一种一体化沥青混凝土路面分层切割回收机的制作方法

本发明专利涉及一种一体化沥青混凝土路面分层切割设备，这种设备能实现沥青混凝土路面多方向的分层切割且可同时回收装载，以便充分利用回收的rap材料制备高性能的再生沥青混凝土。

背景技术：

2013年末，统计显示中国水泥混凝土路面主要用于乡、村低等级公路中，在10.4万km高速公路路面中，水泥混凝土路面只有3452.8km，所占比例仅0.19%，沥青混凝土路面所占比例为99.81%，水泥混凝土路面和沥青混凝土路面的里程数量相比，几乎可忽略不计。由于沥青混凝土路面相对水泥混凝土路面等其他路面具有施工维修方便、行车舒适性好、延长轮胎使用寿命、节省燃油、快速开放交通等优势，到2017年末全国公路总里程477.35万公里中四级及以上等级公路里程达433.86万公里，占公路总里程90.9%，几乎都采用沥青混凝土路面，原有水泥、砂石路面的更新加铺也逐步采用沥青混凝土罩面。城市道路也如此，目前几乎所有城市道路都采用沥青混凝土路面。然而，沥青混凝土路面的设计使用寿命较短，8~15年，随着物流业的不断发展，重载交通的比率越来越大，交通量增长率越来越高，沥青混凝土路面早期破坏也越来越严重，实际使用7~8年就需维修改造，有的甚至运营2~3年就开始出现裂缝、坑槽等破坏。在90年代以后陆续建成的高速公路已进入大、中修期，此后，每年约有12%的沥青路面需要翻修，旧沥青废弃量将达到每年220万吨之巨，而这个数字是以每年约15%的速度增长的，10年以后，沥青路面的大、中修产生的旧沥青混合料将达到数千万吨。翻挖、铣刨的沥青混合料大量堆积在道路两侧和其它固定场地，或当作垃圾填埋废弃，这样既污染环境，又浪费了宝贵的资源。一方面沥青为气味较重的难降解物质，将造成周边环境严重污染；另一方面大量开采新石料，会导致森林植被减少，水土流失等，严重破坏生态环境，且造成资源的极大浪费，若通过再生利用则每年可节约材料费15亿元之多。因此，沥青混凝土再生技术的研究、推广和相关专用设备的开发，对降低建设成本、保护生态环境以及对我们国家的资源节约型、环境友好型的两型社会和可持续发展公路建设都有极大的意义。

沥青路面再生技术在发达国家的应用是比较成熟和普及的。美国是最早研究使用沥青路面再生与再利用技术的国家，从1976年至今，路面废料再生利用率已超过70%。西欧国家也十分重视该项技术，欧洲沥青路面协会(eapa)各成员国的废旧沥青路面材料再生率达到100%。芬兰几乎所有的城镇都组织旧路面材料的收集和储存工作,1997年国际经合組织对14个国家的路面材料再生利用情况进行了详细的调查，发表了《道路工程再生利用战略》白皮书，书中指出旧沥青路面材料的再生利用率为75%~100%。据国际清洁能源与环保再生署统计，欧美沥青路面回收已经达到80%以上，荷兰、西班牙已经达到了100%。另据报道，国外的沥青路面已经能做到多次回收利用。

