道路就地冷再生机设计【旧沥青路面的再生】
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道路照明将率先使用低能耗的发光二极管照明技术 英国的一所大学的研究人员和一个发光二极管(LED)专门企业合作,期望能够开发出将LED技术优势利用在道路照明中的最佳方法。LED最先于上世纪70年代出现在数字手表和计算机中。今天,这项技术取得了进步,可以用来制造耐用、低能耗且对社区友好型的道路照明设备。 其好处有:预期寿命长(可达100,000小时),根据型号大小以及能量消耗率逐渐增加高亮度输出,对于普通照明和指示灯来说,可以用LED来实际替代传统的钠蒸汽单元。而且,由于LED体积是如此之小,所以制造商用它来制造更加圆滑、体积更小、轻量级的发光体的可能性就大大增加了。重要的是,LED对环境友好,而且还安全。它不含玻璃、灯丝或汞,所以不会发生由于卤素或高强度电流(HID)而导致灯具爆炸的情况。同时,它成本低,也不会受到由于钠蒸汽单元而带来的汞处理限制。低压直电流操作可以完全保证消费者的安全。彩色的LED模块可以使颜色非常逼真,而且比白炽灯单元更具能源有效性。 LED照明专门公司Dialight Lumidrives的创立者是曼彻斯特大学校友,该公司最近和这所英格兰北部的大学开展了合作计划。来自大学电气与电子工程学院的研究人员正在利用他们的专业知识,研究如何使紧密压缩在一起的一组LED能够安全、可靠地工作。用LED来提供照明解决方案的方式如果得到应用的话,可以使能源消耗量减少2550。但是当需要12,000流明(一只典型的60瓦家用照明是800流明)或以上的照明时,发热和其它与电相关的问题将成为采用LED技术的障碍。曼彻斯特大学的工程师们将会和位于约克郡的Dialight Lumidrives公司一道,解决一些比较难攻克的问题,如紧密压缩在一起的一组LED所产生的热量。由于LED模块会被用在户外,所以需要考虑实际的环境因素,如关键的散热片上被鸟筑巢的可能性。 还有一项需要克服的困难就是规章问题。规章中规定了灯的刺眼程度和光污染限制;明确规定了LED光源可以安装的区域。这些都造成了严重的挑战。这项为期一年的计划得到了来自英国政府175,000英镑的资助,Dialigh公司也提供了同等数量的资金。计划的一个主要目标就是,开发出一种十分可靠而低廉的解决方案。 曼彻斯特大学电能转换部(Power Conversion Group)的Roger Shuttleworth博士说:“发光二极管技术首次显示出其卓越性是在上世纪70年代的器具显示上,随后我们越来越多地看到发光二极管被用在诸如交通信号灯和汽车灯这样的事物上。”“到20世纪时,让所有东西看起来都呈桔色的老式钠路灯逐渐被高压钠灯所取代。这些高压钠灯发光更明亮,而且符合视觉审美,还能帮助解决街头犯罪和反社会行为,同时耗能低。”他又补充说:“随着环境问题被提到了国家和政府日程的首要位置,节省能源成了一个重要的问题。如果你能想想光英国就有多少路灯,那么你就会清楚在能源和费用节省上存在着多大的机会。”Dialight Lumidrives公司总经理曾在曼彻斯特大学科技学院学习电气和电子工程,1996年毕业。他解释说:“未来10年,发光二极管要成为主要的照明来源,现在正在朝这个方向前进。虽然大量的资金正在注入发光二极管的核心研究中,但是,由于没有什么电子学或发光二极管知识,制造商们忽略了相关技术的同步开发。”他接着说:“能和曼彻斯特大学合作开发这项技术,我们感到很骄傲。技术开发成功后,这个具有革命性的光源就可以进行日常使用了。”虽然在欧洲非常普遍的高压钠蒸汽路灯每消耗一瓦电,可以产生85流明的照明量,但是他认为LED技术已经能使每瓦电产生的流明量超过了150,而且随着新半导体的出现发展,预计这个数字还要更高。研究人员表明,在降低能源消耗以及整体操作成本的同时, LED路灯还有助于减少光污染,大城市向天空排放热量的时代可能就要成为过去了。还有建议说,LED路灯应该可以根据需要来调节亮度。LED路灯的长寿命意味着不需要经常进行更换,从而减少了交通中断的潜在性,降低了政府为此而支付的维修费用。双方正在合作研究的路灯LED模块寿命超过了10年,是普通路灯寿命的四倍多。在正常操作下,LED必需要经历光输出逐渐减少的过程,而这个过程是会一直持续着的。导致光输出减少的原因可能是由于LED产生光的效率在降低,或者是由于LED压缩包内的光径在减少。不过,只要没有超负荷使用,Dialigh的 LED路灯在工作50,000小时或10年后,还可以达到70原始光输出的能力。这并不像听起来那样重要,因为相对来说,人类的眼睛对光输出的变化并不是很敏感,只有减少量达到50的时候才会有明显的感觉。该公司表示,将现有的路灯换成LED的路灯应该很简单,因为不需要任何的电子学技术。在照明方面,公司已经进行了五年的LED技术开发和使用,拥有一系列的产品,成功地供应着许多世界著名的设备制造商。Low-Energy LED Lighting Is “Streets Ahead”BER ways to exploit the advantages of LED (light-emitting diode) technology in street lighting aTTEre expected to emerge from collaboration between university researchers and an LED lighting specialist company, both in the UK.LEDs first appeared in digital watches and calculators in the 1970s. Today, the technology has progressed to the point where it can be used to create durable and community-friendly, low-energy street lighting. The benefits include long-life expectancy (up to 100,000 hours) together with increasingly high-light output in relation to their size and energy consumption, making LEDs a realistic alternative to conventional sodium vapour units for general and directional lighting. And because LEDs are so small, the possibilities for manufacturers to create sleeker, smaller, lightweight luminaries are greatly extended.Importantly, LEDs are also environmentally friendly and safe. They contain no glass, filaments or mercury and so