劉冬川

（中建路橋集團(tuán)有限公司，河北 石家莊 050000）

引言

水泥攤鋪整平機(jī)分為軌道式攤鋪整平機(jī)、滑模攤鋪整平機(jī)、小型輪式水泥激光攤鋪整平機(jī)三類。（1）軌道式攤鋪整主要是常見三輥式攤鋪整平機(jī)，其軌道分為混凝土軌道、鋼模板軌道和工字鋼軌道兩種。①利用鋼模板作為軌道支撐的三輥式攤鋪整平機(jī)，由于鋼模板高度調(diào)整不準(zhǔn)、鋼模板接頭高低不平引起跳動(dòng)、水泥坍落度太小引起中間起拱、水泥坍落度大引起中間凹陷等因素，使得攤鋪高度控制不準(zhǔn)。②利用鐵路鋼軌作為軌道的三輥式攤鋪整平機(jī)，軌道強(qiáng)度增強(qiáng)，攤鋪效果有所改善。由于鋼軌重量大，鋼軌的鋪設(shè)和搬移費(fèi)時(shí)費(fèi)力。（2）滑模式攤鋪機(jī)具有分料、振搗、成型、熨平、伸縮功能，功能齊全，攤鋪高程以基準(zhǔn)鋼線為參考，基準(zhǔn)鋼線的架設(shè)費(fèi)時(shí)，且精度難以保證。成本昂貴，售價(jià)為150～300 萬元。

1 公路混凝土路面專用自動(dòng)攤鋪整平機(jī)研制方案

結(jié)合三輥整平機(jī)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)易性、滑模式攤鋪機(jī)行走、振搗、攤鋪、熨平功能齊全性和輪式激光整平機(jī)激光控制功能的先進(jìn)性，結(jié)合傳感器測(cè)量、液壓控制及控制算法，研制公路混凝土路面專用自動(dòng)攤鋪整平機(jī)。（1）在三輥軸攤鋪整平機(jī)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加液壓高度調(diào)整機(jī)構(gòu)和膠輪行走機(jī)構(gòu)。（2）安裝可調(diào)排振，在攤鋪厚度較深時(shí)，通過排振保證混凝土密實(shí)。（3）安裝螺旋布料器，推平多余混凝土料。（4）可選安裝振搗梁和挫平梁提高密實(shí)度和平整度。（5）通過激光測(cè)量高度基準(zhǔn)，通過GPS 進(jìn)行精確定位，通過水平儀控制傾斜角度［1］。（6）輸入高程數(shù)學(xué)模型，自動(dòng)控制橫坡、縱坡的攤鋪高度。（7）自帶柴油發(fā)電機(jī)，無需外部供電，方便使用。（8）研發(fā)攤鋪遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。

2 研制技術(shù)路線

2.1 激光高程檢測(cè)

采用激光掃平儀作為高度基準(zhǔn)，掃平儀連續(xù)旋轉(zhuǎn)并發(fā)出水平激光，攤鋪機(jī)安裝高度接收器，接收器檢測(cè)到光斑后可以指示機(jī)器絕對(duì)高程。以徠卡Rugby620 掃平儀主機(jī)及接收器GradeSmart，其接收距離達(dá)600 m，測(cè)量高程200 mm，精度1.5 mm［2］。

2.2 GPS 精確定位

普通GPS 定位精度為3～10 m，直接應(yīng)用控制精度較低，尤其是匝道攤鋪高程變化較快，不能滿足要求。采用差分GPS 技術(shù)，在激光掃平儀附近安裝差分GPS 主站，整平機(jī)上安裝差分GPS 從站，設(shè)定主站基準(zhǔn)位置后，從站定位精度可提高到±2 cm，滿足施工需求。

2.3 路面橫坡縱坡數(shù)學(xué)模型的建立

建立一套適合攤鋪控制的數(shù)學(xué)模型，方便橋梁和路面結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)導(dǎo)入，研究車身高度實(shí)時(shí)變化情況下攤鋪高程及坡度自動(dòng)控制算法，適應(yīng)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)模式下精確控制攤鋪質(zhì)量。

2.4 攤鋪遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

攤鋪、整平質(zhì)量數(shù)據(jù)通過GPRS 實(shí)時(shí)上傳到云端，自動(dòng)形成施工報(bào)表。業(yè)主、監(jiān)理和項(xiàng)目部管理人員可以通過任何一臺(tái)具有上網(wǎng)功能的電腦或手機(jī)，隨時(shí)隨地查看施工數(shù)據(jù)和報(bào)表，及時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)情況，可提高施工管理效率，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量管理信息化。

廣泛調(diào)研國內(nèi)外各種攤鋪整平機(jī)的性能，考察施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)攤鋪機(jī)的改進(jìn)需求，充分論證項(xiàng)目所需檢測(cè)技術(shù)、控制技術(shù)的可行性，制定合理的機(jī)械、硬件和軟件總體方案，在理論分析和模擬仿真的基礎(chǔ)上，進(jìn)行機(jī)械、電路和軟件設(shè)計(jì)，并制作樣機(jī)。

2.5 創(chuàng)新點(diǎn)及技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

（1）采用激光控制整平高度、提高了整平控制精度。（2）采用GPS 精確定位、輸入路橋結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模型，能自動(dòng)控制橫坡縱坡的攤鋪高度。（3）無模板、無軌道、自行走攤鋪，可減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高攤鋪效率。（4）遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)方便現(xiàn)場(chǎng)管理，實(shí)現(xiàn)了管理信息化。

3 主要技術(shù)指標(biāo)

（1）攤鋪寬度5～14 m（可調(diào)）；（2）攤鋪深度10～20 cm；（3）攤鋪高程控制精度＜10 mm；（4）平直路段單次攤鋪距離≥60 m。

4 結(jié)語

研制的基于激光定位的公路混凝土路面自動(dòng)攤鋪機(jī)，有效提高了混凝土攤鋪質(zhì)量，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度、提高了攤鋪效率，對(duì)提高公路承載能力和使用壽命具有重大意義，并且通過遠(yuǎn)程監(jiān)控實(shí)現(xiàn)了管理信息化，使得攤鋪質(zhì)量管理水平邁上一個(gè)新臺(tái)階，路橋混凝土攤鋪設(shè)備進(jìn)入新時(shí)代。