導(dǎo)語(yǔ)：瀝青混凝土邊模機(jī)安裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：為了提高路面施工的效率和質(zhì)量，采用邊模安裝技術(shù)，設(shè)計(jì)了一款瀝青混凝土邊模鋪裝機(jī)，并提出了安裝系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案。邊模安裝系統(tǒng)包括邊模出倉(cāng)裝置、自動(dòng)掛鉤裝置和射釘裝置。邊模出倉(cāng)裝置由定位卡、出倉(cāng)斜坡滑道、推塊和氣缸組成；自動(dòng)掛鉤裝置主要由彈夾裝置、推動(dòng)裝置、掛鉤裝置和連桿結(jié)構(gòu)組成；射釘裝置由氣釘槍、定位模塊和三坐標(biāo)工作臺(tái)組成。采用UG軟件對(duì)邊模安裝系統(tǒng)各部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模，并虛擬裝配，檢驗(yàn)了設(shè)計(jì)的合理性。結(jié)果表明，瀝青混凝土邊模鋪裝機(jī)的行走系統(tǒng)可按照施工的方向自動(dòng)行走，邊模鋪裝系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)邊模的自動(dòng)鋪設(shè)，提高了鋪設(shè)道路的質(zhì)量；邊模安裝機(jī)工作方式相比于傳統(tǒng)人工鋪設(shè)方式，具有結(jié)構(gòu)可靠、效率高、操作簡(jiǎn)單、安全性能好、污染少等優(yōu)點(diǎn)。研究成果可為未來(lái)全智能化鋪設(shè)邊模設(shè)備優(yōu)化提供參考，并能結(jié)合瀝青攤鋪機(jī)應(yīng)用于施工中，進(jìn)一步提高鋪裝質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：路基工程；瀝青混凝土路面；邊模安裝機(jī)；邊模安裝系統(tǒng)；邊模掛鉤；邊模射釘

隨著路面成型施工技術(shù)的發(fā)展，中國(guó)公路的總里程數(shù)已有近457萬(wàn)km。其中高速公路達(dá)到12．35萬(wàn)km，瀝青混凝土路面占高級(jí)公路里程的80％以上，且在國(guó)內(nèi)外被廣泛應(yīng)用，是公路的主要結(jié)構(gòu)類(lèi)型［1］，如圖1所示。瀝青路面作為一種連續(xù)且沒(méi)有縫隙的路面，具有噪音少，成本低，力學(xué)性能好，承載和減振能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，且路面便于管理和維修，施工期比較短［2－6］。圖1瀝青混凝土路面Fig．1Asphaltconcretepavement目前，鋪設(shè)路面的具體工作流程：1）先攤鋪瀝青砼面層；2）切除多余的路面；3）裝上路緣石。在實(shí)際路面施工過(guò)程中應(yīng)提升瀝青混凝土路面的施工技術(shù)，以有效地減少各類(lèi)公路病害發(fā)生的概率，延長(zhǎng)路面使用壽命［7］。第一代路緣石機(jī)是由美國(guó)生產(chǎn)的。路緣石滑模機(jī)技術(shù)真正成熟是在1991年，由美國(guó)工程師JOHNLEONE研制的。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，箭牌機(jī)械公司生產(chǎn)的路緣石機(jī)，無(wú)論是整體耐用度還是施工質(zhì)量均受到業(yè)界好評(píng)，且在全球知名度很高。目前，具有代表性的設(shè)備是BL－790全自動(dòng)路緣石攤鋪機(jī)，采用的是錘擊方法。2004年出現(xiàn)了一種多功能路緣石滑模機(jī)，雖然該設(shè)備具有口滑模機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，但是此設(shè)備體積大，成本和配套設(shè)備要求高，故不能批量生產(chǎn)使用［8－10］?，F(xiàn)階段的路面鋪裝工作仍存在著諸多問(wèn)題，比如安裝路緣石時(shí)需要切除多余的瀝青砼面層，會(huì)浪費(fèi)大量原材料，增加了施工成本，降低了修建道路的質(zhì)量和效率［11］；且目前路面施工邊模的安裝主要采用人工安裝邊模的形式，安裝速度慢，平均1～2min安裝1條邊模，施工工期較長(zhǎng)；同時(shí)工作人員在施工過(guò)程中很容易把在低級(jí)路面施工中的經(jīng)驗(yàn)和方法照搬到高速公路路面的施工中來(lái)，從而造成安裝質(zhì)量差以及工作人員的安全問(wèn)題［12－15］。為了解決人為和環(huán)境帶來(lái)的影響及問(wèn)題，筆者設(shè)計(jì)了新型邊模鋪裝機(jī)。此設(shè)備用來(lái)對(duì)瀝青混凝土路面邊模進(jìn)行自動(dòng)化安裝，采用邊模安裝系統(tǒng)改善了傳統(tǒng)邊模安裝過(guò)程的缺點(diǎn)，可省去切割邊緣的工作，通過(guò)將邊模鋪設(shè)在路基兩側(cè)邊緣的工藝，能夠直接獲得順直度高的路面邊緣結(jié)構(gòu)，為后續(xù)施工提供方便。

