自密实混凝土搅拌车中的多种技术

我国高铁技术的发展日新月异，在新技术的应用上不断达到或超越国际先进水平。CRTSⅢ型板式无砟轨道是我国具有自主知识产权的无砟轨道技术，是我国高铁技术水平、国家装备制造业水平的实力体现。CRTSⅢ型板式无砟轨道是带挡肩的新型单元板式无砟轨道结构，主要由钢轨、扣件、预制轨道板、配筋的自密实混凝土层、限位挡台、中间隔离层和钢筋混凝土底座等部分组成。自密实混凝土是一种具有高工作性能和耐久性能的混凝土，在轨道系统中它支撑和固定轨道板，起到关键的作用。铁路轨道中使用的自密实混凝土，要求高流动性、间隙通过性和抗离析性，无需振捣自身能实现浇筑平整。施工工况要求该混凝土需要在现场进行实时搅拌并进行浇筑，这样对生产自密实混凝土的搅拌设备的计量精度和搅拌质量提出了极高的要求。专为CRTSⅢ型板式无砟轨道技术开发的自密实混凝土搅拌车，整机高度集成了各项功能，生产、施工灵活方便，控制、操作更加人性化、智能化，除了严格遵循常规的搅拌站功能设计，另在设备中增加了多种技术，使自密实混凝土搅拌车性能更加良好。

01

空气悬挂的半挂车式箱体设计

自密实混凝土搅拌车(如图1)采用了标准的半挂车式的箱体设计，结构紧凑、机动性强，转场方便，满足国家道路的行驶要求，可以在高速公路上行驶。搅拌车的箱体内含车辆的车架、搅拌主机、计量秤等部件，在移动时要满足车辆的行驶要求，在固定时要满足作为一台混凝土搅拌站的承载、稳定性能的要求。因此，通过计算和校核，结合计算机分析软件进行建模和仿真，对箱体框架的强度、刚度进行合理的设计，使箱体框架具有足够的抗弯曲变形和抗扭转变形的能力、保持平稳生产的能力。

图1?施工现场的自密实混凝土搅拌车图

半挂车的悬挂系统用于将搅拌车箱体框架和车轴相连。通过悬挂系统将车身载荷传递到车轮，同时也能减缓行驶过程中由路面传递到箱体框架的振动和冲击，保持行驶状态的平稳。相比于常见的钢板弹簧悬架结构，自密实搅拌车选用了性能更好的空气悬挂系统(如图2)。空气悬挂系统是使用空气弹簧为弹性元件的悬架，利用气体可压缩性的原理实现其弹性的作用，具有较理想的非线性弹性特征。空气悬挂重量轻，因而设备整体重量也有所下降。空气弹簧的弹性可根据需要自动调节，路况较差时，空气弹簧变软，缓冲减震，路况较好时空气弹簧变硬，提高车辆运输性能。空气悬挂在精密仪器运输、危化运输等领域发挥重要作用，使用空气悬挂的搅拌车性能更加良好。

02

纵横双向全地形车辆快速调平技术

自密实混凝土搅拌车在实际进行搅拌作业时，由于施工环境限制，场地布置情况复杂，地面不够平整。这种情况下需要对搅拌车进行调平，使其箱体保持水平，以防止物料输送、计量等工作受到影响。为提升自密实混凝土搅拌车调平系统的实用性，设计时舍弃了只有横向调平、没有纵向调平的做法，或者只有手动调平、没有自动调平的做法，针对高铁轨道施工的特定工况，设计开发了横向、纵向自动调平系统(如图3)。在横向调平上，设置了“虚腿”检测装置，能够及时发现异常的支腿，中止调平；纵向调平上，有中间导向装置，有助于保持箱体稳定；通过横向防摆装置的限制，控制调平精度；此外还配置了双轴角度传感器，使箱体结构具有安全限位检测的功能。

图2?自密实混凝土搅拌车空气悬挂系统示意图

图3?自动调平系统图

图4?粉料计量系统图

调平系统设计时，结合设备箱体内各功能部件的布置进行受力情况分析，确定相应的电机、液压泵等技术参数；根据液压泵的型号和液压原理图设计出相应的液压油站、控制阀块组以及阀块组的安装油路块；通过三维仿真软件进行装配分析、干涉检查、模拟运行，使用计算机工具辅助设计，排除人为因素造成的失误。通过试制、试验，在车间内模拟高铁轨道施工现场的作业环境，进行各角度横向、纵向综合调平试验，及施工现场对搅拌车实际生产的跟踪、反馈，进行设计修改。经过这样反复试验和改进，设计出的搅拌车能够达到其自动调平系统在车厢纵向±3°、横向±5°范围内自动调平，调平精度达到±0.1°，同时该系统配备了手动调平功能，允许手动调平。

