蔡 峰

(江蘇四明工程機(jī)械有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225800)

0 引 言

中國近年來大力發(fā)展高速鐵路建設(shè)，有效提升了鐵路客運(yùn)、貨運(yùn)能力，綜合運(yùn)輸服務(wù)能力得到進(jìn)一步強(qiáng)化。在高速鐵路路基的建設(shè)工程中，鐵路路基排水溝施工通常采用支模法施工工藝，在開挖的水溝基底中，混凝士分兩次澆筑，先澆筑底板再澆筑側(cè)墻，整體性較差，而且振搗時(shí)容易漏振形成蜂窩麻面或爛根，造成二次返工。路基排水溝如果能使用滑模攤鋪施工工藝，機(jī)械化一次性成型，就能解決傳統(tǒng)路基排水溝支模法施工工效指標(biāo)低、工序繁瑣、質(zhì)量難控制、資源投入大等諸多問題。滑模攤鋪機(jī)在公路路緣石施工中使用廣泛，形成了一套成熟的施工工藝，以多年滑模攤鋪機(jī)設(shè)計(jì)和制造經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，開發(fā)一種新型的混凝土溝渠專用滑模攤鋪機(jī)，對促進(jìn)鐵路路基排水溝施工機(jī)械化、改進(jìn)施工工藝、改善施工質(zhì)量具有重要作用。

1 溝渠滑模攤鋪機(jī)的主要組成

溝渠滑模攤鋪機(jī)主要組成部件有：機(jī)架總成、電控系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、升降立柱總成、行走裝置、模具總成、高壓沖洗裝置、自動(dòng)找平系統(tǒng)、自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，如圖1所示。動(dòng)力采用濰柴四缸水冷柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)連接一分二分動(dòng)箱，驅(qū)動(dòng)兩組液壓泵組，液壓泵組驅(qū)動(dòng)全車工作機(jī)構(gòu)。

圖1 溝渠滑模攤鋪機(jī)總圖

2 行走裝置的設(shè)計(jì)

溝渠滑模攤鋪機(jī)行走裝置分前行走履帶和后從動(dòng)輪機(jī)構(gòu)，前行走履帶是驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，安裝有液壓行走馬達(dá)和大扭矩行走減速機(jī)。減速機(jī)上集成有常閉式制動(dòng)器，行駛狀態(tài)下液壓油回路打開制動(dòng)器，停止時(shí)制動(dòng)器恢復(fù)制動(dòng)狀態(tài)。

2.1 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)

轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)位置在前行走履帶，如圖2所示，液壓轉(zhuǎn)向油缸驅(qū)動(dòng)行走履帶相對立柱做圓周轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)滑模機(jī)的轉(zhuǎn)向。左右行走履帶兩個(gè)轉(zhuǎn)向油缸的缸筒尾部連接有轉(zhuǎn)向連接桿，連接桿連接位置安裝關(guān)節(jié)軸承。連接桿的兩個(gè)鉸接點(diǎn)與兩個(gè)履帶的旋轉(zhuǎn)中心形成一個(gè)轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)向時(shí)左側(cè)履帶和右側(cè)履帶的轉(zhuǎn)角是不一樣的，通過對轉(zhuǎn)向梯形幾何結(jié)構(gòu)的研究計(jì)算，找出最容易實(shí)現(xiàn)并且最接近理論值的轉(zhuǎn)向梯形結(jié)構(gòu)。連接桿作用不僅是協(xié)調(diào)兩個(gè)履帶的轉(zhuǎn)向角度，并且在轉(zhuǎn)向的過程中，連接桿強(qiáng)制保持兩個(gè)轉(zhuǎn)向油缸動(dòng)作同步。

圖2 轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)

2.2 從動(dòng)輪機(jī)構(gòu)

在公路路面或者路緣石工程施工時(shí)，滑模機(jī)行走的是已經(jīng)攤鋪好的路面或者是水穩(wěn)層路基，有一定的密實(shí)度和平整度。在混凝土水溝工程中，水溝兩側(cè)供滑模機(jī)行走的路基沒有公路施工那么理想，平整度差而且密實(shí)度不好。因此，從動(dòng)輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成前后兩個(gè)輪連接，兩個(gè)從動(dòng)輪的安裝架和立柱是鉸接式連接，如圖3所示。當(dāng)路基有起伏時(shí)，前后從動(dòng)輪受路基的影響效果不會完全作用到立柱上，從而減少了車身上下的波動(dòng)，能有效保證良好的攤鋪平整度。

圖3 從動(dòng)輪機(jī)構(gòu)

2.3 單履帶行走模式

溝渠滑模攤鋪機(jī)施工時(shí)的行走路基條件比較差，在工程條件比較惡劣，水溝基底兩側(cè)沒有行走條件，可以改變行走模式，把兩履帶驅(qū)動(dòng)行走改成單履帶。這種模式下，前面的單立柱安裝到車架的前段中部，履帶行走在開挖的水溝基底的底部，前提是水溝基底在開挖好后，溝底必須平整后再壓實(shí)。

