沥青路面就地热再生薄层罩面机加热效率测试_唐丹.pdf

沥青路面就地热再生薄层罩面机加热效率测试唐丹1，李国威1，原天龙1，杨红雁2，刘晓啼3（1.营口理工学院机械与动力工程学院，辽宁营口115014；2.鞍山市春立方锅炉科技有限公司，辽宁鞍山114000；3.鞍山森远路桥股份有限公司，辽宁鞍山114051）摘要：薄层罩面技术是一种新型有效的沥青路面预防性养护技术，在沥青路面养护中被广泛应用。以国内某公司生产的沥青路面就地热再生薄层罩面机为研究对象，对该设备的热量利用效率进行测试。该研究成果可为薄层罩面技术的沥青路面养护设备的改进提供理论依据。关键词：薄层罩面技术热再生热量利用效率中图分类号：TH17文献标识码：A文章编号：1003-773X（2023）02-0083-02引言路面因长期暴露在自然条件下，受到气候的反复作用，且随着交通量和荷载量的日益增加，在使用一段时间后容易出现不同类型的表面破坏，如产生坑洞、裂缝、变形等1。这些表面破坏现象会严重影响路面的功能，导致路面的使用寿命减少并可能会危害行车的安全。因此为了减缓路面的破坏，通常会采用各种措施对路面进行养护。薄层罩面即是一种常用的预防性路面养护技术，薄层罩面用作沥青路面罩面时可以有效填补旧路面的缺陷，给旧路面提供一个新的表面，同时可有效改善旧路面的高温稳定性能、抗滑性能等，可有效对路面的功能进行改进2。传统的可就地热再生的薄层罩面路面结构不便于对井盖表面的杂物、落叶进行清理维护，且清理维护时较为费时费力，其次不便于对清理后的杂物进行收集处理。随着社会经济的进步，各等级公路的建设均得到了迅猛的发展，与突飞猛进的里程建设相对应的是大规模的道路养护工作的开展，同时，沥青混合料是一种黏弹性材料，温度对其影响是非常显著的3。同时，由于沥青材料的热吸收性能，在强太阳辐射作用下，沥青路面的温度远高于环境温度，则加剧了裂缝、坑槽、车辙等病害的发生4。对于早期路面病害，常采用薄层罩面预防性养护技术进行维护。本文针对国内某公司生产的沥青路面就地热再生薄层罩面机为研究对象，对该设备的热量利用效率进行测试。1薄层罩面技术薄层罩面技术是一种沥青路面预防性养护技术，可以为原道路提供一个崭新的路面，不仅可以有效治理原有路面存在的少量裂缝、坑槽等轻微病害，还可提高道路的平整度、渗水性能和抗滑性能等路表使用性能，从而延长道路使用寿命。按照施工工艺不同，薄层罩面分为冷薄层罩面、热薄层罩面和温薄层罩面5-11。本文研究的设备采用热薄层罩面技术，该设备由自行设计的专用底盘、受料装置、新料输送装置、热风加热炉、路面加热器、耙松装置、再生剂喷洒装置、摊铺熨平装置组成。用于沥青路面薄层摊铺罩面处治，可对路面进行加热及耙松等铺前处理，使得加铺的新沥青混合料与原路面沥青混合料在热态下接合，碾压后新沥青混合料嵌入下承层，新旧路面成为一体，提高了路面的承载能力，解决了沥青路面超薄罩面层层间冷连接导致的路面承载力下降的问题。同时由于摊铺薄层时下承层的温度较高，沥青混合料的热损失小，成型后路面的压实度较大，防水性提高，因此提高了路面的使用寿命。为深入研究该设备的热量利用效率，在辽宁地区进行了实际施工模拟试验，本文重点讨论其加热效率情况。2热效率测试分析2.1施工工艺沥青路面就地热再生薄层罩面机施工工艺过程包括对病害路面的热风加热，对加热后路面的横向耙松，新沥青混合料的保温输送，再生剂的雾化喷洒，功能层的薄层摊铺以及摊铺后的路面碾压成型。但研究其加热效率，需要重点关注两次路面加热的过程。第一次路面加热，设定加热炉前加热炉出风温度 650、回风温度 350，后加热炉出风温度 450、回风温度 320，温度设定后点火加热。设备原地加热一定时间，待前部热风炉出风温度达到 550，路面温度达到 200 左右开始行驶，将行驶速度逐渐调整到1.7 m/min，试验路段路面宽度为 4.1 m，测得路表面的温度在 178244，假设在此范围内温度均匀，则可以确定一次加热深度平均为 25 mm，前、后加热器加热路面见下页图 1、图 2。