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原文传递路面养护车RAP拌合均匀性分析及评价研究

论文题名：	路面养护车RAP拌合均匀性分析及评价研究
关键词：	路面养护车;搅拌装置;参数设计;拌合均匀性;数字图像;离散单元法
摘要：	热再生沥青混合料在搅拌过程中由于受结构参数、材料参数以及工作参数的影响会产生拌合不均匀现象，影响路面质量，应进行评价和检测。本文依托于浙江美通筑路机械股份有限公司热再生沥青路面养护车项目，以搅拌装置为研究对象，对RAP搅拌过程中沥青混合料颗粒的受力以及搅拌作用机理进行理论分析，对搅拌装置结构进行优化改进，提出准确快速的拌合均匀性评价指标，基于EDEM 离散元和数字图像技术，并结合仿真试验与工程实测，开展了路面养护车RAP拌合均匀性分析及评价研究，取得的主要结论如下：　　（1）分析了热再生沥青混合料的结构组成和力学特征及热再生沥青混合料的受力情况；针对搅拌装置的原始结构进行了结构改进，完成了三叶片螺旋搅拌刀相关参数设计，以及 60°间隔角度的六铲式搅拌臂布置，通过对改进后的混合料颗粒受力分析，得出改进后搅拌装置有利于提高沥青混合料的拌合均匀性；分析了热再生沥青混合料的搅拌再生机理和搅拌过程中混合料均匀性变化趋势，建立了热再生沥青混合料扩散融合模型和数学方程，分析研究表明：新旧沥青混合料配比、新沥青集料级配、搅拌转速、搅拌时间等参数，微观上影响混合料扩散融合过程，宏观上影响搅拌均匀性，进而影响再生质量。　　（2）分析了离散单元法的基本原理，仿真过程采用Hertz-Mindlin with JKR模型。根据LMT5180型养护车主要结构参数和工作参数，利用 CATIA建立了搅拌装置的几何模型；根据 AC20 沥青混合料的级配，利用球形颗粒堆叠的方法，建立了热再生沥青混合料颗粒模型；完成了EDEM中的参数设置以及对整个模型运行过程的求解器设置。　　（3）建立了均匀性评价指标，确定了采用各区域中沥青混合料的离异系数Qi 评价各分块区域的混合料均匀性，采用总体质量离异系数 Qc 评价总体沥青混合料拌合均匀性。基于EDEM离散元软件对热再生沥青混合料拌合均匀性进行了仿真分析，获得了不同参数下混合料颗粒分布图以及相关关系曲线，结果表明：热再生沥青混合料中的大颗粒对于拌合均匀性的影响较大；新集料级配中可适当增加细集料比例以提高拌合均匀性；沥青混合料的新旧料配比为1：1，转速为30 r/min，搅拌时间为16min时，搅拌锅内和摊铺后混合料分割区域后的Qcg值和各区域中混合料的 Qcd值均较小，拌合均匀性均更好。不同工况下，无论从材料参数还是工作参数考虑，搅拌锅内还是摊铺后的热再生沥青混合料的变化规律呈现出良好的一致性，可以借助于摊铺后的沥青混合料均匀性评价搅拌锅内的拌合均匀性。　　（4）分析了评价 RAP 均匀性的考虑因素，提出以相对于理想均匀分布的加权分档四边静距离异系数Cv作为热再生沥青混合料均匀性评价指标，并给出了加权分档四边静距离异系数的计算方程和计算程序。基于数字图像处理技术，对实测中获取的热再生沥青混合料图像进行了图像处理，提取了热再生沥青混合料图像中颗粒的特征参数。根据均匀性评价指标Cv以及工程实测图像，得到了不同新旧料配比和新集料级配、不同搅拌转速和搅拌时间下，RAP路面数字图像的Cv值，结果表明最佳工作参数分别为：新旧料配比 1：1；搅拌转速为 30r/min；搅拌时间为 16min。工程实测所得结论与仿真试验结果对比，具有较高的一致性，说明仿真分析中所提出的热再生沥青混合料均匀性评价指标Qc与工程实测中所提出的沥青混合料均匀性评价指标Cv能够全面准确地反映热再生沥青混合料拌合均匀性情况。
作者：	宋梓豪
专业：	机械
导师：	曹源文
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023