粉料撒布机的发展及关键技术研究

李彦帅 李俊武

摘要：研究了国外粉料撒布机厂商的历史和产品技术现状，介绍了近年来国产设备的发展水平，对国内外主要机型的性能、参数进行了对比，分析总结了粉料撒布机的关键技术，指出国产设备尚需在系列化、智能化、可靠性、环保等方面进行努力。

关键词：粉料撒布机；刮板输送机；螺旋输送机；槽形计量辊

中图分类号：U415.52 文献标志码：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

粉料撒布机在欧美等发达国家的发展有逾30年历史，其最初的技术来源是农业上使用的肥料撒布机。20世纪80年代以来，随着筑路科技的进步，国外厂商将肥料撒布机改造成用于撒布石灰、水泥、粉煤灰等粉粒物料的专用机械，主要应用于土壤改良或道路基层土壤稳定等施工场合。近年来，随着国内外公路养护工艺的发展，粉料撒布机以其机械化程度高、布料均匀、撒布量精度可控、施工质量稳定和效率高等优点，应用于沥青路面就地冷再生配套施工，在国内沥青路面养护行业有良好的市场前景。

1 国内外研究现状及发展

1.1 国外粉料撒布机研究现状

国外生产粉料撒布机较知名的企业有德国的Streumaster和A-mag（原Kalkstreumaster）、法国的Rabaud、美国的Stoltz等，其主要产品技术参数如表1所示。

Streumaster有将近40年的农业机械和粉料撒布机械的制造历史，是世界粉料撒布机械的领军企业。2006年，Streumaster开始与Wirtgen集团合作在全球市场范围内推广SW系列粉料撒布机，其产品涵盖了3～20 m3的容量范围，有悬挂式、拖车式和自行式三类。料仓采用刮板输送机输送粉料，料仓内配备料阻旋位计，用于检测仓内料位；撒布机构有A型（螺旋布料，RotoPlus系统）和C型（槽形计量辊）两种。A型撒布机构（RotoPlus系统，图1），上方为与刮板输送机等宽的槽形计量辊（图2），粉料经槽形计量辊后进入安装在下方的分料螺旋，由分料螺旋向两边分配，实现均匀撒布，由于采用螺旋布料，可实现大撒布量作业，特别适合于工程量大的土壤稳定施工场合。C型则与A型相反，分料螺旋在上方，槽形计量辊在下方，刮板输送机送来的粉料先被分料螺旋向两边均匀分配，再下落进入槽形计量辊，通过调节槽形计量辊的转速，可精确控制撒布量，适合于撒布量较小、撒布精度要求较高的场合。

SW系列粉料撒布机配备称重传感器，对整个料仓进行重量计量，并采用地面雷达或汽车传动轴加装霍尔传感器对车速进行检测。控制系统运用CAN总线技术，通过采集料仓称重和车速检测反馈的信号，经控制器运算后输出信号，控制液压系统调节刮板输送机和撒布机构的转速，达到高精度的撒布量控制。采用高效率的负荷敏感液压系统，料仓后部有脉冲喷吹除尘系统，可降低加料时的扬尘。

德国A-mag公司的产品采用螺旋输送粉料，槽形计量辊进行撒布，具有独特的撒布机构吸尘装置，在其撒布机构上方安装2根吸尘管道，通过引风机的作用，将含尘气体吸入安装在料仓的除尘器内，粉尘直接回收到料仓内，不仅环保，而且不浪费原材料，实现粉尘再利用，施工时扬尘得到有效抑制。

Rabaud公司是法国的一家农业机械、园林机械和建筑机械的制造商，自从1980年就开始制造粉料撒布机。该公司的ELH型粉料撒布机料仓容积有15 m3和17 m3两种规格。该型撒布机主要技术特点是采用2根大直径螺旋（Φ460 mm）输料，撒布机构配备分料螺旋向两侧粉料，同时额外在分料螺旋下方安装拨料叉防止粉料结拱成块，拨料叉下方的大直径（Φ495 mm）槽形计量辊实现撒布计量，如图3所示。

Stoltz是美国一家主营农业机械和建筑机械的公司，成立于1945年，最早从事农业用石灰撒布机的生产，后来经过改进也用于道路施工。其产品与欧洲厂商的机型相比，外形稍显松散，料仓容量有13.5 m3和21 m3两种规格，采用刮板输送机输料，料仓没有称重机构，撒布机构仅配备分料螺旋，没有槽形计量辊，同时分料螺旋下方有一组通过丝杆调节的料门装置，通过调节刮板和分料螺旋的速度，可实现设定的撒布量。料仓后部装有布袋除尘装置，用于除去加料时的扬尘。