3 模具總成

模具總成主要包括集料斗、前擋板、液壓振動(dòng)棒和成型模板，如圖4所示。集料斗安裝在車架的前側(cè)，呈上口大下口小的喇叭口形狀，前擋板位于集料斗下方前部位置，作用是不讓混凝土料向前流動(dòng)。前擋板與成型模板之間的空腔稱為振動(dòng)倉，振動(dòng)倉內(nèi)安裝有液壓振動(dòng)棒，振動(dòng)頻率可達(dá)10 200次/min，振動(dòng)棒之間安裝距離應(yīng)在40 cm左右,距離邊部15 cm左右。成型模板是整個(gè)滑模機(jī)的最關(guān)鍵的工作部分，成型模板后端稱為出?？冢ぷ鲿r(shí)成型模板前高后低，帶有仰角即進(jìn)料角，出?？谑亲畹偷奈恢?。振動(dòng)倉中的混凝土料在振動(dòng)棒的作用下振搗密實(shí)，排除氣泡，經(jīng)過成型模板進(jìn)一步擠壓，從出模口出來就成為成型的混凝土構(gòu)筑物。如圖5是常見的梯形排水溝的截面示意圖，溝渠還有其他的形狀，不同工程設(shè)計(jì)的排水溝尺寸也不定相同，所以一般根據(jù)具體施工工程原理圖制作模具，振動(dòng)棒的數(shù)量也根據(jù)實(shí)際施工模具的具體尺寸來定。

圖4 模具總成仰視圖

圖5 梯形排水溝截面示意圖

4 自動(dòng)找平系統(tǒng)與自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

4.1 自動(dòng)找平系統(tǒng)

滑模機(jī)四個(gè)立柱上各安裝有找平傳感器安裝架，安裝架可以上下調(diào)節(jié)，也可以左右調(diào)節(jié)，滑模機(jī)就位時(shí)通過上下左右調(diào)節(jié)可以調(diào)整自動(dòng)找平傳感器與基準(zhǔn)線的距離達(dá)到理想的狀態(tài)。傳感器調(diào)節(jié)桿豎向安裝在找平傳感器安裝架上，端頭安裝自動(dòng)找平傳感器，調(diào)節(jié)桿是絲桿機(jī)構(gòu)，可以通過上端的旋轉(zhuǎn)手柄對攤鋪厚度進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)整。自動(dòng)找平傳感器上安裝有滑桿，滑桿橫向架在基準(zhǔn)線上。

滑模機(jī)前面兩個(gè)立柱自動(dòng)找平系統(tǒng)，控制的是機(jī)身的仰角，即控制模具的進(jìn)料角。后面兩個(gè)立柱安裝的找平傳感器位置與出?？趯R，控制攤鋪的厚度?；C(jī)四個(gè)找平傳感器上的滑桿與基準(zhǔn)線安裝初始值大約45°角，施工過程中，由于路基與基準(zhǔn)線的高程的變化導(dǎo)致角度發(fā)生變化，傳感器發(fā)送信號給控制器，控制器控制液壓系統(tǒng)，相對應(yīng)的立柱升降油缸工作，立柱上升或者下降從而調(diào)整滑桿與基準(zhǔn)線的角度恢復(fù)到初始值。

4.2 自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

自動(dòng)轉(zhuǎn)向傳感器的安裝與自動(dòng)找平傳感器類似，轉(zhuǎn)向傳感器上的滑桿是豎向靠在基準(zhǔn)線上，呈豎直狀態(tài)。滑桿角度發(fā)生變化，轉(zhuǎn)向傳感器發(fā)送信號給控制器，控制器控制液壓系統(tǒng)，轉(zhuǎn)向油缸伸縮工作控制滑模機(jī)轉(zhuǎn)向，轉(zhuǎn)向角度根據(jù)滑桿的變化角度逐步調(diào)整直至恢復(fù)到初始值。

5 高壓沖洗裝置

在施工作業(yè)時(shí)，滑模機(jī)模具、集料斗以及車身其它位置會沾有混凝土料，作業(yè)完成后需及時(shí)清洗，否則混凝土凝結(jié)后，會影響下一次的施工作業(yè)。新型溝渠滑模機(jī)設(shè)計(jì)裝備高壓沖洗裝置，包含液壓驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、水泵、儲水箱和高壓水槍。液壓驅(qū)動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)水泵，水泵的出水壓力可調(diào)節(jié)，最大壓力達(dá)到7 MPa，高壓水槍通過高壓膠管與水泵連接，出水方式可多檔調(diào)節(jié)。儲水箱位置位于車架后下方，考慮滑模機(jī)一般是在野外作業(yè)，干凈水源不好找，加水困難，所以設(shè)計(jì)裝備大容量水箱，加滿一箱水夠進(jìn)行多次清洗。

6 排水溝滑模施工工藝

溝渠滑模攤鋪機(jī)施工現(xiàn)場如圖6所示，工藝流程為：排水溝基底開挖、場地準(zhǔn)備、基準(zhǔn)線設(shè)置、滑模機(jī)就位、混凝土料準(zhǔn)備、混凝土澆筑、后期切縫養(yǎng)護(hù)。

