压路机有很多种分类方法,可以按照压实原理、结构类型不同来分类,也可按照用途、传动形式不同来分。依据不同的分类方法,就有了许多不同类型的压路机。而不同类型的压路机,就具有不同的使用性能和特点,下面将结合具体类型进行介绍。
(一)按压路机用途分类
按用途不同可分为路面用压路机、基础用压路机、沟槽用压路机和斜坡用压路机等。
1.路面用压路机
压实路面用的压路机要求有光整封层作用,不破坏铺层材料中的粗骨料,并且不粘接沥青混合料。因此,路面型的压路机应以大滚轮串联式为好,对于振动压路机要求高频率低振幅,要有洒水或喷水功能,最好是全轮驱动。柔性压轮更能起到封层和保存粗骨料的作用,此外还有重铺沥青混凝土路面专用的薄层振动压路机。
2.基础用压路机
压实基础用的压路机要求压实能力强,牵引力大,越野性能好。基础型的压路机应取大吨位的重型或超重型压路机,振动压路机要大振幅低频率,驱动轮胎要宽基低压带花纹的,压路机横向稳定性要好,并且应有带锁止机构的差速器。
3.沟槽用压路机和斜坡用压路机
对堤坝和河槽斜坡的压实,可用履带式拖拉机绞车牵动的拖式或自行式振动压路机施工,还可选用专用的斜坡压路机。对于管道或电缆埋设沟槽填土,可用专门的沟槽压路机压实。
(二)按压路机结构形式分类
由于压实工程相关条件与使用要求各不相同,为满足实际工程作业需要,当今压路机派生出了许多个性化的结构,为选购和应用提供了相当大的空间。这些个性化的结构表现在不同的方面,据此可有以下主要分类。
1.按压轮结构形式分类
按压实滚轮即碾轮表面形状不同,可分光面碾压路机、槽纹碾压路机、羊足碾压路机和轮胎碾压路机等多种。不同的碾压轮表面形状如图1-1所示。
图1-1 碾压轮表面形状
a)光面碾 b)槽纹碾 c)羊足碾 d)轮胎碾
(1)光面碾压路机 光面碾压路机又称光轮式压路机,其碾轮表面平整光滑,是比较常见的一种,如图1-2所示为3Y12/15型自行式静作用光轮式压路机。
图1-2 3Y12/15型自行式静作用光轮式压路机
光轮式压路机的光面钢轮能适应路面的光整作业,适用于各种路面、垫层、机场跑道和广场等土方工程的压实,且在转移工地时可在公路上行驶,用途最广泛。但这种刚性滚轮难于保证铺层材料压实度的均匀性,这种压实度不均匀的道路经行车和沉陷后就会出现凹凸不平。
(2)羊足碾压路机 羊足碾压路机,又称为羊脚碾或凸块压路机,它的压实滚轮不再是普通的光钢轮,而是在光钢轮的基础上设计安装若干像羊脚一样的凸起钢块,从而形成一种独特的压实滚轮——凸块轮,由于凸块形似羊足故称羊足碾。羊脚(凸块)有圆柱形、梯形、长方柱形和菱形等多种形式,在碾轮上一般呈梅花形布置;通常羊脚高度与碾轮直径之比为1∶5~1∶8。
碾轮通常是空心的滚筒,滚筒轴支承于牵引机架轴承上,滚筒内可装水、砂或铁砂以增加碾压质量。在滚筒前后的机架下方装有梳状刮板,以清除凸块间粘嵌的泥块。
羊足碾压路机有自行式和拖式两种。如图1-3所示为自行式羊足碾压路机。
图1-3 自行式羊足碾压路机
自行式羊足碾也称捣实压路机。这类羊足碾在滚筒中还可装激振装置,制成振动捣实压路机,利用激振力增大压实效果,扩大使用范围。
除了上述自行式羊足碾压路机外还有拖式羊足碾压路机。拖式羊足碾压路机又有单筒和双筒之分。拖式羊足碾压路机由牵引机拖行。其钢板卷制的碾筒上焊有若干个羊脚(国产一般焊有64个),为增加碾筒质量,筒内已装入干砂或水。
单筒羊脚碾可用40~50kW履带式拖拉机牵引。双筒羊脚碾是将两个单碾筒并联在由金属焊接而成的双联架上,铰接在一起。当左右两边工作条件不同时,碾筒可绕中心点作少量自由调节,不会损坏机件。双筒羊脚碾工作时可由58.8~73.5kW履带拖拉机牵引。