综合来看，国外产品技术特征主要有以下几点：采用密闭式料仓，原因是加料时利用空气流化的原理将粉料从散装粉料运输车加入到料仓内，料仓内有一定压力，如果敞开容易产生污染；设有除尘装置，用于除去加料时的扬尘；采用螺旋或刮板输送机将粉料从料仓内输送至后部的撒布机构；撒布机构由分料螺旋将输送来的粉料向车宽方向均匀分配，并由槽形计量辊进行容积式计量；通过料仓称重、车速传感，控制器自动控制液压系统输出流量，对输送机构和撒布机构转速进行调节，从而控制撒布量；撒布宽度可调，可适应不同工况。endprint

1.2 国内粉料撒布机发展

中国从20世纪90年代开始了对粉料撒布机械的初步探索和研究，“七五”期间，粉料撒布机被列入国家重点企业技术开发项目，由交通部公路规划设计研究院设计、交通部郴州筑路机械厂承担试制的CZL5190XFLSC型粉料撒布机于1993年通过技术鉴定。该机型采用红岩载重汽车底盘改装，料仓底部装备7根螺旋输料，通过液压手动变量泵和行车挡位的匹配关系，来实现不同的撒布量[1]。长安大学筑机系的姚怀新等人与徐州工程机械集团合作，研制了XZJ5170型自控式粉料撒布机[2]，并申请了相关专利[3]，该机型的创新点在于采用半浮动刮板式输送机构，在油缸作用下可在粉料仓内旋转，实现仓内料位不同时的粉料输送；采用电液比例控制技术，通过控制比例阀开口大小改变计量辊转速，实现撒布量的调节，相对于郴筑机型的手动变量方式，自动化控制水平大为提高。当然，受当时技术所限，这些产品的不足还是很明显的，由于没有合适的专用车改装底盘，需要在汽车底盘传动系统中额外加装减速器，以满足施工所需的0.8～1.2 km·h-1的车速要求，这样就增加了故障点；半浮动式刮板输送机制造困难，维修不便；自动化程度低，或完全采用手动控制，撒布量控制不准确；液压系统效率不高，元件可靠性较低；没有设计除尘装置，施工污染大。正是由于这些不足之处，这些机型最终都没有得到推广。

2009年西安市政设施管理局率先引进了一台德国Streumaster SW 16MC型粉料撒布机，在市区南北中轴线上配合Wirtgen就地冷再生机进行施工，它的高效率、环保、高精度的作业效果，引起了国内科研人员和施工单位的重视。2011年，陕西万里路面养护设备有限公司研制的FS-2500智能型水泥撒布机问世[4]，该机型为上装式产品，可吊装于货车上进行作业，其结构型式类似Stoltz公司的产品。粉料仓底部配备有2根输料螺旋，料仓后部横向设有分料螺旋，将输料螺旋输送来的粉料分配至车宽方向，最大撒布宽度2 500 mm，分料螺旋下方设置有料门，可用丝杠调节料门开度，从而对撒布均匀度进行调整。整机全液压驱动，采用芬兰Technion移动机械专用控制器，根据车速变化输出PWM信号控制液压比例阀开度，进而实时调整输料螺旋和分料螺旋转速，实现撒布量控制[5]。美中不足的是该机料仓容量偏小，仅为8.5 m3；由于撒布机构没有配备槽形计量辊，小撒布量时的精度不尽人意；且没有除尘装置，加料和施工时的扬尘污染较大。最终这个机型也没有得到推广。

2014年上海bauma展，西安达刚展出了其DGL5250TFS型自行式粉料撒布机，山东巨野陆达机械设备有限公司（原山东世运）和浙江美通也相继推出了5×500型和LMT5250TFSB型粉料撒布机。达刚、美通和山东陆达机械的粉料撒布机主要性能参数基本相同，仅在撒布量范围上山东陆达机械的产品占明显优势。从技术特征上看，三款产品存在着一些共性，均采用螺旋输送方式；料仓内均配备料位计，但没有称重模块；均采用负荷敏感液压系统，工作原理基本相同，输料螺旋将粉料输送至车尾部后，由分料螺旋负责向两侧分料，实现均匀撒布；分料螺旋下方均安装有槽形计量辊，主控制器根据车速变化，调节液压系统流量、控制输料螺旋与计量辊的转速来实现撒布量的控制；与早期陕西万里的机型相比，国产新一代粉料撒布机的突出优点是料仓更大，自行式车辆整体性更佳，无需吊装，施工便捷，撒布机构增加槽形计量辊，进一步提高撒布精度，而且增加了除尘装置，加料时更加环保。国产粉料撒布机的性能参数如表2所示。

