沥青混凝土摊铺机自动找平装置的工作原理分析及应用

【摘要】本文通过对沥青混凝土摊铺机自动找平梁结构及原理分析，联系实践经验提出其运用技巧，为路面施工中的平整度控制提出建议。

【关键词】摊铺机，自动找平装置，原理分析及应用

【 abstract 】 this article through to the asphalt concrete paver beam structure and the principle of automatic make level analysis, contact the practice experience puts forward the skill, the flatness control for pavement construction are proposed.

【 key words 】 paver, automatic make level device, analyzed the principle and application

中图分类号： TV431+.5文献标识码：A 文章编号

平整度是评价道路使用质量的重要参数，因此平整度控制也是路面施工控制中的一个关键环节。良好的平整度来源于：①基底和各结构层的稳定性，无突变的、不均匀的沉降；②各结构层本身连续、均衡的压实度和平整度水平，较小的变异性；③施工工艺中，基准面的设定，沥青混凝土的拌和、摊铺、碾压，以及接缝处理等，各个环节的精细操作。其中，如何在路面施工过程中，为摊铺机行走提供一个准确的平整度参照系，是达到良好的平整度水平的先决条件之一。

一、自动找平装置的工作原理

当沥青砼摊铺机（以下简称摊铺机）在摊铺作业时，熨平板通过两侧牵引大臂由主机牵引进行摊铺，熨平板处于浮动状态，这种浮动式熨平板对路基不平整有初步的滤波和滞后效应，具有一定的调平功能，但它只能消除波长较短的凸凹不平。摊铺机自动找平装置可以使摊铺机根据基层的高低不平随时自动调整牵引大臂牵引点的垂直高度，从而改变摊铺厚度，提高路面平整度。从其结构看，单片自动找平梁主要由四个部分组成：一是前着地部分（轮式或雪橇板），二是后着地部分（一般两组雪橇板），三是前后的联接横梁，四是牵引横架。前三个部分中各结点均采用可任意旋转的轴联接。

一般前着地部分至少由4组轮子（或雪橇板）组成，其中一个轮子若遇到高程的突变，传递到A点的高程变化仅为1/8，再传递到B点（摊铺机传感仪设置处）只有1/16甚至更小。

（一）工作原理

首先由调平装置的传感器检测出摊铺机因道路不平与基准平面的偏差，然后由处理器将该偏差信号进行放大、运算、比较、处理，并及时发出脉冲调节信号作用于相应原电磁阀，控制牵引大臂调节油缸升降，使熨平板恢复到初始仰角，修正摊铺厚度至设定值。

（二）找平装置中传感器的分类沥青路面摊铺施工时，为控制路面的平整度，在中面层和上面层的施工中常采用接触式浮动平衡梁，由于接触式平衡梁的控制电路采用模拟电路，其反应精度较差，而且在路面上滑行，受干扰的因素不易及时调整摊铺机的工作状态。并且这种平衡梁重量较重，体积庞大，通常16m~18m长，使用非常不方便，如遇到匝道、变坡、桥面、接缝、缺口、台阶、井盖等更感困难。

找平装置一般由传感器、滑臂、机械式浮动梁等组成，其中传感器可分为角位移传感器、超声波传感器、光学传感器。

（1）角位移式传感器：其原理是测得滑臂与基准线的夹的大小来换息出相应的熨平板高度并进行测量。此传感器的特点是线性度好，工作温度范围宽，使用寿命长。由于角位移传感器采用接触式测量方式，它在基准线上滑动时容易引起基准线的振动而产生调平误差。因此，这种传感器的滑臂垂直对称端常装有一个平衡锤。

（2）超声波传感器：超声波传感器实质上是一种可逆的换能器，它将电振荡的能量变为机械振荡，形成超声波。超声波传感器分为发送器和接收器，发送器将电能变为超声波能，而接收器则将接收超声波的能量变为电能。超声波在空气介质中传播时，若测出超声波发出或回波接收时间差及传播速度则可计算出待测熨平板的高度。由于这种传感器采用非接触式测量方式，在实际使用中更为方便，但其测量精度不如角位移传感器高。

二、摊铺机自动找平装置在实践中的应用

（一）接触式传感器+钢丝绳

几乎所有的摊铺机均配置了两纵一横的坡度控制器，纵坡控制器控制纵向坡度，横坡控制器检测熨平板的横向斜度，控制无纵坡控制器一侧大臂调平油缸的升降。根据情况，可以采用“两纵”或“一纵一横”方案，摊铺时纵坡控制器滑杆在事先设定好的基准面上滑行，检测路面不平整度。基准可以是按道路设纵坡张紧的钢丝绳，也可以是已铺筑好的路面或路缘石。这些基准是真实存在的参照物，是一种绝对基准，因此可以很好地保证铺层平整度。在路面基层的摊铺施工中，基准钢丝绳+坡度控制器的方案被广泛应运。

我单位在进行水稳层及沥青砼下面层难铺施工时均采用上述方案，根据摊铺情况选择基准。当摊铺幅宽与路宽一致时，以道路两边路缘石作为基准面，由于人工砌筑的路缘石平整度不高，所以选用两根长6M，经检测平整度合格的铝合金型材置于路缘石上平面，控制器的滑杆紧贴铝合金表面随摊铺机前进。站西路、交通南北巷、东西巷均采用这种方案施工，获得较高的平整度。当进行两幅或多幅摊铺时采用钢丝绳、路缘石和以铺筑好的路面等多种基准相结合的方式逐幅进行摊铺。付东路、南山路Ⅰ标段等工程均采用两幅摊铺，首幅摊铺时，以路缘石和钢丝绳作为两侧纵坡找平基准。第二幅以首幅已摊铺好的路面和另一侧路缘石为两侧基准进行摊铺，同样获得了良好的平整度。

