国内外振动振荡压路机动力学模型
冲击压路机减振系统参数的仿真分析
冲击压路机减振系统参数的仿真分析摘要：近几年来，随着现代技术以及用户的需要，人们对冲击压路机牵引等舒适性提出了更高的要求，工程车辆各个性能的好坏直接性影响着驾驶员的舒适度、燃油效率以及开车安全等问题。
因此，对冲击压路机减振系统进行设计是当务之急。
本文对冲击压路机的工作原理以及动力学方程进行阐述，重点分析其减振系统参数的仿真模型。
关键词：冲击压路机；减振系统；参数设计；仿真模型工程车辆的舒适性主要是指工程车辆在行驶的过程中所产生的振动与冲击从而使人体感到不舒适等，并对人体的健康有一定的损害。
冲击压路机在行驶时，由于地面的激励以及压实轮的冲击等因素引起的振动，会使驾驶员产生疲劳，并且使工作效率降低，甚至发生安全事故等，因此，必须对冲击压路机的振动进行设计，从而减少对驾驶员的损害以及提高工作效率等，具有实际的意义。
1.冲击压路机的工作原理以及动力学方程冲击压路机主要是由牵引车、工作装置、缓冲减振机构以及行走机构等几部分构成，所使用的冲击压实技术主要是一种非圆形以及大功率、路基的技术，这种技术是产生在上个世纪九十年代。
能够在短途转场从而不损害路面，同时在工作中，还能够选用平地机以及推土机配合使用，更进一步压实。
但是，冲击压路机在进行工作时，会产生一定的冲击力，这种冲击力会影响到驾驶员的舒适度，以及减少结构的使用寿命以及降低动力输出性能等。
经过研究发现，冲击压路机的振动主要是由牵引侧以及车架所产生的，因此，对其进行隔振时也应该对这两部分采取措施，采用动力学微分方程建立冲击压路机缓冲减振系统模型图，如下图1所示：在上图中，m1、m2以及m3表示的是牵引车、车架以及工作论的质量；k1、k2以及c1、c2表示的牵引车与车架，车架与滚轮之间的减振系统的阻尼系数以及刚度系数；f表示的是牵引车的牵引力；x1、x2以及u表示的是牵引车、车架以及滚轮的水平位移速度。
如果假设牵引车的速度是匀速行驶的，并且冲击压路机在外力的作用下是处于非常平衡的状态，f（t）就为滚轮重心发生突降时的冲击力。
振动压路机的振动系统分析
前言振动压实在压实机械的发展史上是一项突破性的科技进步，从此压实效果的提高不再单纯地依靠增加压实机械自重来实现。
振动压路机自20世纪30年代问世以来获得了迅速的推广与应用，振动压路机很快成为压实机械领域的主导产品。
振动压实机械是一种与压实对象的材料特性、压实的方法和压实工艺有着十分密切关系的作业机械。
因此从振动压实机械发展的历史进程来看，它总是在与压实理论，方法工艺以及被压材料的相互促进中发展起来的。
通常将压实机械的性能与被压材料的特性、及压实的理论、方法、工艺之间相互作用的综合技术称为压实技术，而压实机械与压实技术也总是同步发展的。
本论文的重要特点是通过振动压路机在道路施工中的重要意义及其工作原理，阐述了振动压路机的振动系统的组成、特点、工作原理。
并对压路机的振动系统的一些常见故障进行了检测与维修，并通过案例分析对振动压路机的振动系统进行了分析，对振动系统的常见故障也进行了案例分析。
同时阐述了振动压路机的发展趋势，增加了文章的阐述能力。
本论文主要通过振动式压路机振动系统的分析，阐述了振动压路机的振动系统在道路施工中的重要意义。
通过对本论文的阅读希望感兴趣的朋友对振动压路机的振动系统有个大概的了解1.压实的基础知识1.1压实的意义随着社会的不断发展，车辆的不断增加，越来越繁忙的交通对道路的要求也越来越高。
道路重量的好坏，能否符合现代交通事业发展的需求，其中很大一部分是受到压实效果的影响，因此压实有着非同寻常的意义。
压实使路基及路面各结构层的材料具有足够的密实度，这对于公路的路基、路面具有十分重要的意义。
压实可以充分发挥路基和路面材料的强度，可以减少路基、路面在行车荷载作用下产生的永久变形，还可以增加路基土和路面材料的不透水性和强度稳定性。
压实的这几大作用，对于增强道路路面的使用性能和延长寿命是非常重要的。
路基、底基层或面层材料压实不足在使用过程中，路面上就可以产生车辙（辙槽）、裂缝、沉陷和水损坏，也可能使整个路面产生剪切破坏。
智能振动压路机建模与试验
装在 一个 可 以转动 的机 架上 ，２个 偏 心 轴上 的偏 心
块质量相 同、转 速相等 、方 向相反 ，通 过液压装
置控 制该 偏 心 轴 机 架 的偏 转 角 度 ，从 而 实 现 垂 直
振 幅 、振 动方 式 和 行 驶 速 度 等 工 作 参 数 ，压 路 机 可始终 处 于 最 佳 工 作 状 况 ，使 司 机 专 注 于 压 路 机 的驾 驶 ，提 高 了 路 面 施 工 的 质 量 和 效 率 。 目前 ， 德国 Ｂ ＯＭＡＧ 公 司 的 “ 多 星 ” 系 统 是 这 一 领 域 智 中的代表 机型 ［ ，而我 国智 能化压 路机 的研 制仍 然 １ ］ 是一 个前 沿课题 。 厦工集 团三 明 重 型 机 器 有 限 公 司与 福 州 大 学 机械 学 院合 作 承担 国家 “６ ” 课题 ，研 制 成 功 一 ８３ 种新 型智能振 动压 路机 ［ 。它 的突 出特点 是可 以通 ２ ］ 过振 动轮 内 的调 整 机 构 自动 改 变 激 振 方 向 （ 直 垂 或水平 ） ，以适应 被 压 实 材料 的要 求 。根 据这 种 智 能振 动压 路 机 的运 动 特 点 ，需 要 分 别 建 立 垂 直 和 水平 振 动 的动 力 学 模 型 ，通 过 试 验 验 证 和 改 进模 型 ，使模 型很 好 地 模 拟压 路 机 各 种 工 况 下 的 动 力 学特 性 ，为 智 能压 路 机 的 设 计 和 施 工 作 业 规 范 的 制定 提供理 论依 据 。
