水泥砼路面曲線拉槽機隨動刀架刀具設計(文件)

　

【正文】 .................................... 30 結論 ................................................................................................................ 32 參考文獻 ........................................................................................................ 33 致謝 ................................................................................................................ 35 附錄 ................................................................................................................ 36 1 第 1 章 緒 論 水泥混凝土路面發展現狀 水泥混凝土路面作為一種路面結構形式，由于具有使用壽命長、養護工作量小、能源消耗少、施工簡便，對交通等級和環 境適應性強等優點而在國外得到廣泛應用。但需要指出的是，雖然我國水泥混凝土路面在近 30 年得到迅速發展，在高級和次高級路面里程中的比例有所提高，但在高等級公路路面中所占比例不到 1/4， 并且近年來又有下滑趨勢。此外，由于對水泥路面鋪筑隊伍的技術水平要求不高，導致任何水平的施工隊伍都可能進入混凝土路面鋪筑市場，造成鋪筑質量參差不齊，極易引起水泥路面各種早期破壞的發生，扼殺了水泥混凝土路面優點的發揮。同時，由于受優質石料資源的制約，瀝青路面道路建設和養護成本大幅增加。因此，道路瀝青價格飛漲的客觀情況和豐富、便宜的水泥資源，為水泥混凝土路面發展提供了有利條件和競爭優勢，使得水泥混凝土路面 2 在我國面臨一個新的發展時期。目前，頻繁發生的交通事故己引起道路管理者和使用者的極大關注，行車安全已被列為道路最基本的功能要求。日本和美國經濟高速發展時期，都出現了交通事故高速增長現象。 與發達國家道路交通安全狀況相比，我國的要差得多，由于道路抗滑力不足引起交通事故所造成的損失也比較高。 通過對交通事故次數、經濟損失、受傷和死亡人數等四項統計指標的調查發現，圖中各個指標呈現的規律基本相同，可按年限分為三個階段，即 1990 年 ~1998 年為第一階段，屬于平緩上升階段 。 1990 年 ~1998年，我國的高等級公路很少，車速也較低，車輛能及時剎住車 。鑒于這種情況，在 2020年 ~2020 年，國家加大對交通運輸的投資力度，并推出一系列 交通安全的管制措施，建立了更為廣泛的道路網絡，以減緩由于交通量驟然增大引發的交通事故，尤其是對高速公路超限超載治理有所成效，使得交通事故發生率較前幾年有所下降。 在道路的使用性能中，引發交通事故發生的主要因素是路表抗滑性能不足。水的潤滑作用降低了粗糙表面的摩擦系數，當水膜達到一定的厚度時，高速滾動的輪胎和水膜之間會由于真空吸力而產生一種懸浮力，使得輪胎脫離與面層材料的接觸狀態，如同在水墊上行駛一般。這是因為在路面使用初期，車輛首先磨損粗構造，而粗構造對高速行車的影響大于低速行車。當磨損到一定時間后，路面的抗滑性會降低到一種無法滿足安全行駛的要求，將會使行駛車輛轉向不靈，制動距離加大，極易引發交通事故。國內外研究機構對于路面抗滑構造衰減規律的研究方法主要有兩種 :一是現場調查統計法，二是室內模擬法，兩種方法各有優劣。后來，由于路網調查路面管理系統數據庫日益完善，為抗滑性能衰減研究提供了便利。這十三段道路均在 1995 年 9 月開通使用，且都滿足1994 年 WSDOT 標準規范要求 (規范要求槽深大約 英尺 =，槽間距 英寸=)，按抗折強度分為三種 :抗折強度 550psi，水灰比 :；抗折強度 650psi，水灰比 :；抗折強度 900psi，水灰比： 。經觀測發現，在路面使用初期，摩擦系數下降很快，在 1 年左右時間達到穩定狀態，之后下降緩慢。