基本信息
- 项目名称：
- 自控温热气流加热式混凝土路面沥青灌缝机
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品为新型混凝土路面沥青灌缝机。采用热气流加热、高精度温度自动控制、沥青料箱固液两相分开、螺杆泵沥青输出、导向轮引导灌缝操作，可有效防止改性沥青灌缝料因加热不均而焦化变性，缩短工作准备时间，沥青输送流量可调，节约能源与人力成本，灌缝质量稳定可靠，行走操作方便，调整控制简单易行。与当前同类产品综合比较，是一套性价比较高的机电一体化产品，具有明显的技术优势和良好的经济效益前景。
- 详细介绍：
- 1 产品概述 1.1 当前国内外同类产品现状 混凝土路面的伸缩缝沥青灌注，是公路及机场建设中的一个重要工序。目前各地新铺水泥路伸缩缝的填灌作业中，绝大部分都是采用人工加热沥青直接浇灌，不仅劳动强度大，而且作业形象欠佳。另外，由于沥青灌缝设备不到位，没有进行规范的沥青灌缝作业，致使一些伸缩缝中的沥青夏天会熔化被车轮带走，冬天则会硬化断裂而脱离，一般不到一年就已没有灌缝料（沥青），使伸缩缝失去应有功用，直接导致这些路面出现裂缝、唧泥、沉陷、破碎以及板底脱空等病害，造成早期损坏。 纵观目前市场上可供使用的灌缝机，进口机性能较好，但价格昂贵（40～50万元/台）；一些地方用的国产机则容易烧坏灌缝料、操作繁琐、故障率高，其加热方式多采用电热管直接加热、油浴式加热、液化气加热等方式，这些方式往往加热时间长，有的从投料到开始浇灌要一个多小时，特别是改性沥青容易沉淀烧焦，老化变性。所以，研制一种能克服上述国产机缺点、降低工人劳动强度、提高灌缝作业质量和速度，摈弃原始的人工浇灌作业，公路班站用得起且操作简便、性价比较高的灌缝机，使浇灌作业达到事半功倍的效果，也是当前混凝土路面养护迫切需要的。 当前路面进行灌缝的材料多用普通沥青，但也有用改性沥青的。但改性沥青因其整体性能较好，成本相对低廉，耐雨水侵蚀，灌缝质量稳定而越来越多地得到应用。但灌缝料的主要特性是：超过温度限定值会分解，老化变性，更重要的是添加填料在加热过程中因沉淀而局部烧焦，传热慢，浪费能源，且料箱难以清理，浪费材料，更为甚者，焦化后的灌缝料堵塞输送管道，不能清理，导致部件失效，影响工作效率。 1.2 本产品概述 根据对市场的了解，经过与同类产品的对比论证，在参照国内同类产品的基础上，我们团队设计了集“超强热气流加热”、 “料箱固液两相分开”、“螺杆泵介质输送”、“温度自动检测控制”、“导向轮引导灌缝”等功能于一体的机电一体化产品，旨在有效地解决了沥青的“烧焦”、“老化”、“系统启动工作时间长”、“劳动强度大”等一系列的难题。采用PLC控制方式，控制准确可靠，环境适应能力强，操作简便。 它由操控系统、检测系统、加热系统、沥青料箱、行走驱动机构、输送机构及喷洒机构等组成。汽油发电机输出电能，一部分用于控制和电机驱动，大部分电能用于加热管产生热源，空气经风机吸入，通过电加热管进行热交换，再经输送管道接入沥青料箱。热气流先经过料箱底部平行管道，其后经螺杆泵体外环形管道，对料箱内的沥青加热，再经气流喷嘴直接对块状沥青进行预加热，最后流出料箱外。输送机构中的螺杆泵的泵体及内部的输送螺杆采用变导程矩形螺纹。螺杆泵的泵体部位都安装有温度检测点，控制盒中的温度控制器分析泵体检测温度，对电加热管加热电流和风机风量进行控制。 喷洒管与喷嘴的连接为一个球形可换喷洒管接头。可实现导向轮与手持杆沥青输送管路的快速换接。沥青料箱内部设置有块状沥青放置支架，加热气流喷嘴安装在料箱上部管道上，对准块状沥青形成喷射状气流，进行热交换。 车架前端安装有活动导向轮，导向轮截面为梯形，以适应不同缝宽的灌缝需要。活动导向轮所在的导向轮支架与灌缝机构中的灌缝嘴固定。 