目前我国沥青路面回收再利用率与欧美国家相比还有较大差距，我国沥青再生大规模应用还处在起步阶段,1983年建设部下达的"废旧沥青混合料再生利用"项目研究中,把旧渣油路面加入适当的轻油使之软化,采用适当改装的普通设备进行混合料的拌和,并在苏州、武汉、天津、南京四个城市铺筑了三万多平方米的试验路,经观测证明再生路面的综合使用品质不低于常规热拌沥青混凝土路面。而从20世纪80年代后期开始，伴随着我国高等级公路的大规模建设，新建公路路面几乎不再考虑使用废旧路面材料，沥青再生退居次要位置，相关研究推广基本处于停滞状态。直到近几年，随着国家道路需求的増长、预算资金的降低，以及对安全、高效和成本效益高的道路系统的需要，现有道路进行维修的需求大幅増长。国家环保部门及专家也呼吁，“废旧沥青路面材料含芬、萘等有毒物质，降解速度慢，污染土壤和水源；这些废弃材料主要成分是沥青和玄武岩，都是不可再生资源，没有好好利用，是对不起青山绿水”。作为沥青路面改建、修复的环保性、经济性技术—沥青路面材料再生利用技术再一次提到了公路工作者的工作日程当中，成为公路科研的热点问题。一些科研院所和高校开始进行热再生技术的研究和推广。例如，1998年，邯郸市交通局引进了德国维特根公司wr2500再生机，首次利用现场再生技术对河北省境内的一段公路进行了改造维修。2003年，广佛高速公路路面大修中引进美国astec公司双滚筒沥青再生拌和设备进行沥青路面的再生利用，这是我国第一个大规模应用厂拌热再生技术的高速公路项目，目前使用状况良好。但是与发达国家相比，我国的沥青路面热再生技术尚未形成完整的材料评价体系、配合比设计方法、施工工艺、再生设备和质量控制标准，故仍需针对相关问题展开进一步的深入研究。目前国内对厂拌热再生旧料的研究主要集中在对旧料含水率、级配、沥青含量、回收沥青的性能等方面的研究，很少有对原路面材料进行分层回收和分层研究并得出有价值的结论的工作。长安大学邓晓青在其论文中通过对道路分层铣刨取样，针对各层试样分别进行沥青回收并进行了相关指标的测试，得出沥青路面随着深度不同其老化程度有明显差别，表层老化较严重，随着深度的増加，老化要缓慢得多。徐科在他的论文“回收方式对废旧沥青回收料变异性的影响”中选取了浙江省申嘉湖杭高速公路和杭甬高速公路两条具有典型代表性的高速公路的路面大修时采集的废旧沥青回收料进行研究，破碎料1-6mm采集自申嘉湖杭高速公路2012年路面大修时的铣刨料，铣刨不分车道、不分结构层；铣刨料1-6mm为杭甬高速公路上面层(3车道)的铣刨料，是分层铣刨的rap。从两种rap中沥青含量的检测结果得到，两组rap中沥青含量明显不同，其中杭甬高速公路上面层rap铣刨料中的沥青含量较高较稳定，平均含量达到4.74%，变异系数为3.1869%，而申嘉湖杭高速公路的rap中沥青含量平均值为3.96%，变异系数均达到了5.5%左右，沥青含量变异性较大，说明分层铣刨能有效改善rap中沥青含量的变异性；从沥青回收料的油石比曲线也可以看出，未经分层处理的回收料的油石比要明显低于分层处理的回收料的油石比。可见，不同结构层的rap中的沥青含量差异很大，从而会导致rap的性能发生变异，对同一条高速公路进行分层铣刨，对改善沥青含量的均匀性方面也有一定的帮助。rap中集料性能的检测结果也如此，杭甬高速公路的rap集料各试验组的筛分通过率的离散性较小，而未经分层铣刨的申嘉湖杭高速公路的rap的集料筛分通过率的离散性比较明显，由此说明分层铣刨对rap集料的级配影响也有关，分层铣刨能基本保持原路面的级配等级，不使级配发生大的变异。因此，回收方式对再生沥青混合料的有效利用非常关键。

目前我国回收旧沥青混合料的设备主要是铣刨机。铣刨机是沥青混凝土路面养护施工的主要设备之一，主要用于公路、城镇道路、机场、货场等沥青混凝土面层的开挖翻新，也可以用于清除路面拥包、油浪、网纹、车辙等缺陷，还可用来开挖路面坑槽及沟槽，以及水泥路面的拉毛及面层错台的铣平。一般铣刨机由发动机、车架、铣削转子、铣削深度调节装置、液压元件、集料输送装置、转向系及制动系等组成。铣削转子是铣刨机的主要工作部件，它由铣削转子轴、刀座和刀头等组成，直接与路面接触，通过其高速旋转的铣刀进行工作而达到铣削的目的。专利号cn201710806599.1，公开了一种可调节铣刨深度的铣刨机，由铣刨机架、铣刨转子、发动机、铣刨深度控制装置、铣刨深度调节装置、行走电机、前滚动轮、后滚动轮、尾门、回收皮带装置、连接杆和油缸组成，通过铣刨深度控制装置和铣刨深度调节装置，可以对路面的铣刨深度进行精确的调节，达到铣刨的理想效果。

市政、高速公路养护中心处治路面裂缝的理想设备是切割机，也可用于沥青路面加宽切割，新旧搭接，旧路修补切割。专利号cn201521068918.6，公开了一种沥青路面切割机，由机架、电机、水箱和蓄电池、前后支撑腿等组成，在机架上从左向右依次固定有水箱、电机和蓄电池，在电机的下方设切割轮；机架的下表面还固定安装有风机，风机的下端设有出风口。前支撑腿包括转轴座、转轴和气缸，在气缸的活塞杆下端安装有滚轮，后支撑腿包括有固定套筒、调节螺栓和伸缩杆，在伸缩杆的下端也安装有滚轮。此实用新型主要解决两个问题：切割机高度可调整，省时省力；可将切割路面的灰尘杂质吹走，不需要工人事先进行清扫，提高处理效率。