拉毛是在水泥混凝土路面剛剛鋪筑完畢時，用粗糙的織物在表面拖出粗糙紋理，達到防滑目的；但 在我國 更常見的是拉制防滑槽，就是用專用工具在剛鋪筑完的未完全凝結的 水泥混凝土路面上刻劃出 2～ 3mm 深、 5～ 10mm 寬、均勻分布的淺槽。該機為機電、液壓、電腦監控一體化設計，在工程中得到廣泛應用。 1998 年，黑龍江省交通科學研究所研制出在水泥砼路面鋪筑過程中能夠壓制折線形防滑槽的輥子，并 在哈同公路方正支線鋪筑了 試驗路；但壓槽輥加工復雜，費用昂貴，而且難以適應路面起伏，同時仍然是手工操作。 進給油缸 電機 減速器 進給滑架 機身 刀架 刀頭架 滑塊 連桿 偏心盤 7 第 2 章 水泥混凝土路面特點分析和施工工藝概述 根據我國的資源環境，因地制宜、積極推廣和發展水泥混凝土路面，有利于合理利用我國的水泥資源，帶動相關行業發展，同時，可降低對進口瀝青資源的依賴， 提高國家在公路建設中投入資金的使用率。 常規混凝土路面 我國于 20 世紀 80 年代末從國外引進，而且抗沖擊、抗凍、抗裂等性能也大大提高，有利于延長路面使用壽命、減小路面截面厚度。 水泥混凝土路面結構特征 水泥混凝土路面具有良好的使用特性，具體說明如下：水泥混凝土具有較高的抗壓、抗彎、抗拉和抗磨等力學強度。 抗侵蝕能力強 水泥混凝土對油和大多化學物質不敏感，具有較強的抗侵蝕能力。 水泥混凝土路面的施工工藝 水泥混凝土路面施工工序為：施工前期準備→安裝模板或軌模→筑作接縫和安裝鋼筋→制備和運送水泥混凝土→水泥混凝土的攤鋪與搗實→水泥混 凝土層的修整與光面→拉毛防滑槽→拆模與養生→添縫與開通。 水泥混凝土路面滑模施工 水泥混凝土路面滑模施工以滑模攤鋪機為核心，是國際上建設高質量水泥混凝土路面的現代化機械施工技術，適用于新建、加鋪水泥混凝土路面、連續橋面，尤其是 9 新建高等級路面，一級路、高速路等的連續施工， 可同時完成 2～ 3 車道路面及道牙施工， 最佳攤鋪速度為 1m/min～ 2m/min。 路面縱縫拉桿靠滑模攤鋪機配備的拉桿插入裝置自動插入；橫向施工縫、脹縫的傳力桿一般采用帶固定支架的傳力桿預先固定。 碾壓混凝土路面施工要求 基層平整穩定，平整度應滿足規范要求，而如何保證路面基層的平整度是制約碾壓混凝土路面發展的主要障礙。碾壓混凝土路面養生，宜采用噴灑養生劑或覆蓋保溫的方式進行。而傳統的人工施工方法則相反，勞動力用量大，素質要求底，但工程施工中傳統施工方法的人工費用比現代化施工方法要 高得多。 本章小結 水泥混凝土路面具有抗壓、抗變拉、抗磨耗、高穩定性等諸多優越的性能，而且我國的水泥產量高，優質瀝青依賴進口，使得我國的高等級公路中水泥混凝土路面逐漸增多。路面的宏觀構造是指路面集料間的空隙或排水能力 , 水平方向為0. 5~ 50mm,垂直方向為 0. 2~ 10mm。從另一方面來講 ,一旦構造喪失 ,恢復亦是相當困難。路面抗磨耗能力越強 ,越能控制路表宏觀構造的衰減幅度。酸性集料吸附力差 ,但大多強度高、耐磨。因此可以定性認為 ,濕度和摩擦系數成反比關系。 3. 2 提高路面材料的耐磨性能 路面耐磨性是防滑性能能否持久的重要保證。 選擇合適的水灰比 影響混凝土路面抗滑耐磨能力的一個重要因素是混凝土的強度 ,水灰比越大 ,強度越低。 3. 推廣振動壓實提漿工藝 組成路面材料的水泥砂漿稱為粗骨料保護層 ,其厚度為 5~ 10mm。 3. 3. 1 掃毛法 掃毛法是提高路面防滑性能的傳統施工方法 ,其具體操作方法是 :混凝土澆筑密實最后一次抹面結束后 ,在泥板加壓抹面出現水光時 ,采用硬度適中的蘆花掃帚或長臂棕刷 , 人工順橫坡方向進行拉掃 ,均勻掃出路表面紋理 ,以提高路面的粗糙度 ,這種方法操作簡單、成本低 ,但其紋理淺 ,行車磨耗 ~ 1a,基本磨光 ,抗滑性能差 ,使用壽命極短 ,對一些等級比較低的公路適用。 3. 3. 3 露石 ( 骨 ) 法 露石 (骨 )法是通過優化水泥混凝土配合比 ,在混凝土路面未硬化時 ,通過表面刷漿(1mm左右 ),使粗骨料裸露 ,從而提高路面粗糙度。采用硬性刻槽工藝的路面 ,很容易達到檢測要求。使用較為普遍的是橫向等距壓槽。 刻槽結構參數包括槽寬、槽深、槽間距和槽走向 4 個要素。綜合施工水平和構造耐久性 2 個方面 ,最小槽深以 2. 5mm為宜。從橫向力系數、構造深度、噪音、平整度和施工方便性的角度綜合考慮 , 最大槽寬不宜大于 5mm。 