再生型沥青路面养护车工装配置的优化

再生型沥青路面养护车工装配置的优化及其作业功率的平衡

快速并高质量地清除各种路面病害（以松散、坑槽、网裂和纵横裂缝为主要表现形式），恢复道路的服务性能是道路日常养护的主要目的。自20世纪90年代中期以来，我国的道路交通事业突飞猛进，以沥青和水泥混凝土结构的高等级道路，尤其是高速公路建设取得了显著成就，为整个国家的经济建设创造了良好的基础条件。新世纪开始以来，在我国的高等级道路建设中广泛采用了改性沥青为粘结剂的高性能沥青混凝土材料，其结果显著提高了沥青混凝土的路用性能。这些性能使沥青路面在高温状态下的抗软化和低温状态下的抗开裂性能大大改善，同时辅以自身强度的提高，使得沥青混凝土路面具有更优异的承载能力和更长久的使用寿命。

1、道路的即时修复和沥青路面材料的再生利用的必要性

高性能沥青混凝土材料的应用和设计施工标准的提高使得道路日常养护工程已难以沿用传统的简单工具和人工作业工艺来完成，而沥青路面因长期的自然光候和车辆荷载作用出现的各种病害是难以避免的。道路病害必须随坏随修，否则对路面的损坏程度会迅速扩大，甚至会波及道路基层结构。其结果不仅会对道路的正常使用产生阻滞，同时也会加大修复作业的难度和养护工程成本。因此，对道路病害及时快速修复已成为国内外高等级公路日常养护工程的原则之一。实现这一目的，在道路日常维修养护工程中使用具有综合功能且机动性能优越的路面综合养护车是必要的。新世纪以来，能源的节约和环境保护日趋重要和迫切，建设低碳循环绿色经济的理念迫切要求沥青路面养护工程中产生的旧材料得到再生利用，这就要求用于道路日常维修的综合养护车应该具备路面旧材料的再生利用功能。

2、再生型养护车工作装置的配置原则

具有再生功能的道路养护车主要用于高等级公路沥青路面废旧材料的现场再生并即时用于养护工程中。为了完成作业工况，这种专用车型必须具有下述基本配置。

2.1、旧路面破碎和旧混合料打散装置

（1）目前，养护车在旧路面破碎工序常使用风镐完成作业。风镐自身购置成本较低，但须配套空压机为其提供风源。目前常用的养护车多采用电力驱动（自备内燃型发电机组），若再配套空压机，则势必影响整车的传动效率，而且所占几何空间较大。同时由于电源属二次能源，功率耗费大，购置使用成本更高。因此养护车采用电镐完成旧路面破碎工序是合适的。当然，也可视情在电功率许可时以双镐或多镐作业以提高效率。

（2）为了提高旧料的加热效率，配备打散装置用于材料的打散具有重要意义。但材料的打散工序应尽可能保持其原有级配，而非越碎越好。因此，选用目前标准型间歇型摆锤式粉碎机并将其原设计的出料栅间隔由20mm加大至30～35mm是必要的。

2.2、沥青混合料加热和搅拌

对旧沥青混合料采用卧式回转滚筒加热和搅拌是目前国内外常用的再生作业方式。为了提高加热效率并尽可能规避作业过程中的材料老化，滚筒加热装置的内部结构设计应特别注意下述问题。

（1）滚筒中的搅拌叶片不少于4组，且叶片外端的1/3应与底部形成向上的10°～15°角，弯折处应为较大的圆弧过渡。这种设计对于材料在加热过程中形成较为理想的均匀料帘是必要的，有一定的弯折能够使料帘覆盖更多的落料空间，这些措施对于实现旧混合料的迅速升温和良好的热交换十分重要。同时，较大的圆弧过渡能够有效减少旧料在搅拌叶片中的积存，有利于滚筒中积料的迅速清理。

（2）采用热风间接加热。众所周知，火焰（可见光）的温度≥1~200℃，而作为典型的高分子有机物质，石油沥青的闪点不超过220℃。采用热风间接加热能够降低沥青材料直接受热时的温度，从而使旧沥青混合料中的沥青尽可能避免再生过程中的二次老化，从而保证再生材料的路用性能。

