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壓路機(jī)灑水系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算及應(yīng)用

2014-12-23 06:44:36劉春陽(yáng)彭艷華
機(jī)械工程師 2014年6期
關(guān)鍵詞:鋼輪濾網(wǎng)壓路機(jī)

劉春陽(yáng), 彭艷華

(1.陜西建設(shè)機(jī)械股份有限公司,西安710032;2.中國(guó)一拖高級(jí)技工學(xué)校,河南 洛陽(yáng)471000)

0 引言

在壓路機(jī)作業(yè)施工中,由于混合瀝青料溫度高,具有一定黏性,一旦灑水系統(tǒng)噴灑不均或失效都會(huì)使鋼輪表面粘接瀝青,直接影響路面平整度及壓實(shí)效率。過量灑水會(huì)快速降低瀝青混合料的溫度,溫度過低不但會(huì)產(chǎn)生難以消除的輪跡,使路面不平整,還造成了浪費(fèi)。特別是黏溫比較大的改性瀝青,溫度越低,改性瀝青混合料黏度越大,反而更容易粘附在鋼輪表面。因此,灑水系統(tǒng)設(shè)計(jì)是否可靠、合理成為衡量壓實(shí)設(shè)備壓實(shí)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

1 灑水系統(tǒng)的功能及組成

灑水系統(tǒng)主要功能是向鋼輪或膠輪表面噴水,進(jìn)而在其表面形成均勻覆蓋的水層,以防止工作過程中鋼輪或膠輪表面粘附上瀝青混合料,影響工作效率及路面的壓實(shí)質(zhì)量。灑水系統(tǒng)主要由水箱、水泵、水濾器、噴灑裝置、連接附件及閥門等組成,如圖1所示。

圖1 灑水系統(tǒng)

2 壓路機(jī)灑水系統(tǒng)計(jì)算

2.1 灑水計(jì)算條件

以雙鋼輪壓路機(jī)為例,在計(jì)算前先確定有效灑水面寬,即鋼輪寬度2130 mm,灑水箱總?cè)莘e一般為800~1000 L,根據(jù)連續(xù)灑水時(shí)間要求,一般取值要求為3.5~4 h。根據(jù)以往壓路機(jī)使用經(jīng)驗(yàn),噴嘴一般選用扇形噴霧噴嘴,其額定工作壓力P1要低于水泵的工作壓力P,同時(shí)在選取時(shí)要確認(rèn)噴嘴流量Q1,噴射角度λ,噴嘴距離作用面有效高度H和噴射有效面寬B。根據(jù)水泵流量及噴嘴額定流量,確定噴嘴數(shù)量n;由于噴嘴有制作誤差,因此要保證有效灑水面寬覆蓋率α≥125%。

2.2 灑水計(jì)算校核

圖2 灑水計(jì)算

取水箱容積為1000 L,連續(xù)灑水時(shí)間取3.5 h,可由式(1)計(jì)算出水泵流量范圍。選取美國(guó)FLOJET(R3B21-503A)水泵,壓力 P=0.35MPa,流量Q泵=4.73 L/min,電壓24V,電流5A,滿足系統(tǒng)要求;選取某公司F型扇形噴嘴,噴灑角度 λ=120°,工作壓力 P1<P=0.35MPa,選擇 P1=0.3MPa,對(duì)應(yīng)產(chǎn)品參數(shù)表確定噴嘴流量Q1=0.4 L/min,由式(2)可計(jì)算出所需噴頭數(shù)量n。由噴灑覆蓋寬度與安裝高度關(guān)系圖(圖2),查參數(shù)表可確認(rèn)H=300 mm,B=510 mm。也可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)式(3),計(jì)算出噴灑覆蓋寬度約為519 mm,與參數(shù)表格基本一致。最后根據(jù)式(4),可計(jì)算出噴灑寬度覆蓋率為143%,滿足系統(tǒng)要求。

計(jì)算完成后,需對(duì)過濾器目數(shù)級(jí)別進(jìn)行確認(rèn),一般灑水系統(tǒng)為三級(jí)過濾,分別為水箱加水口濾網(wǎng)、水泵進(jìn)水前水濾器及噴嘴出水口濾網(wǎng)。過低的目數(shù)會(huì)降低過濾精度,過高目數(shù)會(huì)使系統(tǒng)背壓增大,增加水泵負(fù)擔(dān),降低壽命,應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)要求合理選取。一般情況下加水口水濾精度不宜過高,以免影響加水速度,水泵進(jìn)口濾網(wǎng)目數(shù)應(yīng)為40目或50目,噴嘴濾網(wǎng)可根據(jù)廠家推薦選取80目或90目。

3 灑水系統(tǒng)應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 灑水系統(tǒng)元件布置

