第4讲__摊铺机总体设计

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1、第四讲 摊铺机总体设计1 遵循原则摊铺机的总体设计应遵循以下原则。（1）满足使用要求。选择合理的工作原理和设计方案，使摊铺机能有效地执行 预期的全部职能，并符合公路技术规范和摊铺机技术条件的要求。能够可靠地工作， 保证操作者的安全和具有良好的工作环境。（2）满足经济性要求。推广产品系列化、部件通用化、零件标准化，采用新产 品、新技术、新结构、新材料，使摊铺机具有较高的效率、较低的成本。（3）满足工艺性要求。在不影响工作性能的情况下，使摊铺机结构简单，制造 容易，维修方便。（4）满足标准化要求。贯彻最新颁布的国家标准和部颁标准，尽量采用标准零 部件、优先配合、优先系列和标准结构，提高摊铺机的标准

2、化系数和重复系数。2 设计原理摊铺机设计原理是摊铺机理论的重要内容。它是针对摊铺机的工作特点和质 量要求而提出的。理解这些设计原理，悟出其中的奥妙，并依据这些设计原理进 行设计、制作、使用摊铺机，就能使摊铺机的功能更加完善，性能更加可靠。经 过多年的钻研探索，摊铺机的设计原理可归结为以下几个内容：（1）浮动摊铺工作原理。目前用于沥青或稳定土施工的摊铺机，都是基于 浮动熨平板原理工作，准确分析熨平板及牵引部分的数学模型，控制熨平装置在 摊铺过程中的动力平衡条件，尽量减少摊铺过程中熨平板的位移变化，摊铺机就 能达到高的平整度指标。（2）牵引性能参数匹配原理。根据牵引性能参数匹配原理，确保平均阻力

3、矩与发动机调速特性的合理匹配、发动机最大输出功率与滑转曲线的合理匹配。 就能在保证摊铺速度稳定的前提下，充分利用发动机的功率和发挥摊铺机的最大 生产率。（3）恒速摊铺原理。摊铺机在一个工作循环中，负荷的变化非常大，容易 引起行驶速度的变化，导致平整度、压实度的变化。优选摊铺速度恒速控制方法， 是提高作业指标的有效方法。（4）自动调平原理。自动调平系统在检测到熨平板仰角出现的偏差后，能 自动控制仰角偏差，确保摊铺的路面平整。（5）螺旋叶片全埋输料原理。根据螺旋在由物料围成的料槽内输料原理的 分析，材料淹没螺旋的程度，与输料过程产生离析的现象密切相关。合理设计充 满系数，可提高摊铺机的抗离析能力。

4、（6）等振距振捣原理。使摊铺机的振捣频率与行驶速度关联起来，保证振 距恒定，可提高压实度和平整度的纵向均匀性，并实现压实度预选。（7）等比功率振捣原理。根据等比功率振捣原理设计，可提高压实度和平 整度的横向均匀性。（8）工作机构动态配置原理。根据主机、刮板、螺旋、大臂及熨平装置之 间的动态配置原理设计这些机构，使其在各种极限状态下，仍能有效动作或控制， 可确保大厚度、大宽度摊铺的作业质量。（9）车架弹性变形原理。合理设计车架构件，有效控制弹性变形，避免塑性变形，克服车架变形对构件产生的破坏力，同时提高摊铺机自调平能力。（10）仰角传递原理。根据熨平装置仰角传递原理设计，能提高摊铺路面的 平整度

5、。遵循这些设计原理，是高技术性能摊铺机的保障，也是我国摊铺机技术水平 的一个映照。3 设计要点3.1 牵引性能参数的合理匹配摊铺机的负荷特点是每次摊铺作业既具有重复性，又不完全重复；各个工 序工作阻力既不相同，又随机变化。一般大型摊铺机在摊铺作业循环中，行走机 构的功率变化占发动机输出功率的 5%左右，输料机构的功率变化占发动机输出 功率的 17%左右，总功率最大波动为 22%左右。如果采用物料转运车向摊铺机 供料，输料机构功率的波动将更小。因此摊铺机是接近连续作业的机械。摊铺机在作业时，发动机、行走机构、输料机构、夯实机构、辅助机构既相 互联系又相互制约。摊铺机的整机性能不仅取决于各总成本身

6、的性能，而且也与 各总成之间的工作是否协调有着密切的关系。因此，在摊铺机的总体参数之间存 在着相互匹配是否合理的问题。只有正确的选择发动机、行走机构、输料机构、 夯实机构、辅助机构的参数，并保证它们之间有合理的匹配，才能充分发挥各总 成自身的性能，从而使摊铺机获得较高的技术经济指标。在选择各总成的参数时， 必须充分注意到它们之间相互制约的关系。这种制约关系主要反映在平均阻力矩 与发动机调速特性之间的相互配置，以及发动机的最大输出功率与行走机构滑转 曲线之间的相互配置上。 平均阻力矩与发动机调速特性的合理匹配工程机械牵引性能参数的匹配理论表明，发动机只有在稳定负荷下工作，才 能输出额定功率，而平

7、均阻力矩的工作点才能配置得等于其额定扭矩。而阻力矩 发生波动时，发动机的最大平均输出功率总是小于它的额定功率。要想获得最大 的平均输出功率，只有适当配置阻力矩在发动机调速特性上的位置。摊铺机的浮 动摊铺工作原理又表明，只有稳定的摊铺速度，才能达到高的平整度。显然，应 该将平均阻力矩的工作点配置在发动机调速曲线的额定工况附近，并保证摊铺作 业循环中可能出现的最大阻力矩不超过发动机的额定扭矩。这样使发动机在摊铺 作业循环的全部时间内处在调速区段上工作。从而既获得了发动机较大的平均输 出功率，又保证了发动机的转速在整个摊铺作业循环中不致发生大的波动。其结 果必然达到较高的摊铺路面平整度。 发动机最大