从使用特点来看,羊足碾压路机特别适用于压实粘土。羊足碾(凸块轮)对土壤兼有压实、冲击、拌合与揉搓的综合作用,由于滚轮上突出部分与土壤接触时,凸块对铺层材料的单位压应力大,对土壤的剪切力也很大,能不断翻松土壤表层,使粘土内的气泡或水泡受到破坏,经多遍压实后可增大土壤的密实度,得到很好的压实效果,从而得到高强度的工程基础。尤其在粘土成分超过50%的情况下,羊脚(凸块)压路机的单位压力大,工作时有捣实作用,将成为有效的压实机械,因此它广泛地用于粘性土壤及碎石层的分层压实。尤其对于硬性粘土,凸块有搅拌、揉搓和捣实作用,使填料均匀,上下铺层粘接好避免了分层。凸块轮振动压路机在工程基础、路基垫层与堤坝的建设施工中得到了广泛应用。但对于非粘性土壤和高含水量的粘土,压实效果不好,不宜采用。
(3)轮胎碾压路机 轮胎碾采用花纹轮胎作碾轮,而且轮胎气压可以调节,压重可以增加,单位压力可以改变,碾压时又有揉搓作用,使压实层均匀密实,且不伤地面,适用于道路、广场等基础垫层的碾压密实。
此外,槽纹碾的轮表面有凹形槽圈与表面装有羊足突出物的羊足碾碾轮类似,其单位压力大、压实层厚,适用于路基、堤坝的压实。
2.按传动系统结构形式分类
压路机的传动形式可以是机械传动、液压传动、液力机械传动。机械传动系统只能实现有级变速,且不能实现全轮驱动。液压传动能很容易地实现无级变速和全轮驱动、全轮振动,能在相当大的调速范围内保持高效率,操纵也很方便。液力机械传动能在一定的范围内根据行驶阻力的变化自动无级调速,提高了发动机的功率利用率。现在几乎所有的振动压路机上都采用了液压传动,液力机械传动只在超重型的轮胎压路机上应用。
3.按转向系结构形式及方式分类
压路机的转向方式分为铰接转向和偏转轮转向等。铰接转向压路机是通过车架中部的铰接机构将前后车架相对弯折而转向的,故又称“折腰”转向。如图1-3和图1-4所示都属于铰接转向压路机。
当铰接销布置在轴距中间时能使弯道压实前后轮迹重合。铰接转向压路机的机动性好,无论是液压传动还是机械传动都可以用。但铰接转向压路机的车架结构较复杂,而且直线行驶性能不如偏转轮转向压路机。
图1-4 铰接转向压路机
偏转轮转向的压路机用整体式车架,结构比较简单。偏转轮转向有前轮转向、后轮转向和前后轮同时转向,其中前轮转向较容易由驾驶员掌控行车方向。如图1-2所示的静作用式光轮压路机就属于前轮转向。
前后轮同时转向也称全轮转向,全轮转向压路机的转弯半径小,且能保证弯道压实时不出现漏压现象,但需采用液压传动技术才能实现。另外,全轮转向还可实现斜行,由此派生出蟹行压路机,这种结构形式的压路机增强了作业的灵活性。
4.按振动轮数量分类
振动压路机有单轮振动和双轮振动两种结构形式。与单轮振动串联压路机相比,双轮振动串联压路机虽然结构较复杂,但压实能力强,生产效率高。单轮振动串联压路机在结构上比较简单,在一些小型压实工程及路面维修作业中被广泛采用。轮胎驱动单轮振动压路机的驱动能力大,横向稳定性好,几乎占领了岩石填土和工程基础的所有压实工作。
5.按驱动轮数量分类
单轮驱动压路机在进行压实作业时,从动轮有较为严重的推土现象,降低了铺层材料表面的压实质量。全轮驱动压路机的压轮都是主动轮,驱动力将铺层材料推向后方,能明显地发挥表面的压实质量。
单轮驱动压路机往往是一个轮驱动,另一个从动轮转向,全轮驱动较单轮驱动有更大的驱动能力和制动能力,使压路机压实作业时不易陷车,制动时能缩短制动距离。
6.按压轮悬挂结构形式分类
