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    近年來，隨著交通量的增加，大量水泥砼路面面臨著不同程度的修復，而水泥砼路面的修復需面對以下難題：1)水泥砼路面剛度和穩定性較好，其修復是一項相當困難的工程；2）水泥砼路面的修補工藝復雜、耗費巨大，而且在修復中經常要封閉公路，損害經濟利益；3）水泥砼路面上如果直接加鋪瀝青砼層，在很大程度上會再次產生反射裂縫，加速路面的破壞，以至于公路的整體壽命縮短；4)水泥砼路面損害的發生時常是無預兆的。基于以上原因，中國開始引進國際上通常采用的碎石化技術進行路面修復，大量的實驗證明碎石化技術能很好地消除反射裂縫，延長路面的壽命。
1、碎石化技術原理
    碎石化技術原理由兩方面組成：一是路面的破碎機理；另一方面是路面強度的形成。
    (1)水泥砼路面的彈性模量隨破碎后碎塊尺寸的縮小而變小，即隨結構破壞程度的增大而減小；但通過對水泥砼路面進行均勻破碎、壓實，在損失一部分結構強度和整體性的情況下，可把水泥砼路面在溫度、濕度變化和荷載作用下的差動位移降低到最低程度，從而徹底消除反射裂縫在路面罩面層出現的可能性。但將水泥砼面層打碎后，其強度會隨著打碎后粒徑變小而大幅下降。研究表明，當水泥砼路面破碎到3—40 cm時(粒徑，表面層不大于7.5cm，中間層不大于22.5 cm，底層不大于37.5 cm)，既可以有效緩解反射裂縫的出現，又能保證路基強度達到要求。
    (2)路面強度的形成，路面經過碎石化處理后形成3層：表面細粒散層、碎石化層上部和碎石化層下部。表層經過壓實后，顆粒被壓密，嵌擠形成薄層，再通過灑布透層油（或石屑嵌縫料），路面就會形成具有一定強度和穩定性的表層結構。碎石化層上部強度主要來源于內摩擦角和預壓應力，其中粒徑越大，內摩擦角越大；而預壓應力來自板塊被破碎時砼所產生的側向體積膨脹，鹼顆粒的粒徑越小，膨脹趨勢越大，產生的預壓應力也越大。碎石化層下部的強度主要來源于“聯鎖咬合”作用。實踐證明，當碎石化層下部能達到“裂而不碎、契合良好、聯鎖咬合”的塊體結構時，具有最好的拱效應，能將豎向壓力變為水平推力，借以擴散荷載；同時沒有豎向的貫穿裂紋（具有350N406的斜向裂紋），具有較好的嚙合度及更好的結構穩定性，從而形成具有一定強度的路面。
2、多錘頭破碎機的工作裝置研究
    多錘頭破碎機(MHB，Multiple Head Breaker)如圖l所示，由動力系統、轉向系統、液壓系統、底盤、破碎工作裝置等組成。
    多錘頭破碎機是輪胎自行式設備，對舊水泥砼路面破碎的效率是較高的，每臺班約為2km×車道。MHB機破碎的舊水泥砼粒徑大小通過控制落錘的高度調節，一般可控制在7.5～40 cm，呈上細下粗形態。能滿足不同類型砼路面的破碎，具備一次破碎3.96 m寬的能力，還裝備有帷幕防止破碎顆粒外飛，在開放交通的情況下可以半幅施工。在施工安排緊密的情況下，破碎、碾壓、加鋪可以一次完成，最大限度地減少交通管制時間。
2.1多錘頭破碎機工作裝置的設計構思