本新型混凝土路面沥青灌缝机，采用热气流加热、高精度温度传感、温度自动控制、加热沥青固液相分离、螺杆泵沥青输出、导向轮引导灌缝操作，可有效防止改性沥青灌缝料因加热不均而焦化变性，缩短工作准备时间，沥青输送流量可调，节约能源与人力成本，灌缝质量稳定可靠，行走操作方便，调整控制简单易行。 本方案设计采用流线型结构，外形美观，操控方便灵活，工作效率高，灌缝质量稳定。与当前同类产品综合比较，是一套性价比较高的机电一体化产品，具有明显的技术优势和良好的经济效益。 2 产品创新点 2.1 自控温热气流加热方式 现有的灌缝机，其沥青加热方式分为二种，其一是直接加热，利用电热元件或燃油、燃气的加热方式，另一种是间接加热，将前述方式产生的热能直接加热导热油，再通过导热油加热沥青；前者加热效率较低，而且因局部温度过高，很容易将沥青烧焦，且能耗高等缺点；后者则同样存在热效率不高，工作启动时间长，必须增加搅拌部件，且加热不均等缺陷。本产品的加热采用强热气流方式，以空气为传热媒介，实现电热与沥青之间的能量交换。同时，发动机尾气余热，也可直接输入沥青料箱对沥青加热，最大限度节约能源；通过自动温度检测控制，当检测各处温度高于调定值，系统自动切换加热管电源，通过发动运转尾气余热对沥青料箱进行加热。料箱内强热气流“笼罩”在沥青周围，预热固态沥青，增加了沥青的受热面，使沥青快速熔化，实现连续灌注。既节约了能源，又有效解决沥青烧焦变性的难题，保持沥青的固有特性。 2.2 螺杆泵介质输送 同类产品的沥青输送，多采用齿轮泵，存在对物料的颗粒型杂质敏感，且调速范围窄，输出压力波动较大等缺陷。为此，通过我们对比分析，确定采用变导程螺杆式输送泵输送沥青，克服了上述缺点，效果明显。 2.3 固液两相分开料箱 同类产品的加热箱，多为长方形，加热工作方式都是将预投物料全部融化后才开始实行灌缝浇注，启动工作时间长，料箱存在死角，即使增加搅拌机构，也难免引起局部加热温度过高而焦化变性，且热量损失大，不利于节约能源，浪费材料，清理困难等问题。本方案料箱采用双层结构，中间充填保温材料，底部采用流线形结构，块状固体物料在上方与热气流进行热交换，融化的沥青落入箱体下方顺流而下，到螺杆泵的入口。通过物位检测感知物位，当融化沥青的体积能满足连续浇注时即可开始灌缝操作，缩短加热时间，提高工作效率。同时融化料处于螺杆输送泵上方，当浇注进行时，确保所有融化料按先后顺序送出，不致造成填料沉淀烧结，而且螺杆泵本身具备搅拌功能，保证了沥青的成分均匀稳定。 2.4 多点温度检测控制 设置两处温度监测点，其一设在料箱底部螺杆泵泵体处，对熔化的沥青温度进行监控，并由此控制螺杆泵的运转状态。另一检测点设在灌缝嘴出口处，两处温度检测信号均经由智能温控仪送入中控单元，由驱动系统控制加热棒和伴热带的运行。只有当两处温度都在设定参数以内，系统才允许灌注操作，最大限度提高能源的利用率。 2.5 导向轮机构引导灌缝 目前国内使用的灌缝设备都是采用手持式操作杆，人工操作灌缝，操作者劳动强度比较大。本作品车架前端安装有引导导向轮，导向轮所在的导向轮支架与灌缝机构中的喷嘴固定，导向轮嵌入路面清理好的缝隙中，引导喷嘴沿缝隙移动，进行沥青浇注。省去了喷洒操作杆，整个设备可由一人操作，节约人力成本，降低了操作者的劳动强度。 从当前来看，从燃油与用电两方面比较，油价相对昂贵，考虑到用户生产的实际需要，当有外接电源时，设计了市电（AC220V 50Hz 4kW）的输入接口。从产品的人性化出发，考虑到局部补缝和不规则缝的灌注需要，配备了手持式操作杆，将螺杆泵的启动按钮切换到手持式操作杆上，提高了设备的操作灵活性。除此之外，本产品也充分保留了其他的产品的优点，具有自行走功能、坡位刹车等功能。 3 产品部件及描述 本系统的基本结构包括汽油发电机、电控系统、温度检测控制系统、沥青料箱、风机、加热管、螺杆泵及驱动电机、导向机构、行走机构及其他附件等。 3.1 汽油发电机（电启动式）。 