压路机的悬架装置把压轮和机架联接起来,以实现在它们之间力和力矩的传递,并保证前后轮在崎岖不平的地面上能全轮着地。除了刚性联接外,压路机的悬架装置有机械摇摆式和液压升降式,振动压路机上还要增加弹性悬架,即减振器。
7.按操作驾驶方式分类
压路机分为拖式、自行式和手扶式。自行式压路机机动灵活,主要用于道路工程的压实作业;拖式压路机又称压路滚,一般由履带式拖拉机牵引,适用于大型土石方填土工程的压实作业。
(三)按压路机压实原理分类
压路机作业的目的是对作业对象施加压力将其压实,但压实的原理各不相同,常见的压实原理如图1-5所示。
图1-5 压路机的压实原理
a)静作用式 b)振动式 c)冲击式 d)组合式
按施力工作原理的不同,压路机现已形成静作用压路机、振动压路机和冲击式压路三大系列见表1-1。
表1-1 压路机的系列与分类
1.静作用式压路机
静作用式压路机又称为静力碾压路机,它是靠自身重力产生的静压力,通过滚轮在被压物料表层进行往复滚动,使被压土壤或碎石层产生永久变形而密实,从而达到压实的目的。
静作用式压路机又分为静作用式钢轮静碾压路机和静作用式轮胎压路机。
1)静作用式钢轮静碾压路机。静作用式钢轮静碾压路机是借助自身质量对被压材料实现压实的。它可以对路基、路面、广场和其他各类工程的地基进行压实。其工作过程是沿工作面前进与后退进行反复的滚动,使被压实材料达到足够的承载力和获得平整的表面。
静作用式钢轮压路机也常简称为光轮压路机,有不同的分类方法和类型。
按滚轮数目可分为两轮式和三轮式(图1-2和图1-6)两种。
根据整机质量不同,静作用光轮压路机又可分为轻型、中型和重型三种。轻型的质量为5~8t,多为两轮式,多用于压实路面、人行道、体育场等。中型的质量为8~10t,包括两轮和三轮式两种。前者大多数用于压实与压平各种路面,后者多用于压实路基、地基以及初压铺筑层。质量在10~15t、18~20t的为重型,用于最终压实与压平各类路面与路基,尤其适合于压实与压平沥青混凝土路面。另外,还有质量为3~5t的两轮式小型压路机,主要用于养护路面、压实人行道等。(www.daowen.com)
图1-6 三轮式静作用光轮压路机
静作用压路机诞生最早,但从作用原理上看似乎已经落后。从使用性能特点来看,对于地基的压实尤其是碎石的压实作业,静作用光轮压路机没有振动压路机有效,在压实路面铺层时(如压实沥青铺筑层)又没有轮胎压路机性能好。即便是整平作业也已被串联振动压路机所取代。但由于静作用压路机具有结构简单、维修方便、制造容易、使用寿命长、可靠性好、施工工艺成熟等优点,特别是价格便宜,目前还在生产中被大量使用。
静作用压路机比较先进的结构是大滚轮直径、全轮驱动、液压传动和液压转向,增大了压实面积,且在弯道压实时前后轮搭接部分完全重合而不至于留下空白处,这种压路机很适合压实碎石路面和沥青混凝土铺装层。
静作用光轮压路机通过改进技术可提高压路机的压实、操纵、安全等性能,其中包括采用大直径的滚轮和全轮驱动。
国外先进的压路机中,两轮压路机质量在6~8t的滚轮直径为1.3~1.4m,质量在8~10t的滚轮直径为1.4~1.5m,三轮压路机质量在8~10t的滚轮直径为1.6m,质量在10t以上的滚轮直径为1.7m。日本KD200型的压路机滚轮直径甚至达1.8m。
对于单轮驱动的光轮压路机,在压实的过程中,由于从动轮前面易产生弓形土坡,其后易出现尾坡,因此现代压路机多采用全轮驱动。采用全轮驱动后,其前后轮的直径相同,质量分配大致相等,可提高其爬坡能力、通过性和稳定性。
