一种全自动喷射式路面坑槽修补车技术领域
本发明属于沥青路面养护机械领域，涉及路面病害修补设备，具体涉
及一种全自动喷射式路面坑槽修补车。
背景技术
根据修补工艺的不同，沥青路面坑槽损坏的修补方法分为挖补法、填
料法、喷射法、热再生法四种方式。挖补法所需操作人员及施工机械都较
多，存在施工复杂，费用高的问题。填料法是一种临时性坑槽修补方法。
热再生法可对旧料进行就地再生利用，减少了资源浪费，修补时不受气候
变化影响，但是旧沥青有被烤焦的危险，并且修补效率有待提高。相比之
下，喷射式修补方式具有快速、绿色环保、修补可靠的优点，并且可用于
凹陷、裂缝填封、封层、罩面等预防性养护作业中。
然而现有的喷射式坑槽修补机的修补作业主要依靠操作人员的经验，
比如美国的ROSCO、TotalPatcher、Bergkamp，英国的Velocity等公司，
其生产的修补机分为拖挂式、底盘车安装式和自行式三种类型，即使是最
为先进的自行式修补机自动化程度仍不高，从检测坑槽到修补作业都离不
开操作员的判断和干预。
随着三维扫描技术和计算机技术的发展，三维重建得到了越来越广泛
的用途，举凡工业设计、瑕疵检测、逆向工程、机器人导引、地貌测量、
医学信息、生物信息、刑事鉴定、数字文物典藏、电影制片、游戏创作素
材等等都可见其应用。在路面病害检测领域，结构光、kinect等三维检测
技术也得到了快速的发展，可快速获取坑槽三维坐标、面积、体积等三维
信息，评估路面损坏状况，为坑槽修补提供数值依据。
为此，采用喷射式修补技术，结合三维重建设计一种快速、高精度、
全自动的坑槽修补机是目前路面养护领域所需要迫切解决的问题。
发明内容
针对现有喷射式坑槽修补机自动化程度不高、主要依靠修补人员经验
判断和干预、修补精度不高的缺点，本发明的目的是提供一种全自动喷射
式路面坑槽修补车，能在三个空间方向内进行作业位置的调整，代替了人
工作业，解决了人工作业工作量大和工作效率底下的问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：
一种全自动喷射式路面坑槽修补车，包括底盘车，在底盘车上设置车
架底板，车架底板上设置储料总成、臂架总成、输料总成和位置调节总成，
其中：
储料总成包括设置于车架底板前部的乳化沥青储罐、设置于车架底板
中部的集料储罐和设置于集料储罐下部左侧的导热油箱，集料储罐的下部
设置有下料斗；
位置调节总成包括平面转动部件和轴向伸缩部件，臂架总成通过平面
转动部件安装在车架底板上，通过平面转动部件调节臂架总成在平面内进
行转动；
输料总成包括集料输料管和与集料输料管沿垂直方向连通的竖向伸缩
输料管，集料输料管通过轴向伸缩部件并列安装在臂架总成上，轴向伸缩
部件带动臂架总成和集料输料管一起沿轴向进行伸缩运动，竖向伸缩输料
管可沿竖向进行伸缩。
具体的，其特征在于，所述的轴向伸缩部件包括液压油缸总成，臂架
总成、液压油缸总成和集料输料管依次沿轴平行方向设置；
液压油缸总成包括沿轴平行方向嵌套设置的多个液压油缸，集料输料
管包括沿轴向依次套设的多个节管，臂架总成包括沿轴向依次套设的多个
节臂；
液压油缸的数量比节臂的数量少一个，除第一节节臂外，其他节臂均
与一个液压油缸的活塞端固接，且与第一节节臂相距最远的液压油缸还与
集料输料管的最后一段节管固定连接。
更具体的，所述的集料输料管的多个节管的管径依次增大。
优选的，所述的轴向伸缩部件包括液压油缸总成，臂架总成、液压油
缸总成和集料输料管依次沿轴平行方向设置；
液压油缸总成包括沿轴平行方向嵌套设置的第一液压油缸和第二液压
油缸，集料输料管包括沿轴向依次套设的第一节管、第二节管和第三节管，
臂架总成包括沿轴向依次套设第一节臂、第二节臂和第三节臂；
第一液压油缸的活塞端与第二节臂固定连接，第二液压油缸的活塞端
与第三节臂的固定连接，同时第二液压油缸还与第三节管固定连接。
优选的，所述的第一节管、第二节管和第三节管的管径依次增大。
具体的，所述的集料输料管的第一节管与集料储罐下部的下料斗之间
通过聚乙烯波纹管连接；
具体的，所述的竖向伸缩输料管与集料输料管依次通过弯管接头和导
向管连通，导向管的管径大于竖向伸缩输料管的管径；
竖向伸缩输料管外沿轴平行方向设置伸缩气缸，通过伸缩气缸的伸缩
控制竖向伸缩输料管在导向管内的伸缩运动。