1總體結(jié)構(gòu)及工作原理

瀝青混凝土邊模鋪裝機(jī)的行走系統(tǒng)可以自動(dòng)識(shí)別并按照人工提前規(guī)劃好的路線和施工的方向自動(dòng)行走；邊模安裝系統(tǒng)能自動(dòng)邊模鋪設(shè)，安裝時(shí)要確保2個(gè)相鄰的邊模掛鉤連接，并用射釘槍將其固定在地面上。邊模行走系統(tǒng)主要是車(chē)體裝置。車(chē)體裝置主要包括前車(chē)架、后車(chē)架、行走電機(jī)和轉(zhuǎn)向電機(jī)。邊模鋪裝機(jī)的安裝系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)部件有邊模出倉(cāng)、掛鉤和射釘3部分。出倉(cāng)裝置主要包括定位卡，出倉(cāng)斜坡滑道裝置，底部架子，推塊，肋邊模塊等；自動(dòng)掛鉤裝置主要包括彈夾裝置，推動(dòng)裝置，掛鉤裝置等；射釘裝置主要包括氣釘槍、定位模塊、氣缸、三坐標(biāo)工作臺(tái)（即x，y，z方向推動(dòng)裝置）以及扳機(jī)觸動(dòng)裝置。利用UG軟件畫(huà)的邊模三維圖，如圖2所示。此外，邊模安裝系統(tǒng)也離不開(kāi)空氣壓縮機(jī)，空氣壓縮機(jī)是本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的動(dòng)力源。空氣壓縮機(jī)根據(jù)推動(dòng)裝置動(dòng)力的大小來(lái)進(jìn)行型號(hào)的選擇，安裝在邊模鋪裝機(jī)上。出倉(cāng)，掛鉤和射釘3大裝置共同安裝在行走系統(tǒng)的同一側(cè)，一般為左側(cè)。路面邊模機(jī)的工作流程：首先把邊模安裝系統(tǒng)安裝在行走系統(tǒng)的車(chē)架上，行走系統(tǒng)進(jìn)入路面后沿著路面上提前畫(huà)好的線行走；然后將邊模依次放下進(jìn)行連接（如圖3所示），完成掛鉤動(dòng)作；最后由定位模塊確定好釘孔位置后，使用射釘槍進(jìn)行射釘完成固定。重復(fù)上述步驟，直到鋪路工作完成。利用UG軟件畫(huà)的本設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)三維圖如圖4所示。邊模安裝系統(tǒng)的工作原理如下。邊模從上端開(kāi)口處進(jìn)入到邊模倉(cāng)結(jié)構(gòu)中，落下的邊模從邊模倉(cāng)下方開(kāi)口出倉(cāng)。當(dāng)邊模出倉(cāng)后，邊模被氣缸頂起，然后邊模被推動(dòng)往滑道下方移動(dòng)，移動(dòng)至2個(gè)相鄰邊模的掛鉤正好相對(duì)齊，然后邊模落下掛鉤就會(huì)扣住，從而這2個(gè)相鄰的邊模就連接在一起，完成掛鉤動(dòng)作。邊模完成掛鉤之后，穩(wěn)定性差，因此需要通過(guò)射釘在釘孔處進(jìn)行固定［16］。此邊模安裝系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)很大程度上降低了施工人員的工作量，也能很好地控制施工時(shí)間及速度，邊模安裝速度可達(dá)每分鐘4條，相比人工安裝邊模速度快了8倍，提高了工作效率和工作質(zhì)量［17］。

2邊模安裝系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)