（3）滚筒加热口的位置应可移动，以便在需要清除滚筒中的残余混合料时能够将加热口方便地移开。虽然可以采用机械式滚筒残料清除措施，但滚筒中的残余混合料仍难以彻底清除。有鉴于此，在需要时把滚筒的受热口完全暴露以便于人工清除残料是必要的。

（4）滚筒可完成石料的烘干（制作新混合料）和旧沥青混合料（再生料）的加热拌和工序，由电机经减速装置驱动。一般滚筒的运动采用顺时针方向加热烘干，逆时针方向成品出料的设计。

（5）物料加热时间（即燃烧器工作时间）的设定，由石料或旧混合料含水量的大小而定，一般为5～15min。当燃烧器停止供热1min后，滚筒停止正转，并可随即进行反转出料。乳化沥青泵在滚筒出料前1min（即燃烧器已停止供热，而滚筒尚未开始进行反转出料的时间段）左右按设定好的时间进行沥青的泵送加入，从而实现进入拌和工况的沥青的计量和泵进，实现沥青混合料成品合适的油石配比。

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2.3、乳化沥青计量和加入喷洒系统

目前再生养护车常用乳化沥青做再生料的添加剂，其载量应以满足0.5个工作日的需要而定。公式为：

V＝0.5εWgδ

式中：V —乳化沥青载量/kg；

ε—使用过载系数/取1.2～1.3；

Wg—养护车额定单日生产的再生料量/kg；

δ—乳化沥青添加比例/可由再生材料原有油石配比而定，通常可取2％～4％。

2.4、随机路面压实机具及其升降系统

再生养护车应配备≥13kN的单滚振动压路机完成路面的碾压成型，这对实现路面的压实密实度是必要的。单滚振动压路机的作业可以人工手持推行作业，这种机型可以方便地完成不同压实方向的转换和前后换向，因此特别适于养护施工时压实面积较小的作业场合。养护车以专设吊架配以小型电动起重机完成压路机在车上车下的升降和运输状态的固定。

2.5、随机作业装置

为完成道路养护作业的全过程，根据路况的不同需求还应配备的其他作业工具可在工地按需配置，但在养护车上应预留位置和工具箱以为装载。

由此，能够确认再生型养护车的主要作业工况和工作装置的基本配置，其作业工艺流程可见图1。

3、再生型养护车作业装置的功率平衡

如本文前述，再生型养护车的作业装置以采用电力驱动为宜。作业装置主要包括电镐、旧料打散、滚筒、沥青喷入、压路机作业及其升降系统（燃烧器作业时耗电很小故与忽略）。这些装置除了压路机升降系统为间歇作业外，其余均为（或可能）同时作业，因此可以做出养护车作业装置的驱动功率平衡式：

W＝（w1＋w2＋w3＋w4＋w5）/γη

式中：W—养护车作业装置的输入功率/kW；

γ—车载内燃发电机组的功率因数/0.7～0.85；

η—作业装置的累计机械效率/取0.9～0.95；

w1～w5—分别为驱动电镐、旧料打散、滚筒、沥青喷入和压路机的额定功率/kW。

这些作业装置均采用交流电机来驱动。依正常作业状态，交流电机的启动电流为正常作业时的3～5倍。

由于滚筒和旧料打散装置的驱动功率较大，因此在作业时应分前后顺序启动，以使车载发电机不致瞬时超载。

4、再生型养护车的设计实例

基于上述再生型养护车设计参数试验、计算和作业工艺优化的结论，山西省交通科学研究院研发了型号为JKYZ-20的再生型沥青路面养护车，其基本技术参数为：

输入功率：20kW/380V；

作业生产率：2.5t/h；

乳化沥青储存容积：50L；

旧料再生作业原理：电动滚筒间接加热搅拌，乳化沥青计量加入式；

随车压路机：手扶振动压路滚 30kN（激振力）。

JKYZ-20的再生型沥青路面养护车于2008年通过鉴定并规模推广，长期的实体工程应用表明其整体结构设计和基本性能能够满足沥青路面日常养护的需要，特别是它能够将旧路面材料现场再生利用于病害路面的修复，具有突出的经济效益和环境保护社会效益。