粉料撒布機(jī)的發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)研究

李彥帥 李俊武

摘要：研究了國外粉料撒布機(jī)廠商的歷史和產(chǎn)品技術(shù)現(xiàn)狀，介紹了近年來國產(chǎn)設(shè)備的發(fā)展水平，對國內(nèi)外主要機(jī)型的性能、參數(shù)進(jìn)行了對比，分析總結(jié)了粉料撒布機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)，指出國產(chǎn)設(shè)備尚需在系列化、智能化、可靠性、環(huán)保等方面進(jìn)行努力。

關(guān)鍵詞：粉料撒布機(jī)；刮板輸送機(jī)；螺旋輸送機(jī)；槽形計量輥

中圖分類號：U415.52 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Abstract： The history and technical characteristics of foreign binding agent spreaders were studied， and domestic manufacturers' latest progress was introduced. Comparison on the features and specifications of main models at home and abroad was conducted， and key technologies for the binding agent spreaders were summarized. A suggestion was made that domestic manufacturers should improve their products in aspects of intelligence， reliability and environmental protection.

Key words： binding agent spreader； conveyor chain； screw conveyor； cellular wheel sluice

0 引 言

粉料撒布機(jī)在歐美等發(fā)達(dá)國家的發(fā)展有逾30年歷史，其最初的技術(shù)來源是農(nóng)業(yè)上使用的肥料撒布機(jī)。20世紀(jì)80年代以來，隨著筑路科技的進(jìn)步，國外廠商將肥料撒布機(jī)改造成用于撒布石灰、水泥、粉煤灰等粉粒物料的專用機(jī)械，主要應(yīng)用于土壤改良或道路基層土壤穩(wěn)定等施工場合。近年來，隨著國內(nèi)外公路養(yǎng)護(hù)工藝的發(fā)展，粉料撒布機(jī)以其機(jī)械化程度高、布料均勻、撒布量精度可控、施工質(zhì)量穩(wěn)定和效率高等優(yōu)點，應(yīng)用于瀝青路面就地冷再生配套施工，在國內(nèi)瀝青路面養(yǎng)護(hù)行業(yè)有良好的市場前景。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展

1.1 國外粉料撒布機(jī)研究現(xiàn)狀

國外生產(chǎn)粉料撒布機(jī)較知名的企業(yè)有德國的Streumaster和A-mag（原Kalkstreumaster）、法國的Rabaud、美國的Stoltz等，其主要產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)如表1所示。

Streumaster有將近40年的農(nóng)業(yè)機(jī)械和粉料撒布機(jī)械的制造歷史，是世界粉料撒布機(jī)械的領(lǐng)軍企業(yè)。2006年，Streumaster開始與Wirtgen集團(tuán)合作在全球市場范圍內(nèi)推廣SW系列粉料撒布機(jī)，其產(chǎn)品涵蓋了3～20 m3的容量范圍，有懸掛式、拖車式和自行式三類。料倉采用刮板輸送機(jī)輸送粉料，料倉內(nèi)配備料阻旋位計，用于檢測倉內(nèi)料位；撒布機(jī)構(gòu)有A型（螺旋布料，RotoPlus系統(tǒng)）和C型（槽形計量輥）兩種。A型撒布機(jī)構(gòu)（RotoPlus系統(tǒng)，圖1），上方為與刮板輸送機(jī)等寬的槽形計量輥（圖2），粉料經(jīng)槽形計量輥后進(jìn)入安裝在下方的分料螺旋，由分料螺旋向兩邊分配，實現(xiàn)均勻撒布，由于采用螺旋布料，可實現(xiàn)大撒布量作業(yè)，特別適合于工程量大的土壤穩(wěn)定施工場合。C型則與A型相反，分料螺旋在上方，槽形計量輥在下方，刮板輸送機(jī)送來的粉料先被分料螺旋向兩邊均勻分配，再下落進(jìn)入槽形計量輥，通過調(diào)節(jié)槽形計量輥的轉(zhuǎn)速，可精確控制撒布量，適合于撒布量較小、撒布精度要求較高的場合。

SW系列粉料撒布機(jī)配備稱重傳感器，對整個料倉進(jìn)行重量計量，并采用地面雷達(dá)或汽車傳動軸加裝霍爾傳感器對車速進(jìn)行檢測?？刂葡到y(tǒng)運(yùn)用CAN總線技術(shù)，通過采集料倉稱重和車速檢測反饋的信號，經(jīng)控制器運(yùn)算后輸出信號，控制液壓系統(tǒng)調(diào)節(jié)刮板輸送機(jī)和撒布機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速，達(dá)到高精度的撒布量控制。采用高效率的負(fù)荷敏感液壓系統(tǒng)，料倉后部有脈沖噴吹除塵系統(tǒng)，可降低加料時的揚(yáng)塵。

