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摘要：我国公路建设已经进入到了“建养并重”的新局面，旧路面养护工作占比越来越大。旧沥青路面改扩建活修补过程中铣刨机作为不可或缺的设备越来越受到关注，尤其是对铣刨过程中整机的切削效率及铣刨料的粒径控制上成为铣刨机的关键技术。本文通过对铣刨机的工作速度及铣刨料的质量控制进行详细研究，分析了刀头的运动轨迹方程，并且对铣刨阻力进行研究，确定了其与铣刨机行走速度的关系，基于现场施工情况分析研究了铣刨料的粒径的控制手段。
关键词：铣刨机；运动轨迹；铣削阻力；施工控制
1铣刨机工作原理
铣刨机一般由车架、行走系统、工作装置、输料系统、动力系统、液压系统、电气系统、水路系统等部分组成。铣刨鼓是铣削路面的主要部件，整机最终的作业都由铣刨鼓进行实现。整体通过动力系统提供动力输出，通过传动皮带或者液压马达驱动铣刨鼓旋转进行路面的切削作业。
2铣刨机铣削运动轨迹方程构建
铣刨鼓的实际运行轨迹包括2部分，一是铣刨鼓的转动，二是铣刨机在路面的直线运动，如图1所示。
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图1 铣刨速度分解
（a）铣刨机运动示意；（b）速度分解
在这个刀尖上面取P点，轨迹图如图2所示，经过大约t秒的时间，旋转时的轴心沿着水平方向前进了OO'，则P点运动方程如式（1）所示：
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式中：R为刀尖的回转半径（mm）；t为回转时间（s）；v为水平速度（mm/s）；ω为转子速度（r/min）。
通过上式径向运动时的方程中可清楚分析得到其径向运动时的轨迹就像是一条径向螺旋状曲线，对式（1）求解，这样就可以精准获得铣削刀头相对铣削的运动速度和绝对速度函数的表达式。其速度如式（2）所示。
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3铣刨机水平运动速度选择研究
3.1铣刨机运动阻力分析
在铣削过程中铣刨鼓所能够承受的动态铣削荷载通常是不断发生变化的，由铣刀和刨鼓上某特定时段内参与固定铣削工作路面的各个铣削刀具的动态荷载重量累加和变化决定。其阻力分为2部分，单一系列铣刀的具体受力点和分解结构如图2所示。
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图2 单一铣刀受力分解
3.1.1铣削阻力
从图4可得，铣削运行阻力和运动铣刀的切削受力横截面积形成一个正比例数的关系，同时其在刀尖上的位置又形成一个圆锥体的形状，则称为铣削运动，阻力计算如式（3）所示：
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式中：S为占地面积，S=a2tanθ/cosα（mm2）；θ为铣削切刀的每个刀尖长度角（°）；α为某一铣刀安装角度（°）；q为铣削刀具阻尼比；ε为磨损系数；amax=ssinφ=vtsinφ=（2πv/wz）sinφ；φ为铣削瞬时角度（°）；z为回转平面上铣削刀头的个数；t为铣削刀头转过其初始角度所需时间（min）。
3.1.2摩擦阻力P
铣刨鼓可认为这个作用点就是转动铣削整体投影表面积的一个形心点和位置，其工作方向和转动铣削整体运动轴的方向完全相反。所以P如式（4）所示：
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式中：f为摩阻系数。
3.1.3阻力分力
将F和P进行分解，能够直接得到铣刨水平阻力Fx，竖直阻力Fy的基本计算公式如式（5）、式（6）所示：
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假定除v以外受力系数平均恒定，利用控制变量的方法分析单一受力因素对单把铣刀运动受到的影响。由上述公式可知Fx与Fy随着运行速度的增加逐渐增大，且Fxmin,Fymin≥0。
3.2铣刨机运行速度对铣刨料级配影响分析
铣刨料的骨料粒径组成与铣刨机行进速度有较大关系。在铣刨鼓转速一定的情况下，铣刨机的行走速度将会影响二者的合成速度，最终对铣刨刀头的铣刨轨迹产生影响。行走速度偏小时，水平速度分量小，合成铣刨速度偏上，铣刨阻力偏小，待铣刨路面单位时间内受到的切削频率增大，沥青骨料间的嵌挤及粘结被破坏严重，易发生粗骨料被打碎的现象，从而导致铣刨骨料偏细；行走速度偏大时，合成铣刨速度偏下，刀尖轨迹偏向铣刨结构层底部，铣刨阻力偏大，易导致局部被铣刨料无法得到有效破碎，形成超粒径或级配偏粗现象。以铣刨深度8cm为例，施工现场在5m/min,7.5m/min,11m/min,13.6m/min共4种行走速度下，分别进行了铣刨料级配筛分。5m/min,0~5mm规格比例最高，13.6m/min,19mm以上规格比例最大，结合级配筛分结果及阻力研究分析，建议铣刨机值控5~8m/min，结构层偏厚的采用低速克服切削阻力，结构层偏薄时采用高速度，铣刨过程中主要保持铣刨机恒定，减少铣刨鼓转速波动问题。
结束语
（1）基于理论研究，结合数学理论知识与力学知识，研究分析了铣刨机铣削运动轨迹参数方程。
（2）基于理论分析与现场试验，研究分析了铣刨机水平阻力与竖直阻力计算公式，分析了其与铣刨机行走速度之间的关系，并通过现场实际情况确定了铣刨深度8cm下最佳行走速度为5~8m/min。
参考文献
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