型号：HONDA 5000-A；额定电压：220V；额定频率：50Hz； 额定输出：4.0kW；最大输出：4.5kW；功率因素： 1 3.2 变导程螺杆泵 （1）为了增加螺杆泵体的伴热效果，泵体安装在料箱的内部底边，两端伸出料箱壁，便于螺杆驱动和沥青输送管道的对接。用热气流管道缠绕泵体周围，既保证了螺杆泵能快速升温，也确保机器启动时，料箱底部的沥青存料能快速融化，也能对融化后流到泵体出口处的沥青进行保温。 （2）为了改善沥青的输送效果，经分析，采用变导程等牙厚螺杆作为输送核心零件。通过试验对比，变导程螺杆更能够迅速形成压力，且输出压力相对恒定。 （3） 快速换接头。快速接头的原理是利用注塑机的灌缝嘴与浇口套的工作原理基础上设计的，通过光滑的凸球面半径SR1与凹球面半径SR2、以及连接处管径d1与d的细微差别，达到良好的密封效果，实现软管的快速换接。 3.3 沥青料箱 沥青料箱是关键部件。料箱壁采用双层，内部充填保温材料，便于降低热量散失，节约能源。 3.4 风机 风机风量可调，通过控制面板上的旋钮实现。 3.5 加热管 流动的热空气是沥青的热交换介质。三根1000W的电阻丝均匀嵌在瓷芯的狭槽中，作为发热主体。风机输送的空气经过管道，以垂直的角度进入加热管壁与加热瓷芯的周围缝隙，形成环流，最大限度地实现能量交换，形成温度高达140℃以上的高温热气流。 3.6 导向轮机构 导向轮的主要作用，是代替手持式操作杆。通过两个导向轮嵌在清理好的路面缝隙中，引导喷嘴进行沥青浇注。它具备如下几个动作特点： （1）考虑到缝隙不平直的情况，两轮能在前进方向做一定角度的摆动，通过安装在支承套内部的扭转弹簧复位； （2）通过一平行四边形机构和弹簧，实现导向轮的提升和放下； （3）由于驱动轮推动整机前进过程中，前进方向与浇注缝隙总会存在偏差，这样将在导向轮上作用很大的横向力，导致机构损坏。为避免这一情况发生，通过一横向滑轨和复位弹簧，实现整个导向轮机构的横向位移自适应调整。 3.7 行走电机和螺杆泵驱动电机 均采用直流电机，主要目的是考虑调速性能，无论是行走机构还是螺杆泵的转速输出，都要求驱动电机具备较大的调速范围，并且在低速运行时要有较大的输出转矩。 3.8 温控器 用于泵体和喷嘴处的温度显示和检测。 3.9 主控电路板 所有电气元件全部安装在主控电路板上，并且安装在控制箱内，考虑到野外施工，控制箱的防护等级按IP54要求设计。 3.10 沥青输送管及伴热线 螺杆泵输出沥青，经过管道输送到喷嘴。其间连接软管很短，但是同样必须考虑伴热，确保喷嘴处的浇注温度，也保证在机器重启使用时管道存料能快速融化，达到免清理的效果。目前市场上的输送管道都不甚理想。我们设计的喷洒管采用硅橡胶，在管子表面均匀开设四条槽，再用伴热线嵌入其中，温升迅速，伴热效果很好，并且管道柔软，绑扎十分方便，远优于目前常规的喷洒管。 3.11 喷嘴 安装在导向轮机构上，另一端接沥青输送软管，大端口径φ12 mm ，小径φ6 mm，输出孔径φ4mm，以适应6 mm以上灌缝的需要。喷嘴处通过热处理提高硬度，增加耐磨性。 4 产品主要技术参数 表1产品主要技术参数 部 位 项 目 参 数 整机 外形尺寸 900500×900mm 空机重量 150kg 满荷重量 195 kg 前驱动轮跨距 540mm 后万向轮跨距 400mm 最大行走速度 15km/h 喷嘴出口压力 0.25Mpa 最大流量 3.5L/min 最大灌缝速度 3m/min 设计灌缝规格 6 mm≤宽度≤15mm，深度＞20mm 最低浇注环境温度 10℃ 料箱体积 40L 开始灌注体积 约3L 最大行走速度 0--167 rpm 5 产品技术可行性分析 5.1 当前灌缝机使用的灌缝料分析 目前水泥路面灌缝料有两种，一是普通沥青加混合料，另一是聚合物改性沥青。