德國A-mag公司的產(chǎn)品采用螺旋輸送粉料，槽形計量輥進(jìn)行撒布，具有獨特的撒布機(jī)構(gòu)吸塵裝置，在其撒布機(jī)構(gòu)上方安裝2根吸塵管道，通過引風(fēng)機(jī)的作用，將含塵氣體吸入安裝在料倉的除塵器內(nèi)，粉塵直接回收到料倉內(nèi)，不僅環(huán)保，而且不浪費(fèi)原材料，實現(xiàn)粉塵再利用，施工時揚(yáng)塵得到有效抑制。

Rabaud公司是法國的一家農(nóng)業(yè)機(jī)械、園林機(jī)械和建筑機(jī)械的制造商，自從1980年就開始制造粉料撒布機(jī)。該公司的ELH型粉料撒布機(jī)料倉容積有15 m3和17 m3兩種規(guī)格。該型撒布機(jī)主要技術(shù)特點是采用2根大直徑螺旋（Φ460 mm）輸料，撒布機(jī)構(gòu)配備分料螺旋向兩側(cè)粉料，同時額外在分料螺旋下方安裝撥料叉防止粉料結(jié)拱成塊，撥料叉下方的大直徑（Φ495 mm）槽形計量輥實現(xiàn)撒布計量，如圖3所示。

Stoltz是美國一家主營農(nóng)業(yè)機(jī)械和建筑機(jī)械的公司，成立于1945年，最早從事農(nóng)業(yè)用石灰撒布機(jī)的生產(chǎn)，后來經(jīng)過改進(jìn)也用于道路施工。其產(chǎn)品與歐洲廠商的機(jī)型相比，外形稍顯松散，料倉容量有13.5 m3和21 m3兩種規(guī)格，采用刮板輸送機(jī)輸料，料倉沒有稱重機(jī)構(gòu)，撒布機(jī)構(gòu)僅配備分料螺旋，沒有槽形計量輥，同時分料螺旋下方有一組通過絲桿調(diào)節(jié)的料門裝置，通過調(diào)節(jié)刮板和分料螺旋的速度，可實現(xiàn)設(shè)定的撒布量。料倉后部裝有布袋除塵裝置，用于除去加料時的揚(yáng)塵。

綜合來看，國外產(chǎn)品技術(shù)特征主要有以下幾點：采用密閉式料倉，原因是加料時利用空氣流化的原理將粉料從散裝粉料運(yùn)輸車加入到料倉內(nèi)，料倉內(nèi)有一定壓力，如果敞開容易產(chǎn)生污染；設(shè)有除塵裝置，用于除去加料時的揚(yáng)塵；采用螺旋或刮板輸送機(jī)將粉料從料倉內(nèi)輸送至后部的撒布機(jī)構(gòu)；撒布機(jī)構(gòu)由分料螺旋將輸送來的粉料向車寬方向均勻分配，并由槽形計量輥進(jìn)行容積式計量；通過料倉稱重、車速傳感，控制器自動控制液壓系統(tǒng)輸出流量，對輸送機(jī)構(gòu)和撒布機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而控制撒布量；撒布寬度可調(diào)，可適應(yīng)不同工況。endprint