进一步的，在竖向伸缩输料管的底端还设置混合喷嘴，混合喷嘴包括
接料管体，在接料管体外依次同轴套设乳化沥青腔和导热油腔，在接料管
体与乳化沥青腔的结合处设置乳化沥青环槽型出口用于连通接料管体与乳
化沥青腔。
具体的，所述的平面转动部件包括设置在车架底板上的臂架转台支座、
齿条、齿轮和转动电机，转动电机与臂架总成固定连接，转动电机带动臂
架总成、输料总成和轴向伸缩部件一起沿齿条进行平面移动。
更进一步的，在车架底板的尾部还设置路面检测总成，路面检测总成
包括检测装置支撑架、设置于检测装置支撑架前方的结构光源、设置于检
测装置支撑架后方的相机和监控摄像头；检测装置支撑架活动式安装在车
架底板的下方。
还有，所述的车架底板下设置固定槽，在固定槽内设置滑轨，检测装
置支撑架横截面状为T型构件，检测装置支撑架安装在车架底板下方的固
定槽内并沿滑轨进行前后滑动。
本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：
(1)本发明可完全代替人工作业，大幅提高坑槽修补质量，加快养护
工程进度，解放劳动力，具有效率高，质量好等优势，适用于各种等级的
沥青路面坑槽病害的修补工作,填补了采用喷射式修补工艺且基于三维重
建技术具有高精度同时能够实现全自动化的坑槽修补机械领域的空白；
(2)本发明的全自动坑槽修补车，集道路检测与坑槽修补作业于一体，
不仅可以在行车中自动检测路面病害，在不中断交通的情况下，采用喷射
式修补技术对坑槽、凹陷智能修补；同时，还可以针对路面抗滑性、平整
度、防水性的下降进行罩面作业，密封和延长被磨损的常规修补后的路面
的使用寿命，修补后即可开放交通。除此之外，还可对边缘破损和防滑带
损坏进行修复；
(3)本发明的全自动坑槽修补车最大行走速度为60km/h，可快速检测
路面病害；最大载料量为10吨，可修补坑槽数量多；适用最大修补范围为
2000mm×160°扇形区域内的不规则边界坑槽病害，修补范围大。本发明
可完全代替人工作业，大幅提高坑槽修补质量，加快路面养护工程速度，
解放劳动力，具有效率高，质量好等优势，填补了采用喷射式修补工艺且
基于三维重建技术具有高精度同时能够实现全自动化的坑槽修补机械领域
的空白。
附图说明
图1是本发明的全自动喷射式路面坑槽修补车的立体结构示意图；
图2是本发明的全自动喷射式路面坑槽修补车的正视图(未画出导热
油箱)；
图3是图1的局部放大图；
图4是车架底板的结构示意图；
图5是车架底板的仰视结构示意图；
图6是混合喷嘴的正面剖视图；
图7是混合喷嘴的俯视图；
图8是本发明三维重建修补流程图；
图中各标号表示为：
1-底盘车、2-车架底板、21-臂架转台支座、22-齿条、23-齿轮、24-
转动电机、25-脚梯、26-固定槽、27-滑轨、3-储料总成、31-乳化沥青储
罐、32-集料储罐、33-导热油箱、4-路面检测总成、41-结构光源、42-相
机、43-监控摄像头、5-臂架总成、51-第一节臂、52-第二节臂、53-第三
节臂、54-工作架、6-输料总成、61-集料输料管、610-第一节管、611-第
二节管、612-第三节管、613-弯管接头、614-导向管、62-导热油进油管、
63-竖向伸缩输料管、630-混合喷嘴、6300-导热油腔、6301-导热油进口、
6302-导热油出口、6303-乳化沥青腔、6304-集料进口、6305-混合物料出
口、6306-乳化沥青环槽型出口、6307-乳化沥青进口、631-第一气缸、632-
第二气缸、64-导热油回油管、65-乳化沥青输料管、7-液压油缸总成、71-
第一液压油缸、72-第二液压油缸；
以下结合附图对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下
具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保
护范围。
实施例1：
遵从上述技术方案，如图1-7所示，本实施例给出一种全自动喷射式
路面坑槽修补车，包括底盘车1、车架底板2、储料总成3、路面检测总成
4、臂架总成5、输料总成6和液压油缸总成7，其中：
底盘车1上有通过螺栓连接的车架底板2，车架底板2的前部放置储料
总成3，车架底板2的后部放置路面检测总成4、臂架总成5、输料总成6
