1、新一代水泥稳定类基层振动成型设备研制摘要：针对现阶段水泥稳定类基层振动成型设备存在的若干技术问题，包括：激振力和振动频率不稳定、重力压块易抖动、操作存在安全隐患等。据此通过控制设计、结构设计等方面的技术改造，有效解决了电动能量传递不足、技术参数施加效果不稳定、结构不利于发挥最佳振动效果等方面问题。经工程现场实践应用表明，新一代振动成型设备相比现有设备更符合设计、施工的要求，操作更简便。 Abstract：Cement stabilized base vibration molding equipments have several technological problems, includi
2、ng the vibration exciting force and frequency instability, gravity pressing block easy to shake, potential safety hazard and so on. Through controlling the design, structure design and other aspects of technological innovation, the shortage of electric energy transfer, technical parameters applicati
3、on effects of instability, structure is not conducive to play the best vibration effect and other issues are solved. By comparing to engineering practice application, a new generation of vibration molding equipment is more consistent with the design and construction requirements, more convenient to
4、operate. 关键词：水泥稳定类振动成型技术参数结构设计 Key words：cement stablized; vibration molding method; technical parameters; structure design 中图分类号：TQ172 文献标识码：A 文章编号： 水泥稳定类基层以其板体强度高、材料来源广泛、价格相对低廉成为半刚性基层的主导类型。以往由于室内试件成型方式与现场碾压方式不匹配等问题，造成现场压实度检测结果易达标，甚至常常出现“超百”现象，而且依据击实法成型的试件无侧限抗压强度，确定水泥稳定类混合料级配曲线，水泥剂量、最佳含水量指标往往偏高，致使严
5、重削弱半刚性基层的抗裂能力。 公路沥青路面设计规范 （JTG D502006）6.1.5节中已明确推荐“水泥稳定类混合料试件成型宜采用振动成型方法” ，在条文说明中，进一步阐明振动成型进行配合比设计可减少水泥用量，振动法与现场压实工艺更为接近，故用振动成型方法更符合实际。 近年，国内相继开发了与之匹配的振动成型设备（见图 1） ，并在实体工程中进行了较广泛应用，不过据相关工程反馈意见，现阶段振动成型设备尚不够成熟，还存在若干技术方面问题，如：设备激振力、振动频率不稳定，重力压块易发生抖动，试件制作过程不方便等。因此，有必要进一步升级换代，使得技术性能更稳定、使用更简便。 图 1 现有振动成型设
6、备 新一代振动成型设备研制过程 新一代振动成型设备研制以更准确模拟现场碾压工艺，力求与现场施工相一致，同时要求设备使用方便、经济美观为原则。主要对现有的振动成型设备在控制技术（技术参数确定及测试） 、结构设计（整机、部位及连接设计）等方面进行了技术改造，设备研制采取了振动压实工艺设计结构设计关键技术突破控制系统设计整机试验研究用户试用验收小批量生长的试制过程，同时在整个试制过程中形成一套与之相匹配的试验方法，拟定的具体技术路线见图 2。 图 2 设备研制技术路线 技术参数确定 振动成型仪作为一种室内试验设备，机械本身的构造、压实环境等与现场碾压工艺都是不尽一致的，若试图按照机械组成等效原则，使
7、室内与现场的压实功相吻合是不现实的，而只能通过比较振动压实结果与现场实际压实度，确定振动成型仪的静压力、振动频率、振幅、激振力、振动时间等主要技术参数。 1）静压力参数确定：现有代表性振动压路机产生的接地静面压力为140kPa，计算的静压力为 2474N，结合参考设计规范，确定静压力为1900N。 2）振动频率参数确定：大中型振动压路机常用振动频率为30、35、40Hz 等，最大为 48Hz。由此选用 30 Hz 和 50Hz 两种振动频率进行调试，调试结果（见表 1）显示 30Hz 振动成型密度与实际基本吻合，据此确定振动成型仪的振动频率为 30Hz。 表 1 不同频率振动效果比较 3）振幅