can experience none of the exploding failures associated with halogen and HID (high intensity discharge) lamps. And they are free from the cost and restrictions of mercury disposal that is involved with sodium vapour units. Operating at low-voltage direct current ensures complete consumer safety. Coloured LED modules are very vivid and even more energy-efficient than white light units.In the latest joint project between the University of Manchester, northern England, and LED lighting specialist Dialight Lumidrives - a company founded by a successful former student of the university - researchers in the School of Electrical & Electronic Engineering are using their expertise to investigate how tightly packed groups of LEDs can be made to work safely and reliably.Lighting solutions that use LEDs in this way have the potential to reduce energy consumption by 25-50 per cent, depending on the application. But thermal and electrical issues at lighting levels of 12,000 lumens and above (a typical 60whousehold light bulb produces 800 lumens) are barriers to the wider adoption of LED technology.The university engineers will be working with the York-based Dialight Lumidrives to tackle tough issues such as the amount of heat generated by LEDs packed closely together. Because the LED modules will be used outside, they will need to consider practical environmental factors, such as the possibility of birds nesting over a vital heatsink.Another hurdle is presented by the regulations that govern aspects such as glare and light pollution; directing the LED light sources specifically on to the required area will form a serious challenge.The one-year project has been funded by a grant of 175,000 pounds from the UK government, matched by a similar amount contributed by Dialight. A key aim of the project is to develop a solution that is very reliable but not prohibitively expensive.Dr Roger Shuttleworth, from the Power Conversion Group at Manchester University, said: “LED technology first came to prominence in instrument displays in the 1970s, but we are increasingly seeing it used in things like traffic signals and car lights. “Towards the end of the 20th century, the old-fashioned sodium street lights that made everything look orange were gradually replaced by high-pressure sodium lamps. While these are brighter and more aesthetically pleasing, and can help tackle street crime and anti-social behaviour, they are also less energy efficient.“With the environment at the top of the public and political agenda, energy saving has become a very important issue. When you consider how many street lights there are in the UK alone, it is clear there are some big opportunities for energy and cost savings,” he added.Dialight Lumidrives managing director Gordon Routledge studied electrical and electronic engineering at the University of Manchester Institute of Science & Technology (UMIST), graduating in 1996. He explained: “LEDs are on track to become a major source of lighting over the next decade. Although significant investment is on-going in the core development of the LEDs, the surrounding technology development is being left to manufacturers who have little knowledge of electronics or LEDs.