瀝青路面銑刨類機(jī)械工作裝置研究

宿博巖

（甘肅省甘南公路局合作公路段，甘南 747000）

隨著國內(nèi)高速公路建設(shè)事業(yè)的不斷發(fā)展，道路養(yǎng)護(hù)設(shè)備快速發(fā)展。近年來，瀝青路面銑刨機(jī)已被廣泛應(yīng)用于瀝青路面的常規(guī)維護(hù)。雖然很多國專家在該領(lǐng)域進(jìn)行了大量研究并取得了許多成果，但與國外同類產(chǎn)品相比，國內(nèi)瀝青路面銑刨機(jī)在型號選擇、規(guī)格以及技術(shù)性能方面依然存在一定的差距。因此，研究瀝青路面銑刨類機(jī)械裝置設(shè)計，基于轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及參數(shù)分析、刀具安裝及參數(shù)分析、刀具磨損及預(yù)防措施分析，為類似機(jī)械裝置研究提供一定的參考。

1 銑刨機(jī)轉(zhuǎn)子基本結(jié)構(gòu)

銑刨機(jī)轉(zhuǎn)子是銑刨裝置的關(guān)鍵組成部分。在大中型銑刨機(jī)中，轉(zhuǎn)子由帶式機(jī)床驅(qū)動。在小型銑刨機(jī)中，轉(zhuǎn)子由帶式機(jī)床、鏈條驅(qū)動或液壓驅(qū)動。如圖1所示，銑刨機(jī)轉(zhuǎn)子的基本結(jié)構(gòu)包括骨料螺旋、拋料板、刀座、刀頭、驅(qū)動器組件以及滾筒等[1]。滾筒是轉(zhuǎn)子的基礎(chǔ)構(gòu)成，其他部件都安裝在滾筒上。集料螺旋收集由轉(zhuǎn)子銑刨掉的物料，并將其送到皮帶輸送機(jī)。

圖1 銑刨機(jī)銑刨轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)

2 銑刨機(jī)轉(zhuǎn)子參數(shù)及刀具安裝

2.1 銑刨機(jī)轉(zhuǎn)子參數(shù)設(shè)置

2.1.1 螺旋升角

在實(shí)際作業(yè)過程中，銑刨機(jī)會按特定順序在瀝青路面上進(jìn)行高硬度銑刨，從而產(chǎn)生巨大的沖擊載荷，加劇銑刨機(jī)振動，導(dǎo)致銑刨機(jī)磨損[2]。因此，需要合理確定銑刨機(jī)轉(zhuǎn)子的螺旋升角，以有效減少振動，提高銑刨機(jī)運(yùn)行效率。要確保轉(zhuǎn)子的螺旋升角小于瀝青料與葉片之間的摩擦角，使銑刨掉的散裝瀝青材料快速沿螺旋線集中。由于實(shí)踐中瀝青料的成分不同且不穩(wěn)定，只能得出其內(nèi)摩擦角大小范圍為30°～40°。螺旋升角與瀝青料的阻力成反比。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，螺旋升角通常為14°～20°。

2.1.2 銑刨寬度方向上的轉(zhuǎn)子刀具刀尖間隔

銑刨寬度方向上的刀具刀尖間隔范圍為15～20 mm，常規(guī)銑刨機(jī)轉(zhuǎn)子刀具刀尖間隔通常為15 mm，而用于精密銑刨的銑刨機(jī)轉(zhuǎn)子刀具刀尖間隔通常為8 mm或更小[3]。

2.1.3 轉(zhuǎn)子刀尖圓直徑

不同規(guī)格型號的銑刨機(jī)轉(zhuǎn)子的刀尖圓直徑存在差異，因而螺旋線頭數(shù)量也有所不同。

2.1.4 螺旋線頭數(shù)螺旋線頭數(shù)量取決于銑刨機(jī)銑刨寬度方向上的轉(zhuǎn)子刀具刀尖間隔和銑刨寬度。通常，螺旋線頭數(shù)量為2或3。