8、输出功率与滑转曲线的合理匹配工程机械牵引性能参数的匹配理论指出，行走机构的牵引效率随着牵引力的 增大而增大。在某一牵引力下，牵引效率可出现最大值。当牵引力超过这一值而 继续增大时，牵引效率随牵引力的增长而下降。对于连续作业的机械来说，最大 牵引效率工况和最大生产率工况是一致的。那么对于接近连续作业机械来说，两 者有一定的偏离。摊铺机的浮动摊铺工作原理又表明，只有将滑转率限定在较小 的范围内，才能达到高的平整度。因而，为了使摊铺机获得最大的生产率，并尽 量发挥发动机的功率，则应将工作循环中的平均工作阻力配置在最大生产率工况 附近。并根据最大生产率工况和滑转率对摊铺速度（平整度）的影响限度来确定

9、摊铺机的额定滑转率。一般履带式摊铺机的额定滑转率为38%,轮胎式摊铺机 为510%。技术性能（平整度指标）高的大型摊铺机取偏小值，技术性能低的 中小型摊铺机取偏大值。在额定滑转率下相对应的有效牵引力等于附着重量与有 效附着系数的乘积。由此可以得出牵引性能参数合理匹配的原则：在保证摊铺速度稳定的前提 下，充分利用发动机的功率和发挥摊铺机的最大生产率。3.2 传动方案 自行式摊铺机的传动方式有液压传动和机械传动两种。液压传动与机械传动 各有所长，各有所短，视所设计机型的不同而被选取。液压传动有以下优点： 易于大幅度减速，实现大范围的无级变速； 运动平稳； 易于实现过载保护； 传动装置重量轻，体积小

10、，便于整体布置； 液压、电气、机械集于一体，易于实现自动控制； 操作简便省力。 液压传动也有一些缺点： 传动效率低； 液压油的温度和粘度的变化，会造成传动比不稳定； 液压油渗漏较难避免。 机械传动有以下优点： 速比恒定； 动力分流和最终传动结构紧凑。 早期的摊铺机，行走系统、螺旋、刮板系统都采用了机械传动方式，一般仅 有转向或其他辅助系统采用液压传动。这种方式多用于摊铺宽度小于5m，修筑 低等级公路的轮胎式和履带式摊铺机。全液压传动指摊铺机的行走、转向、输料、夯实及辅助系统均以液压传动为 主，辅助机械传动。现在大中型摊铺机，几乎都是全液压传动的。全液压摊铺机 具有较高的作业性能，满足了高等级公

11、路施工的要求。摊铺宽度小于5m6m的中小型摊铺机，机械传动及液压传动并存，选用机 械传动为宜。机械传动摊铺机的最突出优点是摊铺速度恒定，故障率低，价格便 宜，适用于修筑低等级公路。摊铺宽度大于6m的大中型摊铺机，选用液压传动 为宜。尤其是大功率大宽度的液压传动摊铺机，机电液一体化，操纵集中，自动 控制，能适应多种等级公路全路幅摊铺，宜为修筑高等级公路选用。一旦确定了液压传动或机械传动，实际上是以一种传动为主的混合传动，都 应在这种摊铺机总体方案设计和总成方案设计中充分发挥两种传动各自的优点， 扬长避短，互相补充，达到提高整机技术性能指标的目的。3.3 行走机构履带式行走机构的接地比压小，附着性

12、能好，多被大型摊铺机所选用。四轮 一带由专业化的配套厂生产，可方便的选用。履带的张紧与缓冲装置，已由黄油 张紧弹簧（或碟簧）缓冲改进成液压油张紧蓄能器缓冲，适用于大型履带摊铺机。 由液压马达链条、液压马达减速器组合的驱动装置已被液压马达行星齿轮 减速器组合方式替代，适用于多种履带摊铺机。左右履带的悬挂方式，即与机架 的连接方式，既有刚性连接的，又有摆动连接的。摆动连接的方法有二种：一是 在左右台车架的前端通过浮动式台车架支撑机构与机架铰接，二是在左右台车架 的前端通过并联油缸与机架铰接。摆动连接比刚性连接的优越性大，它能使履带 很好的贴附地面，提高通过性能和附着性能，并增强摊铺机滤路基波的自调

13、平能 力，对整机的技术性能（平整度）很有好处。轮胎式行走机构用在中小型摊铺机上。摊铺宽度小于6m的轮胎式摊铺机采 用单后桥驱动单前轮转向的方式比较适合；摊铺宽度7.5m9m的轮胎式摊铺机 采用前后桥驱动前轮转向的方式比较适合。前后轮与机架的连接方式，既有刚性 连接的，又有摆动（前轮）连接的。摆动连接的方法，是左右前轮通过摆动支撑 机构与机架铰接。摆动连接能使轮胎很好的贴附地面，提高通过性能和附着性能， 并增强摊铺机滤路基波的自调平能力，提高平整度。轴距可设计得大一些，料斗 中混合料的重量可以分配给驱动轮相当大的附着重量，只要运料车匹配适当，完 全具有良好的附着性能。摊铺宽度7.5m9m的轮胎式