聚合物改性沥青由于可以提高和改善路面使用性能而得到广泛应用，其中SBS 改性沥青以其优异的高、低温性能以及无与伦比的弹性性能得到业界广泛认可，是目前国内发展潜力较大的灌缝料之一。 改性沥青的优良性能来源于它所添加的改性剂，这种改性剂在温度和动能的作用下不仅可以互相合并，而且还可以与沥青发生反应，从而极大地改善了沥青的力学性质，犹如在混凝土中加了钢筋。改性沥青的优点： （1）耐高温，抗低温，透水性好，适应性强； （2）韧性好，抗疲劳，增大路面承载能力； （3）抗水、油和紫外线辐射，延缓老化； （4）性能稳定，使用寿命长，降低养护费用。 但灌缝料的主要特性是：超过温度限定值会分解，老化变性，更重要的是添加填料在加热过程中因沉淀而局部烧焦，传热慢，浪费能源，料箱难以清理。本作品采用热气流加热方式，沥青在加热料箱中“固液两相”分开，融化料在料箱中存留时间短，兼严格的温度控制和螺杆泵的搅拌作用，可有效保持改性沥青的各项性能。因此，本作品既适用于普通沥青灌缝料，尤其适用于改性沥青，更显示出它的优势。 5.2 加热功率核算 5.2.1 灌缝机各项极限条件下，灌缝融化沥青最大需求量V1： （1）灌缝极限低温按10℃计算； （2）灌缝最大深度按20 mm计算； （3）最大灌缝度宽按15 mm计算； （4）最大灌缝速度按15m/min计算。 从上述极限条件，可以得出，灌缝最大沥青流量： V1=0.2×0.15×15=0.45L/min； 5.2.2 1L/ min的最大沥青需求量全部融化到140℃所耗热量Q1： 本产品热气流加热来自两个方面：一是加热管产生的热气流，这是主要方面；另一方面是发动机尾气余热，这是次要的。本核算仅以加热管所提供的热量进行计算，尾气余热暂略。 在极限环境温度10℃，1标准大气压下，设将1L沥青全部融化并且温升到灌缝所需140℃。以此计算，实际每分钟不间断加热时间所需要的热量为Q1。由于液态沥青的比热容C沥青=1.34KJ/KG.℃，固态为1.67 KJ/KG.℃，为简化计算，取中间值1.5 KJ/KG.℃。ρ沥青=1.09×103 KG/m3； Q1=C沥青mΔT=1.5×1×10-3×1.09×103×（140-10） =212.55 KJ/min； 5.2.3 校核3kW电加热管的功率： （1）3kW加热管1分钟提供的热量为Q2 Q2=3600 KJ×3/60=180 KJ； 说明：1kW/h=3600 KJ。 （2）设电阻丝的热效率η1为70%，加热管中空气与电阻丝交换的热效率η2为85%，料箱内部热气流与沥青的热交换效率η3为70% ，则加热管总的热效率为： η= η1 ×η2× η3=70%×85%×70%=41.6%； （3）料箱中1分钟能产生的液态沥青为V2 V2= Q2×η/Q1=180×41.6%/ 212.55 =0.35L/min 5.2.4 机器正常启动工作时间t； 根据风机风量与沥青的融化速率关系，结合热气流温度--时间曲线（试验结果），综合样机实测数据，可知： （1）系统启动后，温升到达140℃以上时，需要t1=6分钟左右； （2）融化5升沥青所需要的时间为t2=5/0.35=14分钟。 由计算可知，系统正常启动工作时间约为： t= t1 +t2=20分钟。 5.2.5 若以常规缝宽6mm，深度20mm计算，连续灌缝所需要的沥青流量为V3： V3=0.06×0.2×15=0.18L/min； 依据上述计算，料箱内沥青融化速度为V2=0.35L/min，显然V2＞V3，系统能连续进行浇注操作。从实际情况而言，料箱底部没有必要存留5升液态沥青后才开始灌缝操作，为提高生产效率，设备实际启动操作时间可以大大提前。 计算结论:加热功率足够。 5.3 电气控制系统框图 本作品中央控制系统采用中央控制单元，将采集的各种信号进行集中处理，输出控制信号。 5.3.1 保证沥青灌缝机高效、正常工作。 其关键工作要求是：沥青加热的温度必须得到有效控制。