和液压油缸总成7，路面检测总成4设置在车架底板2下，车架底板2上由
下到上依次设置臂架总成5、液压油缸总成7和输料总成6，臂架总成5、
液压油缸总成7和输料总成6的轴向平行，液压油缸总成7能带动臂架总
成5和输料总成6沿轴向进行前后的伸缩运动，臂架总成5、液压油缸总成
7和输料总成6能在车架底板2上整体进行平面转动；
优选的，底盘车1选用带有取力器的卡车底盘，具体的，底盘车1带
有发电机组、蓄电池、空气压缩机、气压泵和液压泵，为各个部件的工作
提供动力来源；
车架底板2包括平板、外延挡板、臂架转台支座21、齿条22、齿轮23、
转动电机24、脚梯25、固定槽26和滑轨27，平板边缘焊接有外延挡板，
平板后方焊接有臂架转台支座21及齿条22，与齿条22咬合的齿轮23和带
动齿轮23转动的转动电机24，转动电机24与臂架总成5固定连接，带动
臂架总成5、液压油缸总成7和输料总成6一起沿齿条22进行平面转动，
齿条22为弧状的条形结构；平板两侧焊接有脚梯25，平板下方焊接有固定
槽26，固定槽26内设置滑轨27；固定槽26两侧有对称布置的四个连接板，
通过螺栓连接车架底板2与底盘车1；
具体的，储料总成3包括设置于车架底板2前部的乳化沥青储罐31、
设置于车架底板2中部的集料储罐32和设置于集料储罐32下部左侧的导
热油箱33，集料储罐32的下部设置下料斗；
具体的，臂架总成5包括同轴套接的第一节臂51、第二节臂52和第三
节臂53，三个节臂之间依次嵌套并可以相互滑动，液压油缸总成7包括第
一液压油缸71和第二液压油缸72，第一液压油缸71的活塞端部铰接在靠
近第三节臂53的第二节臂52端上，用于实现第二节臂52的伸缩，第二液
压油缸72的活塞端铰接在第三节臂53的远离第二节臂52的端外，用于实
现第三节臂53的伸缩；
输料总成6包括集料输料管61、导热油进油管62、竖向伸缩输料管63、
导热油回油管64和乳化沥青输料管65，其中集料输料管61设置在液压油
缸总成7上部，自前向后集料输料管61包括第一节管610、第二节管611
和第三节管612，三个节管之间依次嵌套并可以相互滑动，三个节管的内径
依次增大，目的是防止输送集料时堵料的发生，第三节管612的远离第二
节管611的端部与第二液压油缸72的活塞杆端部铰接，第二液压油缸72
的移动可以同时带动第三节管612和第三节臂53一起进行前后的伸缩运
动；
第二节管611后端和第三节管612后端同轴连接有软橡胶环，目的是
在节管伸缩时刮料，保证其伸缩运动顺利自如；
集料输料管61的第一节管610与集料储罐32下部的下料斗之间通过
聚乙烯波纹管连接，以保证集料输料管的水平转动；
竖向伸缩输料管63与集料输料管61的第三节管612通过直角的弯管
接头613和与弯管接头613套接的导向管614连通，竖向伸缩输料管63沿
朝向地面的方向设置且与地面垂直，为了能进行竖向伸缩输料管63的竖向
运动，在第三节臂53的端部设置工作架54，该工作架54固定套设在导向
管614外，沿平行于竖向伸缩输料管63的方向设置第一气缸631和第二气
缸632，第一气缸631和第二气缸632的非活塞端固接在工作架54上，第
一气缸631和第二气缸632的活塞端与竖向伸缩输料管63的管壁固定连接，
通过第一气缸631和第二气缸632的伸缩运动带动竖向伸缩输料管63相对
于导向管614进行伸缩运动；
为了能进行集料与乳化沥青的混合，在竖向伸缩输料管63的底端设置
混合喷嘴630，具体的，混合喷嘴630通过螺纹连接于竖向伸缩输料管63
的下方，混合喷嘴630包括接料管体，接料管体包括集料进口6304和混合
料出口6305，在接料管体外依次同轴套设乳化沥青腔6303和导热油腔
6300，乳化沥青腔6303上设置乳化沥青进口6307，在导热油腔6300上分
别设置导热油进口6301和导热油出口6302，乳化沥青腔6303和导热油腔
6300的厚度相同，且乳化沥青腔6303和导热油腔6300的厚度小于接料管
体的长度，在接料管体与乳化沥青腔6303的结合处设置乳化沥青环槽型出
口6306用于连通接料管体与乳化沥青腔6303，使由接料管体上的集料进口
6304来的集料与乳化沥青混合后再通过混合物料出口6305喷出，在导热油
腔6300上分别设置导热油进口6301和导热油出口6302，导热油腔6300内
