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浅谈沥青水泥砂浆搅拌车
福建南方路面机械有限公司 黄文景 汤明 林敬靖
作为奥运标志性工程的京津城际轨道交通工程，是沟通北京、天津两大直辖市的快速便捷通道，也是我国第一条高速客运专线。该工程采用德国博格公司的板式无碴轨道结构,此博格板式无碴轨道系统为德国联邦铁路署(EBA)批准采用的一种预制板式轨道结构类型。无碴轨道与有碴轨道相比，无碴轨道具有轨道稳定性、刚度均匀性和耐久性好、平顺性高、维修工作量显著减少的突出优点。
博格板式无碴轨道系统是由纵向互连接的轨道承载板组成。在路基上，轨道承载板铺设在水硬性混凝土承载层上面或是铺设在沥青混凝土承载层上面。在桥梁结构上，轨道承载板铺设在底座混凝土板上面。轨道承载板排放完毕后，采用校准系统精调。精调之后，在水硬性混凝土承载层顶面和轨道板底面之间有一个 2 - 4cm 的空间，这个空间采用一种特殊的沥青水泥（CA）砂浆填满，高性能沥青水泥沙浆垫层可以为轨道提供适当的刚度和弹性。基于它的特殊性能，沥青水泥砂浆成为博格板式无碴轨道系统中一个关键的元素之一，掌握砂浆搅拌搅拌施工工艺及设备的研究成为重点攻关课题。
沥青水泥（CA）砂浆主要由一种干料、液料和添加剂组成。干料主要由硅酸盐水泥、干粉料和添加料组成。液料由乳化沥青和水组成。添加剂是使用以聚合羧基醚或三聚氰胺树脂为基础的流化剂，以及为了减少水泥灰里的空气含量而采用硅树脂油的消泡剂。沥青水泥砂浆需具备良好的流动性、弹性、抗腐蚀性、防冻性，新拌砂浆具有在温度5°C 至35°C 之间时，方可以进行灌浆施工的特性。沥青水泥砂浆基于上述的特性特点，对干粉料、液料、添加剂均提出了严格的要求。经过反复大量的实验，在固定的搅拌站里搅拌砂浆并运到工地和在搅拌站搅拌好再用泵泵到施工工地均不能满足要求。因此开发可移动沥青水泥砂浆搅拌车，此搅拌车可携带必要的材料，直接在现场搅拌、灌注一气呵成才能保证砂浆的性能和施工质量。为了能满足上述要求和功能,这就要求移动式沥青水泥砂浆搅拌车必须配备必要的电源和空气气源，和各配料储备罐、计量装置、搅拌装置和控制系统。与常规固定式搅拌站相比，移动式沥青水泥砂浆搅拌车，其工作工况大不一样，必须满足在施工便道上行驶，在行驶中路况不平整，运输中存在车体震动，为保证设备能正常工作，如何实现车体平衡，在振动工况下，完成自动配料和生产，成为砂浆车研发攻关的难题。
下面简单介绍沥青水泥砂浆车的主要技术参数和组成及工作原理。
表1 南方路机研制的沥青水泥砂浆搅拌车的主要技术参数：
产品主要技术参数
搅拌容积
干料0．4m3
每拌周期时间
Max 3.5min
干粉料备料容积
8 m3
干粉料计量精度
±1％
乳化沥青备料罐容积
2 m3
乳化沥青计量精度
±1％
水备料罐容积
2 m3
水计量精度
±1％
减水剂备料罐容积
125L
减水剂计量精度
0.3Kg-1kg±20g～1-3kg ±1%
消泡剂备料罐容积
50L
消泡剂计量精度
0.1Kg-0.5kg±2%
稳定剂备料罐容积
50L
稳定剂计量精度
0.3Kg-1kg±20g～1-3kg ±1%
发电机组
85Kwh
牵引车
320马力
搅拌车自重约
14T
整车总重量
32T
图2 移动式沥青水泥砂浆车的主要结构和重要组成部分

1.外加剂计量系统;
2.搅拌系统
3.干粉料计量输送系统
4.高压清洗系统
5.干粉料储存输送系统
6除尘系统
7.气动系统
8集装箱装置
9.拖挂底盘
10.发电机组
11.牵引车
12.成品料斗
13.控制系统
14. 乳化沥青计量系统
15. 水计量系统
16.液压调平系统
（1） 外加剂计量系统主要包括： 输入管路、存储仓、泵送装置、输出管路、称量装置及回流管路等组成；外加剂储存在存储仓内，其补充由供料站通过防错接输入管路给入,当物料到达预定位置后,中心控制将发出相应信号,停止外部加料。搅拌车正常工作时，外加剂通过泵送装置、输出管路到达称量装置进行计量。采用位移传感器，改变以往惯用称重计量的模式。在抗振动和抗干扰方面，具有以往称重计量无法比拟的优势。计量时传感器根据秤内添加剂液位的高低，输出的0~10V电压信号值，可编程序控制器根据输入的信号值来进行计量控制，达到对添加剂精确计量的目的。
