1、碎石化技术原理
碎石化技术原理由两方面组成：一是路面的破碎机理；另一方面是路面强度的形成。
(1)水泥砼路面的弹性模量随破碎后碎块尺寸的缩小而变小，即随结构破坏程度的增大而减小；但通过对水泥砼路面进行均匀破碎、压实，在损失一部分结构强度和整体性的情况下，可把水泥砼路面在温度、湿度变化和荷载作用下的差动位移降低到最低程度，从而彻底消除反射裂缝在路面罩面层出现的可能性。但将水泥砼面层打碎后，其强度会随着打碎后粒径变小而大幅下降。研究表明，当水泥砼路面破碎到3—40 cm时(粒径，表面层不大于7.5cm，中间层不大于22.5 cm，底层不大于37.5 cm)，既可以有效缓解反射裂缝的出现，又能保证路基强度达到要求。
(2)路面强度的形成，路面经过碎石化处理后形成3层：表面细粒散层、碎石化层上部和碎石化层下部。表层经过压实后，颗粒被压密，嵌挤形成薄层，再通过洒布透层油（或石屑嵌缝料），路面就会形成具有一定强度和稳定性的表层结构。碎石化层上部强度主要来源于内摩擦角和预压应力，其中粒径越大，内摩擦角越大；而预压应力来自板块被破碎时砼所产生的侧向体积膨胀，硷颗粒的粒径越小，膨胀趋势越大，产生的预压应力也越大。碎石化层下部的强度主要来源于“联锁咬合”作用。实践证明，当碎石化层下部能达到“裂而不碎、契合良好、联锁咬合”的块体结构时，具有最好的拱效应，能将竖向压力变为水平推力，借以扩散荷载；同时没有竖向的贯穿裂纹（具有350N406的斜向裂纹），具有较好的啮合度及更好的结构稳定性，从而形成具有一定强度的路面。
2、多锤头破碎机的工作装置研究
多锤头破碎机(MHB，Multiple Head Breaker)如图l所示，由动力系统、转向系统、液压系统、底盘、破碎工作装置等组成。
多锤头破碎机是轮胎自行式设备，对旧水泥砼路面破碎的效率是较高的，每台班约为2km×车道。MHB机破碎的旧水泥砼粒径大小通过控制落锤的高度调节，一般可控制在7.5～40 cm，呈上细下粗形态。能满足不同类型砼路面的破碎，具备一次破碎3.96 m宽的能力，还装备有帷幕防止破碎颗粒外飞，在开放交通的情况下可以半幅施工。在施工安排紧密的情况下，破碎、碾压、加铺可以一次完成，最大限度地减少交通管制时间。
2.1多锤头破碎机工作装置的设计构思
多锤头破碎机的工作装置由工作锤头架、工作油缸、锤头等组成。而锤头分为两种形式：粗短形和细长形，无论采用哪种锤头形式，工作锤头架都需要稳固、简单，尽量使锤头架各支撑杆的连接形成一个稳固的整体。而工作油缸和锤头设置在工作锤头架内，这样工作油缸就能带动锤头在工作锤头架内有限制地做上下往复运动，达到最大的破碎力。下面的设计中采用粗短形的锤头。
2.2多锤头破碎机工作装置的设计
工作锤头架包括水平设置的主支撑、横支撑及竖向设置的竖支撑，主支撑、横支撑、竖支撑之间固定连接，这样整个锤架形成一个稳固的整体。主支撑上设有起固定工作油缸作用的固定板和对锤头升降起导向作用的导轨，锤头的锤身上设有与导向导轨相对应的凹槽。重锤分2排成对装配在整台机械的尾部，前后排锤头错开布置，这样可以在全宽范围内进行连续破碎；前后每对重锤有一套单独的液压提升系统为其提供动力，这样重锤的提升高度可以根据需要自行调节，在破碎1日水泥砼路面时，重锤按一定规律下落，通过把动能转换成冲击能对路面进行破碎。
工作油缸两侧的主支撑上分别设有对锤头升降起导向作用的导轨。工作油缸带动2个锤头升降。锤架包括多个主支撑、横支撑和竖支撑。锤架内设有多个工作油缸，每个工作油缸带动2个锤头升降。主支撑包括3个上主支撑、3个中主支撑、3个下主支撑，它们之间固定连接有多个横支撑和竖支撑，主支撑、横支撑和竖支撑形成的锤架内共设有6个工作油缸。锤架包括前排锤架和后排锤架，前、后排锤架内分别设有3个工作油缸。锤架板块设置在锤架两侧的2个翼锤架上，翼锤架和锤架之间为可拆卸式连接。翼锤架包括翼锤主支撑、翼锤横支撑和翼锤竖支撑，每个翼锤架内斜向固定设置一个工作油缸，工作油缸两侧分别设有对锤头升降起导向作用的翼锤导轨，工作油缸带动2个翼锤升降。油缸固定板包括固定平板和固定竖板。