14、摊铺机，牵引力大增，对 附着力的要求也大增。但在摊铺作业中摊铺机提供的附着力是个随机的变量，难 以准确计算。所以，除了采用前后桥驱动方式外，一般采用减少轮胎比压或双桥 驱动的方式改善附着性能，增加足够的附着力。为减少转向轮比压而采用摆动式 双前轮的方式应当慎用。因为这种方式前轴后移，大大减小了轴距，料斗中混合 料的重量几乎全由前轮承担，对附着性能没有多大改善。驱动轮采用前后分置式 双轮的方式也应慎用。因为这种方式的摊铺机车轮属于超静定结构，附着性能虽 有改善，但附着力大小的随机性更大。从总体方案考虑不可能将所有提高平整度的好方案都采用上，如速度恒速控 制、输料量比例控制等。但是，为了提高通过性

15、能所采用的摆动桥（轮胎式）或 浮动式台车架支撑机构（履带式）,实际上又产生了增强滤路基波的自调平效果， 对整机的技术性能（平整度）进行了补充。3.4 主参数摊铺机主参数指最大摊铺宽度、最大摊铺厚度和最大摊铺速度。设计时常常 是首先确定最大摊铺宽度和最大摊铺厚度。一般最大摊铺宽度根据市场需求、技 术性能等级、产品系列型谱、销售价格等因素确定。中国公路工程技术标准中规 定最大路面面层宽度为11.75m （四车道）、15.25m （六车道）。因而最大摊铺宽 度为12m或15.5m的沥青混合料摊铺机完全能满足施工要求，并能进行全路幅 摊铺，对路面的平整度很有好处。确定稳定土摊铺机最大摊铺宽度时，还需考

16、虑 生产率问题，以最小摊铺速度不小于2.5m/min计算，最大摊铺宽度应不超过9m 为宜，也可达到16m。摊铺机的基本摊铺宽度受车辆行驶及运输空间的限制，一 般在2.5m3m之间。机械加宽摊铺机选偏小值，液压伸缩摊铺机选偏大值。最大摊铺厚度应根据中国现行路面施工规范和压实机械的压实能力确定，摊铺 沥青路面不超过12cm为宜，摊铺稳定土不超过30cm为宜，也可达到50cm左右。最大摊铺速度的确定主要考虑以下几个因素：第一，摊铺速度对摊铺后路面 压实度的影响。压实度是摊铺机最主要的技术性能指标之一。国外专家的试验结 果表明，沥青路面的压实度随摊铺速度的增高而降低，摊铺速度在 2m6m/min 时，

17、压实度变化比较大，大于6m/min时，压实度变化很小。因而理想的摊铺速 度是5m6m/min。第二，摊铺速度对摊铺后路面平整度的影响。这种影响有两 种情况。其一、在摊铺作业条件和路况条件相同情况下，摊铺速度大，路面平整 度好。其二、对于行走系统采用变量泵的液压传动的摊铺机，如果最大摊铺速度 设计得过高，在低速摊铺时变量泵的使用排量就很小。在极小排量情况下工作， 泵的容积效率随工作压力的变化就特别大，造成摊铺速度不稳定，导致摊铺的路 面不平整。一般伺服变量泵的最小使用排量应大于其最大排量的四分之一。所以 说，最大摊铺速度不应大于理想摊铺速度的四倍。比例变量泵的最小使用排量应 大于其最大排量的十分

18、之一，最大摊铺速度也不应大于理想摊铺速度的四倍为 好。第三，由摊铺速度、宽度和厚度所决定的生产率应与配套搅拌设备的生产率 相匹配。综上所述，液压传动的摊铺机其最大摊铺速度不宜超过16m/mi n机械 传动的摊铺机其最大摊铺速度不宜超过12 m/min。在分配速度档位的时候，必 须要有5m6m/min这个档位。具有这种速度的摊铺机，如果使用低速摊铺，可 获得高的压实度；如果使用高速摊铺，可得到高的生产率；如果使用5m6m/min 速度摊铺，既能获得理想的压实度，又能得到满意的生产率。3.5 发动机 在摊铺机的设计中，通常是在现有的柴油机系列品种中选择一种合适的机型，将发动机作为已知条件来进行设计

19、。在选择何种标定功率作为发动机装车的 额定功率时，应适当留有储备。对于中小型摊铺机，宜取90%的1h功率（或称 II类功率、间断功率）作为发动机装车的额定功率。对于大型摊铺机，宜取90% 的连续功率作为发动机装车的额定功率。这样做将对改善发动机的可靠性和耐久 性显然是有好处的。发动机的转速不宜过高。过高的转速对振动、噪声、传动平衡性、分动箱散 热等都不利，一般选择 1800r/min2300r/min 的额定转速。发动机的扭矩适应性 系数（最大扭矩与额定扭矩之比）不应低于 1.15（大型摊铺机不应低于 1.20）。 否则，发动机的扭矩储备过小，使发动机的平均输出功率减小。发动机的调速率 （最高

20、空运转转速与额定转速之比减 1）不应高于 8%。这样，在摊铺作业中， 发动机在调速特性曲线的调速区段上工作，转速不致发生大的波动，对提高路面 的平整度有好处。发动机采用风冷柴油机，不存在漏水问题；体积小，宜于总体布置；调速率小。 在中小型摊铺机上采用风冷柴油机较多，在大型摊铺机上采用水冷柴油机较多。电子控制发动机在摊铺机上的应用也日渐增多。因为电子控制发动机排放标准 高；能改善燃油经济性，节油 510；能提高功率13以上，能增加扭矩；能 实现高速、低速或全程调速；能进行数据采集、故障诊断、操作界面显示、油门管 理、燃油系统管理和提供各种电子控制特性；能进行通讯；寿命长。在摊铺机上采 用电子控制

