（广东省长大公路工程有限公司 广东广州 511400）
概况：沥青路面施工过程中，沥青混合料离析是影响到路面质量的重要因素，是造成沥青路面局部损害的根本原因之一，成型沥青路面混合料的不均匀性严重影响了其建成通车后的使用性能并加快了其早期损坏，大大缩短了路面使用寿命。沥青混合料离析控制是一个很重要的技术课题，造成沥青混合料离析的原因有多方面，其中搅拌站卸料装车离析控制是不可忽视的一个重要环节。
公司在江罗路面施工中发现沥青混合料摊铺成型路面左右不一致，严重影响了路面施工质量。经多方面查找分析判断及试验验证，发现是由于搅拌站混合料装车后一边料粗一边料细，混合料产生了严重离析；经更进一步检查分析判断是由于搅拌站卸料装车离析原因造成的。该沥青拌和站成品料仓采用下置式结构，由于受主机空间布局限制，成品仓设置成3个仓（1号、2号、3号 为防止大截面空间卸料起锥堆混合料产生二次滚落离析），搅拌缸混合料卸料入仓采用直通式导向落料斗卸料入仓，对混合料料流运动产生了二次外力干涉，另其卸料流量设计控制不合理等造成了混合料严重离析，卸料设计存在很大缺陷。为此我们对该搅拌站拌缸卸料入仓机构进行了技术改造，设计采用摆渡小车二次卸料入仓。经技术改造后，摆渡小车控制系统与原主机控制系统可实现联机对接自动生产制控，整机生产运行连续平稳，卸料流量设计控制合理，成品混合料装车摊铺后均匀稳定，彻底解决了该卸料离析问题，取得了良好的效果，得到了监理业主单位的好评。
1 卸料入仓离析分析（导向板式）
1.1 导向式卸料入仓机构基本工作原理
如图1所示，该设计共3个成品料仓，搅拌缸设置于2号仓入料口正上方（2号仓为直通仓），1号和3号仓设置于2号仓左右两侧；通过2节1米串联气缸将卸料导向小车移动至所选择料仓入料口位并锁定（由行程开关定位锁定控制所选择混合和料入料仓号，根据需要选择各料仓）。2号仓为直通仓，当选择2号仓时搅拌缸混合直接卸入2号仓；当选择1号或3号仓时，此时导向小车导向斜挡板位于搅拌缸卸料口正下方，搅拌缸开门卸料时混合料掉到导向板面，混合料通过导向板斜坡面泻滑水平有效直线距离约1米后，再掉入料仓内，实现卸料入仓。（附：图1导向式混合卸料入仓机构结构原理示意图）
2 离析机理分析
2.1 卸料料流流量关系
当搅拌缸料门打开时，混合料料流流量Q时序为0—Qmax—0，其流量曲线基本呈抛物形（如图2所示），卸料用时约8秒，卸料最大流量约500kg/秒。
2.2 导向式卸料离析机理分析
如图1所示。
（1）当搅拌缸料门打开0-2秒内及近关门时尾料混合卸料流量较小，混合料通过导向板以零星松散滑抛抛洒式状态直接掉入高落差成品仓内（最大落差约6米），此时混合料状态相当于“飞溅抛洒”运动，从产生混合料飞溅离析；
（2）当拌缸料门全开时，混合料瞬间流量达到约500kg/秒，料流体内粒径较大骨料受落料势能加速影响，直接撞击导向板产生一个“镜面效应”反射力，大粒径骨料相当于“飞溅”运动，产生离析；
（3）当拌缸料门全开时，泻滑卸料车左侧挡下边缘，产生刮料离析；
（4）当拌缸料门全开时，部分大流速混合料以平行于导向板方向，泻滑状直接泻向成品仓左侧，大粒径粗料受势能影响直接冲向料仓左侧边缘方向，形成粗料离析（落料不对称）；
（5）当拌缸料门全开时，大流量大流速（最大高差6米）混合料直接撞向已卸入料仓的混合料，此时已卸入料仓的沥青混合料处于“非牛顿流体” 状态，受“非牛顿流体力学效应”影响混合料反弹起锥堆，产生锥堆滚落离析；
（6）另外料仓左边设置的防离析缓冲梁，由于其主要阻挡料冲向左侧，起导向防离析，但是由于阻挡，不免也产生撞击反弹离析。
2.3 直通仓式卸料离析机理分析
（1）料仓容量空间小（最大容量20吨），卸料时容易出现空仓，而产生空仓离析；
