压路机

压路机（road roller），又名压土机、土壤压实机等^[1]，是一种以特制钢轮或光面轮胎为作业装置的压实施工机械，通常由动力装置、传动系统、工作装置、转向与制动系统组成^[8]。被广泛应用于道路工程、机场港口、矿山水坝、市政建设等对土石填方及路面铺装材料的压实作业中^[9]。

现代压路机起源于19世纪60年代，使用蒸汽机作为动力来源。20世纪40至60年代，振动压实技术和振动压实机械出现^[10]。20世纪中叶，中国开始了对压路机样机的仿制工作^[7]。20世纪90年代之后，线测量技术、振动轮可变激振力方向、可变振动方式的激振机技术等新技术在压路机上得到应用，使得压路机的发展完成飞跃，压路机的技术也达到了较高水平^[7]。

压路机可按行走方式分类为自行式^[11]、拖式^[12]、手扶式三种^[13]，也可以按压实原理分为振动压路机、冲击式压路机和静力式压路机^[12][14]。压路机最基本的原理是压实原理^[7]，一般使用柴油发动机作为动力来源^[15]。压路机通常与摊铺机配合使用，可提高基层和地面的施工质量，加快施工进度^[2]，是路基压实的重要机械设备，可减少土壤颗粒缝隙，增大土壤密实度，确保路基具有一定的强度和稳定性^[14]。压路机主要发展方向包括自动化、环保和提升操控舒适性等^[16]。

压路机最基本的原理是压实原理，此原理在中国隋唐时期的石磙gǔn中有所应用^[7]。

1860年，英国发明了世界上第一台以蒸汽机为动力的自行式三轮压路机，并于1865年投入生产^[12]。1919年，美国首先研制出了以内燃机为动力的压路机^[17]。这一时期的压路机为静压压路机，靠机器自身重量实现压实^[18]。

1940年，德国研制开发了拖式振动压路机^[17]，振动压实技术地出现是压实机械发展过程中的划时代革命，从此压实效果的增长不再简单地依靠重量或线压力地增大^[10]。20世纪50年代，这些产品开始大规模投放至市场。这一时间段的振动压路机吨位较小、品种较少，但随着减震材料和压路机结构的日趋完善，振动压路机在20世纪60年代开始成为世界各地压实机械的主流产品，其机型也从小型逐渐中型、大型发展^[10]。随着振动压路机的出现、推广、完善和进一步发展，静压压路机被不断边缘化，成为压实机械中的低端产品和配角，各大厂商不再愿意继续投入提升性能^[18]。

1957年，瑞典研制开发了轮胎驱动的自行式压路机^[17]。20世纪50至60年代，压路机振动技术的研究不断深入，震动轴承和橡胶减震器的性能和工艺得到提高，轮胎驱动铰jiǎo接式振动压路机和双钢轮串联式压路机得以诞生和推广^[9]。

20世纪60年代以来，市面上出现了拖式振动压路机、轮胎驱动的自行式振动压路机、双轮驱动串联式压路机、振动轮和轮胎压实联合作用的组合式压路机、手扶式单轮和双轮振动压路机以及羊脚式和凸块式的振动压路机等许多不同的品种^[10]。

20世纪70年代，压路机发展史上的一项巨大变革是迅速而普遍地推广了静液传动和液压控制技术。振动压路机实现了全轮驱动、行驶无级调速、全轮振动、振动调频调幅等功能^[9]。到了70年代末，使用静液传动地压路机已替代了大部分机械传动的压路机^[10]。

20世纪90年代之后，线测量技术、振动轮可变激振力方向、可变振动方式的激振机技术等新技术在压路机上得到应用，使得压路机的发展完成飞跃，压路机的技术也达到了较高水平^[7]。

20世纪中叶，中国开始了对国外压路机样机的仿制工作^[7]。20世纪80年代后期，随着中国基础工业元件的发展，特别是液压泵、液压马达、振动轮用轴承、橡胶减震器的引进生产，使振动压路机技术总体水平和可靠性有了很大的提高，使得自行开发和研制振动压路机的能力有了较大的提高^[10]。