既使其始终保持在最佳灌注温度范围，也必须防止加热过程中因局部原料升温过高而产生焦化。 本系统设置两处温度监测点，其一设在料箱底部螺杆泵泵体处，对熔化的沥青温度进行监控，并由此判断螺杆泵的运转状态。另一检测点设在喷嘴出口处，两处温度检测信号均经由智能温控仪送入中控单元，由驱动系统控制加热棒和伴热带的运行。只有当两处温度都在设定参数以内，系统才允许灌注操作。 5.3.2 灌注沥青流量必需可调。 根据灌缝操作的实际要求，为适应灌注不同伸缩缝的宽度和深度需要，本控制系统对螺杆泵输出流量的控制由操作者掌控，灌缝流量分为高、中、低三档可调。 5.3.3 行走控制采用独立模块。 整体设备能有效地调节整机行走速度，行走电机采用无级变速驱动，整机行进速度在0-15km/h之间可调。灌缝操作时速度约为正常步行速度，断电后亦可人工推动行走。 5.3.4 工作流程 （1）系统加电后处于待机状态。行走机构可随时工作。 （2）按下启动按钮，系统进行各项数据检测，包括螺杆泵、喷嘴温度和料箱液位等。如温度低于设定值，则分别启动各处加热装置加热升温。当温度达到浇注灌缝允许温度后，允许螺杆泵启动进行灌缝作业。当温度高于改性沥青加热最高允许温度后，立即停止相关部位加热，使改性沥青不至于产生过热变性的系列问题。 （3）当进行灌缝作业时，操作者根据实际伸缩缝宽度、深度，先设定螺杆泵转速，再开动行走机构，注意观察导向轮、喷嘴运行情况，随时调整行进速度，保证伸缩缝灌密、灌满。 （4）当停止灌缝作业时，按下停止按钮，螺杆泵及各加热装置停止运行，风机继续运转三分钟后停机。行走机构不受此控制。 （5）当灌缝作业时，如料箱液位低于设定值，操作面板上“液位”指示灯会闪烁报警，此时如操作者及时往箱中加入原料，或者操作者认为箱中余料可供此次作业完毕，则需在15秒内按下“解除”按钮，则系统可继续灌缝作业。否则，15秒后，系统保护停车。 6 产品市场分析 6.1 产品市场分析与方向预测（PEST） 6.1.1 政策环境分析 《国家高速公路网规划》目标中规划，到2020年我国将建成8.5万公里高速高速公路，目前还剩3.11万公里没有建成，预计大部分未建成高速公路将提前到2009-2013年建成，估算3万亿元将用来投资高速公路建设，年均6000亿元；9500亿投在国道和省道建设上，年均1900亿元；9500亿元在农村公路建设上，年均1900亿元。 从投资规模来看，去年我国1～7月完成交通固定资产投资3707.3亿元，其中，公路建设完成3028.1亿元。 由此可知，中国公路建设是我国社会主义现代化建设的一项巨大工程，以沥青和水泥路面为主的公路建设规划，为混凝土路面灌缝机的生产与应用提供了良好的政策支持与外部环境。 6.1.2 经济环境分析 2008年底由美国引发的金融危机，几乎全世界各国各地区都受到严重冲击，中国虽然也受到严重影响。但整体看来，中国的经济环境还是相对稳定的。 近年来，投资对经济增长的贡献率一直比较高。据专家测算，每100元投资可带动约57元消费。同时，高速公路四通八达后，还可带动汽车消费，促进旅游业和物流业的大发展。在带动国内生产总值增加方面，据交通部专家测算，高速公路投资与经济增长的相关比例为1:3，投入1800多亿元建设高速公路，那就意味着可带动ＧＤＰ增加5400多亿元。因此，对公路的投资是国家经济投资中的重中之重。 国家对公路建设行业的投资巨大，由此可知，稳定、乐观的经济环境和行业背景，为灌缝机的生产与使用提供了良好的契机和条件。 6.1.3 技术环境分析 目前各地新铺水泥路伸缩缝的填灌作业中，绝大部分都是采用人工加热沥青直接倒（灌）入，不仅工作人员劳动强度大，工作效率低，而且浇灌质量低，缝隙中的沥青夏天易熔化被车轮带走，冬天则会硬化断裂而脱离，一般不到一年就已没有灌缝料（沥青），使伸缩缝失去应有功用；另外，在正常的水泥混凝土路面伸缩缝养护中，由于投入资金不足，因填缝材料选用欠妥，或清、灌缝设备不到位等，没有进行规范的沥青灌缝作业，致使一些伸缩缝失养，直接导致这些路面出现裂缝、唧泥、沉陷、破碎以及板底脱空等病害，造成早期损坏。 