（2）经常性空仓，混合料直接撞击料仓锥底，产生反弹性离析；
（3）当拌缸料门全开时，大流量大流速混合料受“非牛顿流体力学效应”影响混合料反弹起锥堆，产生锥堆滚落离析。
造成该卸料离析现象的主要原因是由于卸料装置结构设计不合理，设计存在缺陷，需进行技术设计改进
3 设计改进技术要求及工期（关键要解决的技术节点）
（1）对称性受料及卸料；
（2）避免空仓离析效应；
（3）避免0-2秒开门时间段混合料及尾料“飞溅抛洒”离析；
（4）避免大流量大流速混合料受“非牛顿流体力学”效应影响混合料反弹起锥堆，产生锥堆滚落离析；
（5）改造后可与原主机控制系统实现联机对接自动生产制控；
（6）结构性改动少，改造后不影响整机使用安全性能；
（7）改造工期 3-5天（项目工期紧张）。
4 改进方案比较和选择
4.1 改进方案
方案一、减小卸料入仓过渡口，减缓卸料入仓速度。
方案二 、接料小车加装料门，减少料门截面，二次慢速卸料入仓。
方案三、接料小车加装料门，减少料门截面，减缓卸料入仓速度，小车循环移动接料卸料对称性卸料1号或3号大仓，主要改进工作为小车底部加装料门、加装配小车循环往复移动气缸装置、防撞击安全防护装置及相关控制系统。
4.2 方案比较：
（1）方案一 改进时间短（8小时左右），只是封闭部分入仓过渡口，实际操作简单不影响生产， 也实际实施试验有效果，但是不能彻底解决料头料尾及落料不对称性离析（3D扫描检测结果有效果，仍然存在微小不对称性及局部离析，没达到预期目的）；
（2）方案二 相当于方案一卸料门的进一步改进，可解决料头料尾离析，落料不对称性离析不能彻底解决（1号仓 3号仓），如只是用于2号直通仓，空仓离析难于解决（如改大仓容，料仓结构改动大工作量大短时间难于实施）；
（3）方案三 综合了方案一和二的优点，可完全解决上述离析问题。
4.3 方案选择
通过比较方案三控制离析措施最全面合理，机械结构改动少，可操作实施强。所以选择方案三进行改进。
5 摆渡小车卸料平台结构受力安全性验算
原厂方设计说明：主机四边框梁300*300H钢梁，料仓卸料入仓平台16号工字钢骨架，上铺8mm A3板，开1000*1000卸料入仓口3个纵向连续排列，纵向平铺QU70起重机平行轨道。原平台设计承载约15吨，小车以桥式起重机标准设计，卸料斗自重约2吨，设计标准满载负荷10吨。最大载荷工况：设摆渡小车工作时产生误动作（摆渡小车卸门没开，2槽料 每槽料料约4吨 小车容积约2.5立方）为最大载荷那Qmax=2*4000+2000=10000（kg）验算结论：摆渡小车运行符合原设计满载负荷10吨标准，卸料工作平台整体受力安全。
6 卸料摆渡小车系统基本机械结构和控制监控系统设置与改造实施
6.1 基本结构和控制系统设置
（1）摆渡小车 现有卸料斗；
（2）小车运行轨道 现有轨道运行机构轨道；
（3）小车卸料门机构 在卸料小底部加装门及开关门气缸；
（4）摆渡小车往复循环装卸料运动工作气缸装置；（加装配）
（5）摆渡小车往复运动机械防冲击限位缓冲装置；（加装配）
（6）电器控制监控系统 PLC+液晶触摸屏控制系统1套 起重机式手动遥控系统1套 4屏窗口视频监控系统1套。
6.2 机械结构电气控制件的设计选型和实施
6.2.1 小车卸料门装置
（1）在卸料小底部加装门及开关门气缸 气缸选型D100X1000。
（2）选用12号轻型钢轨作为门轨道及开关门气缸支座架 长度3米X2（耐磨性好 刚度强）
（3）600X1250X30 45#钢板为卸料门板，实际有效开门度400X900（以控制料流量及速度）
6.3 摆渡小车直线往复循环装卸料运动工作气缸装置
6.3.1 摆渡小车直线往复运行工作摩擦力计算