为Ｆ ＝２ ｗ ＣＳ ｔ・ ｉ １ Ｍｅ Ｏｏ ｓ ａ，垂 直方 向的合力 为 Ｆ２ ￣ ｎ ＝
１ 智能压路机的结构特点
德国 Ｂ ＯＭＡＧ 公 司 的 “ 多 星 ” 系统 将 ２个 智
振动压路机与振动压实的前沿技术
振动压路机与振动压实的前沿技术祁隽燕 葛恒安振动压路机一出现,就立即引起世人的关注,与静作用压路机相比,它具有压实效果好、生产效率高等优点,在工程质量和进度要求越来越严格的今天,受到广大施工单位的一致青睐。
随着振动压实技术和控制技术的不断提高,特别是微电子技术、自动控制技术和计算机技术等的迅猛发展,振动压路机的发展前景更是一片光明。
1 振动压路机1 1 发展概况振动压路机存在的时间并不长,1930年德国人最先使用了振动压实技术,并于1940年成功发明了拖式振动压路机。
振动压实技术和振动压路机的出现,彻底改变了压实效果简单依靠重量或增大线压力的方式。
随着振动压实理论研究的不断深入,振动压路机产品的规格品种也越来越多,尤其是20世纪70年代静液传动和液压控制技术在振动压路机上得到了应用,出现了调频调幅式振动压路机,为压实工作参数的优化调节奠定了基础,使得振动压路机迅速成为世界压路机市场的主导者,现已占据了世界市场80%以上的份额。
国内振动压路机的发展源于1961年西安公路学院(长安大学前身)与西安筑路机械厂联合开发出的3t自行式振动压路机。
1984年徐州工程机械制造厂引进瑞典戴纳帕克(Dynapac)公司的CA25单钢轮振动压路机和CC21型串联式振动压路机技术,1987年洛阳建筑机械厂引进了德国宝马(Bo mag)公司BW217D和BW217AD振动压路机技术, 90年代江麓机械厂引进了德国伟博麦士(Vibro max)公司的W1102系列振动压路机技术。
当时国外最为先进的振动压实技术几乎都进入了中国,从此中国的压路机制造业进入了发展的快车道。
目前,我国已形成以徐工和洛建为代表的80多家压路机生产企业,并初步形成了手扶式振动系列、拖式振动系列、自行式振动系列等产品,基本上可以满足国内需求,并具有一定的出口能力。
由于我国振动压路机起步较晚,整体水平与国外先进水平相比仍有较大差距,尤其是重型和超重型振动压路机生产数量和品种仍然较少,路肩和沟槽等专用压实设备缺乏,产品的可靠性和外观质量等综合技术经济指标和自动控制技术方面仍低于国外先进水平。
毕业设计(论文)-YZJ13型全液压振动压路机液压液压系统设计
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目录
摘 要..................................................................................................................... I Abstract................................................................................................................ II 1.绪论.................................................................................................................. 1 1.1 引言........................................................................................................ 1 1.2 压路机的用途及分类............................................................................ 1 1.3 国内外双钢轮振动压路机发展现状.................................................... 3 1.4 双钢轮振动压路机发展趋势................................................................ 5 1.5 课题提出的背景与意义........................................................................ 7 1.6 本文的研究内容.................................................................................... 7 2.振动压实理论.................................................................................................. 9 3.振动压路机动力学模型及运动方程............................................................ 12 3.1 研究振动压路机动力学模型的意义.................................................. 12 3.2 两个自由度系统振动压路机的运动方程......................................... 12 3.3 运动方程中各参数的取值.................................................................. 15 4. 