21、发动机将会改善摊铺机整机性能。液压传动的摊铺机无须设置离合器，发动机的飞轮直接（或通过分动箱）与 液压泵相连。因此，启动发动机时，发动机是带着小负载启动的。所以，发动机 配置的电机应有足够大启动电流，否则难以启动。3.6 速度恒速控制 在摊铺作业中，摊铺机行进速度频繁变化会破坏熨平板的动力平衡，从而导致熨平装置在摊铺厚度上产生位移，影响平整度。因而必须对摊铺速度进行恒速 控制，尤其是大型、高技术性能的摊铺机。产生摊铺速度的变化有以下三个原因： 第一、负荷的变化引起发动机转速的变化，从而造成摊铺速度的变化。这种速度 变化，只要将发动机调速特性曲线上平均阻力矩的工作点配置在额定工况附近， 就不会超

22、过 2%。但是，仍对平整度有影响。第二、对于液压传动的摊铺机，液 压泵和液压马达容积效率的变化造成摊铺速度的变化。这种速度的变化可严重影 响平整度。如果在液压系统设计中设法控制液压油温度、工作压力及变量泵的使 用排量的话，速度的变化可以得到一定的控制，但对平整度的影响仍然是严重的。第三、履带或轮胎的滑转造成摊铺速度的变化。产生这种速度变化的客观因素较 繁杂，具有很大的随机性，比较难以控制。早期的国产摊铺机（轮胎式机械传动），摊铺速度仅靠发动机油门来控制， 摊铺速度极不稳定。后来的摊铺机（液压传动、手动变量泵），摊铺速度靠手动 控制变量泵的排量来控制，也不能保证摊铺速度的精确控制。现在的大中型摊

23、铺 机几乎都采用了摊铺速度恒速控制技术，大多采用了与液压元件相配的控制软硬 件，如 BOSCH-REXROTH 公司的 MC6 微控制器及高性能、高可靠性的 RC6-9 微控制 器，是履带式双驱动车辆专用的控制器，美国SAUER-DANFOSS公司的S11微控制 器，也是履带式双驱动摊铺机行走系统专用的控制器，均与各自公司的电控变量 泵的电气特性相匹配，并且配置了专用的程序软件和编辑器。速度恒速控制的方法有以下两种：第一、在发动机上安装电子调速器，对发 动机转速进行控制。当因负荷的变化导致发动机的转速发生变化时，电子调速器 从发动机飞轮处或液压泵上检测出转速信号、与设定的转速对比处理后输出控制

24、 信号控制发动机的供油量，使发动机恢复到原来的设定转速。这种控制方法可以 使发动机的转速偏差稳定在设定转速的 0.1%以内。第二、在行走机构的终端减 速箱或液压马达上安装速度传感器，测出真正的摊铺速度信号，反馈给速度控制 器（即微处理器）。速度控制器将输入的速度信号与设定的速度进行对比处理， 然后输出信号去控制行走变量泵的排量。摊铺速度变慢时，增加变量泵的排量， 提高速度；反之，减少变量泵的排量，降低速度。总之，使速度偏差稳定在设定 摊铺速度的1%的范围内。由于速度传感器安装在行走机构终端减速箱或液压 马达上，所以，它控制着第一和第二两种原因产生的速度变化。对第三种因滑转 产生的速度变化，如果

25、合理的配置发动机最大输出功率在滑转曲线上的位置，其 速度变化可以控制在 5%以内，但也难免有随机性的大波动。3.7 输料刮板输料器的作用是将接收到料斗中的物料转送给螺旋。小型摊铺机由于摊 铺厚度薄，大都是水平输料。大中型摊铺机由于摊铺厚度大，基本上都是微斜提 升输料，提升角一般 2左右。摊铺宽度小于3m的简易摊铺机，可以不设输料机构，混合料直接从料斗流 向熨平板；也可不设刮板输料器，只设螺旋输料器。这种摊铺机结构简单，机动 灵活，适用于修筑和养护低等级道路。大中型摊铺机都应设置完善的输料机构， 刮板输料器将接收到料斗中的物料转送给螺旋，螺旋将物料分送到熨平板前沿的 整个摊铺宽度上。刮板输料器可

26、采用单排刮板链或双排刮板链，螺旋输料器可采 用单旋向双螺旋或双旋向双螺旋。刮板的生产率就是摊铺机的生产率。根据总体 方案和生产率确定的刮板输料器和螺旋输料器输料量应均衡。这样，平均工作阻 力的波动小，混合料对熨平板的各种作用力稳定，摊铺的路面就平整。因此，必 须对刮板输料器和螺旋输料器的输料量进行控制。比较好的方式一是对刮板输料器和螺旋输料器分别进行比例控制二；是对刮板 输料器进行开关控制，对螺旋输料器进行比例控制。实践证明，当刮板的结构及位 置确定以后，刮板的速度应与摊铺速度相匹配，否则刮板输料器将不能正常工作 刮板输料器的速度也不能控制的过高，否则冲击负荷将对液压系统带来危害。从冲 击负荷