（2） 搅拌系统主要包括：搅拌槽体、驱动装置、搅拌装置、卸料装置、润滑装置、轴端密封、高压清洗装置、测温装置等组成。沥青水泥砂浆性能非常特殊性,经过无数次的反复的实验，生产沥青水泥砂浆，非常讲究搅拌工艺的同时,对砂浆搅拌主机提出了特殊的要求。砂浆搅拌主机在搅拌速度、搅拌叶片的排列、叶片的形式，卸料门结构上，同常规的商品混凝土搅拌主机相比均做了特殊设计，搅拌速度无级可调，搅拌叶片采用特殊结构变角度排列，卸料门采用抗扭、自锁、弹性密封敞口设计，以保证强力搅拌，降低能耗，达到最佳搅拌效果，避免剧烈搅拌过程中由于惯性加速，导致沥青水泥砂浆材料二次破碎受损，以及含气量超高，并具备混合料搅拌在线温控确保沥青水泥砂浆产品质量。另外还为砂浆搅拌器专门开发了一种的高压清洗装置它由：高压大流量泵，控制阀，高压旋转装置，高压喷水嘴等组成。高压喷头，在旋转装置的带动下全方位清洗，并同时能在高压的水作用转动，产生一个零度的喷洗作用效果，增大了清洗效率。
（3） 干粉料计量输送系统主要包括：计量仓、输送螺旋、称量装置、防摆抗振装置等组成。该系统计量仓同输送螺旋集成一体，采用三点拉式传感器结构的重量称量技术。同常规称量装置不同的，砂浆车干料称量装置至于搅拌车内，搅拌车在行驶在施工便道，出现车体颠簸晃动，如何有效地进行称量装置的保护，保证称量装置长期稳定可靠准确的工作，成为技术攻关的难点。本系统特设了防摆和吸震装置，成功地克服了外界干扰对系统计量精度的影响，满足搅拌车频繁移动实现准确计量的目，同时控制上采用欠称自动补称、超称自动扣称，落差自动调整并具有趋势判断功能、负值自动修正、零位自动跟踪、按键去皮等强大功能，更有效地提高干粉料计量输送系统工作可靠稳定性。
（4） 沥青水泥沙浆搅拌车水、乳化沥青计量系统其结构大致类似主要由：储液箱、输入管路、泵送装置、计量装置、输出管路、回流装置等组成。直接采用高精度电磁流量计，彻底改变以往惯用称重计量的模式。在抗振动和干扰方面电磁流量计具有以往称重计量无法比拟的优势，不仅提高了计量精度，而且省去了一整套繁杂的称重计量系统，使得整个计量系统的安装空间大大减少。水、乳化沥青根据生产用量，投料时计量泵直接将其泵送到搅拌机。水、乳化沥青流量通过流量计时，流量计内流过的液体流量以脉冲信号的形式输出。通过可编程序控制器内部一路高速计数器对输入的脉冲信号进行采样控制，来达到水、乳化沥青精确计量的目的。砂浆车搅拌用水比较特殊，由四部分加入参与搅拌，第一是搅拌桶清洗用水，此部分水通过流量计量进入高压清洗泵，到搅拌桶进行清洗，用量根据清洗情况而定。接着第二部分是通过流量计量直接泵入搅拌桶，第三部分水来自外加剂计量装置零位填充用水，第四部分为外加剂计量装置清洗用水。这四部分用水均分别加入，如何减少每次加水时流量计的过冲量，缓解累计计量的误差，也成为砂浆车控制计术的关键。
（5） 干粉料储存输送系统用于储存干粉料并将干粉料输送到计量仓内,主要包括输送螺旋,干粉料仓，机械破拱轴,以及安装在干粉料仓上的机械破拱装置,气动破拱装置,高低料位检测和温度检测装置。干粉料仓的物料经外加供给螺旋从搅拌车的顶部的三个加料口加入。在加料口顶部，设有安全护栏，工作时可伸起，运输时可放下，另外在加料口上方还设有安全开关和安全筛网，确保人员的安全。干料仓受集装箱高度和宽度的结构限制，同时又为了让干料能正常下滑到螺旋槽内，干料仓在有限空间内最大化角度。干料仓的角度的大小，直接影响到干料的进料能力，采用机械破拱和气动破拱装置可防止干粉料起拱、使落料顺畅。考虑到干粉料易离析的特性，过多的采用机械破拱，会导致干料的离析，直接影响砂浆的性能。如何控制干料仓的气动破拱时间和机械破拱时机，成为确保干料性能的关键。机械破拱安装在料仓内下部螺旋输送机的上方，破拱轴由减速电机带动低速旋转，破拱臂搅动干粉料，保证干粉料顺利的下落到输送螺旋机内，通过破拱轴的搅动可更有效地防止干粉料离析和干料的落料，保证输送螺旋机及时送料来保证沥青干粉搅拌车连续正常工作。安装在干料仓底部螺旋输送机是用来输送计量用，为了更好地提高计量精度，设计上采用了变频控制，并在螺旋机出料口处安装有气动蝶阀，更有效地控制计量落差值，使计量精度更高。料仓内装设的测温装置控制干粉料在预定的温度范围内，保证干粉料性能不变。