液压系统总体结构设计............................................................................... 17 4.1 行走液压系统的设计.......................................................................... 18 4.1.1 全轮驱动液压压路机的优点.................................................. 18 4.1.2 全轮驱动液压压路机的缺点.................................................. 19 4.2 振动液压系统设计.............................................................................. 19 4.2.1 开式液压震动系统................................................................... 19 4.2.2 闭式液压振动系统................................................................... 20 4.2.3 工作装置液压振动系统形式的选用....................................... 21 4.3 转向液压系统设计.............................................................................. 22 4.4 液压系统原理图.................................................................................. 23 5. 液压系统计算与选型................................................................................... 25 5.1 液压系统............................................................................................. 25 5.1.1 行走液压系统.......................................................................... 25 5.1.2 振动液压系统.......................................................................... 25 5.1.3 转向液压系统.......................................................................... 26 5.2 各液压系统所需功率计算.................................................................. 26 5.2.1 行驶液压系统所需功率计算................................................... 26 5.2.2 转向液压系统所需功率计算................................................... 27 5.2.3 振动液压系统所需功率计算................................................... 27 5.3 主要液压元件计算选型..................................................................... 28
振动压路机-土体系统动力学模型及参数研究
[中 图 分 类 号 ]TU６６３
[文 献 标 识 码 ]A
压实度作为道 路 工 程 检 测 主 控 项 目,与 工 程 质 量息息相 关. 由 于 振 动 压 路 机 具 有 良 好 的 压 实 效 果 ,因 此 在 施 工 中 应 用 越 来 越 广 泛 ,人 们 逐 渐 重 视 起 对振动压路机工作参数和压实度关系的研究.为了 使振动压路机有更 好 的 压 实 效 果,首 先 要 解 决 的 问 题就是选择合适的 工 作 参 数,但 是 由 于 土 体 参 数 的 变化在压实工作中 表 现 为 复 杂 的 随 机 变 化,导 致 需 要在工作中随着土体情况的变化而对振动压路机的 工作参数进行调整.因此本文首先建立数学模型并 对 其 进 行 仿 真 分 析 ,验 证 模 型 的 合 理 性 ,找 出 振 动 压 路机工作参数和土体参数 与压实度变化的 规律. １９７５年 E．T．selig建 立 了 “振 动 压 路 机 土”系 统 的 二自由度动力 学 模 型[１],该 模 型 依 据 完 全 弹 性 理 论 建 立.１９ 世 纪 ９０ 年 代,Wolfgang Poppy 提 出 了 “机架 振动轮 土”的四 自 由 度 动 力 学 模 型[２],该 模 型包由振动压路机工作参数模型以及被压实土体的 土壤特征模型组成.本文建立的二自由度振动压路 机 土体系 统 动 力 学 模 型,在 参 考 前 人 研 究 的 基 础 上,在系统 中 考 虑 随 动 土 体 的 质 量,更 符 合 实 际 情 况 ,有 利 于 振 动 压 路 机 工 作 参 数 的 选 择 .