合理的系統(tǒng)排布方式,能極大地增加灑水系統(tǒng)的可靠性。根據(jù)不同要求,灑水系統(tǒng)排布分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和串并混合式。根據(jù)灑水泵布置,可區(qū)分為單泵單灑(圖3)、單泵雙灑(圖4)及雙泵雙灑(圖5)。根據(jù)壓路機(jī)施工的特殊性,應(yīng)盡量采用雙泵并聯(lián)雙灑方式,通過PLC控制兩泵交替工作(電器控制不是本文重點(diǎn)),當(dāng)系統(tǒng)中水泵都失效,系統(tǒng)才失效,可靠性高。另外在水箱底部、灑水管端部、連接管路中,盡量多布置放水閥,當(dāng)冬季或設(shè)備封存時(shí),只需將所有放水閥打開,運(yùn)轉(zhuǎn)水泵,水箱及管路中的水就能最大限度地排出,能有效防止凍裂現(xiàn)象,保護(hù)元件。

圖3 單泵單灑

圖4 單泵雙灑

圖5 雙泵雙灑

灑水系統(tǒng)關(guān)鍵元件布置應(yīng)考慮日常維護(hù)和工作環(huán)境。水濾應(yīng)布置在易于接觸的地方。水泵布置在干燥環(huán)境中。灑水管及噴嘴應(yīng)布置在操作者視線內(nèi),確保操作者能隨時(shí)觀察鋼輪表面水層的狀態(tài)。系統(tǒng)需配備電控截止閥、手動(dòng)球閥或安裝具有自鎖功能的隔膜止回閥噴嘴,因?yàn)槟て没螂x心泵在停止工作后,進(jìn)出口依然連通,當(dāng)噴頭安裝位置低于水箱水位時(shí),就會(huì)有水不停地滴出。一方面造成浪費(fèi),另一方面影響路面施工,因?yàn)闉r青路面局部積水后,壓實(shí)過程中會(huì)出現(xiàn)硬痕且不易消除。目前有一種帶單向閥濾網(wǎng)的“防滴噴頭”,成本低、防滴效果可靠,多家廠家已經(jīng)使用,應(yīng)用前景較好。

3.2 灑水系統(tǒng)控制方式選擇

壓路機(jī)的灑水模式分為連續(xù)灑水和間歇灑水,控制方式分為手動(dòng)控制和智能控制。間歇灑水能適應(yīng)不同材料的路面要求,而且避免了水資源的浪費(fèi),已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。在實(shí)現(xiàn)間歇灑水的控制方式中,多數(shù)廠家采用的是手動(dòng)控制,即操作者根據(jù)不同的壓實(shí)材料、行駛速度,切換多檔位開關(guān)配合時(shí)間繼電器或通過控制器輸出信號(hào),控制水泵電機(jī)間隔性地啟動(dòng)和停止,實(shí)現(xiàn)間歇灑水。然而在壓路機(jī)起步、加速、減速、停車過程中對(duì)水泵流量需求是不相同的,傳統(tǒng)手動(dòng)控制無(wú)法滿足這些要求。而智能控制系統(tǒng)可通過轉(zhuǎn)速傳感器、微處理器、流量控制閥、水流傳感器等元件,使壓路機(jī)在加速、勻速和減速過程中,行駛速度與水泵輸出流量成為一種近似線性的關(guān)系,即低速時(shí)灑水量小,高速時(shí)灑水量大。這樣既能保證鋼輪表面水層的均勻性,又能避免浪費(fèi),同時(shí)增加了有效灑水時(shí)間,降低了維護(hù)周期和勞動(dòng)強(qiáng)度。

4 壓路機(jī)灑水系統(tǒng)的維護(hù)

灑水系統(tǒng)故障一部分屬于元件質(zhì)量問題,還有一部分屬于使用和保養(yǎng)不當(dāng)造成的,正確的維護(hù)能夠有效避免灑水系統(tǒng)故障的發(fā)生。壓路機(jī)使用前需檢查噴嘴是否被阻塞,必要時(shí)進(jìn)行更換;確保水箱有足夠的水量,盡量加入清潔的水源;定期對(duì)水濾進(jìn)行清洗和更換;維修和更換元件時(shí),連接處要密封牢靠,排出系統(tǒng)中空氣及雜質(zhì),且要做保壓試驗(yàn),確定各部密封完好方能使用;冬季時(shí)應(yīng)將系統(tǒng)內(nèi)余水排凈,以防凍裂元件。

5 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合灑水系統(tǒng)的組成及重要性,對(duì)灑水系統(tǒng)計(jì)算和應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行了闡述,使得灑水系統(tǒng)設(shè)計(jì)能夠更加合理和人性化。同時(shí)結(jié)合使用及維修注意事項(xiàng),能有效地延長(zhǎng)灑水系統(tǒng)的使用壽命,對(duì)主機(jī)廠家及用戶有一定的參考意義。

[1] 郝培文.瀝青路面施工與維修技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,2010.

[2] 張宏.壓路機(jī)灑水系統(tǒng)失效原因分析及改進(jìn)措施[J].工程機(jī)械,2006(12):37-40.

[3] 聞幫椿.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

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