水泥混凝土摊铺机的应用

水泥混凝土摊铺机是修筑水泥混凝土路面的主要施工机械，其作用是把已经搅拌好的水泥混凝土，均匀及平整地摊铺在路基上，再经振捣和光整表面等工序，使之形成符合标准规范要求的混凝土路面。

1.水泥混凝土摊铺机的分类

水泥混凝土摊铺机按其性能和施工方法可分为轨道式和滑模式两种。

轨道式水泥混凝土摊铺机又称“摊铺列车”，如图2-20所示。它由布料机、振捣装置和修光器等组成，它们一起在摊铺机的两根轨道上行驶，这两根轨道同时又是铺筑路面的边模。其施工工艺过程为：首先由布料机将自卸车倾卸在路基上的混凝土料堆摊铺到路基的各个位置上，然后通过预整平振捣器组进行振实，再由搓动式修光器抹平。在混凝土硬化期间，保留轨道边模不拆，以防路边塌落，待混凝土硬化后，再拆模板，作为铺筑下一段路面用。安装模板和拆卸模板费工费时，而且需要大量的模板才能保证一定的作业效率。但此种机型结构简单、造价低、易操作，对水泥混凝土要求较低，故至今还受到不少施工者的青睐。

图2-20　轨道式混凝土摊铺机

1—摊铺器（回转铲式）；2—预平整刮板；3—振捣装置；4—修光器；5—轨模。

滑模式水泥混凝土摊铺机（简称滑模摊铺机）是20世纪60年代中叶，在轨道式摊铺机的基础上开发研制而成的一种路面施工专用设备。它集混凝土的布料、计量、振捣、滑模挤压成型、平搓、抹平于一体，能自动、高质量、一次性地将混凝土料成型在路基上，用于公路施工的高档摊铺机，同时还具有传力杆打入功能，在摊铺过程中自动将横向传力杆、中央拉杆和侧向拉杆按要求打入混凝土铺层中。

滑模式水泥混凝土摊铺机具有自动化水平高、生产效率高、摊铺质量高等突出特点，因此在高等级公路、城市道路、机场跑道和停机坪、市政广场以及水渠面等铺层施工中均广泛采用。

铁路客运专线轨枕或轨枕板下的硬性支承层（承载层）为级配特殊的水泥混凝土铺层，对铺层线形、断面尺寸、密实度、平整度以及密实度的均匀性都有很高的要求。日本、德国、法国等发达国家的施工范例表明：铁路客运专线硬性支承层只有采用滑模式水泥混凝土摊铺机施工，摊铺质量和工期才能达到要求。

滑模式摊铺机与轨道式摊铺机相比在使用性能方面有以下不同：

（1）整机摊铺采用全液压传动，操纵系统采用电液伺服，操作人员1～2人。

（2）摊铺时路面的拱度、纵坡、横坡和弯道等均可通过调整成型板和引导机构自动实现，整个路面可以全幅施工，一次成型。

（3）生产准备工作简单，无须铺设模板和轨道，只需架设钢丝导引拉线即可施工。

滑模摊铺机结构较复杂，操作技术难度大，对操作人员的素质要求比较高，同时对所用混凝土的级配和坍落度等技术指标的要求也较严格，这对该机的施工应用造成一定的局限性。滑模式摊铺机因其主机功率的大小和作业宽度、作业对象的不同，其行走机构有双履带、三履带和四履带等几种形式。图2-21所示为四履带式滑模摊铺机。

图2-21　四履带式滑模摊铺机

2.水泥混凝土摊铺机的主要结构

1）布料机构

摊铺机的布料工序是作业中的首道工序，其质量的好坏对后续各道工序正常进行及整个施工质量有较大的影响。布料机构的形式有多种，常见的有螺旋布料机构及旋转刮板机构，现以螺旋布料机构说明如下。

螺旋布料机构是最常见的布料装置，多用于大中型滑模摊铺机中，其轴线平行于路基表面，如图2-22所示。螺旋叶片的直径通常为400～450 mm，由一台可正反转的液压马达驱动，通过叶片的正反转实现均匀布料。作业时，叶片埋入混凝土中，通过叶片的回转左右推送混凝土，使混凝土摊铺在路基上，同时，推送时对混合料又施加了一次搅拌作用，消除了卸料时的不均匀现象，这是其突出的优点。