铣刨机通过铣削转子把旧沥青混合料层碾碎，对沥青混合料组成材料造成了损伤，集料被细化；专利号cn201710806599.1，虽然通过铣刨深度控制装置和铣刨深度调节装置，可以对路面的铣刨深度进行调节，但铣削转子是通过高速转动破碎结构层的，所以沥青混凝土路面上、中、下面层不能很好地分层，另外，铣刨深度调节装置是分段设置的，不能实现任意深度的调节，铣削转子铣刨深度也有限，对下面层不能一次铣刨到位。而切割机主要用来断面切割及切缝，一般不考虑沥青混合料回收。本发明专利结合这两种设备的特点，提出了一种一体化沥青混凝土路面分层切割回收机。

技术实现要素：

本发明专利是提出一种一体化沥青混凝土路面分层切割回收机。

本发明专利的目的是通过如下方式实现的：一体化沥青混凝土路面分层切割回收机由机动车体、切割刀、夹臂、角度调节系统、控制系统组成，机动车体上装载有驱动能源、电路控制板、加载驱动设备、雷达测距线路，机动车体实现行走、承载切割刀、夹臂、操作控制系统的功能，可实时调节切割时的加热温度、加载力度和切缝深度。连接切割刀的旋转臂可伸缩，可通过伸缩旋转臂的长度来达到需要切缝的位置，非工作状态时也可通过伸缩杆将切割刀收拢到机体上；切割刀旋转臂通过角度调节系统可实现切割刀从车体左侧到前端再到车体右侧的180度范围内任意角度的调整。切割刀为矩形空腔结构，底端和前后端均为薄壁刀刃，底端设置多层加温管，一侧设置温感器，可根据切割的层位选择温度和加温管的根数。切割刀通过其角度调节系统也可调整工作状态，切割纵缝和横缝时设为垂直状态，水平切割回收时设为水平状态。车体上有电路控制板及显示屏，显示屏上可显示和调节切割时的温度、深度、力度，也可显示和调节切割刀的角度方位和角度状态。切割刀置于两侧和垂直状态时通过控制系统加温软化沥青混凝土及施加动力双管齐下推动刀片向前切割，通过雷达测距确定切割的深度，实现沥青混凝土面层的纵向、横向、竖向的块状切分；切割刀置于前端和水平状态时通过控制系统加温软化沥青混凝土及施加动力双管齐下推动刀片水平向前切割，实现块状沥青混凝土面层的分层切割，同时伸出两个夹臂，夹住沥青混凝土块，通过角度调节系统，旋转夹臂将沥青混凝土块装载在运输车辆上，实现沥青混凝土面层的一体化回收。

