国外压实机械的新技术新产品新趋势

文/尹继瑶

当今世界上的压实机械主要制造商，如 Bomag、Dynapac、Ingersoll-Rand、Caterpillar、Hamm等都花费了很大的人力、物力、财力在研究和发展上，试图占据行业的领先地位。目前可供用户选择的压实机械有许多个系列和各种不同的规格，不同技术含量的档次和各种不同的配置，个性化产品从出不穷，如何选择一种适宜的机型也就成了令人为难的问题。掌握这些理论研究与行业发展的动态，无论对用户还是制造商都是至关重要的，这会使你在市场竞争的大潮中有了一个底数。

1 新的压实理论与研究手段

在世纪交替和进入 21世纪的未来发展中，压实技术与压实机械进步将更加富有理论性，研究与创新已经展示出了强有力的势头。

（1）新的理论突破 现代压实技术与压实机械的发展愈来愈多地依靠压实理论上的新突破，并成为创造全新压实过程的理论支撑。压实理论的研究更加显示出综合性的特点，即从工作介质的材料特性、力学基础、施工方法及机器结构、运动学与动力学的综合角度来研究压实作业过程。压实技术的发展更加带有多种施力方法综合作用的特点，即通过静压、揉搓、振动、捣实、冲击等多种方法的联合作用来强化压实过程。

现已进入实用阶段的新的压实技术与压实机械，例如振荡式压路机、冲击式压路机将进一步定位自己的应用领域，而在某个领域内成为主要的压实设备。垂振式振动压路机在日本已完成了工业试验，用于土壤压实的压实度可达 108.5%。振荡与垂振都是利用双轴激振机构静偏心矩的叠加原理而实现的定向振动，前者抵消了振动轮的垂直跳动而实现了对地面作用的水平振动，后者抵消了振动轮的水平扰动而实现了对地面作用的垂直振动。

（ 2）新的力学模型 瑞士Geodynamik技术咨询公司开发的振动压实过程计算机仿真软件，其特点是建立了土壤非线性动力学模型。该仿真模型允许以土壤最基本的物理学特性作为计算机的输入参数，在不同的土壤条件和不同的机械参数下模拟滚轮与土壤相互作用的动力学特性，可用于对现有振动压路机的压实性能进行评价和对新设计的机型进行性能预测。模型的另一个功能是可以根据给定的土壤条件对压实作业选用不同的机型和不同的施工工艺，并对方案进行比较和优化。

（3）新的研究手段 在理论和技术的研究中，试验研究与计算机仿真技术的结合将成为更加重要的研究手段。计算机的应用将使压实机械的研究过程从构思、设计、制造、试验、使用、维修到管理的全过程成为高度自动化和现代化的工作过程。

近十年来压实过程的计算机仿真软件、压实机械专用 CAD软件、压实过程的计算机辅助管理软件已经有了很

大发展，国外各大压实机械制造公司都有自己设计软件包，有的已经商品化。

（4）新的技术革命 新技术革命和现代高科技将继续推动压实机械向自动化、智能化、无人化和机器人化的方向发展。在压实过程和机器工作状态实时监测的基础上，压实机械将从局部自动化过渡到全面自动化。由于压实过程的影响因素较少，所以在这一发展方向上智能压路机有可能成为工程机械智能化进程中最早推出的机种。

在压实机械智能化方面一个可以预测的目标是，将自适应和自学习技术引进压实控制中，并在此基础上实现压实作业的最优控制。机器可以按照土质的变化情况不断调整自身各项工作参数（振动频率、振幅、碾压速度和遍数）的组合，自动适应外部或内部工作状态的变化，使压实作业始终在最优条件下进行。

智能化发展的另一个重要趋势是将随机电脑普遍应用在压实机械上，用来进行工程过程的监测、机器技术状态的诊断、报警及故障分析。人工智能的介入加速了压实机械的现代化进程，使其逐步逼近完全智能化的作业机器人的目标。

