一種路面3d打印設(shè)備及其應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種路面3D打印設(shè)備，它包括依次相連路面掃描裝置、出料系統(tǒng)、熨平裝置和碾壓裝置。本發(fā)明還公開了該在鋪筑瀝青路面中的應(yīng)用。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過上述裝置實(shí)現(xiàn)了對(duì)坑洼不平路面直接鋪筑瀝青路面的方法及其鋪筑設(shè)備。該裝置以3D打印為原理，提高了壓實(shí)度水平和路面平整性，使道路的磨損最小化，從而最大限度的提高了道路的使用壽命。從經(jīng)濟(jì)上說(shuō)，這種方式以更少的成本鋪筑了壽命更長(zhǎng)的道路，去除了整面銑刨的繁瑣步驟，減少了施工和封閉交通時(shí)間，達(dá)到對(duì)社會(huì)影響的最小化。從環(huán)境上說(shuō)，通過減少施工步驟和封閉交通時(shí)間，也有助于削減碳排放。
【專利說(shuō)明】
_種路面3D打印設(shè)備及其應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于鋪筑設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種路面3D打印設(shè)備及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]瀝青路面由于其平整性較好，行車舒適平穩(wěn)，噪音低，易維護(hù)的特性被廣泛應(yīng)用于城市道路及公路路面中。然而，隨著交通量的增長(zhǎng)和重載超載車輛的增多，加上溫度和濕度變化等多因素的影響，瀝青路面會(huì)產(chǎn)生多種病害，包括橫向裂縫和縱向裂縫引起的大面積網(wǎng)裂，路面沉陷，水損害導(dǎo)致的坑洞、轍槽，路面推移，擁包，波浪等等。當(dāng)瀝青路面出現(xiàn)大量嚴(yán)重病害以致影響行車體驗(yàn)，危害交通安全且已難以通過部分病害維修來(lái)維持瀝青路面的使用時(shí)，該瀝青路面需要進(jìn)行整體翻修。為了防止新鋪筑路面與原病害路面不完全貼合導(dǎo)致的壓實(shí)不均，新路面重新開裂，水損害和坑洞等，目前的施工方式是先將原有路表面進(jìn)行銑刨至平面狀態(tài)以適應(yīng)現(xiàn)有的平面瀝青攤鋪機(jī)，而后進(jìn)行碾壓保證路面的平整度和壓實(shí)度。銑刨料通過熱再生或冷再生的方式，添加一定比例新的瀝青混合料再被重新攤鋪在路面上。這一過程中，路面上許多運(yùn)行狀況良好的路面材料也被重新銑刨與鋪筑，耗費(fèi)了大量的人力與財(cái)力，且施工時(shí)間和封閉交通時(shí)間都較長(zhǎng)，施工以及交通堵滯的過程中產(chǎn)生了大量的碳排放，在各方面造成了許多不利影響。
[0003]瀝青路面新路鋪筑也有類似的情況。為了保證路表面的平整度，路基、底基層、基層等路面結(jié)構(gòu)每一層的鋪筑都要滿足嚴(yán)格的壓實(shí)度和平整性規(guī)定，否則極易導(dǎo)致瀝青路面沉陷病害的產(chǎn)生。
[0004]進(jìn)入21世紀(jì)的今天，一個(gè)概念變得愈加地耳熟能詳一一“3D打印”。3D打印是快速成形技術(shù)的一種，它是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)用粉末狀金屬或塑料能可粘合材料，通過逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造物體，制造出與模型一樣的物件的技術(shù)。目前，3D打印已經(jīng)在工業(yè)造型、機(jī)械制造、軍事、建筑、影視、家電輕工、醫(yī)學(xué)、考古、文化藝術(shù)、雕刻、首飾等領(lǐng)域都得到廣泛應(yīng)用。