图2-22　螺旋布料机构

1—支撑板；2—叶片轴；3—叶片；4—马达；5—变速箱总成；6—链箱壳体；7—轴承箱；8—传动链；9—端盖；10—心轴；11—侧模板；12—连接板。

旋转刮板式布料机构如图2-23所示。其刮板既能沿布料机的横梁往复运动，还能沿竖轴自由旋转。滑道固接于机架上，与机架横梁平行，是刮板沿摊铺宽度横向移动的支撑导轨。刮板体形似滑车，通过上下4个辊轮和左右4个导轮套装在滑道上。刮板垂直安装在刮板体的中心位置，通过一对液压缸和齿条、齿轮传动，可以绕自身轴线旋转±180°。随着布料机向前行走，靠刮板的横向移动和旋转，就能把混合料均匀铺平。

图2-23　旋转刮板式布料机构

1—刮板；2—刮板体；3—滑道；4—牵引拉绳；5—机架。

2）整平机构

水泥混凝土经过布料机布料后，虽然形成了一定余留厚度的均匀铺层，但其内部的密实度差异仍然比较大，尤其是刮板式布料器形成的差异更为突出。为了克服这一现象，设置了整平机构。整平机构一般紧随布料机后，对布设的虚铺层实施揉搓挤压，减小密实度差异，并起到填平补齐精确计量的作用。常见的整平机构有摆动刮板、固定刮板、圆弧板叶轮及螺旋叶片等几种形式。

摆动刮板是安装在机架前方横向布置的一种刮板整平装置。刮板体由钢板和角钢焊接而成。下缘部分装有宽约50 mm的耐磨棱条，大面朝下，前部抬高约10 mm，与混合料虚铺层面形成一个夹角。在刮板后面的支架上有一对滚子，紧顶在刮板体的后表面上，是刮板体横向摆动的支撑点。在作业中，一方面刮板受变速箱外连接的曲柄连杆的推拉，在整个摊铺宽度上不停地摆动，通过下缘上的耐磨条带对其摊铺层实施挤压及揉搓，另一方面又能随机架缓缓向前移动，对铺层表面进行推刮整平。一般摆动幅度可以通过改变曲柄长度在0～80 mm范围内实现无级调整。刮板底缘的高度除可随机架与振实梁一起调整外，还可通过支架上的一对手轮丝杆实施独立调整，以便确定其底缘与振实梁底面的相对位置。摆动刮板整平机构如图2-24所示。

图2-24　摆动刮板整平机构

1—机架；2—刮板支架；3—刮板组件；4—驱动连杆曲柄。

3）振捣压实机构

水泥混凝土经过布料和整平计量之后，便是振捣和压实工序。该工序是为了提高水泥混凝土的密实性，保证其施工质量。高频振动能够有效地减少混凝土粒料之间的阻力，使其充分密实，所以水泥混凝土的振实机具工作频率均为高频率，其主要结构形式有梁式振捣器和插入式振捣器等。

梁式振捣器又称振捣梁，一般由底板、偏心块、传动轴、轴承和皮带轮等部件组成，如图2-25所示。振捣梁通过一组减振块横向悬挂于整平振实机的正下方。工作时，由发动机通过一对三角皮带轮直接驱动，可以实现频率为75 Hz的高频振动，振动能量通过压附在混凝土表面上的振捣底面传送到铺设层内部，使水泥混凝土得以密实。(www.xing528.com)

图2-25　梁式振捣器结构示意

1—底板；2—皮带轮；3—轴承；4—传动轴；5—减振块；6—偏心块。

振捣梁的底部呈圆弧状，其前方有5°的倾角，使前部底缘抬高60 mm左右，与水平面成一楔形夹缝。在振实作业中，被刮在前面的混凝土料可以经由夹缝对铺层混凝土进行强制性补充和预压，从而能保证其充分振实，便于起浆和逸出空气。梁式振捣器还有一种是振荡结构，在工作中，除了做垂直振动外，底板前缘周期性地升降，对铺层起到一种前后揉搓作用，这种既振动又振荡的双重作用，振实效果更佳。

4）光整作面机构

光整作面是水泥混凝土摊铺的最后一道施工工序，是路面成型的关键环节，由光整作面机构完成。光整作面机构一般有斜向往复梁（10°精整器和30°精整器）、水平修光机、斜滚式整平器及浮动式精整器等。

（1）10°精整器

10°精整器由一根与路面宽度方向成 10°夹角做往复运动的抹光梁和左右两个支架组成的，如图2-26所示。作业运动的动力由牵引它的整平振实机的液压系统提供，往复运动的频率和振幅根据混凝土的性质在施工中单独调整。在行走支架上装有一对垂直油缸与抹光梁的托架相连，可以使其整体向上抬高与地面脱离，在遇到重复摊铺和修补缺陷时，可以随牵引主机一起移动。精整器与横梁成 10°夹角是为了消除横向摊铺产生的波纹。