圖6 溝渠滑模攤鋪機(jī)施工示意圖

6.1 場地準(zhǔn)備

根據(jù)水溝開挖基底的基礎(chǔ)標(biāo)高，對水溝基底兩側(cè)滑模機(jī)行走范圍內(nèi)的場地進(jìn)行清理平整壓實(shí)。

6.2 基準(zhǔn)線設(shè)置

場地平整完畢后，測量人員按照排水溝設(shè)計(jì)位置進(jìn)行基準(zhǔn)線設(shè)置，一般使用直徑5 mm鋼絲繩作為基準(zhǔn)線。在水溝基底兩側(cè)布置線樁，直線位置線樁間隔10 m，彎道部位間隔5 m。測量人員測量確定每一個(gè)線樁的架線桿高度，掛上鋼絲繩，兩側(cè)緊線器拉緊。

6.3 滑模機(jī)就位

滑模機(jī)調(diào)整位置把模具擺放至起始位置，模具與滑模機(jī)前進(jìn)方向平行，滑模機(jī)機(jī)身與基準(zhǔn)線平行，調(diào)整安裝轉(zhuǎn)向和找平傳感器達(dá)到合適施工狀態(tài)，調(diào)整模具達(dá)到指定的攤鋪厚度，調(diào)節(jié)合適的進(jìn)料仰角，施工前對滑模機(jī)進(jìn)行全面的性能檢查。

6.4 混凝土料準(zhǔn)備

混凝土采用拌合站集中拌制，混凝土拌合時(shí)嚴(yán)格控制混合料的坍落度，混合料坍落度過大，滑出的混凝土變形量大，外觀尺寸與形狀達(dá)不到設(shè)計(jì)要求;坍落度過小，混合料內(nèi)摩阻力增大，集料間粘結(jié)力小，滑出的混凝土不宜成型且表面蜂窩麻面嚴(yán)重，同時(shí)對模板的磨損較大。

6.5 排水溝混凝土澆筑

混凝土料到現(xiàn)場后，挖掘機(jī)在滑模機(jī)的側(cè)面把混凝土料運(yùn)送至集料斗中?；C(jī)操作打開振動(dòng)棒開關(guān)，開啟自動(dòng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)和自動(dòng)找平系統(tǒng)，手柄推前，攤鋪狀態(tài)往前行進(jìn)，振動(dòng)倉中混凝土料在振動(dòng)棒作用下完成提漿密實(shí)，然后經(jīng)過成型模板擠壓成型。根據(jù)集料斗中料位高低控制供料的速度，保證模具中的料位能保持穩(wěn)定地匹配滑模機(jī)的行進(jìn)速度。周圍的工作人員注意不能碰觸滑模機(jī)兩側(cè)的基準(zhǔn)線，根據(jù)施工情況可以搖動(dòng)傳感器安裝架上的旋轉(zhuǎn)手柄對攤鋪高程或者攤鋪線行進(jìn)行細(xì)微調(diào)節(jié)。

7 溝渠滑模攤鋪機(jī)樣機(jī)應(yīng)用試驗(yàn)

新型溝渠滑模攤鋪機(jī)為全電子控制，全液壓驅(qū)動(dòng)，履帶行走，多根液壓振動(dòng)棒振搗密實(shí)，自帶模具擠壓成型，攤鋪高程與攤鋪方向按照預(yù)先設(shè)定的基準(zhǔn)線自動(dòng)調(diào)整，布料、攤鋪、振搗、整平等多道工序一次性完成，實(shí)現(xiàn)連續(xù)施工作業(yè)。樣機(jī)試制完成后，在工廠內(nèi)進(jìn)行了應(yīng)用試驗(yàn)，施工速度能達(dá)到2 m/mim，成型后的排水溝試驗(yàn)段表面色澤均勻一致、線行美觀、強(qiáng)度高，滿足工程施工要求。

8 結(jié) 語

鐵路路基極易受水的軟化、沖蝕，如果路基排水措施不得當(dāng)會嚴(yán)重威脅鐵路的安全，這就對路基排水系統(tǒng)施工質(zhì)量提出了更高的要求。設(shè)置在鐵路路堤坡腳護(hù)道外側(cè)的排水溝施工引進(jìn)新型溝渠滑模攤鋪機(jī)可以大大提高施工效率，節(jié)省人工成本，提高施工質(zhì)量。新型溝渠滑模攤鋪機(jī)是機(jī)電液一體化技術(shù)發(fā)展的成果，具有高自動(dòng)化、操作簡便、高可靠性等特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)過程中，借鑒了公路路面施工滑模機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)，并且針對排水溝渠類施工工程的具體施工條件做出相對應(yīng)的改進(jìn)措施。新型溝渠滑模攤鋪機(jī)還可以在農(nóng)業(yè)農(nóng)田水利工程建設(shè)中使用，農(nóng)業(yè)灌溉水渠機(jī)械化建設(shè)這一領(lǐng)域迫切需要現(xiàn)代化的施工機(jī)械，產(chǎn)業(yè)化發(fā)展前景十分廣闊。