为了改善工人劳动强度、提高灌缝作业质量和速度，摈弃原始的人工浇灌作业，用灌缝机代替人工可使灌缝作业起到事半功倍的效果。纵观目前市场上可供使用的灌缝机，或是性能较好但价格昂贵的进口机（40～50万元/台）；或是目前国内一些地区在用的容易烧坏灌缝料、操作繁琐、且故障率高的国产机。所以，研制一种能克服上述国产机缺点、公路班站用得起且操作简便、性价比较高的灌缝机，是当前水泥混凝土路面建设迫切需要的。 6.2 产品经济效益分析预测 6.2.1 产品综合效率市场预测 通过对本产品与其他两类产品的综合效益对比，可知本产品的综合效益水平明显高于国产同类产品，并略低于价格昂贵的进口产品。本新型灌缝机价格合适、公路班用得起；操作灵活快捷，与同类产品综合比较，是一套性价比较高的机电一体化产品。有着较强的市场竞争力和经济效益。 6.2.2 产品成本预测产品生产制造成本构成如下： 1）原材料、配件成本：2万左右 ； 2）人员工资：1万左右； 3）产品制造成本：2万左右； 成本合计： 5万。 6.2.3产品售价对比图形如下： 国外先进进口机售价：40-50万； 同类国产机售价：4-7万； 本机预算售价：7万左右。 6.2.4 产品利润预算 （产品增值成本：产品后期推广费用、产品营销费用、产品包装费用、增值税收等） 产品利润=售价–产品原材料成本–人员工资-产品制造成本-产品增值成本= 17000元/台。 6.3产品产业化可行性分析 实现产品产业化主要从以下几种方式考虑： 6.3.1学生自主创办企业 1、大学生创业政策支持 根据人力资源部和社会保障部统计资料显示，全国普通高校2009届毕业生已达到611万人，同时近两年未就业毕业生都直接导致了大学生就业与创业的困难及压力的产生。现在全国多个省、市都公布或已经实施了扶持大学生自主创业的政策措施。如湖南省的具体实施方法具体在于：小额贷款、贴息政策和行政收费优惠等。为许多大学生照亮了自主创业之路。 目前大学生创业贷款政策处于优惠多，落实难的境况。在大学生创业中，如果大学生申请贷款没有良好的担保，就很难获贷的。 6.3.2大学生创业技术保障 大学生在校期间得到各方面的指导和教育，理论知识丰富及其创新设计理念新颖。但是，理论与实践始终存在着一定的差距、没有将理论与实际紧密的结合起来，而且缺乏必要的技术工艺和实践经验。然而，大学生在创新、创业方面更富有激情，全身心的投入到技术攻坚中。 6.3.3大学生创业风险分析 国家政策为大学生创业提供了一个良好的环境及其引领着大学生走向成功。国家政策在为学生创业过程中提供创业小额贷款和担保意义不大，因为银行不愿意贷款给学生创业的公司这样规模小、风险大、还贷能力弱的企业；而在投资方式上，作为大学生，没有一定的物资基础，资金有限，只能利用专利、专业技术或者高新技术成果等无形资产进行投资，并且多数创业者都是由技术人员向管理和经营人员转化的；此外，大学生在创业的有关知识、实际创业经验、心理素质及创新能力和一定的资金基础这五方面都非常欠缺。 由此可知，大学生在创业过程中存在许多难题。主观上，大学生社会阅历尚浅，对市场信息把握不准，创业理念没有与社会实质问题结合起来。客观上，大学生没有一个统观全局思维模式，一些客户对创业大学生抱怀疑态度，大学生的创业能力正在得到社会的认可。 （二）企业单独实现产品产业化 本项目实现产品产业化的企业主要以中小企业为主。 1、政府对中小企业的政策支持 （1）放宽和规范市场准入，改善创业环境，加快垄断行业改革； （2）改进金融服务，推进信用制度建设，拓宽直接融资渠道； （3）支持技术创新和人才开发，提高中小企业创业创新积极性； （4）健全中小企业社会化服务体系，建立监测体系，及时发布产业政策、发展规划、投资重点和市场需求等信息。 