图2-26　10°精整器

1—左行走支架；2—振实机；3—抹光梁；4—右行走支架；5—升降油缸。

（2）浮动式精整器

浮动式精整器常见于滑模式混凝土摊铺机。它是由四块修光板组合而成的。底板的前缘向上卷起成弧形，用两条Z形铁链与机架相连，使其在作业过程中呈拖曳状态。其上设置一套凸轮机构和调整杆校准螺钉等，可以使其拱度精确地调整到设计要求。由于它是浮动在已成型的混凝土表面上，因而能对已成型的表面做进一步修整，使其符合设计要求。

5）机架

机架是摊铺机各种作业机构组合在一起的基础部件，常采用钢材或异形钢材组焊而成，常见的有箱式梁框架结构和桁架式结构等。

（1）箱式梁框架结构

箱式梁框架结构刚度和强度比较大，一些大中型滑模摊铺机多采用此种结构。根据强度和刚度的不同要求，有的采用单管横梁，有的采用双管横梁，其上设有发动机室、控制台、油料箱、蓄电池及管路、电缆等设施，并铺有防滑板。支撑在履带行走机构上的四只立式油缸就固定在机架前后两根可以加长的横梁端头上，用来调整和升降机架。机架宽度的调整一般是通过更换不同长度的横梁加长杆实现的。每组加长杆都具有和机架横梁相同的箱形截面，通过矩形法兰可靠地连接起来。

（2）桁架式结构

桁架式结构的摊铺机无论是轨道式的还是滑模式的均采用拼装式桁架机架。这种机架可以拼装成U形、T形等多种几何形状，以适应水渠、斜坡、坝顶等各种摊铺施工的需要。

6）行走机构

摊铺机的行走机构是摊铺机的重要组成部分，要求具备稳定的工作速度和较快的运行速度，以满足摊铺机正常作业和工作场地转移的特殊要求。其基本形式是履带行走机构和钢轮行走机构。

（1）履带行走机构

滑模式摊铺机均采用履带式行走机构，多为液压传动，即每只履带均由一台双向液压马达驱动，且同一侧的液压马达均为同步运行。为了获得较低的工作速度，一般液压马达与行星齿轮箱相连接，再通过链传动将动力传递到履带的主动轮上。与机架相连接的立式调平油缸，通过支架与每条履带直接铰接在一起，它除了支撑整个机器重量之外，还能通过调平传感器和方向传感器随时将履带在行走过程中的实际变动情况反馈到控制台，以实现对机器的摊铺厚度和行动方向的自动控制。

（2）钢轮行走机构

钢轮行走机构结构简单、使用方便、故障少、易维修，大多数轨道式摊铺机均采用此种形式，如图2-27所示。

图2-27　钢轮行走机构

钢轮的形态有多种，为了防止工作时脱轨，钢轮一般制成带槽的轮缘形式。

通过行走支架的升降可调整机架的高度。行走支架的结构形式有两种：一种是鞍形行走支架，它是由一个架体和两条可以展开和合拢的支腿所组成；另一种是平行四边形行走支架，它是由一对平行的支腿和一个丝杆调节机构所组成。机架离地高度随支腿与机架横梁间的夹角变化而变化，如图2-28所示。

图2-28　两种钢轮行走支架

1—机架；2—支腿；3—调整丝杆；4—手柄。

7）操纵控制机构

操纵控制机构是液压摊铺机的核心部分，它有两个作用：一是对摊铺机的各系统下达指令，按其作业的要求进行工作，以达到最佳的摊铺效果；二是对路面的几何形状，如路面的线形、纵横坡度、拱度和平整度进行调整和控制，使之达到设计要求，这也是常说的摊铺机的调平系统。

对于轨道式摊铺机而言，由于路面的几何形状是由模板和导轨的铺设质量来保证的，因而操作控制的任务就比较单一，主要是对各作业机构进行控制。对于滑模式摊铺机来讲，因其结构较复杂，操作职能全集中在一起，操作和控制的难度相对较大，尤其是调平方面，所以近年来多采用先进的传感器、电-液伺服机构和全液压自动控制等。自动调平装置就是在此基础上产生的。工作中，不管地面高低不平程度如何，摊铺机各种作业装置始终都能保持在同一个预定的高度上，如果路基低了，机器的行走机构将会随之下降，自动调平机构将会使摊铺机支腿上的油缸充油，使机架上升，直到机器达到基准水平为止。反之，若路基高了，机架则会相应下降。