“We are proud to be working with the University of Manchester to develop technology which will drive the adoption of this revolutionary lighting source in everyday applications,” he added.Although high-pressure sodium vapour street lighting - common across much of Europe - gives an efficiency of about 85 lumens per watt, he claimed that LED technology was already on track to exceed 150 lumens per watt and predicted this figure would rise further as new semiconductor developments occur. As well as cutting energy consumption and overall running costs, researchers say that LED street lighting helps reduce light pollution; the sky glow that radiates from big cities could become a thing of the past. It is also proposed that LED street lighting could be controlled and dimmed when necessary.Their longer lifespan means that LED street lights need to be replaced less often, reducing potential traffic disruption and council repair bills. The lifetime of the LED module that the collaborators are working on is in excess of 10 years in a road lighting application, some four times longer than a conventional street light. Although LEDs do experience a gradual and permanent reduction in light output during their normal operating life - caused either by a reduction in the light-generating efficiency of the LED die, or a reduction of the optical path within the LED package - the Dialight street LEDs are expected to provide about 70 per cent of their original light output after 50,000 hours or 10 years, provided that they are not overdriven. This is not as significant as it sounds because the human eye is relatively insensitive to changes in light output, and a reduction to about 50 per cent is necessary to create a noticeable change.It is, says the company, easy to convert existing street lighting to an LED source because no electronics skills are required. It has been developing and exploiting LED technology for lighting applications for almost five years, with a successful produce range supplied to many of the worlds leading equipment manufacturers. 本科学生毕业设计道路就地冷再生机整机设计系部名称: 机电工程系 专业班级: 机械设计制造及其自动化06-2 学生姓名: 张智伟 指导教师: 周 威 职 称: 讲 师 黑 龙 江 工 程 学 院二一年六月The Graduation Design for Bachelors DegreeRegeneration of local roads cold mechanical designCandidate:Zhang Zhi WeiSpecialty:Material Processing and Control EngineeringClass:B06-2Supervisor:Associate Prof. Zhou WeiHeilongjiang Institute of Technology2010-06Harbin黑龙江工程学院本科生毕业设计摘 要道路就地冷再生机是在铣刨机基础上经过优化和改进的一种集合了翻挖、回收、破碎、筛分并与新料结合快速完成旧沥青路面的再生,使之能够满足一定的路用性能并用其重新铺筑路面的现代化新型机械。本设计为轮式就地冷再生机,具有铣刨和拌和功能,可双向作业,采用全液压四轮驱动,液压转向与制动。就地冷再生机为我国现存道路的维修养护和延长现存道路的服务年限提供了一种更经济、更合理和更高回报的道路建设和维修养护施工工艺及施工设备。