20世纪末，世界各国每年生产的各类型压路机超过6万台，压路机产品从成熟期发展至现代化，应用了现代化的电子技术、微型计算机技术、传感器技术一级电液伺服与控制系统集成化技术等^[17]。

压路机主要由动力装置、传动系统、工作装置、转向与制动系统组成^[8]。

压路机一般使用柴油发动机作为动力来源^[15]，小型压路机有柴油机和汽油机之分，但柴油发动机占大多数^[19]。

压路机的传动系统可分为机械式传动和液压传动^[8]，其中液压传动压路机是市场主流，已替代了大部分机械传动的压路机^[10]。

液压传动具有一系列优点，包括易于实现无级调速和调频、传动冲击小、闭锁制动功率损失小、易于功率分流、方便整机布置和操纵控制方便等。在振动压路机上应用液压传动不仅可以提高生产效率和优化压实质量，还为实现自动化控制和机器人化提供了条件^[8]。

采用机械式传动的振动压路机的发动机通过离合器、变速器、差速器、轮边减速器传递动力，最终到达驱动轮，同时转向和振动轮的动力则通过分动箱传递^[8]。

具体来说，发动机的动力从两端输出：发动机的后端输出用于驱动行走系统，前端输出则用于驱动振动系统和转向系统。前端输出的动力经过主离合器和变速箱，通过未级减速主动小齿轮传输，然后经过侧传动的齿轮系统来驱动压路机的行走。另一方面，发动机前端的副齿轮箱上安装了双联齿轮泵，分别用于驱动振动轮上的液压马达和转向油缸。这种机械传动系统使得振动压路机能够同时进行行走、振动和转向等操作^[8]。

不同类型的压路机具有不同的工作原理和技术，其中振动压路机使用振动轮作为工作装置^[8]，冲击式压路机的工作装置为冲击轮^[20]，轮胎式压路机使用充气轮胎作为压实工具^[12]。

振动压路机的工作机构由振动轮、偏心轴、调幅机构组成^[8]。

振动压路机的振动轮体由钢板卷制对接而成，其外圈表面平滑整洁，壁厚均匀，这确保了振动压实效果均匀一致，使压实路面效果特别出色，同时也可以用于静碾压实。振动轮体内部包括轴承座、偏心轴和调幅装置^[8]。

偏心轴是振动压路机的振动发生器，机器的振动是通过振动马达带动偏心轴高速旋转而产生的。偏心轴的一端与振动马达相连，通过改变振动马达的旋转方向可以调整振幅。这意味着改变振动马达的旋转方向可以影响振动的幅度^[8]。

调幅装置用于调整振动轮的振幅大小，根据不同的结构特点，调幅机构通常可以分为三种形式：正反转调幅机构、双轴调幅机构和套轴调幅机构^[8]。

冲击轮是冲击式压路机的主要工作部件，通常由耐磨、耐冲击材料焊接而成，冲击碾压面是由2类3条弧线组成的曲面。两个冲击轮由轴头联接，摇杆、摆架为一套连杆运动机构，固定在车架上，缓冲冲击并牵引工作。机架上的轮轴总成是在压路机非工作状态下，由液压系统顶升冲击轮离开地而进行转场或短途运输用^[20]。

轮胎式压路机的碾轮采用充气轮胎，一般前轮装3-5个，后轮4-6个^[12]。轮胎式压路机通常使用液压传动系统和液压悬挂系统，并有用于调节轮胎气压的调压装置^[21]。

压路机的液压转向系统由转向齿轮泵、全液压转向器、转向油缸和压力油管等组成。这一系统安装在后车架上，通过控制转向油缸的伸缩来实现整车的转向^[8]。

转向机构采用铰接转向方式，中心铰接架由铰接架、轴端挡板、球形轴承等部件构成，通过这一机构，前后车架可以铰接成一个整体，实现转向和前车架的左右摆动。通过控制转向油缸的伸出长度来调整转向角度^[8]。

压路机最主要的工作原理是压实原理，通过压实填方土石及路面铺装材料，使得工作面密度得到提高，结构强度和刚度得到提升，加强道路的抗渗透能力、稳定性、承载力和寿命^[7]。

