必要对螺旋布料器的结构参数与摊铺质量之间建立相关关系。
在混合料距离轴线较近时，其周向速度大于轴向速度，输料过程中附加了较强的周向运动，产生严重的横向抛射现象，使混合料发生离析，并降低了输送效率；随着混合料远离轴线其轴向速度快速增加，当混合料距离轴线大于颗粒到轴线的距离时，输料过程中轴向速度已大于周向速度。因此，为了减小混合料的滚落现象并兼顾输料效率，较佳的螺旋轴径应满足要求。
根据螺旋叶片各部位的螺旋升角各不相同，不同位置的混合料相当于在不同角度的斜面上，使混合料在斜面上处于滑动状态。对不同锈蚀状况钢材与混凝土的摩擦试验表明，摩阻系数随着钢材表面状况的不同变化较大，经过打磨除锈后表面无锈蚀光滑的钢材摩阻系数明显比有锈蚀钢材低。粗糙度分别为0.025～0.040、0.050～0.170、0.170～0.340、0.230～0.660时，摩擦系数分别为0.20～0.25、0.26～0.30、0.40～0.50、0.45～0.60。由资料可知：混合料在叶片上处于滑动状态时，在摩阻系数取0.20、0.25、0.30时，可得到表3.1所示螺旋叶片直径D与螺距J两参数之间关系。
对于常用沥青混合料摊铺机而言，一般螺距为280mm，则由上表可知当摩擦系数取值为0.25时，可得最小螺旋轴径不应小于22mm，螺旋轴径应大于148mm。为了达到普适性和代表性的要求，进行设计时，通常螺旋叶片与沥青混合料之间的摩阻系数为0.25，则径距比K应大于0.5。
２．试验研究与结果分析
为了验证以上研究结论的合理性和有效性，在南阳某干线公路采用DT1800型摊铺机进行AC25沥青混合料摊铺作业，沥青下面层横断面宽度为11.75m，摊铺厚度为8cm。摊铺时，试验用螺旋轴直径100mm，螺旋离地高度350mm，路面左侧螺旋布料器的螺径为420mm，螺距为280mm，见图１（a），右侧螺旋布料器的螺径420mm，螺距为220mm，见图１（b）。在摊铺过程中调节物料料位，分别处于1/2叶片高度、2/3叶片高度、满埋叶片高度进行试验。
图１试验用螺旋分料器
（a）螺径420mm、螺距280mm （b）螺径420mm、螺距220mm
试验检测方法、试验数据处理方法同上文，通过对试验数据整理分析可得到两种螺旋结构摊铺路面不同离析程度的点数及所占的比例，见表２和图２。
表2 离析检测结果
|
料位系数 |
无离析 |
轻度离析 |
中度离析 |
严谨离析 |
|||||
|
点数 |
比例/% |
点数 |
比例/% |
点数 |
比例/% |
点数 |
比例/% |
||
|
1/2叶片高度 |
轴径与螺距比0.46 |
164 |
82 |
20 |
10 |
10 |
5 |
6 |
3 |
|
轴径与螺距比0.36 |
150 |
75 |
25 |
13 |
16 |
7 |
9 |
5 |
|
|
2/3叶片高度 |
轴径与螺距比0.46 |
168 |
84 |
15 |
8 |
11 |
6 |
5 |
3 |
|
轴径与螺距比0.36 |
162 |
81 |
20 |
10 |
11 |
6 |
7 |
3 |
|
|
满埋叶片高度 |
轴径与螺距比0.46 |
178 |
89 |
8 |
4 |
12 |
6 |
2 |
1 |
|
轴径与螺距比0.36 |
168 |
84 |
13 |
6 |
12 |
6 |
7 |
4 |
|
图2 轴径与螺距之比及料位对离析程度的影响
试验结果分析：
（1）输料螺旋的结构参数轴径与螺距之比，使用参数料位系数都对摊铺离析程度有重要影响。对于同样的料位系数，轴径与螺距之的比值越大抗离析越好，对于同样的轴径与螺距比，料位系数越高抗离析越好。
（2）输料螺旋的轴径与螺距之比越大对料位变化敏感性越小。在轴径与螺距之比为0.46时，对于螺径为420mm的螺旋布料器，料位在满埋螺旋、2/3叶片高度到1/2叶片高度变化时，铺层无离析区域所占比例分别为89%、84%与82%，影响较小，对料位的变化不十分敏感。在轴径与螺距之比为0.36时，料位低于2/3叶片高度，铺层无离析区域所占比例大幅减小，影响很大，对料位变化十分敏感；料位高于2/3叶片高度，铺层无离析区域所占比例增加缓慢；
（3）输料螺旋的结构参数轴径与螺距之比为0.46时，在在螺旋中料位足够高时，铺层无离析区域所占比例已接近90%，严重离析部位所占比例仅为1%，已处于十分理想的摊铺状态。
３.结论
本文以DT1800型宽幅摊铺机为例，分析了宽幅摊铺的离析机理，并对路面宽幅摊铺离析控制技术进行了研究，进行了现场试验验证，主要得到以下结论：摊铺机采用等螺径等螺距螺旋叶片进行大宽度输料时，料位系数会随着螺旋叶片到摊铺机中点距离的增大而减小，螺旋叶片的充盈系数也随之降低；当充盈系数小于70%时，会使旋输料器产生混合料分布不均匀、流动不稳定、粗细材料颗粒分离现象。因此，需采用变螺径螺旋，以满足摊铺过程对料位系数的要求。
参考文献
[1]徐中新.宽幅沥青路面摊铺均匀性与大厚度路面基层压实特性研究[D].长安大学,2018.6.13.
中国公路养护技术2群：320868765
中国公路养护技术3群：563740419