基于3D数字控制系统的沥青混凝土路面施工设备及施工方法与流程

本发明涉及工程施工领域，尤其是一种基于3d数字控制系统的沥青混凝土路面施工设备及施工方法。

背景技术：

城市道路及高速公路的基层一般采用沥青混凝土，目前沥青混凝土垫层铺设时，传统的施工作业是由多名施工人员操纵振动器振捣整平，通过预先放置好的桩线测量并控制施工的高程和平整度。传统的测量控制方法不仅效率低精度也不能得到保证，还不能对有坡度或或者复杂曲面的沥青混凝土进行有效施工，如果做好的表面达不到施工标准的要求就必须重新施工。由于摊铺的材料昂贵，一旦某个环节发生问题，所造成的损失会是巨大的，并且存在摊铺表面不平整的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于：提供一种基于3d数字控制系统的沥青混凝土路面施工设备及施工方法，能够有效提高对沥青混凝土垫层厚度及平整度的精准控制。

本发明中的解决技术问题采用如下技术方案：

基于3d数字控制系统的沥青混凝土路面施工设备，包括摊铺机架，所述摊铺机架上设置有供料机构，所述供料机构的出口与布料器的进料口衔接，所述布料器后方设置有振动器及烫平板，所述摊铺机架上还设置有gps接收机、控制箱、激光发射器、激光接受靶及水准仪，所述gps接收机用于接收路基位置信号至控制箱，所述激光发射器用于接收摊铺机的高程控制点，所述激光发射器将信号传输至控制箱内，所述水准仪用于测得接收摊铺机的高程数据，所述水准仪信号传输至控制箱内，所述控制箱控制各个布料器、振动器及烫平板的高度和仰角的角度。

本发明还存在以下特征：

所述布料器、振动器及烫平板均与液压油缸连接，所述液压油缸驱动布料器、振动器及烫平板升降动作，所述液压油缸的进出油口均通过软管与电磁阀连通，所述控制箱发出控制信号至电磁阀，实现对液压油缸伸缩行程的控制。

所述摊铺机架的两侧设置有导向滚轮，所述导向滚轮与导向轨道构成滚压配合。

所述导向滚轮转动式设置在摊铺机架上，所述导向滚轮的转轴一端与变速箱的输出轴连接，所述变速箱的输入轴与液压马达连接。

所述供料机构包括设置在摊铺机架上的供料仓，所述供料仓呈上大下小的壳状结构，所述供料仓的下端设置与出口，所述供料仓的仓底设置有导料螺杆，所述导料螺杆长度方向水平且杆端指向供料仓的出口。

所述供料仓的底部设置有导料管，所述导料螺杆转动式设置在导料管内，所述供料仓的出口设置在导料管的管口处。

所述布料器管状且管长方向水平，所述布料器的管腔内卧室布置有螺旋杆，所述布料器的管壁等距开设有多个出料口。

所述振动器设置在安装壳体上，所述安装壳体与连杆的一端铰接，所述连杆的另一端与摊铺机架铰接，所述连杆两端的铰接轴水平，所述连杆的杆身与升降油缸的活塞杆铰接，所述升降油缸的缸体与摊铺机架铰接，所述升降油缸的铰接轴与连杆铰接轴平行。

所述振动器的一端铰接设置在摊铺机架上，所述安装壳体上开设有条形开口，所述振动器的另一端滑动设置有滑杆，所述滑杆立式布置且下杆端伸出振动器的一端为“t”形，所述滑杆的上端与安装壳体通过铰接轴连接，所述滑杆上套设有弹簧，所述弹簧的两端分别与安装壳体及振动器的一端抵靠。

基于3d数字控制系统的沥青混凝土路面施工方法，所述施工方法包括如下步骤：

第一步，对导线控制点进行布设；

第二步，对水准控制点进行布设；

第三步，对天线及激光接收装置进行安装；

第四步，道路参数的设置，根据道路设计图纸提供的道路直线、曲线及转角表，纵坡、竖曲线表，逐桩坐标表将路线设计数据导入到控制箱中；

第五步，架设激光发射器，启动激光发射器，对激光发射器工作状态的确认，对激光流动站安装、校正；

第六步，摊铺机3d摊铺参数确定，测量取gps天线到地面高度、天线中心轴水平方向到熨平板的距离、天线中心轴垂直到熨平板的距离、摊铺机熨平板的长度并将数据输入到控制箱中；