不同类型的压路机具有不同的压实原理，主要分为静压压实、轮胎压实、振动压实^[18]、冲击压实等^[20]。

静压是依靠机器本身重量，通过碾压轮使被压实介质产生永久形变而密实。其工作过程为压路机沿着工作面前后进退的反复滚动，使被压实材料达到足够的承载力和平整的表面，静压钢轮最常见的形式时光轮，主要用于路面面层压实，由于施工技术不断进步，静压能提供的作用力有限，已基本被振动压实取代^[18]。

振动压实原理主要为圆周振动技术，该技术存在振动冲击学说、共振学说、反复荷载学说三种不同的基本原理学说。其中最常被用来解释各种振动作用效果和现象的是前二种，即被压实材料在振动冲击的作用下，由静止过渡到运动状态，被压实材料颗粒间的摩擦力也由初始的静摩擦逐渐进入动摩擦，被压实材料中的空气含量再此过程中会被减少。当激振频率与被压实材料的固有频率一致时，最有利于振动能量在被压实材料内部传导^[18]。

振动压实技术运行原理为振动器通过高频振动传导力至压实滚轮上，滚轮通过与地面的高频振动降低与路基路面的摩擦力，利用土力学中交变剪应变的原理，让土层颗粒之间的孔隙不断变小，土壤等基础材料的颗粒重新排列^[5]，提高路基路面的密实度。路基路面施工中应用的振动压路机，具有压实效果优、耗时短等优点，尤其对于砂砾土等粘性土质压实效果更好^[6]。

冲击式压路机工作原理不同于振动或静碾压路机，具有强夯和振动压实技术。冲击压路机冲击特点为低频大振幅，当冲击轮向前滚动时，其质心高度交替变化，凸起的弧角抬起与下落，对地面产生一个势能和动能的联合冲击。将能量作用于被压实基础并作功，对压实表面作功，达到压实填料的效果^[20]。

轮胎压路机是利用充气轮胎特性进行压实的机械，主要利用充气轮胎及其悬挂装置的可变性，使轮胎与路面间保持一定的接触面，作业过程中除了有垂直方向的压实力外，沿着轮胎行驶方向和沿压路机横向均有水平方向的压实力^[18]。轮胎压路机在垂直方向上，铺层会更容易受到轮胎压路机重力导致的垂直静荷载影响，在此种荷载的影响下，沥青混合料的颗粒之间水分和空气挤压出来，颗粒之间形成的镶嵌结构也比较稳定，这些都是增加密实度的主要因素^[21]。

自行式压路机通常只有两个驱动轮，其行走底盘与压实轮铰接，整机长度相比其他类型压路机更短、转向半径小、所需转向路段场地较小，可以减少未压实路段。自行式压路机可以后退行驶，为不便转向的路段和窄路段施工带来了很大便利^[11]。

其中拖式压路机最主要的特点是无法独立行走，必须通过其他牵引车拖动才能行走和压实，该类型压路机依靠自重和激振力迫使被压实材料做强迫振动，急剧减少土壤颗粒间的内摩擦力，以达到压实土壤的目的。拖式压路机的激振力大小可以进行调整^[12]。

手扶式压路机通常采用小型牵引器械作为动力，进行牵引拖挂运输。具有体积小、重量轻、操作方便、转弯半径小、激振力大、压实效果好等特点，在中国城乡筑养路、市政建设和建筑施工方面运用广泛^[13]。

静力式压路机利用了静作用压实原理，利用压路机自身行驶的滚轮对被压材料施行反复碾压的机械，靠碾压轮自身荷重产生的静压力直接作用于铺筑层上，使土壤等被压材料的固体颗粒相互靠紧，形成具有一定强度和稳定性的整体结构^[12]。

静力式压路机工作时需沿工作面前进后退地滚动，以提高基础强度、不透水性及稳定性^[12]。

使用振动压路机进行碾压的主要目的是让路基更加平整并具有一定的密实度，从而满足冲击式压路机的碾压要求。以填筑石方路基施工中的应用为例，如果在施工的过程中没有采用冲击式压路机，而只是采用振动压路机进行碾压的话，路基的密实度不仅没有采用冲击式压路机的效果明显，而且施工过程也更为复杂。将冲击式压路机与振动压路机结合使用，既可以增加路基的密实度，也减少了施工时间，同时也较好的减少了路基碾压施工后沉降不均匀的情况发生^[14]。