本论文参考现有冷再生设备,对道路就地冷再生机的总体设计方案, 总体参数及装置零件的选择与计算,道路就地冷再生机的各种性能进行了分析, 关键词:就地冷再生机;总体设计;性能分析;参数计算;ABSTRACTCrank Press is a fundamental equipment, which makes a mould,and it is extensively applied in the production of industry. The crank press which was designed is mainly used for molding which be unable to bear a heavy pressure,then starting the engine of crank press to complete the bend forming process when after the crank press fixed. The working mechanism is supported by the linkage of crank which is changed the motor spinning activity into moving straight line (back and forth) through by crank, linkage and slider. The process of die spotting is causing by upper die which is shifted by slider. When the crank spines one time, the slider returns (back and forth) once, then finished one product. This design is mainly attend to measure and design the organization of mould; the choosing of pressure machine and electric motor; the design and measure of every spare parts then checking and fixing.Pressing die is the equipment for mould metal material, and also is the basic of plank anticipates for modeling. The pressing mould included many types, one of type which is used to bent and deformation is the bending mould. This bending mould is made by a kind of flections plank which thickness less than 1mm and having many bends. The working mechanism is by slider moved on inclined plane to realize the flections model by more then one action. Key words: Crank Press; Electrical Machinery; Smooth Piece;Bending Mold; Dyadic WedgeII黑龙江工程学院本科生毕业设计目 录摘要Abstract第1章 概述11.1国内外道路就地冷再生机产品开发的概述11.2就地冷再生机的介绍1 1.2.1冷再生机械的分类2 1.2.2冷再生主机的结构和工作原理21.3 就地冷再生技术 2 1.3.1道路就地冷再生的运用范围2 1.3.2道路就地冷再生的工艺优点21.4 产品市场前景分析2第2章 道路就地冷再升级的总体方案设计52.1 道路就地冷再生机总机设计52.1.1 动力系统62.1.2 工作装置传动系统72.1.3 行走传动系统和制动系统92.1.4转向传动系统92.1.5 辅助液压缸传动系统62.1.6 电气系统72.1.7 喷洒系统92.1.8铣削及其拌和转子92.2 道路就地冷再生机的施工工作参数指标5 2.3 道路就地冷再生机的主要铣削参数的选择6第3章 总体参数以及装置零件的选择与计算153.1 整机牵引力与牵引功率153.1.1 整机牵引力163.1.2牵引功率173.2 冷再生机的工作功率183.2.1 铣削转子简介63.2.2 铣削刀具受力分析73.2.3切向铣削阻力的计算93.2.4铣削功率93.2.5 铣削转子注意事项63.3 发动机的选择计算203.4装置零件的计算选择223.4.1 行走液压泵和马达的选择计算63.4.2转向液压泵液马达、液压缸的选择及其校核计算7 3.4.2.1 转向工作压力的确定6 3.4.2.2 转向器排量的选择7 3.4.2.3转向流量的确定9 3.4.2.4转向泵排量的确定9 3.4.2.5 优先阀的选择63.4.3 车架组合的选择校核计算63.4.4转子驱动减速器、皮带及其皮带轮的计算7第4章 道路就地冷再生机的性能分析244.1 转弯性能分析244.2 爬坡性能分析274.3冷再生机的牵引功率平衡分析284.3.1 冷再生机功率分配284.3.2 性能参数的合理匹配294.3.3 行走系统功率变化规律及影响因素314.4 冷再生铣削性能分析33第5章 产品功能分析385.1 产品功能385.1.1 产品特点285.1.2 产品主要技术参数29结论44参考文献45致谢46黑龙江工程学院本科生毕业设计第一章 概述本章节主要对冷再生机进行简略概述。介绍了冷再生机的分类、主机结构、设备的工作原理及其就地冷再生机在国内外发展状况。并对就地冷再生机产品市场前景进行分析。通过本章可以让我们对道路再生技术和再生设备的现状、发展有初步的认识了解。1.1、国内外道路就地冷再生机产品开发的概述在国内,面对我国的公路建设条件、工程机械行业的研究起步晚和早期只注重大规模的建设等情况,我国的就地冷再生机械在随着现在国内道路根据当初的建设条件和公路的设计寿命在现在以及今后的10多年中将进入翻修的高峰期等具体情况,最近几年才得到各个部门、研究机构、公司的重视。随着我国经济的高速发展,人民生活水平的提高,对公路的要求也逐渐的提高,这也使我国的公路养护得到足够的重视,给我国的道路养护机械一个发展的空间。我国的道路铣刨机械有了高的水平和深入的研究,给我国的就地冷再生机械产品的开发提供了技术支持和有利的条件。现在我国的冷再生机械产品的开发正在沿着公司的实践和研究机构的技术相结合立项的发展道路,最近也取得了可喜的成果。陆德公司沥青再生设备陆德筑机LZ03型沥青再生设备,它是该公司吸收国内外先进技术,精心研制开发的机、电、液一体化的新型公路养护专利产品。德州德工WB525路面冷再生机(如图1.9)也是企业自主开发的冷再生机械,其中德工自主研发的WB400中置式稳定土拌和机被评为“国家级重点新产品”。图1.1 德州德工WB525路面冷再生机在国外的就地冷再生技术和再生设备都已经成熟,已经达到了很高的技术水平,冷再生技术的应用也得到重视和广泛的推广应用。世界上先进的冷再生设备生产公司有德国维特根(如图1.10)工程机械公司,意大利玛连尼工程机械公司,德国宝马工程机械公司,美国卡特比勒工程机械公司等。这些公司的产品代表着现代就地冷再生机械的一个发展水平,在冷再生机的各个工作参数间(表1.1)都有成熟的匹配关系,已经在道路冷再生机械方面由原来的铣刨机械简单的冷再生利用,发展到了现在的多功能的冷再生机和冷再生机组,其中的施工过程中的旧沥青的再生利用达到了100%的利用率,并且在再生材料方面也有了很成熟的技术、实验经验和研究,可以根据不同的路面情况利用不同的冷再生设备和自动的调整设备施工工作参数,以使再生后的路面性能满足现代公路高水平的要求。