第七步，电磁阀校准，将摊铺机启动到运行状态，打开控制面板，分别设置熨平板左侧或右侧的电磁阀，当电磁阀数值调整到相应的液压缸开始动作的临界值时即为合适的数值；

第八步，对激光发射器进行架设与校正，在已知水准控制点上架设激光发射器，将流动站架设在与发射器同一水平面上，大约30米外，对发射器的四个面进行测量校正；

第九步，对gps基准站架设，在待铺筑路面的路段选择一个导线控制点，将gps基准站架设在导线控制点上；

第十步，设置控制点参数；创建控制点文件，将导线控制点的名称及坐标信息输入到导线控制点文件中去；

第十一步，设置gps基准站参数及启动gps基准站，输入gps基准站的高度和电台信息，完成gps接收信号的设置，完成接收机的初始化，启动gps基站；

第十二步，架设gps流动站，将gps流动站主机安装在对中杆上，

第十三步，校正点位，包括gps基准站架设在已知点位的校正及gps基准站架设在未知点位的校正；

第十四步，将激光流动站安装在对中杆上并固定，打开激光流动站、流动站手薄开关，输入激光发射器参数、激光流动站参数；

第十五步，确定摊铺机工作参数，按试验段确定的松铺系数设定好虚铺工作面摊铺厚度，起始段摊铺机摊铺按摊铺厚度调整好熨平板的高度和仰角的角度。

第十六步，摊铺机起步时放木板垫熨平板，使摊铺起步的时候安照设计厚度开始摊铺,熨平板仰角打至正常摊铺的角度，熨平板高度归零，摊铺时打开控制面板，点击启动，摊铺机进入自动摊铺状态。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：利用由gps基准站、激光发射器和gps流动站三部分组成的gps测量系统实时提供平面厘米级和高程毫米级定位技术，经摊铺机控制箱对应生成的驱动信号，通过对摊铺机熨平板、布料器及振动器进行相应的调整，从而使摊铺的路面产生坡度和高程的变化，弥补路面波动，实现达到设计要求的路面平整度和厚度的施工技术。

附图说明

图1是基于3d数字控制系统的沥青混凝土路面施工设备结构示意图；

图2是基于3d数字控制系统的沥青混凝土路面施工设备使用状态的主视图；

图3是基于3d数字控制系统的沥青混凝土路面施工设备侧面部分结构示意图；

图4是基于3d数字控制系统的沥青混凝土路面施工系统的逻辑框图；

图5是基于3d数字控制系统的沥青混凝土路面施工方法的逻辑框图。

具体实施方式

参照图1至图5，对本基于3d数字控制系统的沥青混凝土路面施工设备的结构特征详述如下：

基于3d数字控制系统的沥青混凝土路面施工设备，包括摊铺机架10，所述摊铺机架10上设置有供料机构20，所述供料机构20的出口与布料器30的进料口衔接，所述布料器30后方设置有振动器40及烫平板50，所述摊铺机架10上还设置有gps接收机60、控制箱70、激光发射器80、激光接受靶90及水准仪100，所述gps接收机60用于接收路基位置信号至控制箱70，所述激光发射器80用于接收摊铺机的高程控制点，所述激光发射器80将信号传输至控制箱70内，所述水准仪100用于测得接收摊铺机的高程数据，所述水准仪100信号传输至控制箱70内，所述控制箱70控制各个布料器30、振动器40及烫平板50的高度和仰角的角度；

结合图4所示，利用由gps基准站、激光发射器和gps流动站三部分组成的gps测量系统实时提供平面厘米级和高程毫米级定位技术，经摊铺机控制箱70对应生成的驱动信号，通过对摊铺机熨平板50、布料器30及振动器40进行相应的调整，从而使摊铺的路面产生坡度和高程的变化，弥补路面波动，实现达到设计要求的路面平整度和厚度的施工技术。

作为本发明的优选方案，结合图4所示，所述布料器30、振动器40及烫平板50均与液压油缸连接，所述液压油缸驱动布料器30、振动器40及烫平板50升降动作，所述液压油缸的进出油口均通过软管与电磁阀连通，所述控制箱70发出控制信号至电磁阀，实现对液压油缸伸缩行程的控制；

