朱飞标
中山市亚力菲自动化设备有限公司 广东中山 528415
摘要 介绍了全电加热式养护车的设计与计算过程实践，开发出料仓和路面加热板都使用电加热器红外线热辐射加热的综合养护车，炒料时间大大缩短，同时又无液化气罐的安全隐患，排放也达到工程机械施工要求，且加热不受环境（大风天气及高原缺氧）影响。
关键词 沥青路面 全电加热 养护车 设计与计算
1 引言
沥青养护设备能够对沥青路面的病损进行全面高速有效的养护，大大提升公路养护的质量，并且使养护成本大大降低，同时也减轻了人工的劳动负荷，对病损路面进行有效维护保障公路的畅通。
综合养护车是针对道路养护维修作业需求专门研发的移动式养护设备，便于搭载工具、沥青料，广泛运用于公路的养护维修。目前，在沥青路面的综合养护设备中，大多数是V型固定式料仓加热沥青混合料；V型固定式料仓加热慢，一般需要4～5个小时且料温不均匀。料仓及路面加热板加热时大多使用液化石油气或者柴油燃烧器加热。对于液化石油气，车上背着个大液化气罐在路上跑，因此施工人员很多心里存在抵触感，担心液化气罐不安全，且液化气罐属于特种安全设备，需定期年审，造成使用不便。对于使用柴油燃烧器的加热方式，燃烧器没有尾气处理装置，在市区施工存在冒黑烟等环保问题，经常遭市民投诉。另外路面及料仓加热时气体燃烧受环境影响比较大，尤其是大风天气及高原缺氧的情况下受到限制。因此路面养护施工单位普遍希望市场上能出现无安全隐患、环保且被市民接受的新型路面养护车产品。
2 全电加热式养护车设计与计算实践
2.1 总体设计
全电加热式养护车整机总布置如图1所示：
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1、汽车底盘；2、发电机组；3、路面加热板；4、滚筒料仓；5、料仓保温罩；6、料仓红外线加热系统；7、上料机构；8、双轴搅拌器；9、压路机吊装机构，10、加热板移动机构
2.2 各部分设计、计算及选型
2.2.1滚筒料仓的设计与计算
如图2，搅拌滚筒是由圆柱部分和圆锥台部分组成，滚筒的几何体积计算公式如下：
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滚筒搅拌时，出口下端沿水平面以下为有效搅拌容积，如上图剖面区域所示，由圆柱截段和圆锥截段组成。
其中圆柱截段体积V1= L1A弓形=[D1S/2 -B(D1/2-H)] L1/2 式 4
圆锥截段体积V2= L2A弓形/3=[D1S/2 -B(D1/2-H)] L2/6 式 5
所以滚筒搅拌的容积为V搅拌= V1+V2 式 6
由于滚筒内叶片对混合料的导向作用，在正转加热过程中，滚筒内段料位将高于外段，而且旋转方向一侧也将高于另一侧，所以，加热过程中，实际搅拌容积将达到1.5-2倍搅拌计算容积。
根据设备的使用特点和市场情况，现设计滚筒的圆柱部分内径1.03米，长度2200米，圆锥部分长度0.38米，出口内径0.6米， 由式1, 2，3可计算得出滚筒的几何容积为V滚筒=2.04m3。
又由式4, 5, 6可得出滚筒的有效搅拌容积为V搅拌= 0.30m3，则实际搅拌容积可达到0.45-0.6m3。混合料比重按 2 吨/立方米计算，则每次加热的混合料重量在0.9-1.2吨，可保证单次最大搅拌能力为1吨。
2.2.2驱动阻力矩计算
搅拌筒驱动阻力矩由拌筒搅拌阻力矩、拌筒与支承系统的摩擦阻力矩共同组成。（参考筑路机械与施工机械化2004.5《混凝土搅拌输送车拌筒驱动阻力矩和驱动功率的计算》）
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如图3所示，对拌合料来说，共受到三个力矩的作用：即偏心力矩、与筒体的摩擦力矩、与叶片的摩擦力矩。由力矩平衡条件得：
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对筒体来说，又受到由于拌合料的偏心距，产生的阻力矩作用，在数值上等于
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2.2.3搅拌滚筒驱动功率的计算
按求得的拌筒搅拌阻力矩M搅，再根据传动系统的总效率，拌筒与支撑系统的摩擦阻力矩及拌筒转速n，即可求出搅拌筒的驱动功率P(kw)
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2.2.4加热系统计算及发电机组选型
滚筒料仓每次加热旧料最多为1000 kg，其中沥青含量（不包括乳化沥青） 约为4.5 ％；余为石料。由此可进行如下的热平衡计算和分析（参考建设机械技术与管理2010（3），《自行式沥青路面再生车材料加热系统的热平衡分析》）。
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由式 13，得Q1=287.5×4.5％×1.675×140=3033.8kJ
由式14，得Q2=287.5×[92.5％×0.837×140+3％×4. 186×80+3％×2256.7]=53514.9
考虑路面再生为暴露加热，加热过程中散热较多，其散热热量以所需热量的20％计算。
Q加热板＝Q1+Q2+Q3 =（ Q1+Q2）/0.8=（3033.8+53514.9）/0.8=70685.9 kJ
2.2.6滚筒料仓热平衡计算
采用发电机组供电电加热板加热方式，加热电压为220V交流电，设计滚筒料仓50min可达到加热效果，
P滚筒=Q滚筒/t=198425.4/（50×60）=66kW
考虑热效率，实际需要功率为P滚筒实际=P/η=110/0.9=73.3 kW
η-电加热器红外热辐射效率，根据产品样本取值0.9
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2.4底盘相关计算
养护车行走所需要功率
一般的沥青或水泥路滚动阻力系数f=0.018-0.02，取f=0.02
则行驶阻力 F = M×g×f=12495×10×0.02=2499N
行驶速度最大设计值为v max =98km/h=27.2m/s，
则行走功率为
P行走 max = Fv/η=2499×27.2/0.9=75.5kW
底盘选择东风底盘，型号为DFL1120B18-KJ2Q-000-010J，发动机功率118kW，轴距为5000mm，9.00R20轮胎，整备质量4180kg，最大总质量15800kg。
3、结语
全电加热式养护车项目整体方案新颖，特点鲜明，整机已获国家发明专利（专利授权号：CN 104328732 B）。一经推出便被广大市政养护单位订购使用并获好评，使用该产品能显著节约工人数量及施工工时，同时路面修补养护效果明显，该产品年销售收入达到千万元以上，具有显著的经济效益及社会效益，被中山市政府授予优秀发明专利奖。全电加热式养护车设计与计算
参考文献：
[1 ] 陈金龙，一种新型的沥青路面养护车设计[J]．专用汽车，2009(3)：56—57．
[2 ] 袁正前，沥青路面综合养护车的结构特点及设计改进探讨[J]．专用汽车，2003(4)：45—47．
作者简介：
姓名：朱飞标（1981.07--）；性别：男，民族：汉族； 籍贯：江西
学历：硕士，毕业于北京科技大学；现有职称：中级工程师；研究方向：机械设备。