随着现代信息技术的高度发展,就地冷再生机也实现了很高的自动化水平,利用多年的经验和实验结论建立的智能专家系统,能够根据具体状况智能控制其行走、铣削和添加剂等参数。现代液压技术的发展和液压优点,在很多道路就地冷再生机实现了全液压驱动、控制和工作。在产品的整机方面都能实现很好的匹配关系,其主要的技术参数和配置情况也代表着现代道路冷再生机的未来发展方向,也为我们以后的就地冷再生机的开发有很高的参考价值。通过不同产品之间的比较,也可以使我们得到主要的设计方向。两种再生设备的主要技术指标比较 表1.1序号主要技术参数Wirtgen WR2500德工WB5251铣刨宽度mm243824402铣刨深度mm0-5000-4003转子直径 KW148014004刀具数量km/h2162005发动机型号km/hOM444LA(梅塞德斯-奔驰)重庆康明斯KTA19-C5256额定功率448KW/601HP392KW/525HP7额定转速r/min210021008行驶速度Km/h012011.59爬坡能力57%50%10离地间隙mm37040011最小转弯半径mm5500750013电气系统电压V242414燃油箱容积L1600160015液压油箱容积L27030016储水箱容积L60060017整机质量kg303003000018整机外形尺寸mm8200x3200x32009150x3008x3700综合以上两种就地冷再生机比较,国产的德工机械和维特根公司的基本大体相同,由于德工机械大多采用国产零部件,成本较低,市场售价200万人民币左右,维特根公司的WR2500用欧元结算,折合人民币2000万左右,就其性能讲,维特根WR2500在实际工作中优势体现明显,如机械无故障工作时间较长,工作效率较高,能在较恶劣条件下工作,售后服务较好等,这都是国产机械相比的不足之处。 总之,我国的道路冷再生机械在各界的支持以及我们虚心的学习国外先进的技术,一定能健康发展。我相信在未来的几年中在国内会涌现出一大批的先进的道路冷再生机械设备。使我国的道路冷再生机械设备达到世界先进水平,跟上了现代工程机械的发展步伐。图1.2 德国维特根WR2500KS道路冷再生1.、就地冷再生机的介绍1.1、冷再生机械分类道路就地冷再生所需要的机械主要有以下几种:(1)冷再生主机带熨平板的小型再生机、带熨平板的中型再生机、带熨平板的大型再生机、不带熨平板的再生机。(2)专用配套机械:目前主要为水泥稀浆搅拌输送车。(3)普通配套机械:路面铣刨机、平地机、乳化沥青运输罐车、压路机、自卸卡车、水罐车以及水泥乳化沥青水联合运输罐车等。1.2、冷再生主机的结构和工作原理(1)带熨平板的小型再生机结构如图1.3所示。图1.3 小型再生机结构其工作装置及工作原理如图1.4所示,主要由以下几部分组成:图1.4 小型再生机的工作装置及工作原理A、转子:其作用是对旧铺层材料实施铣刨和破碎。B、搅拌器:完成新旧材料的充分、均匀拌和。C、乳化沥青喷洒装置:完成乳化沥青添加剂的自动控制计量和均匀添加。D、振捣器:完成再生材料的预压实。E、振动熨平板:完成再生层的整平成型。这种再生机适用于小型冷再生工程,多以乳化沥青作为再生添加剂,一般不加新骨料。当以水泥作为添加剂时,只能采取预先撒布的方式。(2)带熨平板的中型再生机结构如图1.5所示。图1.5 中型再生机结构其工作装置及工作原理如图1.6所示,主要由以下几部分组成:图1.6 中型再生机的工作装置及工作原理A、转子:完成旧铺层的铣刨、破碎、新旧材料的充分、均和。B、乳化沥青喷洒装置:作用同1(1)C。C、粒度调节装置:调节旧铺层材料的破碎粒度。D、水泥稀浆喷洒装置:完成水泥稀浆添加剂的自动计量和均匀添加。E、螺旋摊铺器:完成再生材料的摊铺。F、振捣器:作用同。G、振动熨平板:作用同2(1)E。这种再生机适用于中型冷再生工程,它既可以水泥、也可以乳化沥青或两者结合作为再生添加剂。水泥的添加既可采用预先撒布,也可采用稀浆自动添加方式。(3)带熨平板的大型再生机结构如图1.7所示。图1.7 大型再生机结构其工作装置及工作原理如图1.8所示,主要由以下几部分组成:图1.8 大型再生机的工作装置及工作原理A、接料斗:接受自卸卡车卸入的新骨料。B、输送皮带:将接料斗内的新骨料按比例连续地输送到铣刨下的旧铺层材料上。C、伸缩式转子:其液压伸缩式结构类似于摊铺机的液压伸缩式熨平板结构,为三段式。主要作用是收集路面铣刨机铣刨下的旧铺层材料并进一步进行破碎,对新旧材料进行预拌和,然后把预混料输送给搅拌锅。D、乳化沥青喷洒装置:作用同2(1)C。E、水泥稀浆喷洒装置:作用同2(1)D。F、搅拌锅:为双轴卧式结构,完成新旧材料的充分、均匀拌和。G、螺旋摊铺器:作用同2(2)E。H、振捣器:作用同2(1)D。I、可变宽度高压实熨平板:作用同2(1)E。这种再生机适用于大型冷再生工程,既可以水泥、也可以乳化沥青或两者结合作为添加剂。水泥的添加多采用稀浆自动添加方式。(4)不带熨平板的再生机结构如图1.9所示。图1.9 不带熨平板的再生机结构其工作装置和工作原理如图1.10所示,主要由以下几部分组成:图1.10 不带熨平板的再生机的工作装置及工作原理A转子:完成旧铺层材料的铣刨、破碎及新旧材料的充分、均匀拌和。B乳化沥青喷洒装置:作用同2(1)C。C水泥稀浆喷洒装置:作用同2(2)D。D破碎棒:作用同2(2)C。这种再生机适用于中型冷再生工程,既可以水泥、也可以乳化沥青或两者结合作为再生添加剂。水泥的添加既可采用预先撒布,也可采用稀浆自动添加方式。该机的一个重要特点是可以不调头施工。以上四种冷再生机主机的适用范围只是从施工效率考虑,若单从功能考虑,则不受此限制。1.3、就地冷再生技术道路就地冷再生是指充分利用现有旧铺层材料面层甚至基层,必要时加入部分新骨料, 并按一定比例加入一定量的添加剂, 在自然环境温度下就能连续地完成材料的铣刨 、破碎 、拌和 、摊铺及压实成型 从而得到所需性能质量的新基层的作业过程 这是国外在世纪 ?年代后期迅速发展起来的一种新技术, 目前已成为国际上道路维修改造的主要方法之一。1.3.1、道路就地冷再生的适用范围道路就地冷再生用于道路标高不受限制的道路,主要为一般公路。包括等外公路及部分城市道路再生层。主要作为道路的基层、承载层 。原道路无论是什么结构均可以进行冷再生, 只是冷再生时, 如何进行配比设计和掺加何种骨料的问题视道路的等级再生层上应加铺沥青混凝土面层或封层不同而定。再生层上应加铺沥青混凝土面层或封层处理 ,而交通量不大的等外公路无须加铺面层,可直接使用。1.3.2、道路就地冷再生工艺优点较之传统的道路维修改造方法,道路就地冷再生工艺有着无可比拟的诸多优点() 成本低根据国外的施工资料介绍 与在旧铺层上加铺新料的方法相比,浅层就地冷再生约可降低成本 深层就地冷再生约可降低成本()提高旧路等级可以通过基层承载力的提高从根本上实现道路等级的提高,这对低等级公路尤其有特殊意义()结构的完整性冷再生施工产生的均匀的较厚铺层内不存在传统施工方法中有时出现的较薄铺层间的薄弱界面()不损坏路基由于冷再生施工为一次性作业方式,再生机组在暴露的路基上只通过一次 ,所以与传统施工方法相比机组对路基的损害较小()节约材料所有旧铺层材料全部就地利用从而大大减少了新材料的用量,保护了资源()工期短由于不存在旧料的运输问题,不需要其他机械对旧料的靶松和破碎,不需要大块材料的去除和专门破碎,更重要的是施工过程的一次性作业特点大大简化了施工程序从而节约了施工时间()保护环境因为旧料的利用大大减少了新材料的开采量, 也不存在旧料的运输和堆放问题 现代再生机械所具有的封闭式控制添加系统,不仅配比精确 ,而且防止了粉尘的飞扬 从根本上满足了环境保护的要求。 