此外,还可采用液力机械传动、液压传动和液压伺服铰接式转向等技术,不但能提高压路机的压实效果,减小转弯半径,还能做到在弯道压实中不留空隙部分,适宜于对沥青铺层的压实。
2)静作用式轮胎压路机。轮胎式压路机采用多个充气轮胎作为碾压轮,一般情况下装设前轮3~5个,后轮4~6个。如改变充气压力可改变接地压力,压力调节范围为0.11~1.05MPa。轮胎式压路机采用液压、液力或机械传动系统,单轴或全轴驱动,宽基轮胎铰接式车架结构三点支承。可在车厢中加装压重,依靠静力进行压实。压实过程有揉搓作用,使压实层颗粒不破坏而相嵌,均匀密实。这主要是由于轮胎式压路机对被压材料进行压实作业时,可以很好借助和利用充气轮胎的特性,它不但具有垂直压实力,还有沿行驶方向及沿机械横向的水平压实力。垂直及水平压实力的作用加上橡胶轮胎弹性所产生的“揉搓作用”,可获得极好的压实效果。橡胶轮胎柔曲并沿着钢轮压路机压实轮廓压实,能够产生较好的压实表面和较好的密实性,尤其利于沥青混合料的压实。另外,轮胎压路机还可通过增减配重、改变轮胎充气压力,适应压实各种材料。
轮胎式压路机分为拖式和自行式两种。拖式结构尺寸大、机重大、碾压深、生产率高,由履带式拖拉机牵引工作,能适应较差的工作条件。拖式又分为单轴式和双轴式两种。单轴式轮胎压路机即所有轮胎都装在一根轴上,其优点是外形尺寸小,机动灵活,可用于较狭窄工作面的压实工作;双轴式轮胎压路机的所有轮胎分别装在前后两根轴上,多为重型和超重型的,适用于大面积工作面的作业,现在应用较少。
如图1-7所示为自行式轮胎压路机,具有轻便灵活、速度快、机动性好的特点,行驶速度可达25km/h,多用于道路、飞机场等工程垫层的压实。自行式轮胎压路机可按影响材料压实性和使用质量的主要特征分类。
图1-7 自行式轮胎压路机
①按轮胎的负载情况分类。可分为多个轮胎整体受载、单个轮胎独立受载和复合受载三种。在多个轮胎整体受载的情况下,压路机的重力利用不同联接构件,将其分配给每个轮胎。当压路机在不平路面上运行时,轮胎的负载将重新分配,其中某个轮胎可能会出现超载现象。在单个轮胎独立受载的情况下,各轴各轮胎,每个都是独立受载。在复合受载的情况下,一部分轮胎独立受载,另一部分轮胎整体受载。
②按轮胎在轴上安装的方式分类。可分为各轮胎单轴安装、通轴安装和复合式安装三种。在单轴安装中,沿某一共用轴线上的每个轮胎具有不与其他轮胎联接的独立轴。在通轴安装中,沿某一共用轴线上的每个轮胎安装在同一轴上。复合式安装包括单轴独立安装和通轴安装。
③按轮胎在轴上的布置分类。可以分为轮胎交错布置、行列布置和复合布置。压轮串联布置使作业面平整度好,三轮布置的压路机横向稳定性好,轮胎压路机的前后轮应相互错开安装。前后轮应有必要的重叠量,不致于在作业面留下空白处。因此,在现代压路机中,最广泛采用的是轮胎交错布置的方案。
④按平衡系统形式分类。可分为杠杆(机械)式、液压式、气压式和复合式等几种。
液压式和气压式平衡系统可以保证压路机在坡道上工作时使其机身和驾驶室保持水平位置。
⑤按转向方式分类。可以分为偏转车轮转向、转向轮轴转向和铰接转向三种。偏转车轮转向和转向轮轴转向会引起前、后轮不同的转弯半径,其值相差很大,可使前后轮的重叠宽度减小到零,会导致压路机沿碾压带宽度压实的不均匀性。要提高这种转向形式的压实质量,就必须大大地增加重叠宽度。不过这会减小压实带的宽度和降低压路机的生产率。
前后轮偏转车轮转向、前后转向轮轮轴转向和铰接转向是较先进的结构,在一定条件下可以获得等半径的转向。这样,当压路机在弯道上工作时,就可保证前后轮具有必要的重叠宽度。但对铰接车架,由于轴距减小,会降低压路机的稳定性。