2、企业单独产业化的利弊关系 （1）经营条件较成熟稳定； （2）各种资源的供应条件较完善； （3）销售渠道畅通，物流系统完善； （4）能够从银行获得贷款，项目筹资融资渠道已不成问题； （5）技术设计团队不够完善； （6）设计理念不够新颖； 6.3.3 企业发展目标 企业要在激烈的市场竞争中取得竞争优势和市场占有率，就必须不断提高自身的市场竞争力。而科学技术是促进生产力发展,提高社会劳动生产率的最重要因素。目前,企业之间的竞争异常激烈和白炽化,但这种竞争在很大程度上就是企业之间在技术力量,技术水平方面的较量与角逐,伴随当代科学技术的进步和高新技术的迅猛发展,未来企业的生存与发展,将越来越依赖于技术进步和技术发展,越来越依靠于企业技术创新的能力和速度。企业只有通过技术进步，不断采用新技术、新工艺、新设备,努力更新并发展新产品,才能不断提高经济效益，增强竞争能力,适应知识经济发展的要求。 6.3.4校企联合实现产品产业化 就上述两种方案而言，学生自主创业缺乏资金、经验以及经营理念。企业单独实现产业化其弊端在于：没有良好的设计团队以及新颖的设计思维模式。如果将两者融合在一起各取所长避其所短，更加能将产品产业化。 1、校企结合模式的优势 （1）与企业合资，可降低学院对项目的投资风险； （2）可促进项目产品商业化，也就是产业化； （3）可优化教学模式，提高教学质量与水平； （4） 学院具有较高层次的技术优势，可支持企业的技术创新； （5）有效的解决企业设计团队问题； （6）提高企业的创新能力； （7）降低双方风险系数。 6.3.5 学院实现产品产业化的不足 学院虽然采取产学教相结合的模式，与企业进行合资研发、生产以及市场推广，在一定程度上降低了产品的投资风险，但是，因产品产业化需要的投资金额巨大，额资金投入和项目筹资融资渠道仍然存在问题。 综上所述，新技术的引入可使企业在市场竞争中取得竞争优势。所以，新型灌缝机新技术的引入一方面可使企业在市场在竞争中获得优势，另一方面又为企业的可持续发展奠定了基础。因此，我们这个项目的产业化，走的是技术整体转让、企业单独实现产品产业化的路子。
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设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 一、设计目的： 在水泥公路和机场建设中，沥青灌缝是一道必不可少的工序，灌缝质量的好坏直接影响着路面的寿命长短。 现有的灌缝机，其沥青加热方式分为二种，一种是直接加热方式，另一种是间接加热方式。上述两者都存在加热效率较低、加热不均匀、结构较复杂等缺陷。本设计就是为解决上述国产机缺点、改善工人劳动强度、提高灌缝作业质量和速度、操作简便、性价比较高等问题而进行的新型灌缝机设计。 二、基本思路： 利用温度可控热气流对沥青进行加热，辅以自动检测、加压传送和可控行走技术，以满足灌缝沥青性能的要求，实现设计目的。 三、技术关键： 结合市场情况，类比同类产品的基础上，我们团队设计了集“超强气流加热”、 “料箱固液两相分开”、“螺杆泵介质输送”、“温度自动检测控制”、“导向轮引导灌缝”等功能于一体的自动控制系统，旨在有效地解决了沥青的烧焦、老化、系统启动工作时间长、劳动强度大等一系列的难题。 四、主要技术指标： 外形尺寸 900500×900mm 空机重量 150kg，满荷重量195 kg 前驱动轮跨距540mm，后万向轮跨距400mm 最大行走速度15km/h，喷嘴出口压力0.25Mpa 最大流量3.5L/min，最大灌缝速度3m/min 设计灌缝规格6 mm≤宽度≤15mm， 深度 ＞20mm，料箱体积40L
科学性、先进性