YZ20D 型振动压路机总体毕业设计(机械CAD图纸)
YZ20D 型振动压路机总体设计摘要振动压路机是一种高效的压实机械，广泛应用于道路建设施工中。
目前国产振动压路机以中小吨位和机械传动方式为主，性能优良的全液压重型振动压路机主要依赖于进口。
为彻底改变这种现状，必须研制和生产具有自主知识产权的高性能重型振动压路机。
本文本论文简述了国内外压实设备和压实技术的发展概况、振动压实的原理、振动轮的结构和工作原理、振动压路机的压实特性与压实效果,动力学特性和振动压实机理进行了研究与分析，建立了振动轮的数学模型，明确了振幅、加速度、激振力、对地面作用力与振动频率之间的动态响应关系，以此作为参数的设计依据,计算出了 YZ20D 型振动压路机的整机工作质量、振动频率、振幅、激振力、动机功率等压路机压实作业中重要的振动性能参数及振动轮等关键技术结构进行研究及确定，最大功率。
本文在理论分析和计算的基础上，完成了 YZ20D 型振动压路机总体和液压系统、振动轮总成等主要部件的设计。
关键词: 振动压路机；总体参数；功率计算；爬坡校核；液压系统YZ20D Type Vibratory Rollers Overall DesignAbstractVibratory roller is a kind of highly efficient compaction machine which is widelyused in the road construction. Most of domestic vibratory rollers adopting mechanicaltransmission are light or medium size at present, while full hydraulic and heavyvibratory rollers with high performance are mainly depended on importation. Tochange the actuality completely, the heavy vibratory rollers with high performance anour own intellectual property rights must be developed and manufa ctured.The general development of road rollers is stated in this p aper. The theories ofvibratory compacting and the configuration and wor k theory of vibr atory wheel andthe compact characteristic and effect of vibratory road roller a re intr oduced. In thispaper the physical property, dynamic character istics and vibration compactionmechanism of soil are studied and a mathematical model of vibr atory rollers is created.The dynamic responses between the amplitude, acceleration, exciti ng force, actingforce on the ground and vibration frequency are determined, and according to which,frequency, amplitude and mass are designed. Determine the impo rtant vibratoryperformance specifications for the compaction operation of roll er，such as theoperating mass，vibr atory frequency，amplitude，centrifugal force，power of engineand so on.Based on theoretical analysis and calculation, the overall design of modelYZ20D vibratory roller and the main part design of hydraulic system，r oller andvibration damping system have been complished.Key Words: Vibr atory roller；the overall parameters；Grade ability check ；shock absor bers；Hydraulic system目录1 绪论....................................................................... . (1)1.1 