2 新的控制技术与管理软件

现代电子技术催生了工程机械的机电信一体化。电子技术包括计算机技术、集成电路技术、数字电路技术及电子通讯技术。电子技术和传感器与机械装置的结合，实现了工程机械的自动监测和自动控制，即机 -电-信一体化。

（ 1）微机模块控制 Hamm公司在其3000系列振动压路机上使用了一种独特的Hammtronic系统，可通过微机控制发动机的转速及压路机的传动，振动、摆动等各种功能，从而保证获得最佳的压实效果。该系统由四个模块组成：传动模块控制压路机起动、制动及行走速度；防滑模块保证压路机有良好的爬坡功能，即使在恶劣的条件下也可提供足够的动力；振动模块可以调节液压驱动装置，并能优化压实性能和提高压实质量；智能模块可根据不同的压实性能调节发动机的转速，能显著地降低燃料消耗。

（ 2）变幅振动控制 Bomag公司历时16年漫长岁月首创的智能压路机变幅振动自控系统，有VARIOMATIC和VARIOCONTROL两种结构。前者称作BVM，用于控制两根水平面安装的反向旋转双轴激振机构，在双钢轮振动压路机上使用。后者称作BVC，用于控制一根轴上装有两组反向旋转的偏心块，在单钢轮振动压路机上使用。

在振动压实作业过程中，地面对钢滚轮的反作用力经传感器测量后传输给数据存储和处理系统，信号经运算后指令调节机构改变两组偏心块的相位角，从而达到自动调幅的目的。该种系统从最大振幅到最小振幅的反映时间小于 1秒钟，对于频繁变化的材料组成的铺层，可以对压实功能进行适应性调节。

（ 3）防滑自动控制 这种称作 ASC（Anit Slip Control）的自动滑转控制系统，是为满足建筑大坝和大型填方工程而设计开发的，装备此系统的振动压路机爬坡能力高达55%。该系统主要是监测振动轮和胶轮之间的滑转，借助于调整液压驱动系统的液流量，提供最佳牵引条件，避免机器停顿或下陷。

安装有自动滑转控制系统的压路机仅在振动轮和驱动轮胎都面临快速滑转时或液压系统超载时才停止作业。 Bomag公司称其备有此装置的BW213、BW225高爬坡性能机型可在68%的坡道上安全行驶。

（ 4）工程辅助管理 Bomag公司向用户推出了一种名为CARE（Computer Aided Roller Selection in Earthworks）的土方压实机械辅助管理软件，作为使用压实设备的辅助工具。它可以帮助用户根据工程的工作量、现场条件、材料特性、葡氏压实曲线以及所要求的压实度来选择该公司的三种压实机械配置方案，对每一方案均可提供对各技术参数的选用建议，包括压轮类型（光轮、凸块轮或两者相组合）、振幅和频率、最小与最大铺层厚度和铺层数、每层压实带的安排、碾压速度和遍数以及压实生产率和压实时间的确定。

（ 5）作业连续控制 瑞士Geodynamik公司的压实设备控制与检测系统经过改装能适用于任何一家的压路机上，其中包括用于振动压路机和振荡压路机上的示波器，用于连续压实控制（CCC）的文件系统（CDS），以及处理数据用的PC软件程序。这些程序还包括Cdsview（中央数据服务软件窗口），用来分析某一项目的在案信息，并将其显示在屏幕上以供观察。压实度低于预设值的区域以红色显示，还可以放大任一区域以供详查。CDS数据可通过一些有关处理，制成各种图表和以特定的表格呈现出来。现在许多公司如Ingersoll-Rand、Caterpillar、Vibromax等，都配置了这种Geodynamik公司开发的计算机软件和控制系统。

3 新的设计理念与设计方法

现代设计方法在工程机械上的应用近 20年来获得了突飞猛进的发展，并开发成功了大量新机种。现代设计方法包括的面很广，如相似设计、模块化设计、动态分析、优化设计及人机工程与工业造型的应用等。