03

高精度计量

自密实混凝土搅拌车在生产混凝土的过程中，需要进行骨料、粉料、液体外加剂、水等原材料的精确计量。对于在户外无固定工作场所、需现场搅拌浇筑的搅拌车而言，在计量过程中保持设备、框架的稳定、平稳，才能保障高质量的原材料计量过程。有利于提高计量精度的设计，应用于搅拌车结构的各个方面。

骨料的输送和计量，采用了石子和砂叠加计量输送的皮带秤装置。骨料在卸料进入皮带秤的过程中，因空间的落差存在，使得卸料门接收信号关闭后，有多余骨料进入到皮带秤中。通过软件、电气控制，使其具备能够自动补偿骨料的落差量，准确达到计量的目标值。皮带秤使用裙边皮带进行骨料输送，皮带侧边的裙边结构能防止砂、石子向侧边漏料，保障计量准确。砂计量皮带采用变频控制，能根据计量的需要调节输送的速度，进一步提高计量精度。

粉料的使用量小于骨料的使用量，为达到精确的计量，需要采用更严格的措施。搅拌车在进行粉料的配料工作时，粉料通过带有变频功能的螺旋输送机进行输送后，进入匹配的粉料秤中计量。通过变频控制对螺旋输送速度进行调节，初始计量时快速送料，节省时间；计量接近目标值时慢速送料，把控精度。以此在兼顾效率的情况下，实现了粉料的粗、精计量效果。与皮带秤类似，螺旋输送机与粉秤之间也存在高度落差，为提升计量精度，粉料计量系统(如图4)采用了“一增一减”控制算法。其过程如下：当粉秤在输送、存料阶段时，采用增量控制算法，进行落差量的自动补秤；当粉秤在卸料阶段时，系统检测粉秤内存储量，如重量超出目标值时，系统执行减量控制算法，截留超出的重量供下批次配料使用。由于粉料自身的细微颗粒、容易结块的特性，粉秤的出料口处的软连接容易出现积灰、积料的现象，将对计量精度造成不利的影响。对此使用专为粉料卸料设计的异形软连接，能防止粉料积料产生的拉秤现象，消除不良影响。通过变频输送、“一增一减”、防拉连接这些措施，保障搅拌车中粉料计量准确进行。

在框架、箱体振动不可避免的情况下，为了保证水和液体外加剂准确计量，采用传统的单吊点式、以拉式传感器计量的方式不是最佳选择。采用拉式传感器作为计量元件的液体秤，其原理是通过感应计量重量产生的重力应变，转换为电信号得到重量值，在混凝土搅拌站中应用广泛。然而由于其感应灵敏的特性，在进行微小目标值计量时，设备框架的振动、外力微小的扰动等都可能导致计量值的偏离，在结构紧凑、计量要求精确、工况复杂、拌合质量要求高的自密实混凝土搅拌车中，应当有更好的设计。通过多次试验验证，水、液体外加剂使用流量计进行原材料计量，很好的克服了拉式传感器的缺点。在液体计量系统中采用的流量计，其工作原理是根据电磁感应原理进行流量测量。当水、外加剂这类导体在磁场中做切割磁力线运动时，在管道两端的电极上产生感应电势。通过测量感应电势，结合其他已知参数换算为水或外加剂的计量重量。在流量计中，感应电压信号与平均流速呈线性关系，测量精度高；测量电极内置，抗干扰能力强；计量过程不受到振动因素影响，计量过程稳定平稳。

04

总结

自密实混凝土搅拌车是一套综合性的机电信息一体化设备，是一套能够灵活转场、高效优质的混凝土搅拌设备，是一套综合的生产、管理的技术解决方案。它专为我国具有自主知识产权的CRTSⅢ型板式无砟轨道施工而设计，以技术支持中国高铁突破知识产权贸易壁垒，走出国门为“一带一路”建设助力。

来源：南方路机，作者：罗郑裳棋、肖宁、谢智聪。