研究的背景...................................................................... (1)1.2研究的意义...................................................................... (1)1.3国内外相关研究现状...................................................................... (6)1.3.1国内研究情况.................................................................... (6)1.3.2国外研究情况.................................................................... (7)1.4研究的主要内容...................................................................... .. (8)2 振动压路机设计综述....................................................................... (9)2.1振动压路机...................................................................... (9)2.1.1振动压路机的种类.................................................................... (9)2.1.2振动压路机的基本结构和特点 (10)2.1.3振动压实的基本原理.................................................................... (10)2.1.4振动压实的性能特点.................................................................... (11)2.1.5振动压实的结构特点.................................................................... (11)2.2振动压路机总体设计...................................................................... . (12)3 总体参数确定及部件设计计算 (15)3.1振动压路机总体参数的确定.......................................................................153.1.1振动压路机总体参数的选择依据 (15)3.1.2名义振幅的选择.................................................................... (15)3.1.3振动压路机工作频率的选择..................................错误！未定义书签。
水平振荡和垂直振动压路机动力学模型研究及展望
（． １ 福州大学 机械工程学 院， 福建 福州 ３００ ； ． ５ １ ８ ２ 福建农林大学 机 电工程学院 ， 福建 福州 ３００） ５ ０ ２
摘要 ： 水平振荡压路机和垂直振动压路机是 大型工程基础施工 中最典型的 ２种压 实机 械 ， 概述 了国 内外几种 典
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｔｈ ｏ ｉ ｎ ａｌ — ｓ ｉ ａ ｏ ｙ ａ ｄ ｖ ｒ ｉａ ｌ — ｉ ｒ ｔ ｒ ｏ ｌｒ ｒ ｗｏ ｔ ｐ ｃ ｌｃ ｔ ｇ ｒｅ ｆｃ ｒ － ｅ ｈ ｒｚ ｔ ｌ ｏ ｃ ｌ ｔ ｒ ｎ ｅ ｔ ｌ ｖ ｂ ａ ｏ ｙ ｒ ｌ ｓ ａ ｅ ｔ ｙ ｉａ ａ ｅ ｏ ｉ ｓ ｏ ｏ ｏ ｙ ｌ ｃ ｙ ｅ ｎ ｐ ｃ ｉ ｇ ｍａ ｈ ｎ ｓｆ ｒｌｒ ｅ ｂ ｓｃｃ ｎ ｔｕ ｔ ｎ ． ｕ ａ ｔ ｃ ｉｅ ｏ ｇ ａ ｉ ｏ ｓ ｒ ｃ ｉ ｓ Ｂｙ ｓ ｍｍａ ｉｉ ｇ ｔ ｐ ｃ ｌ ｙ ａ ｉ ｌ ｄ ｌ ｆｔ ｅ ｈ ｒｚ ｎ ａ — ｎ ａ ｏ ｒｚ ｎ ｙ ｉａ ｎ ｍ ｃ ｄ ａ ｍｏ ｅ ｓｏ ｈ ｏ ｉｏ ｔ ｌ ｌ ． ｓ ｉ ａ ｏ ｙ ａ ｄ ｖ ｒｉ ａ ｌ — ｉ ｒ ｔ ｒ ｏ ｌｒ ，ｈ ｄ ａ ｔ ｇ ｓａ ｄ ｄ ｓ ｄ ａ ｔｇ ｓａ ｅ ｆ ｓ ｎ ｌ ｚ ｄ Ｂ ｓ ｄ ｏ ｙ ｏ ｃ ｌ ｔ ｒ ｎ ｅ ｔ ｌ ｖ ｂ ａ ｏ ｙ ｒ ｌ ｓ ｔ ｅａ ｖ ｎ ｅ ｎ ｉａ ｖ ｎ ａ ｅ ｒ ｉ ｔ ａ ｙ ｅ ． ａ ｅ ｎ ｌ ｃ ｙ ｅ ａ ｒ ａ
中 图 分 类 号 ： ２ Ｔ １ ． Ｏ３ ； Ｈ １３ １ 文献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ６ ２—５ ８ （０ １０ —０ ７ １７ ５ １ ２ １ ） ３ ２９—０ ６
基于Matlab_Simulink的振荡压路机参数仿真