因此, 它无益于一项绿色道路维修改造技术。图1.11就地冷再生工艺原理1.4、产品市场前景分析随之在国内大量交通新项目的确立,特别是随着国家高速公路网规划(简称“79l8网”)通过国务院审议并正式颁布实施,中国高速公路网的迅速扩张已进入了最高峰时期。随着我国公路建设事业的迅猛发展,全国公路总量大幅度增加,特别是随着高等级公路向柔性路面发展的趋势,沥青路面的增长将更加迅猛。随着道路服务年限的增长,一些现存道路的内部结构也开始出现退化;许多早期建设的高速公路甚至已到了当初设计的使用年限。目前,我国在上世纪90年代以后陆续建成的高速公路已进入大、中修期,翻挖、铣刨的沥青混合料被废弃,一方面造成环境污染,另一方面对于我国这种优质沥青极为匮乏的国家来说是一种资源的浪费,而且大量地使用新石料,开采石矿会导致森林植被减少,水土流失等严重的生态破坏,按照沥青的设计寿命(15年20年),从现在起,每年有12%的沥青路面需要翻修,旧沥青废弃将达到每年220万吨之巨,如能加以利用,每年可节省材料3.5亿元人民币,而这个数字是以每年15%的速度增长的,10年以后,沥青路面的大、中修产生的旧沥青混合料将达到1000万吨,届时通过再利用每年可节省材料费15亿元,否则这些为数巨大的沥青混凝土层翻挖后只能白白地废弃掉,不仅浪费资源,也会对环境造成严重污染。鉴于有限的资金投入和可利用资源,我国公路建设工作的重点已逐步开始从道路的新建转向对现存道路的维修养护和延长现存道路的服务年限。作为对现存道路内部结构的保护,频繁和主动的道路预防性维修及修复措施已被普遍地采用。道路的所有者或建设者们就必须努力去寻求更经济、更合理和更高回报的道路建设和维修养护施工工艺及施工设备。然而道路就地冷再生机正是满足现在公路要求的现代维修养护机械设备的其中一种,再加上就地冷再生机与其他再生机械相比的诸多优点:再生材料的利用率高;对环境污染少;维修施工时间短;施工过程中公路禁行时间短,经济损失小;施工后的路面质量高等。因此,在我国高等公路的维修养护中,大多数采用就地冷再生,在我国最近的翻修施工中也得到了证明。河南省濮渠公路的改造翻修中引进了德国WR2500型就地冷再生机械,并且在改造过程中和改造后都取得了很好的效果。总之,展望未来的道路维修养护情况,在今后的旧沥青路面的改造翻修过程中,就地冷再生机会得到大规模的应用。就地冷再生机械产品的开发和应用都会有很好的发展前景。 我们这个项目也是基于上面诸多的情况和结合我们本科生的知识水平和部分院校在这方面的研究成果,以及现代就地冷再生机开发的重要性提出的。我也希望能通过我的研究设计,为今后的进一步开发研究提供一定的贡献。 第二章 道路就地冷再生机的总体方案设计本章节主要描述了道路冷再生机的总体设计方案、再生机的主要工作参数,并对整机的各个系统部分分别的进行设计概述,使整机的构造和设计任务在设计中更加具体。主要包括动力系统、工作装置、行走和制动系统、电气系统以及喷洒系统,并且分别对本机中的各个系统的初步设计进行概述。通过本章的说明可以对冷再生机的整体的工作和结构特性有个整体的了解。2.、道路就地冷再生机的总机设计就地冷再生所需要的施工机械可分为冷再生主机,专用配套机械和通用配套机械 ,冷再生主机主要有:中型履带式多用途再生机,大型专用履带式再生机和专用配套设备主要有水泥中型轮胎式多用途再生机稀浆搅拌运输车 通用配套设备主要有乳化沥青运输罐车 液态沥青保温运输罐车 平地机 铣刨机 新骨料运输卡车及压路机等道路冷再生机主要分为结构件、动力系统、控制系统(电气及液压系统)、铣削及其拌和转子、喷洒系统、转向系统、制动系统等几大部分。国外比较先进水平的道路就地冷再生机械的技术有如下新特点:铣削系统的参数控制采用闭式的自动控制系统,可以根据具体的路面情况自动的调整其参数,并且铣削转子的转速也可以根据路面情况进行变速以达到最好的拌和铣削效果,达到满意的沥青材料的颗粒度。采用低速大扭矩马达直接驱动或高速行走方案的液压全轮驱动系统,采用手动伺服控制、电液控制或电液比例控制等控制系统。驾驶室、整机外观造型和色彩采用工业设计原理,驾驶室内部采用人机工程学原理设计,操纵环境向轿车的内部装饰方向发展,提高整机的美学功能和操纵舒适性。采用流线的外观设计、合理的总体布局以及鲜明光泽的外观涂漆更具现代的气息。另外还可选配冷暖型空调系统、音响系统。结合现代工程机械的发展的大方向,道路冷再生机械也实现了机电液信一体化,其中的剂料的添加喷洒系统都是由其计算机系统控制精确计量的。小型的就地冷再生机械其中的后轮还可以摆动到其转子铣削宽度的内部可以实现靠边的路面可以全部铣削到等。根据毕业设计要求以及参考国外先进的就地冷再生机的制造设计技术,在此毕业设计中,主要参考维特根的WR2500KS的一些参数结构。主要系统的设计与各个结构的布局,也参考一些相关的成型的产品,结合计算选择其零件。以下是其就地冷再生机的基础设计。整机设计图如图2.1所示:1转向液压缸 2转向拉杆 3行走马达与轮边减速器 4转子提升臂5车轮总成 6车架7驾驶室 8喷洒装置 9水箱 10转子总成 11转子 12发动机13液压油箱 14燃油箱 15转向泵 16行走泵 17辅助液压泵 18减速器 19转子轴图2.1 道路冷再生机的总体装配图2.1、动力系统本机采用康明斯QS15-600蜗轮增压式大功率大扭矩柴油发动机,符合目前实施的欧美非公路用机动设备的第三阶段排放标准(Tier 3)。该发动机实行了全电控,可以使发动机输出360600马力变化的功率,满足不同工况下发动机在最好的工作状态的使用要求。具有较大的散热面积的冷却器,风扇装有自动控制装置。在较好的布置之下,发动机的所有维护和保养均可以在地面上进行,车辆的左右上面均设置有窗口可方便的对发动机实施检查维修。发动机具体参数如下表2.1发动机康明斯汽缸数目6额定转速1800r/min型号QSX15-600输出功率440KW最大扭矩2780N.m1400r/min冷却方式水冷排量15L全负荷油耗1.5m/r2.2、工作装置传动系统本就地冷再生机的工作装置是通过机械传动来实现的,由发动机的分动箱分配出来的动力通过离合器、联轴器传输到工作装置的3级减速器,实现其传动比为11的传动,再通过带轮带传动最终传到铣削转子上,驱动转子转动。其中的皮带采用能传动其大扭矩的窄V带,能够保证工作装置再大的工作阻力下长时间不间歇正常工作。并且在大扭矩的发动机的驱动下能满足各个工况的工作。2.1.3、行走传动系统与制动系统本机的行走和制动是通过液压驱动的,并且能使每个行走轮都是通过其各自的马达驱动,通过轮边减速器和制动器的结合来实现行走和制动的。行走和制动的液压系统的原理图如图2.2所示,行走的传动路线是发动机分动箱行走液压柱塞变量泵控制阀行走液压柱塞变量马达驱动轮。液压泵和马达都采用变量的,再生机工作和行驶速度可实现无级调速。通过操纵变量泵手动换向阀改变液压马达液压油的流向,可实现再生机的前进方向和停车。