小车以起重机轨道方式运行相当于桥式起重机，其最大摩擦力为满载负荷时的摩擦力，满载负荷以卸料误动作时为满载负荷（摆渡小车卸门没开，2槽料）。
Qmax=2*4000+2000=10000（kg）
6.3.2 P摩 =（Q载 +Go）(2K+Ud)K附/D轮=（2000+8000）X（2*0.03+0.015*10）1.8/20=189kg
（1）Q载-----小车载重 8000kg （2）D轮---小车轮直径 20cm
(3)K附---附加摩擦系数 1.8 （4）Go---小车自重 2000kg
（5）K ---滚动摩擦系数 0.03 (6) U---轴承摩擦系数 0.015
（7）d---轴承内径 10cm
6.3.3 P坡= Qmax*tan.a=10000*0.002=20kg
P坡—坡道阻力 爬坡倾角a tan.a 一般取0.002
6.3.4 P粒料= Qmax*f粒料=10000*0.02=200 kg
P粒料----工作时轨道上难清除的小粒径细料对小车的阻力
f粒料-----未能清除细粒料阻尼系数 取0.02 相当于10倍 P坡
6.3.5 P风= q风*S*C风=15*4*1.2=72（kg）
q风----单位面积最大风阻力 取150N/平米 S---受风面积 4 C----风力系数 1.2
6.3.6 P总= P摩+ P坡+ P粒料+ P风=189+20+200+72=481（kg）
因此摆渡小车往复运动气缸工作力需大于480kg
6.3.7 气缸型号选择 有效工作力≥481kg 气缸行程1500mm
根据项目部工期要求和受市场供货限制（现货）及考虑到大行程活塞杆钢度影响，选择双向带节流可调缓冲装置的D250X1500型气缸，设最低工作气压为2.5kg/cm2 （低气压小车运行工作速度可控），F= 3.14X12.5X12.5X2.5 =1226.5kg F﹥481kg 满足工作要求。（如图3所示）
8 改造使用效果及经济性分析
8.1 使用效果
经改造后，摆渡小车控制系统与原主机控制系统可实现联机对接自动生产控制，整机生产运行正常平稳，卸料流量料流流速控制合理，成品混合料装车摊铺后均匀稳定，彻底解决了该卸料离析问题，取得了良好的效果，得到了业主监理单位的好评。
8.2 经济性分析
实际改造工期4天，成本约4万元（人工费+材料费），改造操作简便快捷经济，使用效果好。在相同施工项目邻近标一施工单位新购置的该相同机型设备由于该技术问题未能解决，最终选择重新装配一台套其他机型沥青拌和站进行生产。所以本次技术改造其实际经济效益也比较可观（150万元）。
9 结语
沥青混合料离析是路面局部损害的主要诱因之一，其对路面质量影响深远，因此，在施工过程当中，需要做好沥青混合料的离析控制。公司在进行江罗路面施工时，发现混合料出现了严重离析，使得沥青混合料摊铺成型路面左右不一致，给路面施工质量带来了严重的威胁。基于此，本文从分析卸料入仓离析以及离析机理入手，介绍了设计改进技术要求及工期，对比选择了改进方案，对摆渡小车卸料平台结构受力安全性进行了验算，对卸料摆渡小车系统基本机械结构和控制监控系统进行了设置与改造，分析了其电器控制监控系统并对改造使用效果及经济性进行了探讨，实现了对ASTEC TS-45沥青搅拌站卸料摆渡小车的设计改造，以供参考。
参考文献
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论文作者:刘鹏
论文发表刊物:《电力设备》2017年第14期
论文发表时间:2017/9/4
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