通過對幾條試驗路的觀測 ,橫向力系數隨槽間距的增大而減小 ,構造深度與槽間距的關系也是如此。綜合考慮抗滑力、施工方便性和構造耐久性等因素 ,槽間距以20mm為宜。橫向槽能提高滑溜系數 ,但噪音較大。當其他因素完全相同而只有槽方向不同時 ,橫槽的橫向力系數略高于縱向槽 ,但這種差別不明顯 。 本章小結 路面抗滑耐磨對行車安全和路面使用壽命有著相當大的影響。現行刻槽機施工時存在的問題是刻槽時間掌握不當。建議在混凝土形成 3d 強度后進行硬性刻槽 ,這樣可以不受混凝土拌和料初期結構強度和凝固強度的影響 ,但要改進拉槽器構造 ,調整拉槽條彎起的角度 ,增加必要的配重 ,保證拉槽深度。 16 第 4章 水泥砼路面表面紋理技術 隨著公路等級和行車速度的不斷提高 , 對水泥砼路面表面功能的要求越來越高 , 先后出現了拉毛、壓槽、拉槽和刻槽等水泥砼路面表面紋理構造施工工藝。 刷毛法 一般采用人工方式 ,在水泥砼路面初凝前用刷子或掃帚刷毛 ,形成的紋理深度一般在 ~ 。 使用大型滑模攤鋪機施工時 ,可直接在攤鋪機后面拖拽人工草皮或粗麻布進行拉毛 (見圖 )。 噴砂鑿毛法 噴砂鑿毛法是指使用專門的機械設備在路面上噴射小鋼球或金剛砂 ,形成一定的表面紋理構造。 該法能顯著提高水泥砼路面的抗滑能力 ,主要用于舊水泥砼路面整體摩擦系數的提高和抗滑性能的改善 ,在新建砼橋面處理方面也具有優越性能。槽型斷面多為矩形 ,一般寬 5 mm、深 1~ 2 mm,間距 15 mm。壓晚了 ,水泥砼表面已具有一定強度 ,砼拌和料差異性對平整度影響較少 ,平整度較好 ,但紋理深度較淺。 拉槽法 拉槽法是將具有一定剛度的條狀物 ( 如鋼片、鋼條或塑料 )制作成 齒耙 ,置于抹光 19 后的砼表面上 ,在一定的壓力下拉動 ,將條狀物下面的砼刮向兩邊形成溝槽 ,橫向、縱向均可。形成的溝槽邊緣不整齊 ,槽型不可控制 ,往往是有損傷的倒臺形 ,耐磨性較差 。 圖 刻槽施工 與拉毛、拉槽、壓槽等方法相比 ,刻槽法是在水泥砼具有一定強度后硬性刻制 ,不受砼拌和料初期結構強度和凝固強度的影響 ,平整度較好。同時 ,車輛在橫向刻槽路面上行駛時 ,輪胎會產生額外的低沉隆隆聲 ,行車噪音較大。AASHTO《 防滑路面設計指南》中認為 ,縱向刻槽雖然不能極大地提高路面滑溜數 ( SN),但它能增進方向控制 ,行車導向性較好 ,能有效降低事故率 ,適用于彎道以及對噪音敏 20 感程度較高的路段。 刻槽法的缺點 :施工費用高 ,效率低 ,使用的人工多 ,鋸片損耗多 ,且鋸片較貴。骨料粘結法主要適用于隧道、橋梁、機場跑道和高等級路面彎道等特殊路面的鋪筑和舊水泥砼路面的修復。耐磨光碎石骨料應具有棱角 ,呈立方體形 ,質地堅硬、潔凈。撒布量為 6~ 8 ①耐磨碎石骨料（粒徑 36mm） ②粘結 材料（厚度 28mm） ③水泥砼 21 kg/ m2 ,人工和機械撒布均可 ,骨料撒布和壓入的時間間隔不宜超過 90min。 本章小結 水泥砼路面表 面紋理形式直接決定著其路面表面功能的好壞 ,也影響著路面使用性能的評價。 22 第 5 章 設計方案的確定 拉槽機總體結構的確定 折線型式的拉槽由于要提供多向防滑力，拉槽方向應介于橫拉槽與縱拉槽之間。這種運動的實現方式有多種，例如采用電液控制；但考慮到拉槽這項作業的性質、可行性和降低造價等需要，初步擬定采用機械方式實現，利用橫向直線運動的刀架（簡稱直線刀架）與縱向擺動的刀架（簡 稱擺動刀架）合成平面線形，利用刀具的豎向浮動適應路面的不平度。 （ 1） 機架 機架 是 拉槽機所有 零 部 件包括電機、鋼索 —— 滑輪傳動、直線刀架、擺動刀架以及刀具、控制部分的載體； 并且 拉槽沿道路方向的延伸也是通過整體搬移機架更換工位實現的，所以機架應選擇 質量較輕的材料 制作， 由于鋁合金 型材 質量輕，便于工人在工作的時候搬運，剛度 和 強度足夠，所以本設計選取鋁合金 型材制作機架 。 （ 4） 刀具 刀具 包括刀頭及其支架。 圖 是拉槽機支架結構示意圖。其選取是根據拉槽機的工作速度來決定的。 刀架部分是此次設計的主要部分之一，其作用主 要是用來固定刀具。其中一 個刀架 是沿 支架 的上沿做直線運動的，另一 個刀架有 兩個方向的運動，一方面它隨 直線刀架 做直線運動，另一方面它沿著模板的形狀做曲線運動。兩個 刀架 同時運動即可拉出規定的曲線槽型。刀頭回轉是實現折線