行走系统所有的液压元件都是选用著名品牌,并且通过合理的匹配使各个元件都能达到最高的性能。车辆的制动由静液压传动系统和多片制动离合器实现。液压油通过其行走泵提供的液压油实现的。在再生机工作的过程中,通过控制液压系统实现了行驶在015m/min范围内的行走,而在非工作状态下,冷再生机可以实现200m/min的行驶速度,增强了本机的机动性能。图2.2 冷再生机的行走制动液压系统1-变量马达;2、8-电磁阀;3-单向分流阀;4-三位四通手动换向阀;5-制动器;6-压力表;7-变量泵;9-截止阀;10-滤油器;11-冷却器;12-液压油箱。图2.3 冷再生机的制动原理图1-制动踏板 2-推杆 3-主活塞缸 4-制动缸 5-油管 6-制动轮缸 7-轮缸活塞 8-制动鼓 9-摩擦片 10-制动蹄 11-制动底板 12-支撑销 13-制动蹄复位弹簧2.4、转向传动系统转向系统为液压传动。转向系统的液压元件组成与工作原理如图2.3和图2.4所示。传动路线是:发动机齿轮泵控制阀液压缸。本就地冷再生机采用的是轮式四轮转向,可以使长大10米的机器以较小的半径实现转向,提高机器的机动性能。在前后转向轮支撑支架上有转向支板、转向支架、连杆组成的转向机构。驾驶人员可以通过控制台设定转向的扭矩控制转向的速度,操纵方向盘控制转向液压泵可使驾驶人员轻松的实现转向。、图2.4 前轮的转向机构示意图图2.5 转向液压系统原理图1-滤油器;2-齿轮定 量泵;3-变向组合阀;4、6-液压锁组合阀体;7-后轮转向液压缸。图2.6 转向液压系统结构图1.齿轮泵 2.转向油缸 3.转向油缸轴 4.单向阀 5.液压转向器 6.胶管2.5、辅助液压缸传动系统辅助的液压系统主要是在冷再生机工作装置的液压缸,通过反馈的控制传感器电路等自动实现铣削深度和拌和空间的大小的控制。可以使在不同的路况和施工条件下达到较好的铣削破碎效果。并且在下板的液压缸对其的压力使施工过的沥青路面满足一定的压实度和平整度,便于进一步的压实施工。辅助液压系统的作用是控制铣拌转子大臂的升降、转子罩尾门的启闭和后轮的转向。该系统由几组电磁阀来控制各油缸运动。电磁阀组为并联阀组,各阀组基板相连,基板进油口与单路稳定分流阀相连,阀组出口与集流块相连,供油控制阀组为整个系统提供高压油。当供油电磁阀不通电时P口与T口相通,系统液压油卸荷,整个系统不能工作;当供油电磁阀通电时P口与T口断开,为整个系统提供高压油,系统处于工作状态,溢流阀设定压力16MPa,保护系统元件。铣拌转子的升降。操纵电磁阀开关,液流从电磁阀流出经液控单向阀和单向节流阀进入大臂提升油缸的有杆腔和无杆腔,活塞杆收缩或伸出,大臂带动转子升降。当转子下降时,油缸有杆腔液压油流出,经A口单向节流阀,油液流量减小,使转子速度下降不至过快。当电磁阀开关处于中位时,无论工作装置在何位置,液压锁把油缸锁住,保证拌和深度不变。当操纵尾门电磁阀开关时,则可以控制尾门油缸的运动,实现尾门的开关,并可固定在一定的开度状态。为了可以控制尾门的启闭速度,在尾门油缸的进出油口安装有单向节流阀。当操纵后轮转向电磁阀开关时,则可以控制后轮的转向,左右转向角的大小利用接近开关实现自动控制,并具有自动回中功能。液压锁把油缸锁住,保证后轮转向的可靠性。图2.7 辅助液压系统1.护罩 2.胶管 3.单向阀 4.尾门油缸 5.后轮转向油缸 6.测压接头2.6、电气系统24V(80A)三相交流发电机系统。全系列工作照明系统,包括两盏带磁铁底座,它可用在任何需要安装照明灯的地方。在驾驶室内安装有照明灯以及空调装置,可以使施工驾驶人员在炎热的天气舒适的施工操作。2.7、喷洒系统本机配置有三套再生喷洒装置,包括泡沫沥青喷洒,水喷洒以及水泥等其他浆料的撒布装置,可以满足多种旧路面的冷再生要求。只有水喷洒有完整的装置系统,安置一个有电动的泵和控制计量系统,可以准确添加水的量,使再生后的沥青材料达到好的性能要求。供水液压系统由串接在行走泵后的液压泵、和水泵联接的液压马达及相关管路组成,喷洒系统在转子拌合物料时,把适量的水喷进转子罩内,使物料获得均匀的、合乎要求的湿度。喷洒用水要求是清水,由水车供应,水车在冷再生机前面,用水管连接在冷再生机前端的接口上,接口处用消防快速接头,便于拆装。离心水泵把水从水车吸出,加压输送到喷头处,喷到转子罩内。流量控制阀是个球阀,通过推拉软轴控制其开度,从而控制水的流量。涡轮流量计7内部叶轮的转速和流经的水流量成正比,叶轮旋转使检出装置的磁路发生周期性的变化,检出线圈两端感应出与流量成正比的电脉冲频率信号,经前置放大器放大后送至驾驶室内的显示仪表。冬季不用时,应将泵体与输水管路内的水排放干净。其他的喷洒系统以简单紧凑的喷洒装置在冷再生机上没有设置专门的喷洒计量装置,喷洒动力装置以及控制装置,只有输送和喷嘴等装置,其余辅助装置都可以方便的安装在专用配套机械,在配套机械上动力装置和控制台,动力可以通过液压传动,驾驶员可以通过控制台控制整个喷洒装置的工作,满足不同工况的使用要求。施工过程中喷洒系统的工作过程如图2.5和图2.6所是示。图2.8 喷洒系统的结构与工作过程 图2.9 水泥撒布装置的工作过程2.8、铣削及其拌和转子转子(图2.7)铣削过程做上切运动,即工作过程为逆铣(图2.6)。工作过程中车辆的行驶速度最高达到15m/min,转子的转速也能达到70r/min,以及调整合适的拌和空间(图2.8)能是沥青混合料达到需要的要求,达到好的拌和效果。转子上的200把刀具使旧沥青混合料有很好的颗粒度。刀具为子弹形(参见图2.9),刀具底部为五角形,插入安装座,由带有自锁功能的螺钉固定。在工作过程中,刀具可以在刀座内自由的转动,使刀具四周能够均匀的磨损,延长刀具的寿命。图2.10 转子图图2.11 不同铣削深度下的拌和空间大小图2.12 铣削工作装置的总成图2.2、道路就地冷再生机的施工工作参数指标在现代的工程机械中,就地冷再生机的工作施工等标准还没有建立完全,尤其在国内冷再生机才刚刚起步,但是在路面施工机械中,就地冷再生机的工作原理与稳定土拌和设备以及冷铣刨机的工作原理相同。所以我们可以参考起以上两个设备的施工标准和参数指标要求。在冷再生的施工过程中的主要指标参数要求主要有:再生机械的生产率,添加料的类型和用量,再生后路面沥青混合料的平整度和颗粒度以及压实后路面指标要求等。在大中型带熨平板的冷再生机械中,还有其再生后的摊铺新路面指标参数要求。道路就地冷再生是国外80年代后期迅速发展起来的一门新技术,在国外被广泛地应用于旧路维修改造、升级中。道路就地冷再生技术是指充分利用现有旧路材料(面层和部分基层),按照新的设计要求,选择性地掺入适量的骨料,按比例加入添加剂(水泥、石灰、粉煤灰、泡沫沥青和乳化沥青等)和适量的水,在自然环境状态下就地连续地完成旧沥青路面的铣刨、破碎、拌和和摊铺,随后进行找平及压实,形成具有所需性能、质量满足要求的道路新基层。在旧路维修改造中应用冷再生技术可大大简化施工工序,同时可节约材料、缩短工期、保护环境、节约成本、提高效益。通过水泥混合料的实验表明:水泥剂量小于4.8%时,再生料的抗压强度不能满足要求;水泥剂量为5%;5.2%;5.5%时,再生料的抗压强度满足要求,但从经济的角度考虑,采用5.2%的水泥更为合理些。各技术指标的实测结果见表2.1。水泥再生混合料的级配表2.2 在我国的就地冷再生的应用实例中也可以总结就地冷再生的施工指标。