（ 1）人为本的理念 20世纪80年代以来，世界上许多大的工程机械制造公司都投入很大的人力和资金促进现代设计方法学的研究和应用。现代机器强调“以人为本”的设计理念，注重机器与人的相互协调，提高人机安全性、驾驶舒适性，方便于司机操作和技术保养，这样既改善了司机的工作条件，又提高了生产效率，有的国家对工程机械的振动、噪声、废气排放和防翻滚与落物制定了新的标准，甚至付诸法律。

对于压路机行驶的不安全问题，现在已经有了红外线、超声波探测技术，以及防滑转技术和防滚翻装置等安全防护措施。

（ 2）人机工程设计 现在各类工程机械都设计有防翻滚和落物保护装置，以保护司机的人身安全，并且都是与驾驶室分别设计和安装。驾驶室内要有足够的人体活动空间和开阔的视野，并采取必要的密封、减振、降噪和控温措施。室内的座椅、操纵杆件、仪表与监视器都按人机工程学布置，并且尽量减少操纵部位与操纵力。

电子技术在工程机械上的应用，大大化简了司机的操作程序和提高了机器的技术性能。利用电子控制可以自动选择机器的作业模式，例如串联振动压路机的三种作业模式—前轮单振动、后轮单振动和双轮全振动等。利用电子监测可以及时发现和排除机器系统的故障，例如发动机润滑油失压、风扇传动带断裂、液压油污染或过热、滤油器堵塞等，均能及时发出声响或灯光报警。利用电子传感器经微电脑处理可以自动随机检测振动压路机的压实度。

（ 3）工业造型设计 工程机械的造型设计可以使机器的形态与其结构、功能及使用要求相统一，并与人的生理及心理相协调。这种造型设计应包括各部的比例得当、形体流畅、色彩协调、仪表布置美观，以及便于直观操作和有醒目的商标符号。

Bomag公司第三代压实机械的机器造型由工业设计专家Louis.L.lepoix设计，产生了良好的综合效果。该系列压路机的所有发动机护罩均可借助空气弹簧打开，拆装更换滤清器、传动件、软管及日常保养都很方便。采用圆弧形的现代驾驶室和大倾角的发动机罩做外观造型，使新驾驶室的活动空间增加了30%，视野开阔，线条流畅，具有时代气息。驾驶方向盘的高度与倾角可调，选用舒适的高靠背可调减振座椅，给司机准备了良好的操作环境。仪器仪表盘设计合理，易于观察和控制，发动机罩的倾斜给司机提供了良好的视角。液压转向器转移到了驾驶室外，以减少驾驶室内的发热与噪声。圆弧形的挡风玻璃和驾驶室的四个外支承可隔离噪声与振动，使室内的噪声低于70dＢ（A）。

（ 4）模块化设计 模块化设计包括了以往所说的部件化、通用化及设计过程中的软件模块化。设计软件的模块化可以使各个不同的系统或部件在计算机上进行拼装和改变参数，从而大大加快了新产品的设计开发进度。对一般的行走式工程机械，其发动机、液压件、传动件、回转机构及电脑控制板等都是相对独立设计或选用。机器的工作装置可以设计成典型结构，机器的传动系统、液压系统、电气系统等可以分解成不同的设计单元，例如传动系统分解成变速器、联轴器、离合器、制动器、驱动桥、行走装置等，液压系统分解成闭式传动、开式传动、多路阀系统等。对于典型工作机构及系统单元也可以按整机的技术性能做不同的组合，或者按机器规格的大小作相似设计。

4 新的机器构造与产品机型

最近十多年来，国外压路机新机型频繁问世，这些新型压路机多体现了新的工作原理、新技术的应用及专门化作业，如以下所述数种。

（ 1）振荡式振动压路机 振动轮内的两根偏心轴作同向同步旋转，其偏心块的相位角为180°，激振力的合力沿滚轮径向为零，滚轮在圆周方向产生一个交互扭力矩，激励土体产生水平振动。振动轮不会跳起地面，振动波不会向压路机两侧传播，从而改善了机器本身的工作条件和减轻了对环境的振动污染。振荡压实实际上是一种振动与揉搓相结合的压实方法，在压实沥青路面和RCC路面时已显示了众所公认的良好效果，有可能逐步占领这一领域的市场。德国Hamm公司的CV06、2410—SDO、2315—SDO就是这种振荡压路机的典型。