1.2 國內(nèi)粉料撒布機(jī)發(fā)展

中國從20世紀(jì)90年代開始了對粉料撒布機(jī)械的初步探索和研究，“七五”期間，粉料撒布機(jī)被列入國家重點企業(yè)技術(shù)開發(fā)項目，由交通部公路規(guī)劃設(shè)計研究院設(shè)計、交通部郴州筑路機(jī)械廠承擔(dān)試制的CZL5190XFLSC型粉料撒布機(jī)于1993年通過技術(shù)鑒定。該機(jī)型采用紅巖載重汽車底盤改裝，料倉底部裝備7根螺旋輸料，通過液壓手動變量泵和行車擋位的匹配關(guān)系，來實現(xiàn)不同的撒布量[1]。長安大學(xué)筑機(jī)系的姚懷新等人與徐州工程機(jī)械集團(tuán)合作，研制了XZJ5170型自控式粉料撒布機(jī)[2]，并申請了相關(guān)專利[3]，該機(jī)型的創(chuàng)新點在于采用半浮動刮板式輸送機(jī)構(gòu)，在油缸作用下可在粉料倉內(nèi)旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)倉內(nèi)料位不同時的粉料輸送；采用電液比例控制技術(shù)，通過控制比例閥開口大小改變計量輥轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)撒布量的調(diào)節(jié)，相對于郴筑機(jī)型的手動變量方式，自動化控制水平大為提高。當(dāng)然，受當(dāng)時技術(shù)所限，這些產(chǎn)品的不足還是很明顯的，由于沒有合適的專用車改裝底盤，需要在汽車底盤傳動系統(tǒng)中額外加裝減速器，以滿足施工所需的0.8～1.2 km·h-1的車速要求，這樣就增加了故障點；半浮動式刮板輸送機(jī)制造困難，維修不便；自動化程度低，或完全采用手動控制，撒布量控制不準(zhǔn)確；液壓系統(tǒng)效率不高，元件可靠性較低；沒有設(shè)計除塵裝置，施工污染大。正是由于這些不足之處，這些機(jī)型最終都沒有得到推廣。

2009年西安市政設(shè)施管理局率先引進(jìn)了一臺德國Streumaster SW 16MC型粉料撒布機(jī)，在市區(qū)南北中軸線上配合Wirtgen就地冷再生機(jī)進(jìn)行施工，它的高效率、環(huán)保、高精度的作業(yè)效果，引起了國內(nèi)科研人員和施工單位的重視。2011年，陜西萬里路面養(yǎng)護(hù)設(shè)備有限公司研制的FS-2500智能型水泥撒布機(jī)問世[4]，該機(jī)型為上裝式產(chǎn)品，可吊裝于貨車上進(jìn)行作業(yè)，其結(jié)構(gòu)型式類似Stoltz公司的產(chǎn)品。粉料倉底部配備有2根輸料螺旋，料倉后部橫向設(shè)有分料螺旋，將輸料螺旋輸送來的粉料分配至車寬方向，最大撒布寬度2 500 mm，分料螺旋下方設(shè)置有料門，可用絲杠調(diào)節(jié)料門開度，從而對撒布均勻度進(jìn)行調(diào)整。整機(jī)全液壓驅(qū)動，采用芬蘭Technion移動機(jī)械專用控制器，根據(jù)車速變化輸出PWM信號控制液壓比例閥開度，進(jìn)而實時調(diào)整輸料螺旋和分料螺旋轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)撒布量控制[5]。美中不足的是該機(jī)料倉容量偏小，僅為8.5 m3；由于撒布機(jī)構(gòu)沒有配備槽形計量輥，小撒布量時的精度不盡人意；且沒有除塵裝置，加料和施工時的揚(yáng)塵污染較大。最終這個機(jī)型也沒有得到推廣。

2014年上海bauma展，西安達(dá)剛展出了其DGL5250TFS型自行式粉料撒布機(jī)，山東巨野陸達(dá)機(jī)械設(shè)備有限公司（原山東世運(yùn)）和浙江美通也相繼推出了5×500型和LMT5250TFSB型粉料撒布機(jī)。達(dá)剛、美通和山東陸達(dá)機(jī)械的粉料撒布機(jī)主要性能參數(shù)基本相同，僅在撒布量范圍上山東陸達(dá)機(jī)械的產(chǎn)品占明顯優(yōu)勢。從技術(shù)特征上看，三款產(chǎn)品存在著一些共性，均采用螺旋輸送方式；料倉內(nèi)均配備料位計，但沒有稱重模塊；均采用負(fù)荷敏感液壓系統(tǒng)，工作原理基本相同，輸料螺旋將粉料輸送至車尾部后，由分料螺旋負(fù)責(zé)向兩側(cè)分料，實現(xiàn)均勻撒布；分料螺旋下方均安裝有槽形計量輥，主控制器根據(jù)車速變化，調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)流量、控制輸料螺旋與計量輥的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)撒布量的控制；與早期陜西萬里的機(jī)型相比，國產(chǎn)新一代粉料撒布機(jī)的突出優(yōu)點是料倉更大，自行式車輛整體性更佳，無需吊裝，施工便捷，撒布機(jī)構(gòu)增加槽形計量輥，進(jìn)一步提高撒布精度，而且增加了除塵裝置，加料時更加環(huán)保。國產(chǎn)粉料撒布機(jī)的性能參數(shù)如表2所示。

2 粉料撒布機(jī)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 輸送機(jī)構(gòu)