在实践中，有一个问题不可避免，就是作为基准的钢丝绳，其架设质量完全取决于人，总会有一些人为因素影响，比如：测量和挂线是否准确、钢丝绳的张紧力是否足够、人为接触碰撞钢丝绳、摊铺机行走过程中引发的钢丝绳振动、摊铺机方向走偏、熨平板刮挤线桩，使以钢丝绳为基准的找平方式的准确性大大降低，导致路面平整度下降。

（二）接触式传感器+机械式浮动梁

沥青路面摊铺施工时，为控制路面的平整度，在中面层和上面层的施工中常采用接触式浮动平衡梁，由于接触式平衡梁的控制电路采用模拟电路，其反应精度较差，而且在路面上滑行，受干扰的因素不易及时调整摊铺机的工作状态。并且这种平衡梁重量较重，体积庞大，通常16m~18m长，使用非常不方便，如遇到匝道、变坡、桥面、接缝、缺口、台阶、井盖等更感困难。

上面层摊铺时采用机械式浮动平衡梁+纵坡控制器的方案，机械浮动平衡梁由四个部分组成，一是前着地部分（轮式或雪橇板）二是后着地部分（一般两组雪橇板）三是前后的联接横梁，四是牵引横梁，前三个部分中各结点均彩可任意旋转的轴联接。前着地部分至少由4组轮子（或雪橇板）组成，当遇到基层高低不平时，通过平衡梁传递到摊铺机传感仪设置处的高程量变化很少，比如当平衡梁前端遇到一颗2cm的石子引起高程变化，传递到摊铺机感应装置时只有1-1.2mm，这对摊铺机的平整度反应装置来说已微乎其微了。机械式浮动平衡梁连接在摊铺机两侧，作业时随摊铺机向前运动。浮动梁长度不少于9m，中部设有张紧的钢丝绳，纵坡控制器的滑杆贴靠在钢丝绳上，平衡梁前着地部分在待摊铺的路面上滑动，后着地部分在熨平板后方已铺面层上滚动，为自动找平装置提供一个相对平直的虚拟基准线。这种调平装置完全消除了接触式传感器+钢丝绳方案中影响摊铺平整度的诸多因素，使上面层平整度显著提高。其缺点是机械式浮动平衡梁体积较大，摊铺弯道时会在已铺面层上产生横向拉痕，摊铺机掉头或转场时需要拆装，费工费时，多次拆装易发生变形，轮胎表面容易粘附沥青混合料，需人工清理。但它的价格相对便宜且能满足路面施工对平整度的要求，所以这种纵坡调平控制方式在路面施工中广泛应用。

（三）非接触式调平装置

非接触式超声波调平装置又称为超声波平衡梁，采用超声波测距原理，微处理技术控制摊铺机的调平油缸工作。在待铺路面以上一定高度处，两侧牵引大臂上固定有平衡梁，朝下布置多个声纳传感器（一般为4个，前3后1）。摊铺作业时声纳传感器向作为参考基准的地面发射声纳信号并接收返回信号，计算出距地面的均值，以此来控制摊铺机牵引大臂的升降，达到光滑平整的摊铺效果。它的优点是：安装方便简单，不与沥青混合料接触，无须清洗维修，无论道路多么弯曲，均能连续摊铺，摊铺机掉头也十分方便，铺层平整度好，完全符合国家标准要求。其缺点是作为声纳传播媒体的空气成分与温度对声纳的传播速度影响较大，所以必须加设温度补偿功能，但此功能的稳定性较差，容易引起测距误差，实际应用中所铺筑的面层平整度并不比机械式浮动梁+纵坡控制器好多少。此外，非接触式超声波平衡梁采用的是相对基准，对作为参考基准的原有路面的平整度要求比较苛刻，因此只能摊铺路面面层。

（四）RSS激光扫描自动找平系统

RSS激光扫描自动找平系统与超声波平衡梁一样，属于非接触式调平装置。激光的传播速度比声纳快的多，又不受环境影响，故测距比声纳精确。RSS系统在摊铺机两侧牵引大臂上仅配置一个激光发生器和接收器，在工作平面的某一角度范围内，对作为参考基准的路面进行扫描，逐步测量控头距地面的距离并加以运算平均，测点多达150个，在扫描范围内密集分布。RSS激光扫描自动找平系统的扫描长度可以根据路基状况在2-30m范围内任意人为设定，这一功能使RSS激光扫描自动找平系统方便地适应不同路基条件下的摊铺控制。例如，在平直路面上采用较长的扫描长度，可获取较高的面层平整度；在横向弯道（纵向坡道）上采用较短的扫描长度，以准确地跟踪横向高程（纵向高程）的连续变化而获得连续平滑的弯道，彻底克服了采用钢丝绳基准所产生的折线误差。因此从理论上讲，RSS激光扫描找平系统的控制精度比超声波平衡梁高的多，但由于是刚推出的新产品，在设计和质量上还存在问题，价格较高，在国内目前很少采用。随着产品性能的不断完善和价格的下降，有可能在今后取代超声波平衡梁。

三、结束语

正确的选择和使用自动找平装置是沥青摊铺环节中提高路面平整度的重要措施，通过本文的论述，相信大家对自动找平的原理及应用有了初步的认识，希望能给大家的工作带来帮助。