比如:山东省泰安市东平县公路站完成的“旧沥青路面材料再生利用技术研究与开发”是一种将旧沥青路面材料、经过技术处理,掺加再生剂后重新拌制成符合路用性能的再生沥青混合料及其路面铺筑等工艺。它主要解决了旧料回收加工,再生剂配制应用,再生路面结构设计及施工程序,特别是应用阳离子乳化沥青冷再生的施工艺设计等关键技术。其关键技术指标为:旧料利用率4065%,再生路面弯沉值0.48,摩擦系数0.52,平整度99%,完好率99%。该再生剂配制应用技术具有简便易行、成本低廉、再生效果优良等优点。施工中因每次开始和终止而形成的横穿作业面的横向接缝是不连续的。每次停机,即使仅需几分钟用于更换罐车,也将形成一个严重影响再生材料均匀性的横缝。因此,施工中应尽量减少停机现象。在不可避免的情况下,应对所形成的横缝进行认真处理。在临时停机后重新开始施工时,整个再生机组应倒退1.5m2m的距离到达再生过的材料上,以保证开始施工后所有材料均得到处理。上一作业段压实时,要预留5m8m不进行碾压,待下一段碾压时一并压实。由于再生机开始工作时要使转子全部下切到再生层的底部来打碎再生料,前进速度为0,从而造成翻松的再生料不均匀,为此需人工进行翻拌后将坑槽找平。为了避免相邻作业面间存在未再生的夹带,以保证纵缝处再生料的连续性,纵缝处要有一定的搭接,具体可根据作业幅数确定搭接宽度,一般为10cm25cm。大面积冷再生施工前,要进行试验段的铺筑,以验证冷再生结构层的强度、压实度等是否能够达到设计要求,否则应采取相应的措施加以调整。基本要求冷再生过程中有如下基本要求:a) 冷再生混合料应符合设计要求;b) 水泥用量和混合料级配应按设计控制准确;c) 混合料应处于最佳含水量状况下,用重型压路机碾压至要求的压实度,从加水拌和到碾压终了的时间不应超过3h4h,并应短于水泥的终凝时间;d) 碾压检查合格后应立即覆盖或洒水养生,养生期应符合规范要求。2.3、道路就地冷再生机的主要铣削参数的选择本设计产品参考国内外同类产品,为市场常用的中型冷再生机械,在同类产品的基础上,加大发动机功率,提高冷再生深度,使该机具有多种用途:能拌和稳定土,铣刨旧沥青路面,就地冷再生有粘结料或无粘结料的路面,由于本设备实现国产,在价格上具有竞争优势。其具体参数如下:最大工作宽度:2400mm工作深度:0500mm转子直径:1480mm整机自重:30000kg整机工作速度:015m/min行驶速度:040 m/min、080 m/min、0200 m/min整机尺寸:933mm第三章 总体参数以及装置零件的选择与计算本章节是道路冷再生机的主要设计计算部分。在本章分别对本再生机的总功率和发动机的选型的确定,各个部分总成的选择以及主要零件的选择计算。通过本章的计算可以具体确定再生机的各个部分的零件型号,整体车架底盘的结构类型。并对所选零部件结构强度和性能进行校核。保证整机达到较高的性能,满足设计参数要求。3.1、整机牵引力与牵引功率3.1.1、整机牵引力轮胎车辆的最大牵引力出现在发动机输出最大扭矩时,即应该是在车辆工作过程中或者是在爬坡工况时。则车辆的最大驱动力 (3-1)式中:为驱动系统分得的发动机转矩,为20%-30%,取25%rd轮式车辆驱动轮的动力半径,为车轮中心到驱动力PK之间的距离; 传动系统的效率,应该考虑液压系统的效率;=80%; 传动系(从发动机到车轮)的总传动比。式中:ne为发动机转速n2为驱动轮的转速:式中:v车辆行走速度车辆的滚动阻力Pf: (3-2) 式中:G车辆的自重力; f滚动阻力系数,本计算中选 f=0.018。最大的有效牵引力: (3-3)3.1.2、牵引功率整机最大的牵引功率的车辆工况可能是在行驶最大速度时,或者是在车辆爬坡过程中。(1)、当车辆以最高行驶速度行驶时(假设发动机在额定工况下工作):冷再生机牵引力: (3-4)式中: 式中:为发动机额定转速为驱动轮转速 应全部去掉!有效牵引力: 此时的牵引功率: (这应是最大功率)(2)、当车辆爬坡受到行驶阻力最大时(假设此时的行走速度为15m/min):冷再生机牵引力:有效牵引力: 此时的牵引功率:所以整机最大的牵引功率为:142.7KW。工况为:在车辆以最大速度行驶时。3.2、冷再生机的工作功率3.2.1 铣刨转子简介铣刨转子(图3.1)是铣刨机作业的工作装置,通过转子的旋转运动和设备的直线行走运动合成实现铣刨作业。呈螺旋状对称排列的刀具,在转子旋转铣削的同时,将铣下的废料向转子中央聚集,并通过抛料板将废料抛到输送机上,再将废料送到运输车上运走。铣刨转子是保证铣刨质量的关键,它的工作状况,直接影响到铣刨机的作业质量、作业效率和刀具使用寿命。 图3.1铣刨转子作业图3.2.2、铣削刀具受力分析再生作业时,旋转的刀头对路面进行挤压、破碎,于是路面便有反作用力作用在刀头上(图3.2),即铣削阻力F。铣刨时,每个铣削刀头的位置和切削厚度随时在变化,所以作用在每个刀具上的力的大小和方向也在不断变化。为方便起见,假设刀具在某一点的作用力是定值。作用在刀头上的力F 可分解为切向铣削力F Z ,径向铣削力FV,轴向铣削力FG。切向铣削力FZ,是沿转子铣刨方向的分力它消耗了功率的大部分。3.2.3、切向铣削阻力的计算 铣削刀头对路面的铣刨过程,主要是通过回转的子弹头形刀具对路面进行挤压,使之破碎成不规则的碎块,进而进一步破碎而完成的。因此铣削作业对路面的破坏,主要是压应力的作用。刀具对路面的破坏作用,是靠刀具对路面的挤压作用实现的。按照赫兹公式,铣削作业时,每个刀头与路面之间的接触应力关系如下: 2.1式中:E综合弹性模量,N/m2综合曲率半径,m铣削厚度,mFz 切向铣削力,N由式(2.1)可得,切向铣削力为: /(N) 式中:E 1、E 2 刀具及被再生路面的弹性模量,N/m 21、2 刀具及被再生路面材料的波松比因为11 2 1 ,122 1, 且刀具的弹性模量E 1 远远大于被切削路面的弹性模量E 2 (E 1 约为300Gpa, E 2约为8-15Gpa) ,所以上式可简化为:1、2 刀具及被切削路面的曲率半径,m因为1 =r (刀尖圆角半径),2=,所以上式可简化为:r (4)铣削厚度的确定(图3.1)图3.2 工作转子受力图S 为铣刀的进给量,是指同一回转平面内,相邻两铣刀转过一个安装角时,设备前进的距离。式中:n 转子转速,n/minz同一回转平面上安装的铣刀数t 同一回转平面上相邻两铣刀转过一个安装角所需要的时间,su设备行驶速度,m/s由 1 2 3(三角形123) 可求出刀头任意位置的铣削厚度为: =1 3=1 2sin ?=sx sin 将S 代入,可得:对于铣削转子来说,阻力大小还与铣削宽度有关,即与在作业的深度和宽度范围内,参与作业的刀具的数量有关。对于一定宽度和直径的铣削转子来说,参与作业的刀具数量为N ,圆周上相邻两刀具的相位角为,则铣削转子的切向阻力为:设换算铣削深度,则ht 综合体现了铣削宽度和同一时刻参与铣刨作业刀具数量。K 为小于的最大正整数。铣削转子的切向阻力为3.2.4、铣削功率铣削机作业过程中消耗的功率主要包括:P1 铣削系统消耗功率P2 行驶系统消耗功率P3 输料系统消耗功率P4 控制系统消耗功率P5 冷却系统消耗功率P6 其它系统消耗功率铣削机最大输出功率 P P1+ P2
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