27、对液压系统可靠性的影响考虑，对于开关控制的刮板输料系统，不超过 20m/min为宜；对于比例控制的刮板输料系统，不超过28m/min为宜。 3.8 夯实夯实的方式有两种：振捣和振动。目的是对摊铺层进行预压实，以减少碾压 工作量和提高平整度。对于机械加宽的熨平装置，在整个摊铺宽度上只需设置一 个振捣源和一个振动源。对于液压伸缩的熨平装置，则需要设置24个振捣源 和24个振动源。各振源的频率不相同，互相会产生干扰、叠加，其结果减弱 了夯实效果，并对熨平板的夯击反力产生很大波动，最终造成路面的压实度不均 匀，平整度不好。因此，必须合理配置振捣和振动的频率，减弱相互干扰、叠加 的程度。比较有效的办法是

28、拉开振捣和振动的频率。这个适宜的频率是，振捣 22Hz25Hz,振动55Hz65Hz。对于每个振源所服务的摊铺宽度上，单位摊铺 宽度所消耗的功率（即比功率）应尽量设计得相等。这样，路面压实度均匀，平 整度好。3.9 液压系统机械传动的摊铺机，其辅助的液压系统比较简单，由多泵多回路开式系统组 成，工作压力比较低。液压传动的摊铺机的液压系统比较复杂，由多泵多回路闭 式系统及多泵多回路开式系统混合组成，工作压力较高，控制系统复杂。液压系统由液压基本回路组成。基本回路由液压元件组成。液压系统的型式 可分为开式系统和闭式系统。液压传动的先进性取决于液压元件的质量、基本回 路的效率和液压系统的控制特性。过

29、去，摊铺机液压系统以开式系统为主。由于 不易无级调速、元件分散、效率低、不易连续控制等原因，已被现在的闭式系统 所取代。对于大中型履带式摊铺机的行走液压系统，宜采用双泵双回路 （左变量泵 左双速马达、右变量泵右双速马达） 闭式液压系统；对于小型或后桥驱动的轮 胎式摊铺机，宜采用单泵单回路 （单变量泵单变量马达） 闭式液压系统；对于 前后桥驱动的轮胎式摊铺机，宜采用单泵双回路（单变量泵双变量马达） 闭式 液压系统。刮板及螺旋输料液压系统，宜采用单泵单回路 （单定量泵单定量马 达） 开式液压系统或单泵单回路（单变量泵单定量马达） 闭式液压系统。振捣及 振动液压系统，对于机械加宽熨平装置摊铺机，宜采

30、用单泵单回路 （单定量泵 单定量马达） 开式液压系统或单泵单回路 （单变量泵单定量马达） 闭式液压系 统；对于液压伸缩熨平装置摊铺机，宜采用单泵双回路 （单定量泵双串连定量 马达） 开式液压系统。这些摊铺机所选用的主要液压元件及控制元件比较集中， 大都是进口国外著名液压件如bosch-REXROTH公司、SAUER-danfoss公司等液 压件公司生产的高品质产品。无论何种机型的液压系统，在进行系统方案设计时，特别要注意以下几个问 题。第一，工作负荷增大时，系统要有足够的可靠性。例如，一台履带式摊铺机， 行走系统是左右独立驱动的液压回路，由安全阀限制的系统最高压力是40Mpa， 设计的平均工作

31、压力是24 Mpa，在正常的直线摊铺作业时，工作是可靠的。但 在调整行驶方向、弯道摊铺或者料车偏斜只有一个车轮接触摊铺机推辊时，两个 行走回路的工作压力一个升高，另一个降低，其平均值约等于24Mpa。有时降压 一侧的工作压力会降得很低，升压一侧的工作压力就超过了安全阀的调定值 40Mpa，工作就不可靠，甚至不能工作。所以应该调整设计参数，要么升高系统 的控制能力，要么降低平均工作压力。第二，应有高效率的调速、恒速回路。大型摊铺机必须对行走、刮板、螺旋、 振捣、振动进行调速控制，对自动调平液压缸进行恒速控制。在进行这些回路设 计时，除了使各执行元件完成满意的设计功能外，还应考虑系统产生的热量问题

32、。 因为它们是液压系统重要的热源。不宜采用简单的节流调速回路，应采用变量泵 定量马达调速回路、变量泵变量马达调速回路、高效率调速阀组成的调速回路、 高效率流量阀组成的恒速回路，尽量减少系统的发热量。各个调速、恒速回路设 计得合理，互相配置得协调，摊铺机的负荷在摊铺作业循环中就不会有大的波动， 从而使摊铺机获得较高的技术经济指标。第三，应尽量减少系统热量，控制液压油温度。液压系统中仅管设置了高效 率的调速、恒速回路，减少了系统发热量，但液压油的温度仍然难免超过规定的 限值，尤其是大型摊铺机。因此，还应设计冷却回路，甚至设计双冷却分级控温 冷却回路，以对系统散热，降低液压油温度，使液压泵、液压马达

33、在高容积效率 区段工作，使职能元件工作速度稳定。一个液压系统效果良好的冷却回路往往要 靠试验来最终确定。第四，应考虑提高冲击负荷下系统的可靠性。大型摊铺机振捣、刮板、螺旋 启动时和停止时的冲击压力都很大，可达到正常工作压力的 2.2 倍。而且压力冲 击很频繁，往往影响系统的可靠性。为降低压力冲击产生的危害，有效的措施一 是降低工作压力，二是采用比例控制。3.10 自动调平系统摊铺宽度大于 6m 的大中型摊铺机，一般配置双纵向自动调平系统（控制器）； 摊铺宽度小于 6m 的中小型摊铺机，一般配置一纵向及一横向自动调平系统（控 制器）。目前摊铺机的自动调平系统，主要为模拟式控制，其控制方式为电液式