2 粉料撒布机关键技术

2.1 输送机构

国外成熟设备的输送机构可分为两种：刮板输送机和螺旋输送机，销量最大的Streumaster SW机型采用的是刮板输送机，相对于螺旋输送机而言，该结构的特点是所需的驱动功率较低，堵料概率较小，简单地进行减压梁的布置，即可实现较大的输送量，但制造成本较高；而螺旋输送机结构简单，制造成本低，但是将其设置在粉料仓内，相当于满埋螺旋输料，驱动功率较大，一旦发生堵料，则很难清理。目前国产设备均采用螺旋输送型式，对减压梁的布置、螺旋输送机结构参数均需深入研究，以降低输料螺旋的工作负载[6-7]。

2.2 撒布机构

撒布机构的作用，一是将输送机构送来的粉料向整个撒布宽度上均匀分配，二是实现粉料的计量。国外产品撒布机构以分料螺旋加槽形计量辊的方式为主，Streumaster的A型和C型撒布机构可分别适用于撒布量不同的工况，功能更加细分。Rabaud公司产品的撒布机构类似Streumaster的C型，只是它在分料螺旋上方另外增加了一个拨料叉，用于将结块的粉料打碎，防止堵料。Stoltz公司的产品仅安装有分料螺旋，没有计量装置，撒布精度不高。

目前几家主要国外厂商，除Rabaud公司外，均没有在撒布机构上配备吹扫装置，但在实际施工中，空气湿度大造成粉料粘结在撒布机构上的情形还是较容易出现的，国内企业应对此引起重视。

2.3 电液控制系统

现代粉料撒布机是机电液高度集成的产品，电液控制系统是机器的核心。电气系统主要完成仓内料位检测、料仓称重、车速检测、撒布量控制以及其他辅助功能，液压系统负责向输送、撒布机构提供动力。国外产品广泛应用的CAN总线技术和负荷敏感液压系统，提高了粉料撒布机的智能化程度和工作效率。国产设备普遍没有料仓称重装置，仅靠标定的方法确定不同转速下输料螺旋的输送量，根据检测的车速信号对输料螺旋和槽形计量辊转速进行控制，用以控制撒布量，没有国外配备称重测量的机型精度高，智能化程度也较低。

2.4 除尘系统

随着社会发展，对道路施工时的环保要求越来越高，粉料撒布机在加料和施工时，容易产生扬尘污染，高效率的除尘装置显得愈发重要。国产粉料撒布机一般采用脉冲喷吹或者布袋除尘的方式，可有效减少加料时的扬尘污染现象。撒布时由于受到风力、车速等产生的扬尘，目前没有得到很好的解决，仅通过在撒布机构下方加装帆布遮罩或橡胶挡板的方式，不能彻底杜绝粉尘污染。A-mag公司产品上的撒布机构除尘设计较好地解决了撒布时的扬尘问题。

3 结 语

随着中国公路建设养护工艺技术的发展，粉料撒布机的市场需求将进入快速增长阶段，但国内厂商对该机种研究时间不长，在机械结构、液压系统匹配、电气控制和除尘效果等方面与国外一流企业尚有较大差距，设备规格单一，系列化程度不够，产品可靠性、智能化程度和环保性有待进一步提高。

参考文献：

[1] 何挺继，朱文天，邓世新.筑路机械手册[M].北京：人民交通出版社，1998.

[2] 姚怀新，王明道，郝建民.自控式粉料撒布机[J].筑路机械与施工机械化，1996，13（6）：13-15.

[3] 姚怀新，王明道，曹凤臣，等.自动调节式石灰撒布装置[P].中国专利：90209873.X，1991-02-06.

[4] 荣 威.首台国产智能型水泥撒布机研制成功[J].市政技术，2012（1）：7.

[5] 陕西万里路面养护设备有限公司.水泥撒布机[P].中国专利：201120462177.5，2012-07-18.

[6] 西安达刚路面机械股份有限公司.一种变螺距槽式螺旋输料器[P].中国专利：201220560013.0，2013-04-24.

[7] 浙江美通筑路机械股份有限公司.一种沥青混合料的均衡输送装置[P].中国专利：201220530753.X，2013-03-27.

[责任编辑：谭忠华]endprint