通过液压阀驱动摊铺机牵引臂液压油缸使熨平板进行相应的调整，从而使摊铺的路面产生坡度和高程的变化，弥补路面波动。

为实现对设备的平直移动，确保摊铺机架10的所处高度的恒定，以摊铺机架10作为水平定位点，所述摊铺机架10的两侧设置有导向滚轮110，所述导向滚轮110与导向轨道111构成滚压配合。

具体地，结合图1和图2所示，为实现对导向轮110的移动，所述导向滚轮110转动式设置在摊铺机架10上，所述导向滚轮110的转轴一端与变速箱112的输出轴连接，所述变速箱112的输入轴与液压马达113连接。

为实现对沥青混凝土的供料，所述供料机构20包括设置在摊铺机架10上的供料仓21，所述供料仓21呈上大下小的壳状结构，所述供料仓21的下端设置与出口，所述供料仓21的仓底设置有导料螺杆22，所述导料螺杆22长度方向水平且杆端指向供料仓21的出口；

沥青混凝土专门有沥青混凝土拖车转运，并且及时的转运至供料仓21内，实现稳定供料，避免沥青混凝土供料断流。

为实现对沥青混凝土物料的有效导出，所述供料仓21的底部设置有导料管211，所述导料螺杆22转动式设置在导料管211内，所述供料仓21的出口设置在导料管211的管口处。

为实现对沥青混凝土物料的均匀导出，所述布料器30管状且管长方向水平，所述布料器30的管腔内卧室布置有螺旋杆31，所述布料器30的管壁等距开设有多个出料口32；

高速旋转的螺旋杆31能够有效将沥青混凝土沿着补料器30移动，并且有出料口32导出，实现对沥青混凝土的均匀导出。

为实现对振动器40高度的调整，所述振动器40设置在安装壳体41上，所述安装壳体41与连杆42的一端铰接，所述连杆42的另一端与摊铺机架10铰接，所述连杆42两端的铰接轴水平，所述连杆42的杆身与升降油缸43的活塞杆铰接，所述升降油缸43的缸体与摊铺机架10铰接，所述升降油缸43的铰接轴与连杆42铰接轴平行。

具体地，结合图3所示，所述振动器40的一端铰接设置在摊铺机架10上，所述安装壳体41上开设有条形开口411，所述振动器40的另一端滑动设置有滑杆44，所述滑杆44立式布置且下杆端伸出振动器40的一端为“t”形，所述滑杆44的上端与安装壳体41通过铰接轴连接，所述滑杆44上套设有弹簧45，所述弹簧45的两端分别与安装壳体41及振动器40的一端抵靠；

上述的振动器40滑动设置在滑杆44上，并且利用弹簧45连接，能够使得振动器40与路面弹性挤压状态，能够有效实现对路基的振动，并且确保路面平整。

结合图5所示，下面详细介绍基于3d数字控制系统的沥青混凝土路面的施工方法，所述施工方法大体分为以下几个步骤：

s100、作业准备；

s200、系统参数的设置；

s300、gps基站架设；

s400、gps流动站架设；

s500、激光发射器架设；

s600、激光流动站安装校正；

s700、3d摊铺；

s800、质量控制标准。

上述步骤具体如下：

第一步，对导线控制点进行布设；导线控制点加密宜按以下要求选择，1)利用设计单位提供的导线控制点；2)并根据现场道路线形适当加密，每500-1000m布设1个导线控制点；3)宜保证整个面层循环施工全过程中都能使用；

复测导线控制，导线控制点加密后宜及时组织复测，复测工作宜按《工程测量规范》(gb50026-2007)第3.3.1-3.3.8的要求执行，导线控制点复测成果报批后方能使用；

第二步，对水准控制点进行布设；准控制点加密宜按以下要求选择：

1)宜利用设计单位提供的水准控制点；

2)根据现场道路线形适当加密，每100-150m布设1个水准控制点；

3)宜保证整个面层循环施工全过程中都能使用；

4)水准控制点的设置地点宜距施工现场10-20m以外，保证不受压路机振动的影响；

5)宜避开建筑物或车辆遮挡对激光发射器信号的影响；

6)宜满足激光发射器能够安放对中的条件；

复测水准点控制，水准控制点加密后宜及时组织复测，复测工作宜按《工程测量规范》(gb50026-2007)第4.2.1-4.2.5的要求执行，水准控制点复测成果报批后方能使用；