    多錘頭破碎機的工作裝置由工作錘頭架、工作油缸、錘頭等組成。而錘頭分為兩種形式：粗短形和細長形，無論采用哪種錘頭形式，工作錘頭架都需要穩固、簡單，盡量使錘頭架各支撐桿的連接形成一個穩固的整體。而工作油缸和錘頭設置在工作錘頭架內，這樣工作油缸就能帶動錘頭在工作錘頭架內有限制地做上下往復運動，達到最大的破碎力。下面的設計中采用粗短形的錘頭。
2.2多錘頭破碎機工作裝置的設計
    工作錘頭架包括水平設置的主支撐、橫支撐及豎向設置的豎支撐，主支撐、橫支撐、豎支撐之間固定連接，這樣整個錘架形成一個穩固的整體。主支撐上設有起固定工作油缸作用的固定板和對錘頭升降起導向作用的導軌，錘頭的錘身上設有與導向導軌相對應的凹槽。重錘分2排成對裝配在整臺機械的尾部，前后排錘頭錯開布置，這樣可以在全寬范圍內進行連續破碎；前后每對重錘有一套單獨的液壓提升系統為其提供動力，這樣重錘的提升高度可以根據需要自行調節，在破碎1日水泥砼路面時，重錘按一定規律下落，通過把動能轉換成沖擊能對路面進行破碎。
    工作油缸兩側的主支撐上分別設有對錘頭升降起導向作用的導軌。工作油缸帶動2個錘頭升降。錘架包括多個主支撐、橫支撐和豎支撐。錘架內設有多個工作油缸，每個工作油缸帶動2個錘頭升降。主支撐包括3個上主支撐、3個中主支撐、3個下主支撐，它們之間固定連接有多個橫支撐和豎支撐，主支撐、橫支撐和豎支撐形成的錘架內共設有6個工作油缸。錘架包括前排錘架和后排錘架，前、后排錘架內分別設有3個工作油缸。錘架板塊設置在錘架兩側的2個翼錘架上，翼錘架和錘架之間為可拆卸式連接。翼錘架包括翼錘主支撐、翼錘橫支撐和翼錘豎支撐，每個翼錘架內斜向固定設置一個工作油缸，工作油缸兩側分別設有對錘頭升降起導向作用的翼錘導軌，工作油缸帶動2個翼錘升降。油缸固定板包括固定平板和固定豎板。
    多錘頭破碎機破碎裝置的錘架包括水平設置的主支撐、橫支撐及豎向設置的豎支撐，它們之間固定連接后形成整個破碎裝置的支撐系統，工作油缸和錘頭設置在錘架內，多個主支撐、橫支撐和豎支撐組合形成的錘架具體包括多個工作油缸和錘頭的結構，該結構可以同時使用多個工作油缸和錘頭，對路面進行破碎作業時力量更大。在控制閥塊的作用下，多個錘頭可以保持不同步連續不斷地升降，破碎的效果比一個錘頭或少量錘頭更好；支撐的錘架結構比較穩定，保證破碎作業的有效完成。主支撐上設有固定工作油缸的油缸固定板，可以進行較好的固定。主支撐設有對錘頭升降起導向作用的導軌，錘頭的錘身上設有與導向導軌相對應的凹槽，該結構可以保證錘頭的垂直升降，破碎效果更好。錘架包括設置在錘架兩側的2個翼錘架，翼錘架和錘架之間是可拆卸式連接，可以針對實際情況裝上或卸下，裝上時作業的面積和力度更大，多個錘頭在高壓油的作用下沿錘架連續升降，不斷地沖擊路面，沖擊路面的力度較大，所以比較容易將路面破碎，工作效率高，破碎的質量也更高，路面破碎程度完全可以達到經壓實后鋪設的程度，無需開挖。破碎并壓實后，破碎砼塊組成緊密結合、內部嵌擠、高密度的材料層，可以為路面罩面提供更高的結構強度。
2.3利用Pro/E設計多錘頭破碎機工作裝置
2. 3.1多錘頭破碎機工作裝置的三維實體建模