振动压路机压实过程短，加载频率高，但碾压后材料表面密实度不高，可用于粘性小的沙土、土石方填筑、沥青混合料和水泥混凝土等材料的压实。

冲击式压路机最主要的特点就是其压实轮为非圆柱型，而是多边形凸轮状的碾轮。这种压实轮有一些列交替排列的凸点和平整的冲击面，具有振夯、冲击的作用^[14]。为了行驶的平稳和减少能量消耗，冲击轮通常为三、四、五边的正多边形^[22]。

冲压式压路机主要采用拖车进行牵引，在前进的过程中，压实轮的凸点和冲击平面就会交替抬起和落下，与地面产生一个势能与动能联合压实的作用。由于其蓄能器的作用，对地面的冲击也会增大，从而达到对填料或地面压实的效果^[14]。

冲击压实技术介于静碾和振动压实技术之间，常与传统的振动压路机共同工作使用^[20]。冲击式压路机属于新技术，其施工效果已得到广大工程技术人员的认可，但还需探索总结经验、完善施工工艺^[22]。

单钢轮压路机前方有一个可作振动轮的轮胎，后面有两个用作行驶驱动的轮胎,采用铰接转向。单钢轮振动压路机和双钢轮振动压路机不同，它没有洒水水箱和洒水系统，没有蟹行装置,也不带路边切割器这样的附件。主要以砂石、土壤为压实对象，最高振动频率比双钢轮低^[23]。

单钢轮压路机主要用来压实路基，也可压实底基层的稳定土，基层的水泥稳定砂砾层，还可用来压实碾压混凝土。单钢轮振动压路机的压实速度一般为3-6km/h，当土或填石层较厚，压实度要求较高时，压实速度应该低一些，当铺层较薄时，压实速度则可以高一些^[23]。

单钢轮压路机适用于道路、机场、路堤填方、海港码头、大坝等土石方基础压实施工^[24]。

双钢轮振动压路机主要适用于沥青混凝土、RCC混凝土等路面的压实，也可用于路基、次路基和稳定层等的压实^[24]。其工作动力均由液压系统完成，包括行驶液压系统、振动液压系统、转向液压系统，是全液压工程机械的典型机型^[25]。

轮胎压路机是利用充气轮胎的特性来进行压实的机械，它除了有垂直压实力之外，还有水平压实力。所以轮胎压路机不但沿行驶方向有压实力作用，沿着机械横向也有压实力作用^[26]。

由于轮胎的柔性，轮胎压路机不是将沥青混合料堆在它前面，而是给混合料覆盖上最初的接触点，给材料很大的垂直力，通过这种方式可以避免钢轮压路机会出现的裂纹现象，并且对路缘石的擦边破化比钢轮压路机小很多。此外，轮胎压路机可以增减配重和改变轮胎充气压力，更有利于适应各种使用场景^[26]。

经历光面滚压路机利用了静作用压实原理^[12]，对被压材料的压实是依靠本身的重量实现的，可以用于压实路基、路面、广场和其他工程地基，工作时需沿工作面前进后反复地滚动^[27]。

静力光面压路机有结构简单、维修方便等优点，但在压实地基方面不如振动压路机有效，在压实沥青铺筑层方面不如轮胎压路机性能好，可以说凡是静力光面滚压路机能完成的工作，均可由其他类型压路机替代，故该类型压路机有被淘汰的趋势^[27]。

压路机应有良好的减震装置，减震效果应满足下表要求^[30]：

压路机的通用环境保护要求包括^[30]：

压路机的自由加速排烟度不大于5.0FSN。压路机不应有漏油现象，渗油不应超过2处。压路机噪声限制值应符合下表要求。

现代压实技术与压实机械的进步越来越依靠理论的突破，新的压实理论更加显示综合性的特点，即从工作介质的材料特性、力学基础、施工方法以及机器结构、运动学和动力学的综合角度研究压实作业过程^[31]。