34、， 调节形式为比例脉冲调宽式。从其偏差检测方式上讲，有接触式自动调平系统和 非接触式自动调平系统两类。非接触式自动调平系统根据其检测原理和方法的不 同，有激光自动调平系统、红外线自动调平系统和超声波自动调平系统。在设计 摊铺机自动调平电气系统时，应根据摊铺机总体设计和电气系统设计的要求来确 定自动调平系统的方案，合理选用自动调平控制器。随着微电子技术和计算机技 术的发展，自动调平系统采用了数字式控制器。这种数字化自动调平系统的应用， 不仅提高了系统的控制精度，而且也提高了系统的综合技术性能，如升级方便、 人机界面友好、能显示运行状态、能故障报警、能故障诊断等。目前非接触式超 声波自动调平系统已

35、广泛应用在整机性能先进的大型摊铺机上，如德国 MOBA 公 司的Super-Matic和美国TSD公司的SystemV非接触式超声波自动调平系统， 它采用超声波多组多探头智能控制系统，高精度、高可靠性、能全面补偿校正偏 差，能交换使用面基准和线基准。荷兰 ROADware 公司的 RSS（Road Scanning System）非接触式激光自动调平系统也在摊铺机上使用。随着微电子技术和计算 机技术的发展，布鲁诺克斯、维特根等已研制出基于微处理器的数字式自动调平 系统。如Blaw Kontrol II系统是布鲁诺克斯摊铺机所米用数字式自动调平系 统，它配有两套 AGS6.5 纵坡横坡控制器。在

36、确定自动调平系统的方案时， 如果所设计的摊铺机是能满足多层结构路面摊铺的大中型摊铺机，尤其是多功能 摊铺机，应当考虑所选型配置的自动调平系统必须具有交换使用线基准和面基准 的功能，这样可以节省一套自动调平系统。摊铺稳定土层、下面层或中面层时米用线基准，单侧或双侧米用纵向控制器； 摊铺上面层时米用面基准，单侧或双侧米用纵向控制器。下面仅简要叙述一下在摊铺机总体方案设计中不可忽视的几个问题。 第一，熨平板仰角。指摊铺作业时熨平板底面与路面的夹角。经过对各种机 型多种摊铺作业条件的实测，摊铺沥青混凝土仰角在0.6。2范围内变化，摊 铺稳定土仰角可增大到 4。在牵引臂与主机的连接尺寸设计、熨平装置的机

37、械 调厚机构设计中，工作角的大小是重要的设计依据。第二，牵引力仰角。指牵引臂拖点到熨平装置重心的连线与路面的夹角。在 牵引臂与主机的连接尺寸设计、熨平装置的重心位置设计中，应控制牵引力仰角 不得小于 1.2，以满足熨平装置作升降运动时，不致于出现俯角。这样作对稳 定熨平装置的受力状态有益处。第三，拖点动作速度。指自动调平液压缸活塞杆伸缩的速度。该速度由供给 液压缸的流量决定。它应保持恒定，并与纵、横向控制器的脉冲频率及摊铺速度 相匹配。第四，纵、横向控制器固定位置。指纵、横向控制器在摊铺机纵向上相对于 熨平板后沿的安装位置。这个位置是检测偏差信号的位置，是为获得自动调平系 统最佳工作性能而需要

38、考虑的一个重要问题。在确定这个最佳位置时，应当明白， 偏差信号是由拖点及熨平板两个地方传递进来的，是两种干扰产生的偏差。因此 控制器的位置应该设在两种偏差都能够被检测到的地方。若将纵、横向控制器设 置在邻近拖点的地方，可以最敏感的检测出路基起伏产生的偏差信号，但不能检 测出诸如摊铺速度、熨平板前面的堆料量、混合料温度、输料量的均匀性、夯实 机构运动平稳性等摊铺作业条件变化引起熨平装置上下摆动而产生的偏差信号。 若将纵、横向控制器设置在邻近熨平板后沿的地方，与前者的后果一样，能最敏 感的测出这一种干扰产生的偏差信号，就不能检测出另一种干扰产生的偏差信 号。位置的选择还应考虑浮动熨平装置自调平的滞

39、后性及控制器安装支架的结构 （尺寸）产生的干扰。综合考虑这些因素，实践验证，纵向控制器适宜的安装位 置（距熨平板后沿的距离）在牵引臂长度（拖点到熨平板后沿的距离）的三分之 一的附近；横向控制器适宜的安装位置在牵引臂长度的四分之一的附近。3.11 电气系统早期机械传动的摊铺机没有电控功能，不配置自动调平装置，而且熨平装置 的浮动、升降、伸缩及料斗的开合都是靠手动换向阀操纵，其电气系统很简单， 只包括发动机启动、电磁气阀开关、仪表灯光、行驶照明等电路。后来机械传动 的摊铺机有所发展，用电磁换向阀替代了手动换向阀，并配置了接触式自动调平 装置，但电气系统仍较简单，只是增加了部分开关控制电路。现代化的