    根據設計方案，把多錘頭破碎機工作裝置的部件分為2類：一類為組焊件，由于這類部件完全由鋼板或型鋼焊接而成，各部分之間無相對位置變動，所以可在Pro/E軟件的零件模塊中以零件的形式創建部件。另一類為組裝件，這類部件需要先制作出組成它的各個零件，然后按照裝配關系定義其約束或聯接關系進行組裝。
2.3.2多錘頭破碎機工作裝置的虛擬裝配
    創建好多錘頭破碎機工作裝置的所有部件之后，開始進行裝配。裝配前，正確分析各個部件在整機中的位置、作用以及相關部件之間的裝配關系、運動關系，以保證裝配后的整機定位可靠、運動靈活、互不發生干涉。根據部件間的相互關系完成多錘頭破碎機工作裝置三維實體模型。
2.3.3多錘頭破碎機工作裝置的運動仿真
    多錘頭破碎機工作裝置的運動主要是依靠舉升液壓油缸將重錘勻速舉起，然后油缸泄荷，重錘在重力的作用下做近似的自由落體運動。多錘頭破碎機工作裝置每個錘組的運動周期為1.5s，其中上升時間為1s，下落時間為0.5 s。假定舉升高度為1m，則上升的速度為1 m/s，下落的加速度為8 m／s2(因為有摩擦力，油缸回油壓力等阻力的存在)。工作裝置的工作過程分為兩段，是一個分段函數，Pro/E里自帶的斜坡函數，正、余函數，擺線、拋物線、多項式等函數都無法滿足要求。而采用位置表能夠根據理論計算確定錘頭任何時刻的位置，能夠比較真實地模擬錘頭工作裝置的運動。下面取每個錘組的初始位置為零，每個相鄰的錘組開啟的時間間隔為0.1s，以1#錘組的一個運動周期制定位置（如表1所示）。仿真結果如圖3所示。
    從圖3可以看出：1#錘頭的運動曲線與表1相符，1#錘頭在忽略與導向軌道之間摩擦力時其上下運動基本上可以看成自由落體，而且錘頭上下運動時與周邊的錘頭不存在運動干涉，也沒有因為錘頭的上下運動而導致錘架大幅度地振動。可見錘頭架結構是一個穩固的整體，錘頭架能夠承受錘頭工作時所帶來的沖擊力。圖3中2根近似于光滑的直線，證明錘頭的上下運動靈活，設計方案可行。
2.4實際設計
    根據模擬設計方案進行多錘頭破碎機工作裝置的實際設計。在實際設計過程中，考慮到中國公路的狀況，把工作裝置設計為6對重為600kg的錘頭、兩側各有一對重為850kg的翼錘。翼錘是可拆卸的，滿足不同的道路需求；錘頭的最大行程是1.1m，破碎高度可根據不同的路面需求調節。考慮到盡量減少重錘下落時能量的損耗，重錘與支撐桿采用帆布帶連接，重錘在下落時才近似自由落體，把最大的能量作用在破碎的路面上。
2.5破碎試驗
    根據多錘頭破碎機的工作需求，選擇1 km損壞率達50%的路面作為破碎試驗路段。經檢測，該路面的水泥標號為32.5#，路面強度一般。破碎時錘頭下落高度和拉應力的關系見表2。
    破碎后，表層碎石粒徑最大為7mm，中間層最大粒徑為21mm，底層最大粒徑為37mm。從表2可以看出錘頭的沖擊力沒有傳到路基中，對路基的強度沒有造成影響，完全符合碎石化工藝的要求。而且在破碎過程中整機振動比較小，噪音能滿足城市道路施工要求，預防碎石飛濺的帷幕起到抑制碎石飛濺的作用，有利于環保。
3、結語
    在計算機上進行多錘頭破碎機工作裝置的三維設計和模擬運動驗證初始設計方案是可行的。根據設計方案進行實際設計和生產，從破碎后碎石層粒徑來看，其破碎效果完全符合碎石化施工要求，而且整機的運行效果能達到設計要求。