對工程基礎實施機械壓實、密實度每提高1%,其承載能力可提高10%,對瀝青混凝土路面,密實度每提高1%,路面的承載能力和使用壽命能增加10%~15%。因而世界上所有的工業發達國家,對壓實機的開發、生產和應用都給予了相當大的關注。
工程施工的經濟效益要從選購(配)技術裝備開始計算,其中的重要性對工程承包商或設備租賃商來說都是顯而易見的。用戶造型與采購設備應是理性的,聰明的決策人應該更多地掌握設備的作業機理、技術性能、選型依據及技術經濟評價方法等知識,并對市場動態與采購策略有多角度的體驗。
壓實機械的系列與壓路機分類
壓實機械通常分為壓路機(以滾輪壓實)和夯實機(以平板壓實)兩大類。按施力原理不同,壓路機又分為靜作用壓路機、輪胎壓路機、振動壓路機和沖擊式壓路機四大系列,夯實機械有振動夯實機、僅以沖擊作用的爆炸夯實機和蛙式夯實機。如表1所列。
表1 壓實機械的系列與分類
系列 | 分類 | 主要結構型式 | 規格(總量)(t) | |
壓 路 機 | 靜碾壓路機 | 三輪靜碾壓路機 | 偏轉輪轉向、鉸接轉向 | 10~25 |
兩輪靜碾壓路機 | 偏轉輪轉向,鉸接轉向 | 4~16 | ||
拖式靜碾壓路機 | 拖式光輪,拖式羊腳輪 | 6~20 | ||
輪胎壓路機 | 自行式輪胎壓路機 | 偏轉輪轉向,鉸接轉向 | 12~40 | |
拖式輪胎壓路機 | 拖式,半拖式 | 12.5~100 | ||
振動壓路機 | 輪胎驅動單輪振動壓路機 | 光輪振動,凸塊輪振動 | 2~25 | |
串聯式振動壓路機 | 單輪振動,雙輪振動 | 12.5~18 | ||
組合式振動壓路機 | 光面輪胎-光輪振動 | 6~12 | ||
手扶式振動壓路機 | 雙輪振動,單輪振動 | 0.4~1.4 | ||
拖式振動壓路機 | 光輪振動,凸塊輪振動 | 2~18 | ||
斜坡振動壓實機 | 光拖式爬坡,自行爬坡 | |||
溝槽振動壓實機 | 沉入式振動,伸入式振動 | |||
沖擊式壓路機 | 沖擊式方滾壓路機 | 拖式 | ||
振沖式多棱壓路機 | 自行式 | |||
夯 實 機 | 振動夯實機 | 振動平板夯實機 | 單向移動,雙向移動 | 0.05~0.80 |
振動沖擊夯實機 | 電動機式,內燃機式 | 0.050~0.075 | ||
打擊夯實機 | 爆炸夯實機 | |||
蛙式夯實機 |
除表1中所列類別之外,壓路機還可以按工作質量大小分為小型、輕型、中型、超重型;按用途不同分為基礎用壓路機、路用面壓路機;按結構形式還可分為更多類型。
1. 按壓實原理分類
按工作原理分類基本上能體現出壓路機各自的技術特性,這為壓路機的設計與使用提供了依據。
靜碾壓路機(圖1)和輪胎壓路機(圖2)都是以其自身質量產生的靜電力迫使土顆粒相互靠近的,從而提高土壤的密實度。
與靜碾壓路機相比,輪胎壓路機優越性在于能使被壓實材料有良好的封閉性和揉搓作用。它除了適宜于壓實瀝青混凝土鋪裝層外,幾乎還能夠完成所有的壓實工作。自行式輪胎壓路機的機動性好,便于運輸和轉移工地。在修筑高級路面時,輪胎壓路機是不可缺少的壓實設備。
振動壓路機發出的振動載荷使土顆粒處于高頻振動狀態,使顆粒間的內摩擦力喪失,同時壓路機的重力對土壤產生的壓應力和剪切力迫使土壤顆粒重新排列而得到壓實。
振動壓實技術和振動壓實機械的出現在壓實機械發展史上具有劃時代的意義。從此壓實效果的增長不再是簡單地信賴于壓路機質量或線壓力的增大,同時對壓實過程中的振動參數和振動方式的研究提高到了一個新的水平。
