基于厂拌热再生技术的路面养护中心机械配置

霍尚斌

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

0 引言

基于厂拌热再生技术的逐步成熟和规范应用，这些设备主要包括路面铣刨机、搅拌设备、摊铺机、运输车辆及压实机械等。面对如此众多的机械设备，如何合理地选型与配置是建立养护中心的一个重要工作内容[1]，养护中心机群包括静态配置和动态配置。

所述养护中心机群的静态配置主要是从宏观角度对中心的机械数量、种类进行适当控制和搭配[2]。根据机械性能指标对主体机械、辅助机械、运输车等进行合理配置。静态配置可使养护中心效率和施工成本得到有效保证，但由于此配置既没结合实际工况，也没考虑机械性能的变化，因此不能直接用于指导施工[3]。与此对应的机群动态配置能够形成面层养护机群组合方案，可用于指导沥青混凝土路面面层养护施工[2]。

1 养护中心机群静态配置

1.1 静态配置基本原则

a）设备应与养护方法工艺相适应。在建立以沥青厂拌热再生技术为基础的养护中心时，设备主要是为再生沥青混合料服务，且应满足厂拌热再生技术的施工要求。另外，各地地形和气候条件差异较大，因此在选型过程中应充分考虑这些因素。

b）机群中各单机和所有运行过程都需满足主体机械的生产能力要求。厂拌热再生搅拌设备是控制再生混合料生产的机械，因此是施工过程中的主体机械。

c）后续机械的生产能力要略大于前导机械。为了保证生产、施工顺利开展，除了使各辅助机械设备满足生产要求以外，还应该依照施工工艺之间的关系，使后续机械设备大于前续机械设备的生产能力。

d）技术方案可行的基础上寻求经济成本最优。再生沥青混凝土的生产、铺筑过程中，对系统温度要求较高，其中《公路沥青路面施工技术规范》(JTJ 032—94)对上述各工序温度有明确的规定。

1.2 静态配置方法

a）固定生产要素的初始配置，固定生产要素主要由厂拌热再生搅拌设备、摊铺机和各种压实机构成，上述要素配置方式如下：

（a）厂拌热再生搅拌设备 在实际工程应用中，搅拌设备最小生产能力由养护中心规模确定，最小能力决定了该设备是否满足工期以及工程量的要求，其计算公式为：

式中：D为工程施工天数；L为路面总长度；η为搅拌机设备生产能力系数；rj为第j层路面混合料比重；w为路面宽度；hj为第j层路面厚度。

（b）摊铺机 根据静态配置基本原则，由此来选择铺摊机的数量并选定工作速度。首先根据摊铺机一次摊铺宽度与路面宽度关系确定每个作业面所需铺摊机数量。对于单台摊铺机，如果一次摊铺宽度大于路面单侧宽度，就采用单台全宽摊铺或双台并行摊铺。如果应用于高速公路时，应使用双台摊铺机并行摊铺。如果一次摊铺宽度小于路面单侧宽度时，易选用双台并行摊铺。

当上述过程完成后，应确定实际铺摊速度，并配置初压机及运料汽车。

式中：M1为摊铺机数量；V1min为摊铺机最小工作速度；G为搅拌机理论生产率；为路面面层平均容重；为路面面层平均厚度；η1为摊铺机摊铺速度折减系数。

（c）初压机 根据静态配置基本原则，搅拌设备每小时拌和多少吨，摊铺机每小时就摊铺多少吨，初压压路机每小时就至少初压多少吨。若初压机的速度大于《施工规范》规定时，必须选用两台设备；反之，选用一台。

式中：m2为初压压路机的台数；V2min为初压压路机最小工作速度；W2为初压压路机碾压宽度；w2为初压压路机的重叠宽度；M2为所需初压遍数；ηyi为碾压速度折减系数。

（d）复压机 在满足上述要求的情况下，便可以确定实际工作过程中的初压速度，并将此值作为变量配置复压机。

（e）终压机 根据同样方法可确定终压机实际工作速度与数量[4]。

b）可变生产要素（运料汽车）初始配置根据静态配置基本原则，运料汽车效率应高于拌和站。由此分别计算最大、最小运距时，运料汽车的最小数量。

式中：G0为运料汽车可装载质量；T0为运料汽车在一个工作循环周期内的最大或最小时间；Nmin为系统所需运料汽车数量的最小值。

c）技术约束 再生沥青混合料温降控制是影响施工质量的关键因素，混合料温度特性控制着路面机械施工配置现场布局、机群配置及工艺流程等。影响混合料温度的因素主要有运输时间和环境温度，其中沥青混合料在运输过程中的温降通常与运料时间成正比关系；而工作环境温度对混合料的影响体现在摊铺、初压、复压、终压等阶段。如果无法满足，则说明机群的施工布局与配置互相之间是不匹配的，必须做出相应调整。

d）施工配置和经济技术指标的求解 经过上述配置，就可以评价经济技术指标，不断变化单台机械或机组的性能、数量，建立机群施工配置最佳机群组合，其中在每一次组配过程中，都以沥青混合料各阶段的温度为约束条件[5]。

2 再生沥青混凝土路面施工动态配置

以再生沥青混凝土为对象的路面机群施工中，施工工作条件、机械设备运行状态随着施工的进行时刻在变化着，因此利用静态配置方法确定的最佳施工系统将逐渐失去其合理性。故如何动态、准确、快捷地调整机械化施工以保持系统最佳性能，则具有极为重要的现实意义。

在厂拌热再生沥青混凝土路面施工中，主要由铣刨和搅拌设备、运料车辆、摊铺机、初压、复压、终压压路机等7种设备形成一个综合系统，该系统最理想的工况为：

a）一辆运输汽车装满离开时，接着就有一辆车辆到达铣刨机处。

b）拌和楼拌和好材料时，接着就有一辆车辆到达拌和机处。

c）摊铺机需要进料时，就有一辆车辆到达摊铺机处。

d）摊铺机摊铺后，压路机就能够马上进行压实工作。

在研究机群的工作特性之前，首先需要总结系统的概率特性。为了简化研究过程，本文将系统分为铣刨、破碎、搅拌、摊铺、初压、复压以及终压等7个子系统。下面对各子系统分别进行研究。

2.1 铣刨机处汽车排队数量及相应概率

2.2 破碎筛分处汽车排队数量及相应概率

2.3 搅拌子系统排队及相应概率

搅拌子系统主要由搅拌站与运料汽车构成。

2.4 摊铺子系统

主要由摊铺机与运料汽车构成。

2.5 初压子系统

主要由摊铺机与初压压路机构成。

2.6 复压子系统

主要由初压压路机与复压压路机构成。

2.7 终压子系统

主要由复压压路机与终压压路机构成。

2.8 设备运行状态与机械组合关系

结合各种组合下机械系统的工作状态及施工成本，基于上述运行状态计算公式，在满足相关施工规范的前提下，就可以得到满意度较高的系统状态和对应的组合方式。

3 结论

本文以厂拌热再生技术的路面养护中心机械群为研究对象，提出了两种机械配置方法。机群的静态配置可确定养护中心的养护规模大小，而机群的动态配置可确定养护施工过程中的机械组合。本文分析方法以及推导的数值计算公式为下一步编制机群配置决策软件系统奠定理论基础，从而为废旧沥青混凝土的再生利用提供了必要的技术支持。