2．1邊模出倉(cāng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

邊模倉(cāng)是由干板焊接形成的，邊模底板放置在邊模倉(cāng)的外邊，邊模從邊模倉(cāng)上端進(jìn)口進(jìn)入，從下端開(kāi)口出倉(cāng)。由于開(kāi)口大小和邊模寬度的限制，所以每次只能保證有1個(gè)邊模出倉(cāng)。側(cè)面推動(dòng)裝置安裝在邊模擋板的前部分（以車(chē)頭為準(zhǔn)），氣缸、固定裝置、滑塊等部分與邊模出彈夾的推動(dòng)裝置相同，但側(cè)面推動(dòng)裝置中氣缸的行程比較小，需要?jiǎng)恿托?，其主要任?wù)是完成邊模的側(cè)面運(yùn)動(dòng)。當(dāng)邊模準(zhǔn)備出倉(cāng)時(shí)，氣缸帶動(dòng)推塊進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，將邊模倉(cāng)最下方的邊模推到滑道上；當(dāng)氣缸推出邊模并縮回來(lái)后，在邊模倉(cāng)中的邊模就會(huì)受到重力的作用而往下移動(dòng)，為下一次的出倉(cāng)做好準(zhǔn)備。出倉(cāng)裝置如圖5所示。當(dāng)邊模完成掛鉤之后，邊模將會(huì)沿著出倉(cāng)斜坡滑到底面，然后再完成射釘動(dòng)作，斜坡滑道裝置如圖6所示。斜坡滑道上安裝了4種氣缸。出倉(cāng)裝置緊緊地連接著邊模擋板，協(xié)助完成邊模掛鉤，同時(shí)它也連接著掛鉤和射釘兩部分。因?yàn)樾逼聝蓚?cè)的寬度會(huì)比邊模兩側(cè)寬度稍大，因此斜坡會(huì)對(duì)邊模產(chǎn)生側(cè)向約束力，同時(shí)斜坡的坡度較緩，有利于邊模的平穩(wěn)滑落。當(dāng)邊模從滑道落下時(shí)，邊模進(jìn)入肋邊模板中（如圖7所示），但此時(shí)邊模在肋邊模板中的位置發(fā)生了移動(dòng)，所以需要擺正邊模在肋邊模板上的位置。因此在肋邊模板外板下部裝上2個(gè)氣缸，通過(guò)這2個(gè)氣缸給氣體施加壓力，從而產(chǎn)生動(dòng)力推動(dòng)邊模向肋邊模板里側(cè)移動(dòng)，使邊模貼住肋邊模板內(nèi)側(cè)，固定邊模的位置，最后邊模進(jìn)入射釘模塊里，使其固定在地面。

2．2邊模掛鉤部分的設(shè)計(jì)

彈夾裝置的主要組成材料是熱軋鋼板和角鋼，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且實(shí)用，采用開(kāi)放式的結(jié)構(gòu)是為了滿足工作需要的同時(shí)盡量節(jié)約原材料，保證設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。圖8為彈夾裝置示意圖，彈夾高度為410mm，每次最多可以同時(shí)裝載11個(gè)邊模，可以滿足掛鉤過(guò)程和射釘過(guò)程。邊模的厚度為45mm，彈夾的內(nèi)部寬度為50mm，既可以防止由于彈夾內(nèi)部寬度過(guò)大而造成的邊模不穩(wěn)定，也更加利于邊模工作。制造彈夾裝置的材料為角鋼，其截面為兩邊互相垂直成直角形的長(zhǎng)條鋼材［18］。圖8彈夾裝置Fig．8Magazineclipd出彈夾的推動(dòng)裝置主要部分為氣缸，如圖9所示，用于完成前進(jìn)和后退2個(gè)動(dòng)作，除此之外推動(dòng)裝置還有氣缸支撐裝置和用于前后行走的導(dǎo)軌，如圖10所示。該推動(dòng)裝置的寬度是邊模寬度的1／2，可以平穩(wěn)地將邊模推到邊模擋板上。該推動(dòng)裝置上表面是平整的，這樣有利于推動(dòng)裝置后退動(dòng)作的完成，為下次動(dòng)作做準(zhǔn)備。為保證邊模按順序排列并能夠穩(wěn)定連接，使用掛鉤裝置將相鄰兩邊模的掛鉤相扣進(jìn)行連接。由于2個(gè)相鄰邊模的掛鉤方向相反，連接時(shí)，需要將其中的1個(gè)邊模抬起來(lái)。總體來(lái)看，邊模的掛鉤動(dòng)作主要有正面推出、向上抬起、側(cè)面推出、向下落料4部分，前面的出彈夾裝置和出倉(cāng)裝置分別完成了正面推出和側(cè)面推出1個(gè)部分，下面主要介紹向上抬起和向下落料2個(gè)動(dòng)作部分的推動(dòng)裝置。進(jìn)行掛鉤動(dòng)作的推動(dòng)裝置大體結(jié)構(gòu)和部件與出彈夾的推動(dòng)裝置基本相同，主要區(qū)別在于這部分推動(dòng)裝置需將前后運(yùn)動(dòng)變?yōu)樯舷逻\(yùn)動(dòng)，所以設(shè)計(jì)增加1個(gè)楔塊和1個(gè)滾動(dòng)軸承，利用楔塊的斜面和滾動(dòng)軸承的配合，將推動(dòng)裝置的前后運(yùn)動(dòng)變?yōu)樯舷逻\(yùn)動(dòng)。綜上所述，在上下推動(dòng)裝置的作用下，將邊模的一端抬起，在側(cè)面推動(dòng)裝置的作用下，將預(yù)掛鉤的邊模推到上一個(gè)邊模側(cè)面，然后掛鉤裝置完成向下運(yùn)動(dòng)，邊模落下2個(gè)相鄰邊模的掛鉤相互扣住，便實(shí)現(xiàn)了2個(gè)相鄰邊模的掛鉤過(guò)程，掛鉤裝置如圖11所示。