自行式轮胎压路机还可以按传动方式、动力装置形式、操纵系统以及其他特征进行分类。
从使用性能上看,轮胎压路机有许多独到之处。首先,与光钢轮压路机相比,轮胎压路机优越性在于能使被压实材料有良好的封闭性和揉搓作用,实现柔性压实。其揉搓作用能使被压实材料在轮胎接地面积范围内得以均匀压实,而物料很少向侧面移动,这就使铺层各处的压实度相一致,且不会出现裂纹。它适宜于压实沥青混凝土铺装层,不会破坏铺层材料的原有粘度和混合料中的骨架结构,使沥青混凝土路面有很好的封闭性和抗滑性能。此外,几乎还能够完成所有的压实工作。自行式轮胎压路机的机动性好,便于运输和转移工地。在修筑高级路面时,轮胎压路机是不可缺少的压实设备。其次,自行式轮胎压路机一般前轴和后轴各装有四个或五个轮胎,可以利用自带气泵改变轮胎的充气压力,可以改变轮胎接地压,车厢可以作为水箱装水;利用机械上的水泵将水抽入车厢以调节整机质量。此外,还可利用水箱中的水洒水。适用于压实壤土、砂壤土、砂土和砂砾混合土等,压实效果好。
随着技术的进步,许多高新技术应用到轮胎压路机上,使得轮胎压路机具有更好的使用性能。
为了均匀每个轮胎的负荷,同时在不平整的地面上碾压时能保持机架的水平和负荷的均匀性,轮胎上一般多采用液压悬架。前部轮胎悬架在互相连通的液压缸上,每个轮胎均可独立上下移动;后轮分为几个轮组,可分别绕铰点摆动。气压悬架虽较理想,但技术复杂、造价高,因此使用较少。对于大型轮胎压路机,采用液力机械传动或液压传动。液力机械传动效率较高,液压传动的速度调节范围较大。
采用轮胎集中自动充气调压装置可得到较好的碾压效果,并提高了压路机的通过性能,扩大了应用范围。但一般需要两台或两台以上的空气压缩机,充填效率低,从低压到高压需要时间较长。采用自动集中润滑系统,便于维护保养,充分保证轮胎压路机的可靠性和使用性。采用铰接式机架,折腰转向,既保证了机械的机动灵活,又减少了对压实层的横向剪力,提高了压实质量。采用前后轮垂直升降机构可以避免假象压实现象。在凹凸不平或松软地段工作时,可以使轮胎负荷在压实时始终保持一致,从而保证压实质量。格栅式转向机构允许各个转向轮在转向时有不同的转向角度,从而避免了机械转向时因转向轮的滑移而影响滚压路面的质量。采用宽幅轮胎,使重叠度(指前后轮胎面宽度的重叠度)较大,接地压力分布均匀,压实表面不会产生裂纹现象,碾压深度大,能够有效地对路边进行压实。
2.振动式压路机
振动式压路机是在静作用式压路机的滚轮轴上安装激振机构,产生振动力,发出的振动载荷使土颗粒处于高频振动状态,使颗粒间的内摩擦力丧失,同时压路机的重力对土壤产生的压应力和剪切力迫使土壤颗粒重新排列,使被压层同时受到滚轮的静压力和振动力的综合作用,以提高压实效果。
振动压路机可以按照结构质量、结构形式、传动方式、行驶方式、振动轮数、振动激励方式等进行分类,这里做一个简单介绍。
1)按振动轮数量可分为:单轮振动、双轮振动和多轮振动。
2)按驱动轮数量可分为:单轮驱动、双轮驱动和全轮驱动。
3)按行驶方式可分为:自行式、拖式和手扶式。如图1-8所示为小型手扶式单钢轮振动压路机。如图1-9所示为自行式单光轮振动压路机。
4)按振动轮外部结构可分为:光轮、羊脚碾和橡胶滚轮。
5)按传动系传动方式可分为:机械传动、液力机械传动、液压机械传动和全液压传动。
6)按机器结构重量可分为:轻型、小型、中型、重型和超重型。
图1-8小型手扶式单钢轮振动压路机
7)按振动轮数量可分为:单轮振动、双轮振动和多轮振动。
图1-9 自行式单光轮振动压路机
8)按振动轮内部结构可分为:振动、振荡和垂直振动。其中振动又可分为:单频单幅、单频双幅、单频多幅、多频多幅和无级调频调幅。