收稿日期：2022-07-04基金项目：营口理工学院引进人才科研启动经费项目（YJRC202019）第一作者（同为通讯作者）简介：唐丹（1983），女，毕业于辽宁科技大学，硕士研究生，高级工程师，主要研究方向为能源利用效率。总第 238 期2023 年第 2 期机械管理开发MechanicalManagementandDevelopmentTotal 238No.2，2023DOI:10.16525/14-1134/th.2023.02.031专题综述机械管理开发第 38 卷耙松装置将加热软化了的沥青路面进行耙松。调整耙松深度在 20 mm 左右，耙松后的路面有效地增大了原路面与新铺热沥青混合料的结合面积。路面成型后，新沥青混合料嵌入下承层的旧混合料中，使新旧沥青路面形成一体，提高路面的承载能力，在耙松器后是路面二次加热器，用于对已耙松的路面进行二次加热，以确保路面材料被充分有效加热，达到摊铺温度。第一次加热时沥青料吸收的热量加上二次加热弥补散失的热量，便是沥青混合料的综合加热量，它与燃烧器工作所消耗的热量之比就可获得该车的热效率。2.2沥青料有效吸收热量计算2.2.1一次加热过程当车速为 1.7 m/min 时，第一次加热时沥青料的体积流量为 10.4 m3/h，将其折算为质量流量 masp（1）为27 496 kg/h。利用红外测温仪对加热后路面表面温度进行测量，取多点测量数值的平均值，得出加热的沥青混合料平均温度 tasp（1）为 217，路面表面温度 t0实测为32，则热量为：Qasp（1）=masp（1）cpasp（tasp（1）-t0）.（1）式中：cpasp为物体的比热容，取0.965 kJ/（kg ）。将相关参数代入式（1）得：Qasp（1）=4 908 839 kJ/h。2.2.2二次加热过程当车速为 1.7 m/min 时，第二次加热时沥青料的有效加热厚度为 20 mm，加热宽度依然为 4.1 m，则体积流量为 8.364 m3/h，折算为质量流量 masp（2）为 21 997kg/h。对耙松加热后路面表面温度进行测量，取多点测量数值的平均值，则 tbef=146.3、taft=220.6，则热量为：Qasp（2）=masp（2）cpasp（taft-tbef）.（2）将相关参数代入式（2）得：Qasp（2）=1 577 196 kJ/h。故有效总热量为：Qasp=Qasp（1）+Qasp（2）.（3）将相关参数代入式（3）得：Qasp=6 486 035 kJ/h。2.3加热炉柴油消耗量与热效率计算整个试验过程中柴油消耗情况如表 1 所示，薄层罩面机燃烧器与发动机共用一个油箱。发动机功率297 kW，折算为耗油量 60 kg/h，则发动机工作 180min 消耗的柴油量为 180 kg，进行单位变换后，发动机柴油消耗量 V2为 216.87 L，因此燃烧器消耗的柴油量 V1=V-V2=913-216.87=696.13 L。柴油的质量流量为：m?oil=oilV1/t.（4）式中：oil为柴油的密度，取 0.83 g/mL。将相关参数代入式（4）得：m?oil=194.75 kg/h。根据国标 GB/T 25892008，柴油低位发热量Qlow值为 42 652 kJ/kg，则柴油在单位时间释放的总热量为：Qoil=Qlowm?oil.（5）将相关参数代入式（5）得：Qoil=8 306 477 kJ/h。从而得出，薄层罩面机的加热效率为：=QaspQoil.（6）将相关参数代入式（6）得：=78.1%。3结语经过测量工作和分析计算，可以看出采取热风循环加热方式的沥青路面就地热再生薄层罩面机总体上具有较高的热效率，但是仍然具有一定的改进提升空间。参考文献1王玉洁.沥青路面加热加铺薄层罩面技术研究J.交通世界，2022（8）：58-59.2贾力.沥青路面薄层罩面预防性养护技术研究J.工程建设与设计，2022（9）：86-89.3沈金安.