轮胎压路机压实原理及应用

轮胎压路机与其他类型压路机最大的不同就是它的压实滚轮是充气轮胎，它的压实作用是在运输汽车的使用中发现的，由于轮胎的充气压力可以根据施工时具体情况和具体要求进行调节，使其处于最佳工作状态，从而获得良好的压实质量。

目前，我国轮胎压路机应用较多的主要有9～16t、16～25t、20～30t等系列压路机，适用于各种土质条件的压实工作，可以碾压沥青混凝土、干硬性水泥混凝土等路面铺层，也可以碾压粘性、半粘性、沙性混合料等基础层材料，广泛应用于公路、机场跑道、市政广场等工程的施工。

1 压实原理

和钢轮压实相比，轮胎压实的优点是在于它的揉搓作用和能使被压实材料有良好的封闭性。轮胎在压实作业时能与土壤同时变形，压力作用时间长，接触面积大，能在一个封闭空间有揉和作用，压实效果好；充气轮胎的柔性作用，可以在保证路面平整度的同时，保护路面层粗骨料不被压碎，使得路面平整粗糙，具有良好的防滑性能；在充气轮胎的柔性压实和机体重量的垂直压实联合作用，反复揉搓滚压沥青混合料，使路面密水性大大提高，使铺筑层获得均匀的压实度，保证了高等级路面的碾压质量，特别是用于沥青混凝土路面的效果更好。

轮胎压路机使用的是特制的宽基光面轮胎。轮胎与铺层的接触面近似于矩形（不象钢轮与铺层的接触仅为一窄条），在整个接触面内铺层都处于高压力区域，如图所示，由于轮胎的弹性变形，轮胎在转动一定的角度α时，其接触压力均保持在最大的工作值范围内。在α角度范围内的压力分布基本均匀，可保证路面层粗骨料不被压碎，保持了路基的整体性，不破坏各压实层之间的粘接，路面不会出现裂纹、波纹等缺陷；同时，充气轮胎的揉搓作用使铺层材料在一个封闭的区间内变形，从而使区域a1、a2、a3、a4、a5内的压实度趋于均匀；由于轮胎从工作位置1到工作位置2连续匀速的以工作速度v滚动，轮胎与铺层接触的角度α及作用区域a1～a5基本保持不变，从而使整个碾压区域在a内平稳过渡，避免了对路面的过度挤压现象，保证了整个路面获得均匀的压实度。见图1

材料被压实后会产生弹性变形和塑性变形，前者去掉外部载荷后能恢复原状，后者去掉外部载荷后使材料的体积减小或产生塑性流动，表现为压实效果。较小的轮压载荷，材料的塑性变形主要是体积的减小，使密实度提高；当载荷增大时，塑性变形将由体积的变化发展为材料形状的变化，使材料铺层有明显的沉陷或凸起。因此，压路机的工作压力对铺层最后的压实质量起着重要的作用，压力过小，材料弹性变形大，密实度差，压力过大，破坏铺层材料，影响铺层质量。

2 轮胎的要求

轮胎压路机对铺层的压应力的大小及保持最大有效值的时间长短与轮胎的负荷、结构、材料、充气压力、工作速度有关。

压实用的光面轮胎是由特制的合成橡胶制成的，内含钢丝层，具有高强度（每个轮胎的负荷可达100kn以上）、耐磨损、耐切割、耐腐蚀、耐高温等综合性能。

轮胎尺寸的影响：减小轮胎的直径和宽度都可以减小其支承面积，增大轮胎对地面的接触压应力，从而增大压陷深度和剪切力。

轮缘变形的影响：使用充气轮胎作压实轮时，轮缘的变形增加滚轮的支承面积使压陷深度和剪切力减小。这种柔性滚轮轮缘的变形，相当于增大了轮胎的直径。增加充气压力，轮缘变形减小使支承面积减小，压陷深度和剪切力增加，这相当于减小了轮胎的直径，这就是轮胎压路机可用调节充气压力来改变压实能力的工作原理。

3 应用

目前，我国多用11.00-20规格的轮胎，表示断面宽度为11in(279.4mm),轮辋名义直径为20in(508mm)。

轮胎压路机可以通过改变轮胎的负荷（改变整机的重量）和调节轮胎的充气压力两种方法来改变轮胎对铺层的压应力，从而提高其压实质量。

当轮胎充气压力为定值时，轮胎的负荷越大，其压实力影响的范围就越大，并且向深层扩展，压实深度就越深。以目前国内轮胎压路机为例,其充气压力为 0.2～0.8mpa,正常情况取p=0.35mpa, 当轮胎对铺层的有效压力达到10mpa时，其负荷与压实深度关系如下表1：

所以，增加轮胎负荷，就会使压力向更深层扩展，压实深度就越深。

同样，轮胎的充气压力对压实深度及效果也有很大的影响；轮胎的最大接地压力为：

pmax=√q(e1+e2)/π2db

式中：pmax——轮胎最大接地比压（pa）；

q——轮胎的负荷（n）；

d——轮胎的直径（m）；

b——轮胎的接地面宽度（m）；

e1——轮胎的弹性系数（pa）；

e2——被压实材料的变形系数（pa）；

其中：e1=p1.5d(b/d)0.25/0.055q0.5

式中：p——轮胎的充气压力（pa）;

e2=2.47e0

e0——被压实材料的变形模量（pa）；

轮胎压路机在工作时，如果轮胎的充气压力超过被压实材料的强度极限时，就会使材料产生剪切和滑移，破坏压实质量，因此，轮胎的充气压力应当根据施工的实际情况，配合轮胎的负荷量逐渐增加.

在压路机工作时，它对被压实材料的影响主要靠合理的接地比压，一般轮胎压路机接地比压可根据轮胎的充气压力和负荷进行调整，如下表2

4 使用轮胎压路机的注意事项

(1)压路机在出厂时轮胎的充气压力设定为0.35mpa,工作时，根据需要调整轮胎的充气压力，其调整范围在0.2～0.8mpa之间，并且要保持压路机每个轮胎的充气压力基本一致，其差值应控制在8～16pa以内；

(2)在给压路机配重时，根据需要可加水、加砂、加铁以达到不同的配重要求，并不是越重越好，以免破坏被压实材料，产生路面缺陷；

(3)不能碾压有尖利棱角的碎石块，以免扎伤轮胎；

(4)压路机的最低速（一速）为工作速度，最高速（三速）仅允许在运输中使用，而且要求良好的平直路面上行驶。

(5)虽然轮胎压路机具有机动性好便于转运的优点（它的转运行走速度可达到18km/h以上），但在运输时一定要保证轮胎充气压力在0.6mpa以上（对于小吨位9～16t压路机，轮胎的充气压力可适当降低，在0.45mpa以上），而且不要加配重，以免损坏轮胎。

(6)在压路机使用过程中，每个轮胎的气压不会完全一致，而且压路机为了适应凸凹不平的道路，提高压实质量，多采用了浮动结构，即在一定机构的作用下轮胎可沿压路机的纵向做一定幅度摆动，每组轮胎（通常分两组）的最大上下浮动量为200mm，以及轴承座的磨损、支承机构的框架变形等，最终会造成轮胎的偏磨，使压路机产生晃动或摆动，影响压实质量，因此，要经常检查轮胎面，必要时要调整每个轮胎的安装位置，使轮胎磨损趋于均匀，保证压实质量，延长轮胎使用寿命。一般轮胎调整周期如下

g——实际配重重量gmax——最大配重重量

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