國外成熟設(shè)備的輸送機(jī)構(gòu)可分為兩種：刮板輸送機(jī)和螺旋輸送機(jī)，銷量最大的Streumaster SW機(jī)型采用的是刮板輸送機(jī)，相對于螺旋輸送機(jī)而言，該結(jié)構(gòu)的特點是所需的驅(qū)動功率較低，堵料概率較小，簡單地進(jìn)行減壓梁的布置，即可實現(xiàn)較大的輸送量，但制造成本較高；而螺旋輸送機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，但是將其設(shè)置在粉料倉內(nèi)，相當(dāng)于滿埋螺旋輸料，驅(qū)動功率較大，一旦發(fā)生堵料，則很難清理。目前國產(chǎn)設(shè)備均采用螺旋輸送型式，對減壓梁的布置、螺旋輸送機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)均需深入研究，以降低輸料螺旋的工作負(fù)載[6-7]。

2.2 撒布機(jī)構(gòu)

撒布機(jī)構(gòu)的作用，一是將輸送機(jī)構(gòu)送來的粉料向整個撒布寬度上均勻分配，二是實現(xiàn)粉料的計量。國外產(chǎn)品撒布機(jī)構(gòu)以分料螺旋加槽形計量輥的方式為主，Streumaster的A型和C型撒布機(jī)構(gòu)可分別適用于撒布量不同的工況，功能更加細(xì)分。Rabaud公司產(chǎn)品的撒布機(jī)構(gòu)類似Streumaster的C型，只是它在分料螺旋上方另外增加了一個撥料叉，用于將結(jié)塊的粉料打碎，防止堵料。Stoltz公司的產(chǎn)品僅安裝有分料螺旋，沒有計量裝置，撒布精度不高。

目前幾家主要國外廠商，除Rabaud公司外，均沒有在撒布機(jī)構(gòu)上配備吹掃裝置，但在實際施工中，空氣濕度大造成粉料粘結(jié)在撒布機(jī)構(gòu)上的情形還是較容易出現(xiàn)的，國內(nèi)企業(yè)應(yīng)對此引起重視。

2.3 電液控制系統(tǒng)

現(xiàn)代粉料撒布機(jī)是機(jī)電液高度集成的產(chǎn)品，電液控制系統(tǒng)是機(jī)器的核心。電氣系統(tǒng)主要完成倉內(nèi)料位檢測、料倉稱重、車速檢測、撒布量控制以及其他輔助功能，液壓系統(tǒng)負(fù)責(zé)向輸送、撒布機(jī)構(gòu)提供動力。國外產(chǎn)品廣泛應(yīng)用的CAN總線技術(shù)和負(fù)荷敏感液壓系統(tǒng)，提高了粉料撒布機(jī)的智能化程度和工作效率。國產(chǎn)設(shè)備普遍沒有料倉稱重裝置，僅靠標(biāo)定的方法確定不同轉(zhuǎn)速下輸料螺旋的輸送量，根據(jù)檢測的車速信號對輸料螺旋和槽形計量輥轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，用以控制撒布量，沒有國外配備稱重測量的機(jī)型精度高，智能化程度也較低。

2.4 除塵系統(tǒng)

隨著社會發(fā)展，對道路施工時的環(huán)保要求越來越高，粉料撒布機(jī)在加料和施工時，容易產(chǎn)生揚(yáng)塵污染，高效率的除塵裝置顯得愈發(fā)重要。國產(chǎn)粉料撒布機(jī)一般采用脈沖噴吹或者布袋除塵的方式，可有效減少加料時的揚(yáng)塵污染現(xiàn)象。撒布時由于受到風(fēng)力、車速等產(chǎn)生的揚(yáng)塵，目前沒有得到很好的解決，僅通過在撒布機(jī)構(gòu)下方加裝帆布遮罩或橡膠擋板的方式，不能徹底杜絕粉塵污染。A-mag公司產(chǎn)品上的撒布機(jī)構(gòu)除塵設(shè)計較好地解決了撒布時的揚(yáng)塵問題。

3 結(jié) 語

隨著中國公路建設(shè)養(yǎng)護(hù)工藝技術(shù)的發(fā)展，粉料撒布機(jī)的市場需求將進(jìn)入快速增長階段，但國內(nèi)廠商對該機(jī)種研究時間不長，在機(jī)械結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)匹配、電氣控制和除塵效果等方面與國外一流企業(yè)尚有較大差距，設(shè)備規(guī)格單一，系列化程度不夠，產(chǎn)品可靠性、智能化程度和環(huán)保性有待進(jìn)一步提高。

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[責(zé)任編輯：譚忠華]endprint