第三步，对天线及激光接收装置进行安装；将天线及激光接收靶安装在固定好的钢管立柱上，宜按以下要求选择：

1)接收靶宜高于摊铺机顶棚1m；

2)双边控制系统宜左右两边对称并保持垂直；

将控制箱固定在摊铺机上，将天线接收电缆及激光接收靶电缆连接在控制箱上，连接好控制箱和摊铺机液压电磁阀之间联系的电缆，打开激光接收机开关，检查激光接收机显示灯：电源灯显示红灯，电源接通；绿灯闪烁，激光接收机正常运行，安装完成后宜设专人检查验收，经签字确认后方能使用；

第四步，道路参数的设置，根据道路设计图纸提供的道路直线、曲线及转角表，纵坡、竖曲线表，逐桩坐标表将路线设计数据导入到控制箱中；道路参数的输入宜1人录入，1人复核，无误后方可导入系统控制箱；

第五步，架设激光发射器，启动激光发射器，对激光发射器工作状态的确认，对激光流动站安装、校正，测量校正精度能满足任意两个轴方向上的测量结果均小于10″的条件，激光发射器校正后宜设专人检查复核，经签字确认后方能使用；

第六步，摊铺机3d摊铺参数确定，测量取gps天线到地面高度、天线中心轴水平方向到熨平板的距离、天线中心轴垂直到熨平板的距离、摊铺机熨平板的长度并将数据输入到控制箱中；

第七步，电磁阀校准，将摊铺机启动到运行状态，打开控制面板，分别设置熨平板左侧或右侧的电磁阀，当电磁阀数值调整到相应的液压缸开始动作的临界值时即为合适的数值；

第八步，对激光发射器进行架设与校正，在已知水准控制点上架设激光发射器，将流动站架设在与发射器同一水平面上，大约30米外，对发射器的四个面进行测量校正；

第九步，对gps基准站架设，在待铺筑路面的路段选择一个导线控制点，将gps基准站架设在导线控制点上；在待铺筑路面的路段选择一个导线控制点，将gps基准站架设在导线控制点上。下列情况下可能影响gps基准站的信号质量：

1)导线控制点距施工路段较远；

2)导线控制点附近高大建筑物；

第十步，设置控制点参数；创建控制点文件，将导线控制点的名称及坐标信息输入到导线控制点文件中去；

第十一步，设置gps基准站参数及启动gps基准站，输入gps基准站的高度和电台信息，完成gps接收信号的设置，完成接收机的初始化，启动gps基站；

第十二步，架设gps流动站，将gps流动站主机安装在对中杆上；

第十三步，校正点位，包括gps基准站架设在已知点位的校正及gps基准站架设在未知点位的校正；gps基准站架设在已知点位的校正：输入gps基准站架设在已知导线控制点的坐标、天线高度，设置天线类型，点击校正功能键进行校正，校正gps基准站架设在未知点位；

输入当前gps流动站架设在已知导线控制点的坐标、天线；

第十四步，将激光流动站安装在对中杆上并固定，打开激光流动站、流动站手薄开关，输入激光发射器参数、激光流动站参数；将激光流动站放在激光发射器附近的控制点上并对中，测量该控制点的各项参数，其相对误差宜满足下列要求时，激光流动站方能使用；

1)平面测量误差，不大于1cm；

2)高程测量误差，不大于1mm；

第十五步，确定摊铺机工作参数，按试验段确定的松铺系数设定好虚铺工作面摊铺厚度，起始段摊铺机摊铺按摊铺厚度调整好熨平板的高度和仰角的角度；

第十六步，摊铺机起步时放木板垫熨平板，使摊铺起步的时候安照设计厚度开始摊铺,熨平板50仰角打至正常摊铺的角度，熨平板50高度归零，摊铺时打开控制面板，点击启动，摊铺机进入自动摊铺状态；当第1台摊铺机距第2激光发射器较近或第1激光发射器被遮挡后将仪器切换到第2激光发射器，同理当第2台摊铺机距第2激光发射器较近时切换到第2激光发射器；在第2台摊铺机切换到第2激光发射器后，关闭第1激光发射器，并转到下一个水准控制点上安装。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。