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路面精铣刨和微铣刨技术及应用研究
作者:白慧敏    发布于:2019-05-05 15:58:09    文字:【】【】【
来源:机 械 工 程 与 自 动 化 2018年4月 
作者:白慧敏

就精铣刨和微铣刨的定义、特点进行了说明,对比传统铣刨,对精铣刨和微铣刨的精度和表面纹理影响因素做出详细分析,列举了精 (微)铣刨的各种应用范围,对其应用中需注意的问题进行讨论,为精铣刨和微铣刨技术在养护机械和快速修复设备上的应用提供理论和技术基础。

1 精铣刨和微铣刨概述

精铣刨(finemilling)和微铣刨(micromilling)的区别在于转子系统,两者都是在铣刨机标准转子的基础上进行转换,精铣刨用的是刀头密集的精铣刨转子,而微铣刨用的是微铣刨转子。精铣刨和微铣刨所用的转子,刀头密集,刀间距小,因而更利于对路面实施更细密的铣刨处理。

一般以刀具垂直投影之后相邻两刀具间的距离定义铣刨转子的刀间距,刀间距决定了铣刨在施工作业时对路面的处理效果。相比于传统的刀间距约为15mm的铣刨转子,精铣刨拥有8mm~10mm 的细密刀间距,微铣 刨 刀 间 距 相 对 于 前 两 者 更 加 细 密,大 约 为6mm。铣刨转子的宽度可取15cm~3.8m。

2 精铣刨和微铣刨技术研究

2.1 精铣刨和微铣刨技术特点

(1)应用广泛。精(微)铣刨可以应用于沥青混凝土路面和水泥混凝土路面,主要用于恢复路面平整度、提高路面摩擦因数、铣刨车辙、去除标线等路面修复的工程中。

(2)铣刨质量高。采用精(微)铣刨可以达到很高的路面平整度和抗滑性能。通过铣刨去除一定厚度的老化路面,实现找平路面的效果,同时能够增加路面的摩擦力,在细密刀具的处理下,在路面上形成一个新的、具有细密纹理的路面。

(3)高效节能。在进行路面铣刨作业时,由于传统的铣刨机刀头刀间距较大,铣刨作业深,需要铣刨大量路面材料,铣刨过后需重新加铺大量新混合材料,无形之中增加了施工成本以及运输费用。而相对于传统铣刨工艺,精(微)铣刨施工作业克服了其缺点,刀间距细密,因而处理时不用铣刨大量路面,且铣刨之后路面纹理细密,不用加铺或只加铺少量新的混合材料,减少了施工及运输成本。该新工艺的使用,不仅效率高,节约成本,且铣刨效果好。

2.2 精(微)铣刨与传统铣刨的差异

精(微)铣刨和传统铣刨最主要的区别在于刀头上刀间距的细密程度,刀间距决定了铣刨之后路面的纹理差别,精(微)铣刨处理之后的路面纹理要相对细密很多。这个差异主要是来自所用的铣刨转子和控制参数的不同。如图1所示,精铣刨和微铣刨所用的铣刨转子上的刀齿个数比传统的铣刨转子多,排列和间距也比传统的铣刨转子密集。

以2m 宽铣刨转子为例,传统铣刨转子约有160个以上刀齿,精铣刨转子则有270个以上的刀齿,而微铣刨转子可有多达670个刀齿。三种类型的铣刨适应的铣刨深度及获得的表面纹理效果也各不相同。传统铣刨的最大铣刨深度一般为350mm,精铣刨为80mm,而微铣刨则不超过30mm。图2为三种铣刨转子实际铣刨面的纹理对比。

2.3 影响铣刨面纹理的因素

使用不同铣刨刀间距的铣刨转子,其铣刨面的横向纹理间距和深度不同。如图3所示,当刀间距越小时,铣刨面的横向纹理也就越密,铣刨沟槽的深度也就
越小。

铣刨面纵向纹理的间距深度则与工作速度、刀尖线速度有关。图4为铣刨纵向纹理长度、高度与工作速度的关系,可见铣刨作业速度越快,铣刨的纹理长度越长(如图4所示,纹理长度b>d>f)、纹理高度越高(如图4所示,纹理高度c>e>g),则表面越粗糙;反之,作业速度越慢,纹理越细密。而刀尖线速度则与铣刨转子直径和转速有关,铣刨转子直径越大,转速越高,铣刨纹理就越密,这两个参数与铣刨机厂家设计有关。

