路面机械施工介质离析现象的机理研究与相关设计

摘要

公路运输作为现代社会不可或缺的运输方式，近几年在我国得到了迅速的发展。为提高公路建设的速度和质量，路面机械被广泛应用于公路建设。介质离析现象在路面机械施工中经常出现，是造成路面早期破坏的一大原因，对离析现象以及路面机械与其关系一直以来缺乏系统全面的研究。因此，非常有必要对路面机械施工介质离析现象的机理进行全面的分析并从控制与减小离析角度对路面机械的设计进行相关的改进。 由于不同种类路面的介质、施工工艺、施工设备等都有很大的差异，所以本文首先对路面进行了分类，即柔性路面和刚性路面，并对二者进行了分别的研究。 以完成常林股份有限公司委托《沥青摊铺机智能控制系统》合同项目为目标，对于柔性路面的离析现象进行了分类并对各类离析现象成因进行分析，得到摊铺施工工艺的落后是造成路面施工介质离析关键原因的结论。比如摊铺机起步停机时候速度的顿挫，熨平板的升降等都会造成路面大范围的离析，采用传统电液控制无法很好地解决这些问题。因此，本文针对路面离析，提出开发摊铺机智能控制系统，采用基于微处理器的智能控制手段来减少工艺动作中的不精确性和随机性，从而减少施工介质的离析。为此，本文对沥青摊铺机的行走和找平电液系统分别进行了建模与仿真，确定采用模糊PID控制方案是实际可行后，对硬件进行了选型，并引入CAN-BUS总线来进行控制器之间及人机界面间的通讯，写入程序，完成了该智能控制系统。 以完成三一重工股份有限公司委托《8-10立方系列无进料小锥混凝土搅拌运输车搅拌筒设计》合同项目为目标，对于刚性路面施工工艺进行了概要的分析，得到混凝土搅拌运输车与刚性路面施工介质离析是密切相关的结论。因此，对搅拌筒内介质（石子和泥浆组成的多相流）进行流场模拟是十分必要的，为此，本文提出了一种简易化的数值模拟方法，为搅拌筒参数优劣评定，提供了有效的参照模型。即将混凝土搅拌运输车搅拌筒中搅拌介质（石子与泥浆）的流固多相处理成密度不同且互相贯穿的介质，以搅拌筒和搅拌叶片为动态边界条件，在流体有限元理论下，实现了基于搅拌筒设计参数变化的简易化多相流场数值模拟。从而在混凝土搅拌运输车搅拌筒数字化设计过程中，在对参数的优劣（减小搅拌介质的离析度和提高搅拌筒的出料速度等）评定时，提供了定量化、可视化的参照模型。基于此理论，编写了搅拌筒叶片设计程序，从而使该理论能够与实际结合起来，目前，该软件设计的叶片已经用于实际的搅拌筒生产中。