8、参数确定：振动压路机常用振幅为 1.7mm、0.8mm、0.4mm 等。为能够模拟常用振动压路机的振幅，确定选用 1.4 mm 振幅。 4）激振力参数确定：激振力是影响压实效果的主要参数之一。根据设计规范规定，选用激振力参数为 6800-6900N，不过在实际调试过程中，激振力测试并没有现成的设备，一般都利用静压力测试设备来检测，这一方面造成测试精度缺乏科学性，有时无法准确判定测试结果的准确性；另一方面对测试设备本身损伤也较大。为此，专门研制了一台激振力测试仪（见图 3） ，主要原理是在一定时间内采集激振力数据，取平均值，然后与计算结果比较，最终确定一个修正系数。 图 3 激振力测试仪 5）振
9、动时间参数确定：通过多次调试，确定振动总时间为 2min。 6）参数测定：静压力用传感器测量；激振力用激振力测试仪检测；振动频率用振动频率检测仪检测。 结构设计 1）设备整体设计 现有振动成型仪是一个分体连杆式仪器，在使用中存在占地面积大，振动时连杆易脱落飞出产生安全隐患，紧固件易松动，噪音较大，振动时连杆伸缩摩擦影响振实功的传递等问题。此次试制拟采用一体式主机，外挂控制器（见图 4） 。主机包括升降部位、振动部位和试件操作三部位。升降部位主要起到振动部位的上升与下降功能，满足试验操作的需要；振动部位是仪器的核心部位，包括配重块和振动设备，为振动成型提供振动参数；试件操作部位主要是满足振动成型
10、试件需要的操作空间。 图 4 新一代振动成型仪 2）部位及连接设计 部位设计：升降部位主要采用普通电动机进行提升与下降；振动部位采用符合振动参数的振动设备直接固定在重力块上，使之共同工作；试件操作部位设计主要是方便试模的安装、紧固。同时为保证振实功不损失，通过比较确定采用固定尺寸的刚性混凝土基础。 连接设计：主要是设计各部分的机械传动系统，即升降机构与箱体顶部的连接，重力压块与升降机构的连接机构，重力压块与振动结构的连接机构、重力压块与试模压头的连接机构、试件模具与箱体底部的连接机构等。除重力压块与升降机构采用软连接外，升降机构与箱体顶部连接、重力压块与振动结构的连接、重力压块与试模压头的连接
11、、试件模具与箱体底部的连接都采用刚性连接。 整机内部具体部位及连接见图 5。 图 5 振动成型设备内部机构 新一代振动成型设备技术优特点 新一代振动成型设备针对现有设备存在的技术问题，通过技术改造及试运行，与现有设备相比，具有三个方面技术优势： 1）改变了振动成型仪传动方式，将振动的动力直接置于箱体内，即直接将振动电机固定在重力块上，消除了电机外置传动所产生的不足，而且还有利缩小机器的体积。 2）改进重力压块与箱顶的固定结构，采用升降杆通过丝杆固定在箱体顶部，重力压块挂在升降连接结构上的连接方式，即升降杆与箱体顶部采用刚性连接，升降杆与重力压块之间采用柔性连接，这样在振实过程中，保证了柔性连接
12、段距离的不变，可设置最有利于振动的柔性连接段长度。 3）箱体底部设有试件模具固定架，包括第一固定杆和第二固定杆，底面设有方便试模安装的滚筒，使得试件制作具有操作方便、定位准确的优点。 由此，使得最终设计成型的产品具有二大显著特点： 1）采用振动结构直接装置在重力压块上，避免了现有技术电机与凸轮轴通过传动杆连接的结构，也不会因传动杆与水平线的角度也发生变化而影响压实的激振力，振动频率等方面的稳定性，而且还可以节约试验能量。 2）采用升降杆通过丝杆固定在箱体顶部，避免现有技术振动试验时升降杆的摇晃，更加保证激振力，振动频率等方面的稳定性。 新一代振动成型设备应用效果评价 根据研制成果，2009 年
13、 4 月，组织生产了第一台产品，经过室内多次调试完善后，开始进行现场的实际试用。根据现场所测的最大干密度、最佳含水量数据与现场实际密度比较，两者具有良好的一致性，具体比较数据见表 2。 表 2 现场数据比对结果 结论 新一代振动成型设备经过对现有设备的技术改造，解决了几项关键性技术问题，包括：电动能量传递不足、技术参数实际施加不稳定、结构不利于发挥最佳振动效果、模具安装不便等。经机电产品质量检验所检测，性能指标符合企业标准要求，多项实体工程试用反映良好, 该仪器与国内同类产品相比具有明显优势，可逐步取代现有使用的振动成型设备。 参考文献： 1 公路水泥稳定碎石基层振动成型法施工技术规范 (DB 33/T 836-2011)S.浙江省质量技术监督局，2011. 2 胡立群，沙爱民.室内振动压实机构及利用振动法确定水泥稳定碎石压实度标准应注意的问题J.公路，2010，(6)：132-134. 3 李明杰.水泥稳定碎石振动试验方法研究及应用D.长安大学，2010. 4 孟庆营，周卫锋等.水泥稳定碎石混合料静压法与振动法成型工艺的比较研究J.公路交通科技，2007,24（1）：21-25. 5 梅传江.水泥碎石的机械压实J. 筑路机械和施工机械化，2006，18（90）：40-41.