（ 2）垂振式振动压路机 日本酒井重工开发研究的SD450振动压路机，其振动机构为两根振动轴在水平方向对称配置，两轴作反向同步旋转，激振力在水平方向的合力为零，产生了理论上纯粹的垂直振动。此种振动方式剔除了无定向振动轮对材料的水平扰动，有利于提高压路机低速直线行驶的稳定性和避免材料表面被剥离。

SD450型压路机的工作重量为10t，振动频率43.3Hz，振幅1.4mm，压实土壤时的压实度达到了108.5%，压实水泥混凝土铺层厚度可达1~1.5m，生产率大幅度的提高。

（ 3）平振式振动压路机 日本酒井重工还研制成功一种双向复式振动的 SW750N水平振动压路机。该机与振荡式振动压路机不同，后者的振动轮仅作圆周振摆，没有轴芯的振动成分，表现在其接地部位的只有沿着滚轮切向的往复运动。而SW750N接地部位的振动轨迹是由滚轮的圆周振动与其轴芯水平轴向振动合成的椭圆形复合运动。这种复式振动对铺层材料的揉搓作用，很好地解决了沥青碎石与蹄脂（SMA）等新型沥青热混合料的碾压难题，提高了铺设路面的耐久性，并增加了雨天行车的抗滑性能。

（4）冲击式方滚压路机 冲击式压路机使用的是多边形方滚，故也称方滚压路机。方滚的一个角触地时，其重心升起积蓄了势能，随着方滚向前倒下便对地面产生了巨大的冲击力。方滚由牵引车拖行，以每秒3~5次顺序地冲击地面。这种剧烈的冲击具有地震波的传播特性，其压实深度能随压实遍数的增加而递增。

澳大利亚 Broonshire公司研制的冲击式压路机碾滚为四角形，南非Land Pac公司生产的冲击式压路机碾滚为三角形或五角形。一台冲击能量15KJ的压路机碾压15~20遍，在5m深处的压实度可达90%~92%。这种冲击式压路机在重型压实领域有着很大的潜在优势，特别是在高填方、塌陷性土壤和干砂压实方面有可能成为一种主要机型，生产率可高达20000m 3 /h。

（ 5）双转向振动压路机 枢轴转向双轮振动压路机的车架为刚性整体结构，采用两个独立的中心枢轴，前后轮分别围绕各自的枢轴偏转，可以在狭窄地带作业仍然有很好的机动性能，并可实现蟹行作业。该种结构的压路机有五种转向行走模式，即前轮转向、后轮转向、双轮转向、左侧蟹行、右侧蟹行。双轮转向可以获得很小的转弯半径，是用于狭区压实作业的，蟹行可以扩宽作业面及实现贴边压实而防止碰撞路缘石或建筑物。

Bomag公司BW180AD与BW184AD的工作重量分别为10827kg和11775kg，其最小转弯半径不超过3048mm，作业面宽度可在1829~3251mm之间变化。

（ 6）智能型振动压路机 所谓智能型振动压路机就是一种能根据土质变化状况可自动调节振动频率和振幅的压路机。 Bomag公司的自动调幅振动压路机在碾压低密实度材料时，振动轮在垂直方向输出最大激振力。当材料密实度增加时，激振力的输出相对于垂直方向有一个夹角，此时振动可分解为垂直与水平两个方向，垂直方向的有效振幅相应减小。在碾压高密实度材料时振幅的输出为水平方向，垂直方向上为“0”。

这种智能自动调幅压实系统能自动选择与被压实材料的密实度状况相匹配的振幅，从而消除材料出现压实不足或过压实现象，提高了压实度的均匀程度；能够消除振动轮的跳振，避免粗骨料破碎；该系统有手动控制和自动运行两种模式，手控时可有六个档次的垂直振幅（ 0到最大）供操作人员选择；当压路机改变运行方向时，智能系统可使激振力的方向随之自动切换，从而提高了压实质量。