9)按振动激励方式可分为:垂直振动激励、水平振动激励和复合激励。垂直振动激励又可分为定向激励和非定向激励。
从使用特点来看,由于振动压路机压实效果好,影响深度大,生产率高,适用于各种类型土壤的压实,因此,振动压路机得到了迅速发展。与静力式压路机相比,振动压路机单位线压力大,振荡力影响深,因此压实深度增加,压实遍数相应减少。并且具有压实效果好、生产效率高、压实后的基础压实度高、稳定性好等特点。压实沥青混凝土面层时,允许沥青混凝土的温度较低,且由于振动作用,可使面层的沥青材料能与其他集料充分渗透、揉合,故路面耐磨性好,返修率低。可压实干硬性水泥混凝土(即RCC材料)及大粒径的回填石等静作用压路机难以压实的物料。在压实效果相同的情况下,振动压路机的结构质量为静作用压路机的一半,发动机的功率可降低30%左右。但由于振动压路机的振动作用,给周边环境及人体带来一定公害,限制了振动压路机的使用范围。在人口密集地区、危房区、靠近装有精密仪器的建筑物以及公路桥梁的桥面等处都不宜使用振动压路机。
3.冲击式压路机
冲击式压路机是一种不同于传统的静碾压实、振动压实和打夯机压实原理的新型压实设备,如图1-10所示。冲击式压路机是20世纪90年代才投入使用的新型压实机械,它使用多边形滚,具有静压、冲击、振动、捣实和揉搓的综合作用效果,适用于大型填方、塌陷性土壤和干砂填筑工程的压实。
图1-10 冲击式压路机
国外对冲击式压路机(或压实机)的研究开展较早,技术成熟。如南非的蓝派公司,专门从事滚动式冲击压实技术研究与应用,能够生产成型产品。
经过国内一些单位的研究与探索,冲击压实技术已得到应用推广,福建三明、郑州工程机械厂、中铁二十工程局机械厂已能生产该类设备。冲击式压路机综合了传统的夯实机和振动压路机的优点,克服了夯实机动作连续性差和振动压路机行走速度慢,压实层薄的缺陷,特别适用于湿陷性黄土压实和大面积深填土石方的压实工作,具有应用范围广、生产效率高等优点,有广泛的应用前景。
从使用特点来看,冲击式压路机对高填方路段、松砂土地基的土质压实和石质土挤密非常有效。对于那些原地基土质不好的工程,可直接压实而不需要换土和分层填土与压实;对于含水量范围的要求很宽,可大大减少干性土的加水量,并能将过湿的地基排干,加速软土地基的稳定;对于填土层的压实,每次填方厚度可达0.5~1.0m,压实速度高达12km/h。
冲击式压路机还可用于破碎旧水泥混凝土路面或沥青混凝土路面,包括进行再生前的破碎、毛石破碎、钢筋破碎和深层破碎等。压实能量与冲击面的宽度、铺层厚度、工作速度有关。
4.组合式压路机
组合式振动压路机的压轮布置独具匠心,前轮振动,后轮为四个光面轮胎,如图1-11所示。它集振动压路机与轮胎压路机的优点于一身,压实方式采用静力碾与振动相结合,在路面铺层的压实工作中获得了很好的压实效果。
组合式压实机械有碾压与振动复合的振动压路机,碾压与冲击结合的冲击式压路振动压路机等。具有较好的压实效果,能耗低,机重轻,是目前迅速发展的机型,有取代静作用压路机的趋势。
图1-11 组合式振动压路机(卡特彼勒)
(四)按压路机工作质量大小分类
按工作质量大小不同,压路机分为小型、轻型、中型、重型和超重型。拖式轮胎压路机见表1-2,振动压路机见表1-3,光轮压路机见表1-4。
表1-2 拖式轮胎压路机按质量分类
表1-3 振动压路机按质量分类表
表1-4 光轮压路机按质量分类表
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