铣刨面纵向纹理还与刀具排布有关,刀具排布常见的有单刀具以及一线两齿两种,如图5所示。单刀具的特点是每条切削线所在的截面一般布置一个铣刨刀齿,普通铣刨转子和精铣刨转子的刀具排布为这种类型。而一线两齿的刀具排布设计常见于微铣刨转子,该刀具排布的特点是每个切削线所在的截面间隔180°相对地布置两个铣刨刀齿。相对于单刀具排布,一线两齿的铣刨机在相同的速度下对路面处理之后,纹理更加细致,因而能提高施工作业效率。

综合来看,铣刨纹理的细密程度与铣刨转子的刀间距、铣刨作业速度、刀尖线速度以及刀具排布为单刀齿或双刀齿有关。


3 精铣刨和微铣刨的应用研究

3.1 应用范围

(1)恢复路面的摩擦因数,提高道路抗滑性能。道路随着使用年限的增长,受到一些自然因素(如降雨等)以及人为因素(如交通负载等)的影响,遭到不同程度的磨损,失去了一定的防滑性能,对行车埋下安全隐患。这时必须利用铣刨机进行路面处理,将路面的磨损层以及沥青堆积过多的部分铣刨掉,恢复路面摩擦因数。

(2)恢复路面的横向和纵向平整度。道路使用一定的年限之后会产生一些道路表面病害,如路面车辙、拥包等,这些路面病害会影响行车安全,路面的不平整还会影响路面的正常排水,不利于交通安全。传统模式中对路面病害的处理,一般是采取去除沥青层然后重铺的方法,该方法施工成本较高。当病害只是停留在道路表面时,可以采取精(微)铣刨的办法,例如对路面的车辙进行铣刨处理,重新增加路面纹理,铣刨机后跟清扫机对铣刨出的路面材料进行清理,清理之后即可开放交通,效率极高。若车辙较深,铣刨处理之后再加铺微罩面,减少沥青混凝土的用量 。

(3)增进新罩面与铣刨表面之间的粘结效果。利用传统的铣刨机处理路面,因刀头刀间距大,处理完的路面纹理较深,在喷洒乳化沥青黏层时,沥青会集中流向纹理,从而使路面上黏层分布不均匀,纹理峰顶和槽谷处的厚度有很大差异,必然导致乳化沥青破乳的时间不一致,进而影响新罩面与铣刨表面之间的粘结效果。精(微)铣刨面很好地解决了传统铣刨机的弱点,其拥有精密的刀间距,经处理过的路面纹理细密且较细,喷洒的沥青分布均匀,很好地增进了新罩面与铣刨表面之间的粘结效果。

(4)铣刨路面标线等。精(微)铣刨鼓安装在小型铣刨机上可以实现对原有旧路线的清除,效率高,且施工成本低,为城市规划建设以及路面交通路线提供了洁净的基面。

(5)其他特殊工况。如桥体的水泥路面在铺设施工覆层或防水层时,使用精(微)铣刨对混凝土表面拉毛,可增强混凝土和沥青面层的粘连性,大幅提高了桥梁路面的质量和使用寿命。

3.2 采用精铣刨和微铣刨技术应考虑到的问题

(1)在路面精修过程中,理想的纵向或横向平整度对维修效果来说至关重要。一般为铣刨机配备纵坡多点找平系统和横坡传感器,从而消除路面纵向不平,或者保证多车道铣刨后的路面横坡符合设计要求。

(2)铣刨机在施工中各方面的性能决定了施工作业的品质以及施工效率。在进行铣刨机和精(微)铣刨转子的选择时,应多了解设备的配置参数(如铣刨转子直径、转速、刀间距、刀具排列等),不同的铣刨机针对不同的铣刨作业,须能依铣刨机的性能、铣刨转子的特性、作业深度和铣刨路面材料的性质等对铣刨机的操作(如行走速度和铣刨转子转速等)做适当的调整。

(3)在相同直径和宽度下,精(微)铣刨转子上的刀具排布数量要比传统铣刨转子多很多,这就导致了前者重量大于后者(2 m 精铣刨转子增重 500kg以上),因此配备了精(微)铣刨转子的铣刨机在运输上要更多地考虑运载条件,选择合适的挂车与运输方式。

(4)相对于传统铣刨,精(微)铣刨更容易产生大量的尘土,特别是在进行水泥拉毛时,大量的灰尘不仅影响操作人员的视野,造成安全隐患,还会给周边环境带来影响。因此,在精(微)铣刨作业时需加大降尘的用水量,必要时可使用带有除尘装置的铣刨机,对铣刨的粉尘起到一定的抑制作用。

4 总结

随着道路维修技术的发展,精铣刨和微铣刨工艺以其刀具的细密性优势,拥有了延长路面使用寿命、提高舒适性、节约成本、高效环保的优点,且可以通过采用不同刀间距的铣刨转子和铣刨行进速度对路面粗糙度加以控制,逐渐受到道路施工单位的重视,并广泛地应用于各种路面养护工程中。

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