（ 7）薄层面振动压路机 Dynapac公司研制的CC232型串联压路机，是其8~13t系列设备中的第一个机型，其主要目标是用于碾压40mm以下的、含碎石多的薄层路面。该机振动高频低幅，有70Hz/0.22mm和54Hz/0.5mm两组振动参数。CC232具有较其它低频机型大得多的碾压力度，同时又不会把薄层中的石块碾碎，适合于路面磨耗层的压实。

（ 8）多边轮振动压路机 这种单轮振动压路机的多边形钢轮为三段式设计，共有 24个夯实面，每段8个棱边作交叉分布。随着钢轮的滚动，24个夯实面连续夯实地面铺层。由于夯实力与推挤力的交替作用，与圆形钢轮比较，更有利于土颗粒在纵向和横向的排列以达到压实加固之目的。同时消除了地表面的硬化现象，使振动能量更有效地向底层深处传递，进一步提高了加固深度。

Bomag公司的BW226型多边形钢轮振动压路机，工作重量26t，最大名义振幅2.85mm，激振力高达402kN，在2.2m深处的压实度可达90%以上。

（ 9）路肩用振动压路机 美国 Roadtec公司的 TR75型压路机，工作重量1.6t，碾压宽度457~1200mm。其一侧安装了两个压实滚轮，另一侧为驱动行走的轮胎。轮胎行走在路面上，两个滚轮可伸缩调节、垂直升降及相对倾斜，以改变碾压宽度、地面倾角及路肩的高度。此种路肩专用机型，可以防止路肩被压塌或者路面被碾伤。

（ 10）斜坡用振动压实机 Rammax公司的P33HMRS型振动压实机是专为压实沟渠斜面而设计的，发动机安装平台的结构可以使机器在36°的斜坡上作业仍能保障润滑系统正常工作。该机配置有13kW的柴油发动机，激振力达71kN，并设置太阳能红外线遥控装置。

（ 11）沟槽用振动压实机 专用于沟槽开挖作业及地下管线埋设等工程施工中的半粘性及粘性土压实。沟槽压实机用中置式偏心振动机构，由四个滚轮驱动行走，机架及其机上的所有部件均在滚轮外缘端面以内。采用滑移式转向，可以在以其长度为回转直径的范围内原地转向。机上配有红外遥控、无线遥控及电缆遥控三种选用控制系统，遥控还可以迅速转换成手动控制。

Ingersoll-Rand公司生产的FX-130型沟槽压实机自重1345kg，可产生60kN的激振力，备有宽610mm和850mm的两种滚轮，以适应压实不同宽度的沟槽需要。德国的Bomag和美国的一些其他公司也生产了这种沟槽压实机，其工作重量大都是1.2~2t，压实宽度400~1000mm。这种压实机的激振力都很大，可为机器重力的4~5倍。

另有一种伸入式窄沟槽的振动压实机，是在基础车架上设置滚轮，上方装有振动机构，通过油缸使滚轮伸到沟槽内压实。这种压实机的压实宽度可以很窄， Bomag公司的BW240T压实机有190、240、320mm三种压实宽度，滚轮可深入地下800mm，有0.8mm/40Hz和1.6mm/28Hz两组振动参数，碾压窄沟时的压实厚度可达到400mm。美国Vermeer公司的TC4沟槽压实机重1.2t，有50、100、150、200mm四种压实宽度。

5 新的发展趋势与行业动态

伴随着一场新的技术革命，工程机械产品的综合技术水平跃上了一个新的台阶。计算机辅助设计、辅助制造及辅助管理装备了工程机械制造业， IT网络技术也装备了工程机械的销售与信息传递系统，从而使人看到了一个全新的工程机械行业。

（ 1）宽带系列产品 制造业的标准化向来是企业追求技术经济效益的重要目标，但随着工程类别、工程材料、工程规模的发展及施工环境的不同，对压实机械提出了个性化与多功能的使用要求。而现代设计技术与柔性制造技术的发展，又为产品个性化与多功能的实现创造了条件。