[0005]目前瀝青路面鋪筑中存在的主要問題是如何在不銑刨原有路面的前提下，能準(zhǔn)確定位與原路面高差不一致的車轍或沉陷處，并且輸出足夠的瀝青混合料從而保證鋪設(shè)路面的壓實(shí)度與表面的平整度。引進(jìn)3D打印的概念，將原有的平面鋪筑方式改為三維立體鋪筑，預(yù)先建立需要鋪筑的路面三維結(jié)構(gòu)模型，在實(shí)際鋪筑過程中，將該模型與現(xiàn)場(chǎng)掃描的結(jié)果對(duì)應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)在準(zhǔn)確的位置輸出合理的瀝青混合料量攤鋪路面，在最短的施工和封閉交通時(shí)間內(nèi)，以最小的成本，最環(huán)保且減少碳排放的方式得到壓實(shí)度更高、平整性更好的瀝青路面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種路面3D打印設(shè)備，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的在原路面不平整和存在高差的情況下，需要大面積銑刨才能鋪筑瀝青路面的問題。
[0007]本發(fā)明還要解決的技術(shù)問題是提供上述路面3D打印設(shè)備在鋪筑瀝青路面中的應(yīng)用。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0009]—種路面3D打印設(shè)備，它包括框架，框架內(nèi)固載有出料系統(tǒng)和熨平裝置;框架(14)兩側(cè)分別固定連接有有路面掃描裝置和碾壓裝置。
[0010]其中，所述的出料系統(tǒng)包括料斗倉(cāng)，料斗倉(cāng)底部設(shè)有刮板輸料裝置，物料經(jīng)刮板輸料裝置運(yùn)輸并到達(dá)出料端后，經(jīng)螺旋布料裝置由料斗倉(cāng)底部的出料控制裝置處出料。
[0011 ]其中，框架內(nèi)設(shè)有料斗回收倉(cāng)，料斗回收倉(cāng)通過傳動(dòng)鏈條與料斗倉(cāng)相連;其中，料斗回收倉(cāng)固定于垂直提升裝置底端，垂直提升裝頂端連接在水平移動(dòng)裝置上，水平提升裝置固定于框架的內(nèi)部頂面。
[0012]其中，出料系統(tǒng)中的出料經(jīng)熨平裝置熨平后，再經(jīng)碾壓裝置壓平。
[0013]其中，通過螺旋布料裝置與料控制裝置后多余的物料由傳動(dòng)鏈條進(jìn)入料斗回收倉(cāng)，料斗回收倉(cāng)底部設(shè)有壓力傳感器，當(dāng)回收的物料達(dá)到設(shè)定值時(shí)，通過垂直提升裝置和水平移動(dòng)裝置將料斗回收倉(cāng)移動(dòng)至料斗倉(cāng)上方并倒入物料，實(shí)現(xiàn)物料的回收。
[0014]其中，碾壓裝置由第二驅(qū)動(dòng)裝置提供動(dòng)力。
[0015]其中，料斗倉(cāng)底部?jī)蓚?cè)設(shè)有車輪，車輪由第一驅(qū)動(dòng)裝置提供動(dòng)力。
[0016]上述路面3D打印設(shè)備在鋪筑瀝青路面中的應(yīng)用也在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0017]其中，所述的應(yīng)用方法為:路面3D打印設(shè)備在前進(jìn)過程中，路面掃描裝置對(duì)原路面結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行掃描，處理器根據(jù)掃描所得信息和預(yù)設(shè)的鋪筑厚度實(shí)時(shí)控制出料控制裝置的出料，再經(jīng)熨平裝置和碾壓裝置依次熨平和碾壓，即可完成瀝青路面的鋪筑。
[0018]其中，所述的原路面結(jié)構(gòu)表面包括需要翻修的舊路面和新鋪筑路面的不平整的基層表面。
[0019]有益效果:
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過上述裝置實(shí)現(xiàn)了對(duì)坑洼不平路面直接鋪筑瀝青路面的方法及其鋪筑設(shè)備。該裝置以3D打印為原理，先掃描原路面并結(jié)合需鋪筑路面的厚度以及壓實(shí)系數(shù)，得到路面三維結(jié)構(gòu)模型，而后通過瀝青路面鋪筑設(shè)備完成對(duì)該模型路面的鋪筑。從結(jié)構(gòu)上說(shuō)，這種攤鋪方式提高了壓實(shí)度水平和路面平整性，使道路的磨損最小化，從而最大限度的提高了道路的使用壽命。從經(jīng)濟(jì)上說(shuō)，這種方式以更少的成本鋪筑了壽命更長(zhǎng)的道路，去除了整面銑刨的繁瑣步驟，減少了施工和封閉交通時(shí)間，達(dá)到對(duì)社會(huì)影響的最小化。從環(huán)境上說(shuō)，通過減少施工步驟和封閉交通時(shí)間，也有助于削減碳排放。