多锤头破碎机破碎装置的锤架包括水平设置的主支撑、横支撑及竖向设置的竖支撑，它们之间固定连接后形成整个破碎装置的支撑系统，工作油缸和锤头设置在锤架内，多个主支撑、横支撑和竖支撑组合形成的锤架具体包括多个工作油缸和锤头的结构，该结构可以同时使用多个工作油缸和锤头，对路面进行破碎作业时力量更大。在控制阀块的作用下，多个锤头可以保持不同步连续不断地升降，破碎的效果比一个锤头或少量锤头更好；支撑的锤架结构比较稳定，保证破碎作业的有效完成。主支撑上设有固定工作油缸的油缸固定板，可以进行较好的固定。主支撑设有对锤头升降起导向作用的导轨，锤头的锤身上设有与导向导轨相对应的凹槽，该结构可以保证锤头的垂直升降，破碎效果更好。锤架包括设置在锤架两侧的2个翼锤架，翼锤架和锤架之间是可拆卸式连接，可以针对实际情况装上或卸下，装上时作业的面积和力度更大，多个锤头在高压油的作用下沿锤架连续升降，不断地冲击路面，冲击路面的力度较大，所以比较容易将路面破碎，工作效率高，破碎的质量也更高，路面破碎程度完全可以达到经压实后铺设的程度，无需开挖。破碎并压实后，破碎砼块组成紧密结合、内部嵌挤、高密度的材料层，可以为路面罩面提供更高的结构强度。
2.3利用Pro/E设计多锤头破碎机工作装置
2. 3.1多锤头破碎机工作装置的三维实体建模
根据设计方案，把多锤头破碎机工作装置的部件分为2类：一类为组焊件，由于这类部件完全由钢板或型钢焊接而成，各部分之间无相对位置变动，所以可在Pro/E软件的零件模块中以零件的形式创建部件。另一类为组装件，这类部件需要先制作出组成它的各个零件，然后按照装配关系定义其约束或联接关系进行组装。
2.3.2多锤头破碎机工作装置的虚拟装配
创建好多锤头破碎机工作装置的所有部件之后，开始进行装配。装配前，正确分析各个部件在整机中的位置、作用以及相关部件之间的装配关系、运动关系，以保证装配后的整机定位可靠、运动灵活、互不发生干涉。根据部件间的相互关系完成多锤头破碎机工作装置三维实体模型。
2.3.3多锤头破碎机工作装置的运动仿真
多锤头破碎机工作装置的运动主要是依靠举升液压油缸将重锤匀速举起，然后油缸泄荷，重锤在重力的作用下做近似的自由落体运动。多锤头破碎机工作装置每个锤组的运动周期为1.5s，其中上升时间为1s，下落时间为0.5 s。假定举升高度为1m，则上升的速度为1 m/s，下落的加速度为8 m／s2(因为有摩擦力，油缸回油压力等阻力的存在)。工作装置的工作过程分为两段，是一个分段函数，Pro/E里自带的斜坡函数，正、余函数，摆线、抛物线、多项式等函数都无法满足要求。而采用位置表能够根据理论计算确定锤头任何时刻的位置，能够比较真实地模拟锤头工作装置的运动。下面取每个锤组的初始位置为零，每个相邻的锤组开启的时间间隔为0.1s，以1#锤组的一个运动周期制定位置（如表1所示）。仿真结果如图3所示。
从图3可以看出：1#锤头的运动曲线与表1相符，1#锤头在忽略与导向轨道之间摩擦力时其上下运动基本上可以看成自由落体，而且锤头上下运动时与周边的锤头不存在运动干涉，也没有因为锤头的上下运动而导致锤架大幅度地振动。可见锤头架结构是一个稳固的整体，锤头架能够承受锤头工作时所带来的冲击力。图3中2根近似于光滑的直线，证明锤头的上下运动灵活，设计方案可行。
2.4实际设计
根据模拟设计方案进行多锤头破碎机工作装置的实际设计。在实际设计过程中，考虑到中国公路的状况，把工作装置设计为6对重为600kg的锤头、两侧各有一对重为850kg的翼锤。翼锤是可拆卸的，满足不同的道路需求；锤头的最大行程是1.1m，破碎高度可根据不同的路面需求调节。考虑到尽量减少重锤下落时能量的损耗，重锤与支撑杆采用帆布带连接，重锤在下落时才近似自由落体，把最大的能量作用在破碎的路面上。
2.5破碎试验
根据多锤头破碎机的工作需求，选择1 km损坏率达50%的路面作为破碎试验路段。经检测，该路面的水泥标号为32.5#，路面强度一般。破碎时锤头下落高度和拉应力的关系见表2。
破碎后，表层碎石粒径最大为7mm，中间层最大粒径为21mm，底层最大粒径为37mm。从表2可以看出锤头的冲击力没有传到路基中，对路基的强度没有造成影响，完全符合碎石化工艺的要求。而且在破碎过程中整机振动比较小，噪音能满足城市道路施工要求，预防碎石飞溅的帷幕起到抑制碎石飞溅的作用，有利于环保。
3、结语
在计算机上进行多锤头破碎机工作装置的三维设计和模拟运动验证初始设计方案是可行的。根据设计方案进行实际设计和生产，从破碎后碎石层粒径来看，其破碎效果完全符合碎石化施工要求，而且整机的运行效果能达到设计要求。