（6） 沥青水泥砂浆车的除尘系统包括两个部分，一是搅拌主机的除尘，采用正压式除尘，除尘器安装在搅拌主机上方，当计量螺旋向搅拌主机加料时，搅拌主机内压力上升，粉尘通过除尘器过滤排放到车外，当搅拌机卸料时，搅拌主机内压力下降，形成负压，靠大气压力差达到排尘的目的。二是安装在螺旋输送机上方的料斗除尘器，主要负责计量仓和干料仓内的正压除尘，料斗除尘器上方设有脉冲阀，间隔一段时间反吹一次，将除尘器上的尘抖落回螺旋机上再利用。
（7） 沥青水泥砂浆在轨道砂浆灌注要求一块板一次一气呵成灌注完毕，为此需布置一个成品料系统来满足砂浆灌注的要求。成品料系统由成品料斗，搅拌器、提升装置、阀门管道等组成。成品料斗制作成锥形，为防止砂浆在料斗中沉淀离析影响砂浆的性能，在料斗底部设计有一组搅拌叶片，叶片组可沿搅拌轴上下移动，搅拌器可根据砂浆的性能，如环境温度，存放时间等因素进行速度调节。正常工作时，成品料斗至于搅拌主机下方接料，料斗的容积可容700L，当成品料接料完成后，通过液压举升缸将料斗沿一定的轨迹平衡地移开并上升，为保证料斗在上升过程始终保持水平状态，防止砂浆料溢出，在成品料斗上增设了一组防摆油缸。当料斗上升到预定位置，举升油缸在液压锁和平衡阀的作用下始终保持状态，此时砂浆可以用过阀和管道进行灌注作业。
（8） 液压调平系统也是砂浆车不可缺少的一部分，为保证砂浆车上各计量系统和功能部件的正常工作，砂浆车要求保持水平状态，如何在施工便道能满足上述要求，我们采用了四点液压调平系统，该系统包括四个带有液移传感器调平油缸，液压泵站，导向系统,水平测量装置等组成，达到一键调平，实现纵向调节范围向前3.2度,向后4.6度,横向调节范围正负6度，调节精度达±0.1度。
（9） 沥青水泥砂浆各个功能部件均安装在一个集装箱内，包括空气动力装置、发电机组等，均安装于专用汽车盘上，实现一体化，利用拖挂车头拖拉，可实现移动作业。沥青水泥砂浆车上安装的称量元器件和干粉料对运输振动有较高的要求，尤其是干粉料，在运输途中如果振动过烈，极易引起离析，为此专用底盘采用空气悬挂装置，有效减缓便道行驶途中的振动，保证设备的正常工作和干料的特性。
（10） 控制系统：沥青水泥砂浆车抛开传统控制系统，避免传统控制系统采用工业计算机进行生产过程的控制，因工业计算机硬件或软件的原因发生故障难以处理，给用户的维护带来了很大的困难和隐患问题。砂浆车的整个计量系统和工艺流程控制系统都由PLC程序完成，没有借助任何仪表特有功能，即使在没有计算机联机的情况下也能进行正常生产，且触摸屏上可设置三个配方以供生产时调用，生产流程的时间可根据生产工艺要求进行调整，保证控制系统的完整稳定。另外为了安全考虑，软件登陆和电子秤调校采用用户密码保护，有效的保证了重要生产数据的安全。全立体界面动画模拟生产工况，实时显示配料值、称量值、误差值等生产数据，全中文快速校称，并具有自诊断和提示功能，提供在线使用帮助。自动调整干粉料落差并具有趋势判断功能、负值自动修正、零位自动跟踪、按键去皮等功能。智能化参数设定，所有生产经验参数一键完成；拌缸卸料门由系统自动控制，并提供手动开门定位功能；全方位在线实时检测设备生产状态，并进行安全联锁管制。若出现异常工况，可准确提示设备故障点并提醒工作人员进行定位查看与检修，实现准确故障定位排除。

图3 图4 主要控制流程和操纵示意图

以上介绍了沥青水泥砂浆车的主要组成部分，各部件息息相关，工艺联系紧密，环环相扣，任何一个部件都重要，缺一不可。本着细节决定成败的理念，无论在设计还是制作上，任何的个部位，任何一个细节都精益求精。2006年9月份，中铁十七局同南方路机共同研发首台样机面世，并顺利通过德国博格公司的检测，成为国内首台沥青水泥砂浆搅拌车。