40、摊铺机已经发展成为集机电液为一体的高科技产品，电气系统成了 摊铺机的一个重要组成部分，几乎所有的操作都是采用电控方式控制的。摊铺机 的左右独立驱动的行走调速液压回路，依靠电控实现摊铺速度预选、恒速摊铺、 直线行驶、园滑转向及前后行驶等功能。左右独立驱动的刮板及螺旋调速液压回 路，依靠电控分别实现速度预选及输料量比例（或开关）控制等功能。振捣和振动 调速液压回路，依靠电控实现频率预选功能。熨平装置提升液压回路，依靠电控 实现熨平装置的浮动、上升、下降、锁定、增压、减压、延时等功能。自动调平 液压回路，依靠电控实现平整摊铺的功能。摊铺机的防爬升、防下沉、防压痕等 功能，依靠电控来实现。振捣频率与摊

41、铺速度的等振距比例控制，依靠电控来实 现。左右大臂高差限位控制，依靠电控来实现。电气故障报警和故障部位识别， 也是依靠电控来实现。带沥青洒布装置摊铺机的沥青洒布量与摊铺速度的比例控 制，依靠电控来实现。双层摊铺机（1 个主机、2 个料斗、2 个螺旋输料器、2 个熨平装置、1 个移动给料机）各部分的协调动作，依靠电控来实现。抗离析、 大厚度、大宽度、整幅作业摊铺机各部分的协调动作，依靠电控来实现。电气控 制已成为衡量摊铺机技术水平的一个重要标志。电气系统的品质（首先是电气系 统设计的品质）将直接影响到摊铺机的可靠性、摊铺路面的质量以及摊铺作业的 效率。随着智能化技术在摊铺机上的应用，功能先进的新

42、型专用控制器已在国外摊 铺机上使用。国内对摊铺机行走电控技术的研究起步较晚，选择高性能新型单片 机作为控制CPU,开发基于PLC的行驶控制系统，还处于初期研究阶段。但该项 研究在满足摊铺机行驶系统日益增长的高性能要求及改变控制系统长期依赖国 外技术的被动局面上，具有较强的现实意义。目前国内外的主流摊铺机其电气系统是以相互独立的子系统控制为主。在摊 铺作业中，行走、刮板输料、螺旋输料、振捣、振动、自动调平、料斗、熨平板 伸缩等等，都得同时动作。它们都是在发动机的牵动下完成着各自的动作，消耗 着功率，似乎是独立的。但是，摊铺机在作业时，包括发动机在内，它们必须既 相互联系又相互制约。因为，摊铺机是

43、一个系统，整机性能不仅取决于各分系统 本身的性能，而且也与各分系统之间的工作是否协调有着密切的关系。因此，在 摊铺机的总体参数之间存在着相互匹配是否合理的问题。确切讲是牵引性能参数 的匹配是否合理，是否能在保证摊铺速度稳定的前提下，充分利用发动机的功率 和发挥摊铺机的最大生产率。以往的摊铺机，包括现在的大多数摊铺机，各独立 系统预设参数之间的协调优化只能靠操作者人为感觉来完成。因为过去由模拟电 路组成的控制系统，这些参数之间的关联、加权、模糊处理，几乎是无法实现的。 摊铺作业时，每个系统的负荷变化难以估量，阻力矩经常发生大的波动，发动机 的最大平均输出功率超过它的额定功率，发动机严重掉速，不能

44、工作。为了解决 这个问题，发动机的功率越选越大，但仍摆脱不了操作者凭着被动的人为感觉来 调整。随着计算机控制技术、信息技术、网络技术的发展及不断向工程机械领域 渗透，摊铺机的电控技术开始向着系统整体控制的方向转变。通过采用 CAN 总线 技术，使控制系统更加集成化、智能化和信息化。当以微处理器为核心的数字化 控制系统介入后，通过摊铺宽度、摊铺厚度、摊铺速度、物料温度、物料高度、 压实度等基本参数的输入，数字化控制器依照内置的程序，综合最基本的参数， 产生最理想的输出，使摊铺机按照最优化的方式运行。未来摊铺机控制将朝着系 统电控化、硬件标准化、软件编程化的方向发展。除了对摊铺机作业精确控制外，

45、还能通过 GPS 系统将操作记录、报警记录、故障记录等信息传输至信息中心，进 行在线智能监控、检测、预报、远程故障诊断与维护。这种将传统控制功能与总 线通讯等尖端 IT 技术融为一体的设计思路，已成为摊铺机电气系统设计的的要 点。数字化控制的摊铺机的研究，我国落后于国外，数字化控制技术在摊铺机上 的应用也仅限于采用了数字化自动调平系统。以上简要阐述了国内外性能先进的大型摊铺机电气系统的概况。在摊铺机电 气系统设计时，不能一味追求高精尖、小而全。应根据所设计摊铺机的作业功能 和技术档次，确定与其相匹配的电气系统。但是，无论何种摊铺机，自动调平系 统是不可缺少的；履带式摊铺机的恒速摊铺系统是不可缺

46、少的。3.12 抗离析功能离析曾是摊铺机大宽度摊铺很难解决的问题。离析时，大小粒料不能填充镶 嵌，相互咬合，形成板块结构，路面丧失了承载能力，导致早期损坏。用摊铺机 摊铺路面物料离析有四种情况：一是横向离析，摊铺层的边沿大粒料多，细粒料 少，呈宽幅带状；二是竖向离析，摊铺层的底部大粒料多，细粒料少，呈层状； 三是纵向带状离析，主熨平板中缝或螺旋支撑处大粒料多，细粒料少，呈窄幅带 状；四是窝状离析，摊铺层上出现无规律的一窝一窝的大粒料。横向离析最容易 产生，危害程度最大。摊铺机在摊铺过程中，物料从料斗到熨平板前沿有三个运输环节。一是刮板 向螺旋纵向送料，二是螺旋向熨平板前沿横向分料，三是料斗中剩

