沥青路面铣刨类机械工作装置研究

2021-07-02宿博岩

现代制造技术与装备 2021年5期

宿博岩

（甘肃省甘南公路局合作公路段，甘南 747000）

随着国内高速公路建设事业的不断发展，道路养护设备快速发展。近年来，沥青路面铣刨机已被广泛应用于沥青路面的常规维护。虽然很多国专家在该领域进行了大量研究并取得了许多成果，但与国外同类产品相比，国内沥青路面铣刨机在型号选择、规格以及技术性能方面依然存在一定的差距。因此，研究沥青路面铣刨类机械装置设计，基于转子结构及参数分析、刀具安装及参数分析、刀具磨损及预防措施分析，为类似机械装置研究提供一定的参考。

1 铣刨机转子基本结构

铣刨机转子是铣刨装置的关键组成部分。在大中型铣刨机中，转子由带式机床驱动。在小型铣刨机中，转子由带式机床、链条驱动或液压驱动。如图1所示，铣刨机转子的基本结构包括骨料螺旋、抛料板、刀座、刀头、驱动器组件以及滚筒等[1]。滚筒是转子的基础构成，其他部件都安装在滚筒上。集料螺旋收集由转子铣刨掉的物料，并将其送到皮带输送机。

图1 铣刨机铣刨转子结构

2 铣刨机转子参数及刀具安装

2.1 铣刨机转子参数设置

2.1.1 螺旋升角

在实际作业过程中，铣刨机会按特定顺序在沥青路面上进行高硬度铣刨，从而产生巨大的冲击载荷，加剧铣刨机振动，导致铣刨机磨损[2]。因此，需要合理确定铣刨机转子的螺旋升角，以有效减少振动，提高铣刨机运行效率。要确保转子的螺旋升角小于沥青料与叶片之间的摩擦角，使铣刨掉的散装沥青材料快速沿螺旋线集中。由于实践中沥青料的成分不同且不稳定，只能得出其内摩擦角大小范围为30°～40°。螺旋升角与沥青料的阻力成反比。实践经验表明，螺旋升角通常为14°～20°。

2.1.2 铣刨宽度方向上的转子刀具刀尖间隔

铣刨宽度方向上的刀具刀尖间隔范围为15～20 mm，常规铣刨机转子刀具刀尖间隔通常为15 mm，而用于精密铣刨的铣刨机转子刀具刀尖间隔通常为8 mm或更小[3]。

2.1.3 转子刀尖圆直径

不同规格型号的铣刨机转子的刀尖圆直径存在差异，因而螺旋线头数量也有所不同。

2.1.4 螺旋线头数螺旋线头数量取决于铣刨机铣刨宽度方向上的转子刀具刀尖间隔和铣刨宽度。通常，螺旋线头数量为2或3。

2.1.5 同回转面上的刀具数量除了边刀、立刀以外，同一个回转面通常仅设置一个道具，目的是尽量降低铣刨时的阻力。

2.1.6 圆周方向两相邻刀具间相位差

铣刨圆周方向上两相邻刀具在铣刨圆展开图上的距离l，可以通过公式计算：

式中：k表示转子螺旋头数量；b表示铣刨宽度方向上的转子刀具刀尖间隔；δ表示螺旋升角。通常，螺旋线上两相邻刀具在铣刨圆展开图上的投影距离l的取值范围为100～200 mm[4]。

2.1.7 两相邻刀具在铣刨圆周方向上的投影相位差

两相邻刀具在铣刨圆周方向上的投影相位差η的计算公式为：

式中：l表示铣刨圆周方向上两相邻刀具在铣刨圆展开图上的距离；D表示转子刀尖圆直径。

通常，铣刨宽度、铣刨宽度方向上的转子刀具刀尖间隔、转子刀尖圆直径D在选定机型时已经确定，其他参数则要根据实际要求合理选择数值。

2.2 转子刀具安装布置

2.2.1 主刀具侧向倾角

铣刨转子刀头通常为圆锥形。铣刨时，刀斗可以在刀架中旋转，提高磨损均匀程度，从而有效延长刀具寿命[5]。在铣刨过程中，要铣刨的路面会形成一个摩擦区域。只有刀头在摩擦区域形成阻力，才能完成铣刨。如果刀斗快速切向道路表面，则刀斗会向后移动，即朝着刀座方向移动。这时刀具还未转动，当继续切入一定深度后，刀头才开始转动。主刀侧向倾角越小，铣刨效率越高。因此，实践中铣刨转子主刀具侧倾角应小于理论值，通常为11.5°左右。

2.2.2 主刀的切入角度

铣刨过程中，转子主刀头部应避免接触路面，以降低阻力和刀具磨损。因此，在设计主刀的切入角度时，需避免主刀头部和路面之间的接触。目前，大部分铣刨机转子主刀的切入角度均为40°。

2.2.3 侧刀和直刀的角度

侧刀运动是从下到上迁移的过程，同时具有水平侧向运动过程，意味着侧刀不仅必须与主刀的安装布置方式匹配，还必须向外倾斜一定的角度。在计算侧刀的外倾角时，主要做到刀具锥体和路边沿相切。如果角度太小或太大，则会更快地损坏刀具。直刀的作用是修整路边沿切削刃。安装布置刀具时，通常并排放置2～3个直刀均匀分布在滚筒圆周线上。

2.2.4 抛料板安装角度

抛料板的主要作用是将沥青废料送至皮带机。为确保沥青废料能够成功进入出料口，抛料板的安装需满足以下条件：

（1）正确的安装角度可以使沥青废料不受阻碍地送达出料口；

（2）最大安装半径需小于刀尖圆的半径；

（3）宽度应小于抛料口的宽度，安全位置的中心线必须与抛料口的中心线重合；

（4）抛料口的材料必须具有良好的耐磨性，且更换方便。