2.1.5 同回轉(zhuǎn)面上的刀具數(shù)量除了邊刀、立刀以外，同一個回轉(zhuǎn)面通常僅設(shè)置一個道具，目的是盡量降低銑刨時的阻力。

2.1.6 圓周方向兩相鄰刀具間相位差

銑刨圓周方向上兩相鄰刀具在銑刨圓展開圖上的距離l，可以通過公式計算：

式中：k表示轉(zhuǎn)子螺旋頭數(shù)量；b表示銑刨寬度方向上的轉(zhuǎn)子刀具刀尖間隔；δ表示螺旋升角。通常，螺旋線上兩相鄰刀具在銑刨圓展開圖上的投影距離l的取值范圍為100～200 mm[4]。

2.1.7 兩相鄰刀具在銑刨圓周方向上的投影相位差

兩相鄰刀具在銑刨圓周方向上的投影相位差η的計算公式為：

式中：l表示銑刨圓周方向上兩相鄰刀具在銑刨圓展開圖上的距離；D表示轉(zhuǎn)子刀尖圓直徑。

通常，銑刨寬度、銑刨寬度方向上的轉(zhuǎn)子刀具刀尖間隔、轉(zhuǎn)子刀尖圓直徑D在選定機(jī)型時已經(jīng)確定，其他參數(shù)則要根據(jù)實(shí)際要求合理選擇數(shù)值。

2.2 轉(zhuǎn)子刀具安裝布置

2.2.1 主刀具側(cè)向傾角

銑刨轉(zhuǎn)子刀頭通常為圓錐形。銑刨時，刀斗可以在刀架中旋轉(zhuǎn)，提高磨損均勻程度，從而有效延長刀具壽命[5]。在銑刨過程中，要銑刨的路面會形成一個摩擦區(qū)域。只有刀頭在摩擦區(qū)域形成阻力，才能完成銑刨。如果刀斗快速切向道路表面，則刀斗會向后移動，即朝著刀座方向移動。這時刀具還未轉(zhuǎn)動，當(dāng)繼續(xù)切入一定深度后，刀頭才開始轉(zhuǎn)動。主刀側(cè)向傾角越小，銑刨效率越高。因此，實(shí)踐中銑刨轉(zhuǎn)子主刀具側(cè)傾角應(yīng)小于理論值，通常為11.5°左右。

2.2.2 主刀的切入角度

銑刨過程中，轉(zhuǎn)子主刀頭部應(yīng)避免接觸路面，以降低阻力和刀具磨損。因此，在設(shè)計主刀的切入角度時，需避免主刀頭部和路面之間的接觸。目前，大部分銑刨機(jī)轉(zhuǎn)子主刀的切入角度均為40°。

2.2.3 側(cè)刀和直刀的角度

側(cè)刀運(yùn)動是從下到上遷移的過程，同時具有水平側(cè)向運(yùn)動過程，意味著側(cè)刀不僅必須與主刀的安裝布置方式匹配，還必須向外傾斜一定的角度。在計算側(cè)刀的外傾角時，主要做到刀具錐體和路邊沿相切。如果角度太小或太大，則會更快地?fù)p壞刀具。直刀的作用是修整路邊沿切削刃。安裝布置刀具時，通常并排放置2～3個直刀均勻分布在滾筒圓周線上。

2.2.4 拋料板安裝角度

拋料板的主要作用是將瀝青廢料送至皮帶機(jī)。為確保瀝青廢料能夠成功進(jìn)入出料口，拋料板的安裝需滿足以下條件：

（1）正確的安裝角度可以使瀝青廢料不受阻礙地送達(dá)出料口；

（2）最大安裝半徑需小于刀尖圓的半徑；

（3）寬度應(yīng)小于拋料口的寬度，安全位置的中心線必須與拋料口的中心線重合；

（4）拋料口的材料必須具有良好的耐磨性，且更換方便。

3 結(jié)語

綜上所述，探討銑刨機(jī)轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)子刀具的相關(guān)參數(shù)設(shè)置以及轉(zhuǎn)子刀具非正常磨損的預(yù)防措施，分析轉(zhuǎn)子的關(guān)鍵參數(shù)，包括螺旋升角、銑刨寬度方向上的轉(zhuǎn)子刀具刀尖間隔、轉(zhuǎn)子刀尖圓直徑以及螺旋線頭個數(shù)等。轉(zhuǎn)子刀具的布置參數(shù)包括主刀側(cè)向傾角、側(cè)刀和直刀的角度、拋料板安裝角度等，可為銑刨機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計提供一定參考。