【附圖說(shuō)明】
[0021 ]圖1為實(shí)施例1中路面3D打印設(shè)備的側(cè)面圖；
[0022]圖2為實(shí)施例1中路面三維模型橫向切面圖；
[0023]圖3為實(shí)施例1中出料控制裝置正視圖；
【具體實(shí)施方式】
[0024]實(shí)施例1
[0025 ]如圖1所示的一種路面3D打印設(shè)備，它包括框架14，框架14內(nèi)固載有出料系統(tǒng)13和熨平裝置10;框架14兩側(cè)分別固定連接有有路面掃描裝置I和碾壓裝置11。
[0026]出料系統(tǒng)13包括料斗倉(cāng)2，料斗倉(cāng)2底部設(shè)有刮板輸料裝置3，物料經(jīng)刮板輸料裝置3運(yùn)輸并到達(dá)出料端3-2后，經(jīng)螺旋布料裝置5由料斗倉(cāng)底部的出料控制裝置4處出料。
[0027]框架14內(nèi)還設(shè)有料斗回收倉(cāng)7，料斗回收倉(cāng)7通過傳動(dòng)鏈條6與料斗倉(cāng)2相連;其中，料斗回收倉(cāng)7固定于垂直提升裝置8底端，垂直提升裝置8頂端連接在水平移動(dòng)裝置9上，水平提升裝置固定于框架14的內(nèi)部頂面。
[0028]該路面3D打印設(shè)備在前進(jìn)時(shí)，由第一驅(qū)動(dòng)裝置12-1為料斗倉(cāng)底部?jī)蓚?cè)的車輪提供動(dòng)力，同時(shí)由第二驅(qū)動(dòng)裝置12-2為熨平裝置提供前進(jìn)的動(dòng)力；在第一和第二驅(qū)動(dòng)裝置的控制下，出料系統(tǒng)13和碾壓裝置11的前進(jìn)速度相同。
[0029]瀝青路面鋪筑方法步驟和鋪筑設(shè)備的使用方法如下:
[0030]第一步，用單獨(dú)的掃描設(shè)備對(duì)原路面區(qū)域進(jìn)行掃描得到路面全長(zhǎng)寬范圍內(nèi)的地形文件，該文件數(shù)據(jù)完整的記錄了原路面可能存在的車轍，沉陷，擁包等地面特征及其確切位置，并且其分辨率足夠高，能夠滿足對(duì)原路面進(jìn)行重現(xiàn)。該掃描裝置可以采用任何能夠獲得詳細(xì)地形資料的方式，包括但不限于于激光掃描、雷達(dá)掃描、聲納掃描等。
[0031]根據(jù)掃描得到的地形文件和需要鋪筑的路面厚度，結(jié)合壓實(shí)系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，可以得到需要鋪筑的具體路面三維結(jié)構(gòu)模型，該模型可以以包括但不限于CAD、CAE等的形式儲(chǔ)存。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例得到的路面三維模型橫向切面圖如圖2所示。
[0032]第二步則進(jìn)行瀝青路面鋪筑過程。路面3D打印設(shè)備15由路面起點(diǎn)處開始進(jìn)行鋪筑，掃描裝置I存有完整的路面三維結(jié)構(gòu)模型資料，在鋪路設(shè)備15的前進(jìn)過程中確定高差、坡度等變化的具體位置，并可進(jìn)行微小的調(diào)整，并將結(jié)果輸入處理器(未標(biāo)出)中。
[0033]處理器(未標(biāo)出)根據(jù)得到的路面三維模型資料和掃描裝置I傳回的文件控制出料控制裝置4的行為，出料控制裝置4的正視圖如圖3所示。出料控制裝置4由其端部的伸縮變化控制瀝青混合料輸出量，與路面三維模型進(jìn)行擬合。當(dāng)所經(jīng)路面位置處有沉陷等凹陷行為時(shí)，出料控制裝置4在該位置處將縮短，加大混合料的投出；而當(dāng)所經(jīng)路面位置處有擁包等突出行為時(shí)，出料控制裝置4在該位置處將伸長(zhǎng)，減少混合料的投出。
[0034]通過螺旋布料裝置與出料控制裝置后多余的瀝青混合料將由傳動(dòng)鏈條6傳入至料斗回收倉(cāng)7，料斗回收倉(cāng)7底部布置有壓力傳感器，當(dāng)其重量達(dá)到規(guī)定值時(shí)將啟動(dòng)垂直提升裝置8使料斗回收倉(cāng)7提升至頂部，而后由水平移動(dòng)裝置9將料斗回收倉(cāng)7移動(dòng)至料斗倉(cāng)2上方并倒入，實(shí)現(xiàn)多余瀝青混合料的回收并防止對(duì)路面的攤鋪造成影響。然后通過水平移動(dòng)裝置9和垂直提升裝置8返回原位。