2．3邊模射釘部分的設(shè)計(jì)

采用射釘槍進(jìn)行射釘，將邊模固定在地面上。射釘槍打釘?shù)膭?dòng)力是用空氣壓縮機(jī)壓縮空氣來(lái)提供的，所以必須對(duì)空氣壓縮機(jī)進(jìn)行嚴(yán)格要求和詳細(xì)計(jì)算，空氣壓縮機(jī)工作原理與水泵類(lèi)似，主要依據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和流量2個(gè)參數(shù)。當(dāng)活塞上邊的氣壓大于下邊的時(shí)候，活塞下降。反之，活塞會(huì)保持不動(dòng)，因此需要壓縮空氣來(lái)使活塞進(jìn)行移動(dòng)。射釘槍的三維圖如圖12所示。射釘槍是單獨(dú)的裝置，與架子相連。架子的三維圖結(jié)構(gòu)如圖13所示。采用4個(gè)M6的螺釘，讓射釘槍前部固定在架上。射釘槍僅前部固定并不穩(wěn)定，因?yàn)樵谛凶邥r(shí)射釘槍會(huì)產(chǎn)生慣性力和驅(qū)動(dòng)力，會(huì)造成射釘槍發(fā)生晃動(dòng)，所以必須增加1個(gè)能把射釘槍中間部分與架子連接起來(lái)的裝置。射釘槍的中部是人工手握的地方，為圓柱體形狀。因此設(shè)計(jì)1個(gè)夾具將射釘槍固定在架子上，避免射釘槍發(fā)生晃動(dòng)，如圖14所示，夾具為長(zhǎng)方形的形狀。該夾具分為2個(gè)部分，其合起來(lái)中間是空的，空的部分正好和射釘槍把手部分套在一起，用螺栓連接夾具的2個(gè)部分，再用螺栓固定夾具和架子。圖15為射釘裝置的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，用夾具和射釘槍前部相連射釘槍和架子。

3結(jié)語(yǔ)

瀝青混凝土邊模鋪裝機(jī)是用來(lái)鋪設(shè)路面邊模的設(shè)備，筆者對(duì)鋪裝機(jī)邊模安裝系統(tǒng)的各個(gè)部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)，安裝機(jī)采用自動(dòng)循跡行走系統(tǒng)，能夠自動(dòng)識(shí)別并沿著所畫(huà)好的線行走，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)邊模鋪設(shè)；然后再將邊模依次放下進(jìn)行連接，完成掛鉤動(dòng)作，最后由定位模塊確定釘孔位置后，使用射釘槍進(jìn)行射釘固定，完成邊模安裝。邊模安裝系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：1）提高了生產(chǎn)效率，加快了鋪設(shè)邊模的速度；2）省去了切邊動(dòng)作，提高了鋪設(shè)道路的質(zhì)量；3）密封邊模的高低可以通過(guò)直體塊疊加的方式來(lái)改變，適用于各種厚度的路面；4）彈夾容載大，1次可同時(shí)裝載11個(gè)邊模；5）系統(tǒng)確保了安裝的順直度。本設(shè)計(jì)雖然可以提高鋪設(shè)道路的效率與質(zhì)量，但是考慮到不同公路狀況，設(shè)備暫時(shí)不能實(shí)現(xiàn)急轉(zhuǎn)彎的邊模固定，今后會(huì)將設(shè)計(jì)重點(diǎn)放在研究不同路況的邊模固定上。

作者：焦會(huì)馨 劉躍輝 彭毅 單位：貴州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 河北科技大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院