有些公司开发生产了有各种不同功能的模块结构和标准附件，通过更换模块或增加附件来改变机器的性能和用途，也改变了压路机的机型。改进振动机构的操作控制，使压路机分别具有垂直振动、水平振动、变幅振动和静碾压实功能，根据需要可随时变通，发挥各自振动方式的优点。还可以增加附属装置（如推土铲、松土耙、刮平器、切边轮、凿岩机等），增加了压路机的作业功能。

（2）现代制造技术 现在没有那一家工程机械制造商能单独依靠自身力量完成一种主机产品的全部生产过程，而是各方分工合作，这就像一个“虚拟化”的大企业。产品主机制造商与零部件供应商及科研开发机构相互协作，发挥各方的主创精神，共同研制和生产适销对路的产品，大家共生共荣。虚拟化制造要以模块化设计为基础，并且是一种设计与制造过程中的并行工程。

并行工程的目标是要通过新产品开发各阶段的工作同时并行，以加速新产品的开发过程。产品开发过程包括四个阶段：①设计—形成总体装配和零部件图；②造型—制作非功能性模型；③试制—制造与试验样机的功能性模型；④生产—批量试制并验证工艺装备。在并行工程中，这些工作要有机地安排成齐头并进，从而大大缩短了新产品的开发进程。

（ 3）老机型新面孔 由于振动波的危害限制了振动压路机的应用，国外一些制造商提出了发展大吨位、高线压、铰接式三轮静碾压路机的必要性。这种三轮压路机液压传动，铰接转向，全轮驱动，前后轮等直径、等线压力，弯道压实前后轮塔接重合。既有三轮压路机行驶稳定性好的优点，又有两轮压路机碾压面平整的优点，适于压实碎石路基和沥青混凝土路面。例如日本酒井的 R1、R2及Dynapac的CS12、CS14，工作重量在9~12t，压实宽度2000mm左右，配重可占整机的30%~50%。被冷落多年的静碾压路机又有了新的生机。

压实轮胎的柔性作用能将铺层材料揉搓均匀，这是任何刚性压轮所无可比拟的。 Ingersoll-Rand公司的PT-125R型轮胎压路机有九个轮胎，其后排的四个轮胎由静液压系统驱动，全液压动力转向，最大工作重量12642kg。压路机工作时采用液压闭锁制动，停车使用弹簧制动液压释放盘式制动器。该机还设有压力喷雾洒水系统，采用电子流量控制与手动两种控制方式，适用于热拌沥青混凝土、细纱结合料、半粘性底基材料及水泥稳定土等材料的压实作业。

（4）国际化网络化 现代工程机械产品的核心竞争能力是技术性能与工作可靠性，而主机的技术性能和工作可靠性又在很大程度上取决于配套件的技术性能和工作可靠性。各大主机公司都很慎重地处理配套件采购问题，他们用严密的市场信息和评价体系对各供应商的资历、背景、质量、价格和信誉度在全世界范围内进行优化筛选，形成一个国际化的采购网络，以此作为提高产品竞争力的重要环节。

随着 IT技术的快速发展，企业的营销结构由传统的控制型转向了信息型。工程机械制造企业可以利用网络在全球范围内搜集市场信息，以确定公司的经营目标和发展战略，可以更好地发挥世界各地分支机构的作用。公司可以在互联网上24小时发布信息与广告，使用户随时随地了解公司的产品系列、营销方式、价格动态、企业新闻及代理商状况等。公司还可以在网上提示产品售后服务内容及进行二手设备拍卖。可以说，互联网和电子通讯技术已经更新了工程机械制造商原有的营销模式。

随着世界经济一体化的展开，以及国际投资环境与市场需求的变化，工程机械制造商也在经营管理上树立起了全球化理念。一些知名工程机械制造商在全球理念的驱动下，都在着力配置和利用各种生产要素组织国际化生产与运营，在人、财、物、产、供、销诸方面做着跨国界的整合。

作者单位：徐州海威工程机械有限公司