的导热油给乳化沥青腔6303中的乳化沥青进行加热，防止乳化沥青凝固堵
塞管路；
优选的，集料输料管61、竖向伸缩输料管63、弯管接头613和导向管
614均为45号钢材质的管体，导向管614的管径大于竖向伸缩输料管63的
管径；
为了方便进行各个输料管路的固定和安装，导热油进油管62和导热油
回油管64设置在臂架总成5的两侧，具体的导热油进油管62分别在臂架
总成上的第一节臂51、第二节臂52和第三节臂53上进行固定，乳化沥青
输料管65的设置方式与导热油回油管64的设置方式相同，导热油进油管
62、导热油回油管64和乳化沥青输料管65均为橡胶合成管，以适应臂架
总成5的伸缩及转动；
在底盘车1上还设置沥青泵、风机、导热油泵和空气压缩机，风机和
和底盘车自带的空气压缩机通过气压换向阀的控制，在修补作业的不同时
刻为集料输料管61提供气流，分别用于清理坑槽杂物和输送集料；
具体的，路面检测总成4包括检测装置支撑架、设置于检测装置支撑
架前方的结构光源41、设置于检测装置支撑架后方的相机42和监控摄像头
43；检测装置支撑架横截面为T型构件，安装在车架底板2下方的固定槽
26内，并可以沿车架底板2下方的滑轨27进行前后滑动；监控摄像头43
可以上下左右转动，用于监控修补过程。
为了能进行更加智能化的操作，本实施例的修补车上还设置中央处理
器对路面检测总成4反馈的路面信息进行分析，通过分析的结果进行具体
工作过程的控制，节省人力的操作过程，具体的处理方式见图8中的操作
顺序。
实施例1的修补车的工作过程如下所述：
结合图8中的操作步骤，如同驾驶普通汽车一样，修补人员驾驶全自
动喷射式路面坑槽修补车行驶在道路上，结构光源41、相机42和监控摄像
头43处于开启状态，当结构光源41照射到路面变形性病害时，比如坑槽、
凹陷、裂缝等，照射到病害表面的结构光会发生变形，这一变形被相机42
检测到，经过中央处理器的快速运算处理，判断病害类型是坑槽、拥包或
者裂缝，确定为坑槽病害后，发出停车指令信号，为自动化修补做准备；
与此同时，中央处理器进一步对相机42检测到的坑槽变形信号进行详
细的处理，经过三维重建，提取坑槽边界，获取坑槽的位置、深度、面积、
体积等，通过模型切片规划坑槽喷补的轨迹，作为控制指导臂架总成5的
动作的依据；监控摄像头43用于人工监控修补过程，必要时刻，对修补参
数给予干预控制；
喷补轨迹确定后，中央处理器开始控制喷补过程的自动化作业，其工
艺过程包括清理坑槽内部杂物、喷洒粘接剂、喷洒混合料和喷洒干集料，
需要输料总成6、臂架总成5和液压油缸总成7协同工作完成修补过程，具
体如下：
中央处理器通过气压换向阀控制空气压缩机启用，为集料输料管61提
供高速高压的气流，在臂架总成5的移动下遍历坑槽边缘及内部，气流从
混合喷嘴630中吹出，清理坑槽中的水分、碎石、灰尘等杂物；
完成清理工作后，臂架总成5带动混合喷嘴630，遍历坑槽内部喷洒一
层乳化沥青作为粘接剂；然后，臂架总成5带动混合喷嘴630逐层遍历坑
槽内部，同时输送乳化沥青和集料，在混合喷嘴630中均匀混合，混合后
的混合料高速的喷入坑槽中进行修补；最后，臂架总成5带动混合喷嘴630，
在修补后的坑槽表面喷洒一层干集料作为保护层，至此，完成坑槽的修补。
臂架总成5在三维空间带动混合喷嘴遍历坑槽进行修补，其三维空间
的运动包括水平面内的伸缩运动、水平面内的转动和竖直平面内的提升运
动；其中，水平面内的伸缩运动靠第一液压油缸71带动第二节臂52相对
于第一节臂51滑动，第二液压油缸72带动第三节臂53相对于第二节臂52
的滑动来实现；与此同时，通过第二液压油缸72的移动带动集料输料管61
的第三节管612和第二节管611相对于第一节管610进行移动，使臂架总
成5和集料输料管61的伸缩运动保持同步；水平面内的转动靠转动电机24
带动齿轮23沿齿条22运动，使得臂架总成5绕臂架转台支座21转动；竖
直平面内的提升运动靠对称布置在工作架54下方的第一气压缸631和第二
气压缸632的活塞杆带动与其连接的竖向伸缩输料管63来实现；竖向伸缩
输料管63在导向管614的限制下完成上下的运动。
本发明的全自动坑槽修补车最大行走速度为60km/h，可快速检测路面
病害；最大载料量为10吨，可修补坑槽数量多；适用最大修补范围为2000mm
×160°扇形区域内的不规则边界坑槽病害，修补范围大。