最早是在振動平板壓實機的基礎上發明了拖式振動壓路機(圖3)。隨著對振動技術的深入研究,振動軸承和減振器的性能及制造工藝不斷提高,先后研制成功了輪胎驅動(鉸接式)振動壓路機(圖4)和串聯式振動壓路機(圖5)。
沖擊式壓路機(圖6)使用多邊形方滾,具有靜壓、沖擊、振動、搗實和抒搓的綜合作用適用于大型填方、塌陷性土壤和干砂填筑工程的壓實。
振動平板夯實機與振動沖擊夯實機(圖7)同屬于振動壓實機械。蛙式夯機是我國特有的一種小型壓實設備,目前被除廣泛使用。夯實機械通常用于小型工程的壓實或作為壓路機的補充。
2. 按工作質量大小分類
按工作質量大小,壓路機分為小型、輕型、中型、重型和超重型,見表2、表3、表4。
表2 拖式輪胎壓路機按質量分類
壓路機系列 | 無配重(t) | 有配重(t) | 壓實寬度(mm) | 輪胎型號 |
輕型 | 4 | 12.5 | 2200 | 12.00-20 |
中型 | 8 | 25 | 2400 | 14.00-20 |
重型 | 16 | 50 | 3100 | 18.00-28 |
超重型 | 25 | 100 | 3200 | 21.00-28 |
表3 光輪壓路機按質量劃分類表
壓路機系列 | 質量(t) | 線載荷(kN/m) | 發動機功率(kW) | 應用范圍 |
輕型 | ≤5 | ﹤40 | ≤20 | 壓實人行道和修補黑色路面,路基和路面的初步預壓實 |
中型 | 6~10 | 40~60 | 20~38 | 路基和路面的中間壓實以及簡易路面的最終壓實 |
重型 | ﹥10 | ﹥60 | ﹥38 | 礫石和碎廠路基以及瀝青混凝土路面的最終壓實 |
表4 振動壓路機按質量分類表
壓路機系列 | 質量(t) | 發動機功率(kW) | 適應范圍 |
小型 | ﹤1 | ﹤10 | 狹窄地帶和小型工程 |
輕型 | 1~4 | 12~34 | 修補工作,內槽填土等 |
中型 | 5~8 | 40~65 | 基層、低基層和面層的壓實 |
重型 | 10~14 | 78~110 | 街道、公路、機場等的壓實 |
超重型 | 16~25 | 120~188 | 筑堤、公路、土壩等的壓實 |
3. 按壓路機用途分類
壓實路面用的壓路機要求有光整封層作用,不破壞鋪層材料中的粗骨科,并且不粘結瀝青混合科。因此,路面型的壓路機應以大滾輪串聯式為好,對于振動壓路機要求高頻率低振幅,要有灑水或噴水功能,最好是全輪驅動。柔性壓輪更能起到封層和保存粗骨料的作用,此外還有重鋪瀝青混凝土路面專用的薄層振動壓路機。
壓實基礎用的壓路機要求壓實能力強,牽引力大,越野性能好?;A型的壓路應取大噸們的重型或超重型,振動壓路機要大振幅低頻率,驅動輪胎要寬基低壓帶花紋的,壓路機橫向穩定性要好,并且應有帶鎖止機構的差速器。
對堤壩和河槽斜坡的壓實,可用履帶式拖拉機絞車牽動的拖式或自行式振動壓路機施工,還可選用專用的斜坡壓實機(圖8)。對于管道或電纜埋設溝槽填土,可用專門的溝槽壓實機(圖9)壓實。
4.按結構型式分類
由于壓實工程相關條件與使用要求各不相同,當今壓路機派生出了許多個性化的結構,主要結構可按8個方面分類,這為選購和應用提供了相當大的空間。
(1)按壓輪型式分類 壓路機的光面鋼輪能適應路面的光整作業,且在轉移工地時可在公路上行駛。但這種剛性滾輪難于保證鋪層材料壓實度的均勻性,這種壓實度不均勻的道路經行車和沉陷后就會出現凹凸不平。