- 1、热气流加热方式。本产品采用独创的沥青可控热气流直接加热技术，同时利用发动机尾气辅助加热，以最大限度提高整机效率。 2、螺杆泵介质输送。通过类比分析，采用变导程螺杆式输送泵输送沥青，克服了存在对物料的颗粒型杂质敏感，且调速范围窄，输出压力波动较大等缺点。 3、料箱内沥青固液两相分开。料箱底部采用流线形结构，块状固体物料在上方与热气流进行热交换，融化的沥青落入箱体下方顺流而下到螺杆泵的入口。通过物位检测感知物位，当融化沥青的体积能满足连续浇注时即可开始灌缝操作，缩短加热时间，提高工作效率。 4、多点温度检测控制。设置料箱底部螺杆泵泵体处和喷嘴出口处两处温度检测点。只有当两处温度通过自动调节都在设定参数以内，系统才允许灌注操作，最大限度提高能源的利用率。 5、导向轮机构引导灌缝工作。车架前端安装引导导向轮，引导喷嘴沿缝隙移动，进行沥青浇注。
获奖情况及鉴定结果
- 本作品在湖南省2009年5月举办的《加强自主创新，建设创新型湖南》科技活动周上参展。
作品所处阶段
- 中间试验阶段
技术转让方式
- 技术、图纸、专利整体转让
作品可展示的形式
- 实物、产品，图纸，现场演示，图片。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 一、本产品操作简单，灵活，使用劳动强度低，节能环保，可靠性高，维护维修方便；应用于水泥路面及水泥路基和机场建设的沥青灌缝，能很好的满足应用技术要求。 二、本作品的技术特点和优势。见前述《作品的科学先进性》描述。 三、在刚刚闭幕的十七届三中全会通过的《中共中央关于推进农村改革发展若干重大问题的决定》提出：要确保“十一五”期末基本实现乡镇通油（水泥）路，进而普遍实现行政村通油（水泥）路，逐步形成城乡公交资源互相衔接、方便快捷的客运网络。根据《国家高速公路网规划》目标，到2020年我国将建成8.5万公里，目前还剩3.11万高速公路没有建设，预计大部分未建设高速公路将提前到2009-2013年建设，估算3万亿元将用来投资高速公路建设；9500亿投在国道和省道建设上；9500亿在农村公路建设上。从以上数据表明，道路建设投资规模不断扩大，研发、提升具有技术含量、符合节能环保要求的路面建设设备，有着广阔的市场前景。 四、通过市场需求调查和经济分析，本产品约7万元一台，年产值超过500万。
同类课题研究水平概述
- 混凝土路面伸缩缝沥青灌注，是公路和机场建设中的一个重要工序。目前各地新铺水泥路伸缩缝的填灌作业中，绝大部分都是采用人工加热沥青，直接浇灌，不仅劳动强度大、而且作业形象欠佳,另外，由于清、灌缝设备不到位等，没有进行规范的清、灌缝作业，致使一些伸缩缝中的沥青夏天会熔化被车轮带走，冬天则会硬化断裂而脱离，一般不到一年就已没有灌缝料（沥青），使伸缩缝失去应有功用，直接导致这些路面出现裂缝、唧泥、沉陷、破碎以及板底脱空等病害，造成路面早期损坏。 当前路面灌缝多用普通沥青，也有用改性沥青。但最好的是改性沥青，因其成本相对低廉，耐雨水侵蚀，灌缝质量稳定而越来越多地得到应用。但灌缝料的主要特性是：超过温度限定值会分解，老化变性，更重要的是添加填料在加热过程中因沉淀而局部烧焦，传热慢，浪费能源，料箱难于清理，浪费材料，更甚者焦化堵塞输送管道，不能清理，导致部件失效，影响工作效率。 纵观目前市场上可供使用的灌缝机，进口机性能较好但价格昂贵（40～50万元/台）；一些地方用的国产机容易烧坏灌缝料、操作繁琐、故障率高。其加热方式多采用电热管直接加热、油浴式加热、液化气加热等方式，这些方式往往存在加热时间长，有的从投料到开始浇灌要一个多小时，特别是改性沥青容易沉淀烧焦，老化变性。所以，研制一种能克服上述国产机缺点、减轻工人劳动强度、提高灌缝作业质量和速度，摈弃原始的人工浇灌作业，公路班站用得起且操作简便、性价比较高的，既能适用普通沥青，也能使用改性沥青的灌缝机，可起到事半功倍的效果，是当前水泥混凝土路面建设和养护所迫切需要的。