沥青与沥青混合料的路用性能M.北京：人民交通出版社，2001.4冯德成，易军艳.沥青路面热阻粘封层机理及性能研究J.公路交通科技，2009，26（5）：1-5.5陈赅.薄层罩面养护技术在高速公路沥青路面中的应用J.科技与创新，2020（8）：102-103.6刘泽辉.同步薄层罩面在公路养护中的应用J.山东交通科技，2015（3）：82-83.7邵海燕.同步薄层罩面技术在公路养护中的应用J.科技视界，2017（13）：183.8赵坚.同步薄层罩面在哈双高速公路的应用研究J.黑龙江交通科技，2013，36（1）：44-45.9石海峰.同步薄层罩面在沥青路面预防性养护中的应用J.黑龙江交通科技，2020，43（3）：33；35.10查旭东，聂臣，万兵.同步薄层罩面在沥青路面预防性养护中的应用J.交通科学与工程，2015，31（1）：1-8.11王晓东，林岩松，侯芸.同步薄层罩面技术简介J.公路交通科技（应用技术版），2010，6（1）：6-8.（编辑：李俊慧）图 1前加热器加热路面图 2后加热器加热耙松后的路面使用前油位使用后油位燃烧器工作时间，t/min发动机工作时间/min柴油消耗量，V/L1 148926178180913表 1柴油消耗量（下转第 87 页）842023 年第 2 期在运送过程中的稳定性。在安全上，基于在断线和断电的双层保护，无论发生钢丝绳断裂或者意外断电，都可以瞬间锁死搬运机构，保护车辆安全。这些设计让车库有了更好的适用性和安全性，更具现实使用价值。参考文献1孟文生，华军杰，李风超.新型智能化垂直升降立体车库研究J.起重运输机械，2020（8）：68-71.2王永昌，张功学.机械式立体车库研究现状与发展趋势J.机械管理开发，2021（1）：246-247；254.3金之明.机械式立体车库研究现状与发展趋势研究J.内燃机与配件，2021（17）：167-168.4杨明.机械式立体车库的发展现状及实际运用分析J.内燃机与配件，2020（15）：180-181.5陈宗泉.立体车库的特点、应用及其发展前景探讨J.全面腐蚀控制，2021（4）：42-44.6张明宇，费叶琦，赵建平.我国立体车库发展现状的初探J.科技创新与应用，2020（19）：45-46；50.7濮良贵，陈定国，吴立言.机械设计M.北京：高等教育出版社，2018.（编辑：王慧芳）Three-Dimensional Design of Modular Three-Dimensional GarageMiao Guoxiang,Li Hui,Zhang Hua,Zhang Zijian（Gansu Agricultural University,Lanzhou Gansu 730070）Abstract:In order to alleviate the problem of difficult and chaotic parking in the city,this three-dimensional garage model with flexibleaccess and automatic truck function is designed.This time,the method of establishing three-dimensional model is used to carry out theresearch and design for tightening the card,accessing and handling vehicles and improving safety.The garage is composed of four modules:translation module,lifting module,protection module and car-carrying module.The overall steel frame structure,parking spaces