[0035]第三步由控處理器(未標(biāo)出)控制熨平裝置10和碾壓裝置11完成路面鋪筑，并保證瀝青路面足夠的壓實(shí)度。
[0036]最后得到壓實(shí)度更高，平整度更好的瀝青路面。
[0037]同時(shí)，本設(shè)備也可在前進(jìn)的過程中，同步進(jìn)行掃描和鋪筑;鋪筑的方法同上。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種路面3D打印設(shè)備，其特征在于，它包括框架(14)，框架(14)內(nèi)固載有出料系統(tǒng)(13)和熨平裝置(10);框架(14)兩側(cè)分別固定連接有有路面掃描裝置(I)和碾壓裝置(11)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的路面3D打印設(shè)備，其特征在于，所述的出料系統(tǒng)(13)包括料斗倉(cāng)(2)，料斗倉(cāng)(2)底部設(shè)有刮板輸料裝置(3)，物料經(jīng)刮板輸料裝置(3)運(yùn)輸并到達(dá)出料端(3-2)后，經(jīng)螺旋布料裝置(5)由料斗倉(cāng)底部的出料控制裝置(4)處出料。3.根據(jù)權(quán)利要求3所述的路面3D打印設(shè)備，其特征在于，框架(14)內(nèi)設(shè)有料斗回收倉(cāng)(7)，料斗回收倉(cāng)(7)通過傳動(dòng)鏈條(6)與料斗倉(cāng)(2)相連;其中，料斗回收倉(cāng)(7)固定于垂直提升裝置(8)底端，垂直提升裝置(8)頂端連接在水平移動(dòng)裝置(9)上，水平提升裝置固定于框架(14)的內(nèi)部頂面。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的路面3D打印設(shè)備，其特征在于，出料系統(tǒng)(13)中的出料經(jīng)熨平裝置(10)熨平后，再經(jīng)碾壓裝置(11)壓平。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的路面3D打印設(shè)備，其特征在于，通過螺旋布料裝置(5)與料控制裝置(4)后多余的物料由傳動(dòng)鏈條(6)進(jìn)入料斗回收倉(cāng)(7)，料斗回收倉(cāng)(7)底部設(shè)有壓力傳感器，當(dāng)回收的物料達(dá)到設(shè)定值時(shí)，通過垂直提升裝置(8)和水平移動(dòng)裝置(9)將料斗回收倉(cāng)(7)移動(dòng)至料斗倉(cāng)(2)上方并倒入物料，實(shí)現(xiàn)物料的回收。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的路面3D打印設(shè)備，其特征在于，碾壓裝置(11)由第二驅(qū)動(dòng)裝置(12-2)提供動(dòng)力。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的路面3D打印設(shè)備，其特征在于，料斗倉(cāng)(2)底部?jī)蓚?cè)設(shè)有車輪，車輪由第一驅(qū)動(dòng)裝置(12-1)提供動(dòng)力。8.權(quán)利要求1所述的路面3D打印設(shè)備在鋪筑瀝青路面中的應(yīng)用。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于，所述的應(yīng)用方法為:路面3D打印設(shè)備在前進(jìn)過程中，路面掃描裝置對(duì)原路面結(jié)構(gòu)表面進(jìn)行掃描，處理器根據(jù)掃描所得信息和預(yù)設(shè)的鋪筑厚度實(shí)時(shí)控制出料控制裝置的出料，再經(jīng)熨平裝置和碾壓裝置依次熨平和碾壓，即可完成瀝青路面的鋪筑。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于，所述的原路面結(jié)構(gòu)表面包括需要翻修的舊路面和新鋪筑路面的不平整的基層表面。
【文檔編號(hào)】E01C19/48GK105908609SQ201610250928
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年4月21日
【發(fā)明人】羅桑, 丁京, 錢振東, 鐘科, 王建偉
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)