47、余的物料经料 斗收合向刮板上集料。这三个输料环节都能产生离析。螺旋布料是摊铺机摊铺作 业过程中的一个十分关键的环节。螺旋布料的工作原理是：摊铺机向前行驶的过 程中，带有螺旋叶片的传动轴在由物料围成的料槽内旋转，使进入料槽的物料由 于重力、叶片摩擦力、料槽摩擦力及螺旋推力的作用，连续地向料槽的输送方向 输料、向螺旋下面的基层上落料、向熨平板的前沿塞料。一个功能完备的螺旋布 料器，输送给熨平板的物料应当是连续的、均匀的，即不但能满足整个摊铺宽度 上不同部位所需的物料量，而且能使前期工序(配比、储料、装料、运输、卸料) 产生的骨料离析和温度离析得到有效的改善。摊铺机螺旋输料，当充满系数小于 1，即物

48、料未全埋住螺旋叶片输料时，靠 近螺旋轴的物料比外层的物料容易跳跃翻滚，较早地到达物料表面；螺旋转速超 过最大许用转速时，物料颗粒便开始产生在垂直于输送方向上跳跃。由此可知， 如果螺旋不被物料全埋，且又高速旋转布料的话，必然会出现骨料离析现象。另 一方面，螺旋接收到的物料带有前期工序产生的离析现象也是难免的，如果不被 螺旋布料消解，离析将会加剧。因此，针对离析产生的原因，根据螺旋叶片全埋 输料原理，合理地设计螺旋布料器的结构及运动学参数，就能有效地提高摊铺机 的抗离析能力。螺旋布料器的设计可以采取以下抗离析措施：(1) 提高料位器的控制点，使物料全埋住螺旋，并在低速输送中被搅拌，避 免横向骨料离

49、析及温度离析。(2) 由于物料全埋螺旋，螺旋消耗的功率很大，应配置大功率发动机，使发 动机的功率和扭矩有足够的储备，避免因发动机掉速造成摊铺机动力学参数和运 动学参数匹配失控所引起的各种离析现象。(3) 螺旋转速采用比例控制方式，设计的最大转速不超过8090r/min为宜， 能实现螺旋全埋在物料内低速稳定旋转，避免离析现象。(4) 采用导料板和螺旋端部低位卸料设计，避免竖向离析。将螺旋前面的导 料板设计成上部固定下部活动的组合式结构，离地间隙可调整到很小，降低了卸 料高度，这样能防止大粒料向基层表面滚落。螺旋端部的卸料口采用橡胶飘带贴 附在物料锥面上，随物料的推挤浮动，防止大粒料向基层表面滚落

50、，避免竖向离 析。(5) 采用螺旋高度多级可调设计，根据不同的摊铺厚度，可将螺旋叶片下沿 位置调整到略低于摊铺层上表面的高度上，螺旋对即将被熨平夯实的物料表层能 起到再次搅拌作用，克服表层细料过多现象，避免竖向离析。(6) 减小螺旋支撑吊板的截面尺寸、适当加宽料槽、加装过渡叶片，改善输 料阻滞现象，避免纵向带状离析。(7) 在螺旋减速箱的左右两侧加装角度和数量可调的反向叶片，使物料能向 减速箱体下方填充，保持摊铺层中缝处物料均匀、充足，避免纵向带状离析。(8) 由中置的螺旋减速箱向外，螺旋叶片直径设计成阶梯形递减形态，从每 个螺旋支撑下方的第2 个叶片开始变径，叶片直径由螺旋支撑所在位置的摊铺

51、宽 度上所需的物料流量确定，确保整个摊铺宽度上不同部位所需的物料量，能防止 发生在螺旋支撑处的纵向带状离析。(9) 螺旋液压驱动采用高性能的低速大扭矩液压马达方式，这种马达具有起 动效率高，带载启动能力强，启动平稳等优点，能适应物料全埋螺旋布料工况。(10) 由于物料全埋螺旋，螺旋减速箱传递的功率很大，采用齿轮传动方式， 安全可靠，可防止因故障引起的离析现象。另外，还应合理设计刮板宽度和料斗形状，减少料斗收合时的集料量，减少大 粒料滚落成堆，以避免窝状离析。3.13 熨平装置熨平装置是摊铺机的工作装置。摊铺机的作业功能和作业质量是靠熨平装置 最终实现的。熨平装置的结构及控制技术决定着摊铺机的性

52、能。国产大中型摊铺 机的熨平装置，其结构形式基本上有两种，即机械加宽熨平装置和液压伸缩熨平 装置，都与国外同类摊铺机大致雷同。但还有一定差距，如主熨平板没有中缝补 偿功能，熨平装置的刚度较小。有的摊铺机进行了改进，如西安筑路机械有限公 司生产的 LTB900 多功能沥青混合料摊铺机，采用整体底板；新筑路桥机械股份 有限公司生产的MT9000B多功能摊铺机，加宽熨平板，都对增强熨平装置刚度及 提高平整度大有好处。国产中小型轮胎式摊铺机的熨平装置，多为液压伸缩式。有的伸缩熨平板与 主熨平板之间的高差调节，一改传统的调节方式（停机放松螺栓调整紧固 螺栓试摊铺），采用了锥齿轮蜗轮蜗杆机构，可在摊铺作业中不停机调节。