本发明具有如下的有益效果：

1）一体化沥青混凝土路面分层切割回收机可与运输车协同作业，实现一步到位回收沥青混凝土面层。

2）一体化沥青混凝土路面分层切割回收机无需二次搬运，提高了工作效率；

3）切割刀的工作位置方向可调，既可一个一个车道切割，还可切割不规则的地方；

4）切割刀的状态方向可调，既可竖向切缝，也可水平切割；

5）仅一片切割刀，结构简单，操作灵活；

6）实现沥青混凝土材料分层分类的再生应用；

7）减少废弃旧沥青材料对环境造成污染；

8）提高旧沥青混凝土材料的有效利用；

9）利用沥青混凝土遇高温软化的特点，通过加温刀具，既可节约油耗，又能加快施工进度；

10）切割深度、温度、力度都可视化，便于及时调节；

11）没有噪音、灰尘，不会造成二次污染；

12）没有振动、破碎，对原路面没有损伤；

附图说明：

下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明

图1是本发明专利一体化分层切割回收机竖直方向任意角度工作状态的俯视图；

图2是本发明专利一体化分层切割回收机竖直方向右侧纵向切缝工作状态的俯视图；

图3是本发明专利一体化分层切割回收机竖直方向左侧纵向切缝工作状态的俯视图；

图4是本发明专利一体化分层切割回收机竖直方向横向切缝工作状态的俯视图；

图5是本发明专利一体化分层切割回收机水平向分层切割回收装载工作状态的俯视图；

图6是本发明专利一体化分层切割回收机切割刀的立面图；

图7是本发明专利一体化分层切割切割刀的剖面图；

图8是本发明专利一体化分层切割回收机雷达的结构详图；

图9是本发明专利一体化分层切割回收机夹臂的结构详图；

图10是本发明专利一体化分层切割回收机操作显示屏的平面图。

图中：1-车体；2-切割刀；21-底刀刃；22-前刀刃；23-后刀刃；24-加温管；25-温感器；26-雷达测距；261-活页；262-活动盖板；263-拉手；64-雷达；265-槽口；27-切割刀转动轴；3-切割刀旋转臂；4-切割刀旋转臂底座；5-夹臂底座；6-夹臂；61-夹臂伸缩臂；62-夹臂开闭夹；7-液晶显示屏；71-切割刀深度显示键；72-切割刀温度显示键；73-切割刀力度显示键；74-旋转臂角度调节显示键；75-切割刀角度调节显示键；76-夹臂角度调节显示键；77-夹臂长度伸缩键；78-夹臂夹子开闭工作键；79-加温管电源开关；710-总电源开关；711-工作状态显示灯

具体实施方式：如图1所示，一体化沥青混凝土路面分层切割回收机的外形就似一台推土机或装载机，切割刀的电路控制系统、加载驱动系统、操作控制系统都设置在机动车体及切割刀旋转臂和夹臂内，切割刀的宽度可设为2米，通过旋转轴和角度调节系统可调整为垂直状及水平状，也可调整为从垂直到水平的90度范围内的任意角度，满足不同方位切割的需要，如图1、图5所示。切割刀旋转臂的臂长和角度都可调节，臂长通过伸缩杆可调节长度，一方面便于切割刀不工作时可收拢置于机体上，另一方面也便于切割刀旋转臂的多方位旋转，达到需要切缝的位置；切割刀通过旋转臂的角度调节系统，可将切割刀放置在机体左侧、前端、右侧，如图2、图3、图4所示，还可调整为从左侧到右侧的任意位置，如图1所示，实现多方位的竖向切缝。竖向切缝时夹臂都收缩在夹臂底座上，如图1、图2、图3、图4所示，当水平切割沥青混凝土块时，伸出夹臂至切割刀上端，如图5所示。

开始工作时，通过旋转臂把切割刀放置在车体侧面，把切割刀调整成竖向状态，通过拉手263和活页261拉开雷达的活动盖板262，使雷达264从槽口265中转出朝向路面，通过液晶显示屏7打开总电源开关710，工作状态显示灯711亮灯，加温管电源开关79有各加温管独立的开关，根据切割的沥青路面结构层位选择加热加温管的根数，按目前沥青路面的设计方案一般设上、中、下面层分别为4cm、6cm、8cm，则上面层只需打开一根加温管的开关，如果是中面层可打开两根加温管的开关，如果是下面层则可打开三根加温管的开关。然后按切割刀温度显示键72的加温键，由于沥青混合料的温度敏感性较大，当采用不同的沥青，如石油沥青、改性沥青、煤沥青的施工温度均不同，同样是石油沥青，不同的沥青标号也不同，改性沥青、煤沥青也如此，不同的型号施工温度均不同，具体实施前应查询原路面设计文件，初步确定相应的加热温度，待温度加热到接近面层施工温度时停止加热。开动车子向前行走，然后按切割刀力度显示键73，通过驱动系统逐步加载于切割刀顶部，在切割刀侧刀刃和底刀刃的共同作用下实现沥青混凝土的竖向切割，雷达可实时测出切割刀顶面与路面的距离，先测定刀片刚接触路面的初始距离，随着刀片慢慢切入路面，此距离就慢慢增大，增大到初始距离和结构层厚度之和时就可停止施力，从而间接得到刀片的切入深度，雷达测距显示键71可实时显示切入的深度，如果切入遇阻时可分别调节温度和力度或二者同时调，但要注意温度不能太高，不能让沥青混凝土成流状。如此切完所有的纵缝，然后通过旋转臂把切割刀调转90度放置在前端，按便于运输切割沥青混凝土面层片的长度切横缝，这样，纵横分区的豆腐块式的沥青混凝土面层就形成了，然后通过角度调整系统把切割刀转成水平，通过拉手263和活页261将装有雷达的活动盖板262嵌入槽口265，将雷达隐藏于切割刀的空腔内，调节切割刀温度显示键72及切割刀力度显示键73，车子开到工作面区域，按切分好的纵横缝宽度、长度、深度纵向向前依次切割，同时操作夹臂长度伸缩键77，使两个夹臂从底座上伸出到切割刀上端，通过夹臂夹子开闭工作键78打开夹子，夹住切离地面的沥青混凝土块上端，待沥青混凝土块片全部切割完后，调节夹臂角度显示键76旋转夹臂，将沥青混凝土块放置在运输车上。如此上面层全部切割回收完成后，重复前面的操作，先切纵横缝把中面层切成便于运输的块状，然后一片一片水平切割回收，中面层完成后再继续下面层。