垂振式振动压路机已在日本完成了工业试验，用于土壤压实时压实度可达108.5%，振荡与垂振都是利用双轴激振机静偏心矩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^[31]。

宝马公司利用两个振动轴静偏心矩的相位差调节实现了压路机在水平或垂直振动两个极限状态的任何状态下作用，从而实现了压路机振幅的最佳选择和自动调控。此外，还有一种振动叫做“混沌振动”，它是一种非简谐振动，能使土壤颗粒获得大小不同的振动加速度，从而为压实创造条件^[31]。

圆周振动技术发展多年，技术比较成熟，需要重点发展的技术为进一步提高改善双钢轮平整度，提高改善单钢轮密实度等^[18]。

应用GPS技术时现代工程机械控制与管理技术的重要发展方向，运用全球定位技术，可以对设备进行精确定位，包括海拔、经纬度等，有效跟踪机器去向，实现对高性能产品的实时控制、及时服务指导等^[18]。

宝马格公司开发了用于压路机GPS系统的软件“BCM05”，从而使本地GPSIATS系统可以与宝马格检测系统实时联系，这一系统已应用于BW177D-4新型压路机系列和装有压实数据管理系统的串联式压路机产品中^[18]。

压路机是一种以特制钢轮或光面轮胎作为作业装置的压实施工机械，广泛运用于道路工程、机场港口、矿山水坝、市政建设等对土石填方及路面铺装材料的压实作业，其作用是增加工作面的密实度，从而提高工作面的结构强度和刚度，增强抗渗透能力和其后稳定性，降低或消除沉陷，最终达到提高工程承载能力、延长使用寿命、降低维修费用等目的^[9]。压路机通常与摊铺机配合使用。可提高基层和地面的施工质量，加快施工进度^[2]。

随着现代新技术革命的兴起，特别是微电子技术、自动控制技术和计算机技术等高科技的迅速发展，压实机械也在向自动化、智能化、无人化和机器人化的方向发展^[16]。

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很可能成为工程机械智能化进程中最早推出的机种。在压实过程和机器工作状态实时监测基础上，压实机械将进一步向自动化的过程发展，这一过程将从局部自动化过渡到全面自动化，并逐渐向远距离和无人化的方向发展^[10]。

在德国宝马格（Bomag）、瑞典戴纳派克（Dynapac）等公司的压路机产品中，微电脑技术已在各工作系统中被广泛应用，如工作系统的监控、驱动系统的防滑转装置、整机的故障自动检测系统等。宝马格还将卫星定位系统（GPS）应用于相应的产品上，使其压路机的位置可以被非常精确地记录下来，并能确定压实的位置和保证压实质量^[16]。

为满足日益苛刻的环保要求，压路机生产场上纷纷引入绿色环保设计的理念^[16]，从尾气排放，噪音消除，使用新能源等几个方面入手设计生产^[7]，从降低尾气排放、减少振动和噪音几个方面入手^[16]。

在尾气净化方面，卡特彼勒公司生产的部分产品，应用了燃油电控喷射、废气再循环和使用催化净化器等新技术，一些型号的柴油机使用了新型未处理柴油喷射电子控制模块，使柴油燃烧更加充分，在减少尾气有害物含量的同时，增加了发动机输出^[16]。

在降低噪音方面，通过大量使用弹性支承、弹性阻尼元件，以及提高各机构中各运动体、执行件的制作装配精度，提高驾驶室密封性，选用合适的轮胎等手段降低机械、液压和轮胎噪声，还有一些厂家在压路机表面覆盖了吸声材料，起到了良好的降噪效果^[16]。

工程机械产品在人性化方面做了大量工作，尽力满足操作人员希望达到的美观、实用、舒适需求。除了增加座椅高度升降功能外，还考虑了诸如扶手上下浮动、方向盘随角度调节、脚蹬和扶栏协调、急救包配备、减少操作复杂程度等方面的设计^[16]。

目前国际压路机的驾驶室有逐渐向汽车驾驶室标准发展的趋势，讲究内部采用模块化形成零件、整体布置舒适，并根据压路机需要前后行驶的特点，追求视野宽阔，视距相等，还配有换气、空调、电视检测等设施^[16]。