凸塊輪對土壤兼有壓實、沖擊、拌合與揉搓的綜合作用,特別適用于壓實粘土。由于凸塊對鋪層材料的壓應力大,經多遍壓實后可得到高強度的工程基礎。凸塊輪振動壓路機(圖10)在工程基礎與堤壩的建設施工中得到了廣泛應用。
輪胎壓實較之剛性壓輪,其優越性在于其揉搓作用能使被壓實材料在輪胎接地面積范圍內得以均勻壓實,而物料很少向側面移動,這就使鋪層各處的壓實度相一致,且不會出現裂紋。由于柔性壓實,不會破壞鋪層材料的原有粘度和混合料中的骨科結構,使瀝青混凝土路面有很好的封閉性和抗滑性能。
(2)按驅動輪數量分類 單輪驅動壓路機在進行壓實作業時,從動輪有較為嚴重的推土現象,降低了鋪層材料表面的壓實品質。全輪驅動壓路機的壓輪都是主動輪,驅動力將鋪層材料推向后方,能明顯地發送表面的壓實品質。
單輪驅動壓路機往往是一個輪驅動,另一個從動輪轉向,全輪驅動較單輪驅動有更大的驅動能力和制動能力,使壓路機壓實作業時不易陷車,剎車時能縮短制動距離。
(3)按振動輪數量分類 振動壓路機有單輪振動和雙輪振動兩種結構型式。與單輪振動串聯壓路機相比,雙輪振動串聯壓路機雖然結構較復雜,但壓實能力強,生產效率高。單輪振動串聯壓路機在結構上比較簡單在一些小型壓實工程及路面維修作業中被廣泛采用。輪胎驅動單輪振動壓路機的驅動能力大,橫向穩定性好,幾乎占領了巖石填土和工程基礎的所有壓實工作。
(4)按壓輪布置分類 壓輪串聯布置使作業面平整度好,三輪布置的壓路機橫向穩定性好,輪胎壓路機的前后輪應相互錯開安裝。前后輪應有必要的重疊量,不致于在作業面留下空白處。
組合振動壓路機(圖11)的壓輪布置獨具匠心,前輪振動,后輪為四個光面輪胎。它集振動壓路機與輪胎壓路機的優點于一身,在路面鋪層的壓實工作中獲得了很好的壓實效果。
(5)按傳動型式分類 壓路機的傳動型式可以是機械傳動、液壓傳動、液力機械傳動。機械傳動系統只能實現有級變速,且不能實現全輪驅動。液壓傳動能很容易地實現無級變速和全輪驅動、全輪振動,能在相當大的調速范圍內保持高效率,操縱也很方便。液力機械傳動能在一定的范圍內根據行駛阻力的變化自動無級調速,提高了發動機的功率利用率?,F在幾乎所有的振動壓路機上都采用了液壓傳動,液力機械傳動只在超重型的輪胎壓路機上應用。
(6)按轉向方式分類 壓路機的轉向方式分為偏轉輪轉向和鉸接轉向兩大類。偏轉輪轉向的壓壓路機用整體式車架,結構比較簡單。偏轉輪轉向有前輪轉向、后輪轉向和前后輪同時轉向,其中前輪轉向較有得司機掌握行車方向。前后輪同時轉向也稱“全輪轉向”,全輪轉向壓路機的轉彎半徑小,且能保證彎道壓實時不出現漏壓現象,但需采用液壓傳動技術才能實現。
鉸接轉向壓路機是通過車架“折腰”轉向的。當鉸接銷布置在軸距中間時能使彎道壓實前后輪跡重合。鉸接轉向壓路機的機動性好,無論是液壓傳動還是機械傳動都可以用。但鉸接轉向壓路機的車架結構較復雜,而且直線行駛性能不如偏轉輪轉向壓路機。另外,鉸接轉向還派生出了蟹行壓路機。
(7)按壓輪懸掛方式分類 壓路機的懸掛裝置把壓輪和機架連接起來,以實現在它們之間力和力矩的傳遞,并保證前后輪在崎嶇不平的地面上能全輪著地。
除了剛性連接外,壓路機的懸掛裝置有機械搖擺式和液壓升降式,振動壓路機上還要增加彈性懸掛,即減振器。
(8)按操作駕駛方式分類 壓路機分為拖式、自行式和手扶式。
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