第36卷第4期2010年8月东华大学学报(自然科学版)JOU RNAL OF DONGH UA UN IVERSIT Y(NAT URAL SCIENCE)Vol 36,No.4Aug.2010文章编号:16710444(2010)04036003基于M atlab/Simulink的振荡压路机参数仿真郭克希,黄 樱(长沙理工大学汽车与机械工程学院,湖南长沙410004)摘 要:基于压路机对土基或路面面层振动碾压受力机理,在土壤和振荡压路机相互作用的基础上,建立振荡轮 土壤的动力学模型.通过M atlab/Simulink仿真,分析振荡频率、介质阻尼系数、刚度系数对振幅的影响.仿真结果表明:振荡压路机的振幅随着振荡频率、介质阻尼系数、刚度系数的增大而减小,介质阻尼是影响较大的因素.研究结果对工程中压路机的工况改进和工作参数合理选择具有实际意义.关键词:振荡压路机;介质阻尼;刚度;仿真;M atlab/Simulink中图分类号:T P311.56 文献标志码:AParameter Simulation of Oscillatory RollerBased on Matlab/SimulinkG UO K e xi,H UA N G Ying(Auto a nd Mecha nical Engineering C olleg e,Cha ngsha Univ ersity o f Science a nd T echnolo gy,Changs ha H unan410004,China)Abstract:Based on the vibration ro lling force mechanism o f the roller to so il base or road sur face and the simplified soil oscillatory roller s interaction,the dynamics model o f oscillating w heel soil is established. Through the sim ulation based on Matlab/Sim ulink,the influence of the o scillation fr equency,m edium damping co efficient and stiffness coefficient to amplitude is studied.T he sim ulation r esults show that the am plitude of oscillator y ro ller decreases w ith incr easing o f o scillation frequency,m edium damping and stiffness coefficient,in w hich medium damping is the largest factor.T he r esult o f simulatio n has practical significance fo r improv ing w ork conditions and rational choice o f operating par am eters.Key words:oscillatory ro ller;m edium dam ping;stiffness;simulation;M atlab/S imulink压路机是公路施工中的主要压实机械,它是利用机器自身质量、振动、冲击、振荡等方法,对被压实材料进行重复加载,使其内部结构重新排布,内部气隙和水分排除,达到形变相对稳定,且具有一定承载能力的作业机械.在很长一段时间内,压路机是按照静力作用作业的.随着技术的发展和工程的需要,研制了振动压路机,振动压路机改变了静力式压路机的结构,在碾压轮中增加振动单元产生附加的激振力,迫使被压实材料作垂直强迫振动,急剧减小土壤和其他压实材料的内摩擦力,使材料内部颗粒相互挤压,密实度增加,从而达到压实的目的.但对于一些难以处理的混合料,如机场和超级路面,振动*收稿日期:2010 02 28基金项目:湖南省自然科学基金资助项目(08J J5024)作者简介:郭克希(1956 ),女,湖南长沙人,教授,硕士,研究方向为产品建模与仿真、CAD/CAE/C AM集成.E mail:gkx_a@sohu.com第4期郭克希,等:基于M atlab /Simulink 的振荡压路机参数仿真361压路机就比较难以处理.随着振动技术的成熟,瑞典GEODYNAMIK AB 研究院研发出振荡压路机[1],该压路机在压实SMA(Stone M atrix Asphalt)材料或难以压实的中间层或面层时,能适应压实温度较低的环境,其通过摆动力偶产生左右范围内较均匀的压实力,不像振动压路机那样通过上下的振动模式,偶然会对骨料产生较不均匀的压实力[2].振动或振荡压路机的振幅是影响道路压实效果的重要因素[3].本文基于压路机对土基或路面面层振动碾压受力机理,在土体动力结构模型和黏弹性理论、弹塑性理论的基础上,简化力学模型,研究振荡压路机在压实土基过程中,压路机振动频率和碾压介质阻尼对碾压振幅的影响,从而为工程中压路机的工作参数合理选择提供有价值的参考.1 振荡压路机力学模型的建立在建立动力学模型时先作如下假设:(1)振荡轮结构特征以振荡压路机纵向线为对称轴,因此,振荡压路机 土壤系统模型可简化成平面振动模型;(2)略去机架的水平振动,认为滚轮是通过某种弹性元件连接在相对不动的机架上;(3)认为地面的基础材料只有很少一部分参与振动,它的质量可以忽略不计,且其通过某种弹性元件连接在固定不动的大地上;(4)滚轮与地面的基础材料之间不是强制耦合,而是一种依靠摩擦力来联系的有条件的耦合.基于以上假设,建立振荡压路机单自由度的动力学模型如图1所示[4].图1 单自由度振荡压路机振荡轮土壤动力学简化模型Fig.1 The simplif ied model of oscillatingwheel soil dynamics of single deg ree of f reedom oscillatory roller根据图1,振荡轮的动力学方程可表示为:J 0R2x !+C S x ∀+K S x =F sin t(1)式中:J 0为滚轮绕中心的转动惯量(kg ∀m 2);x 为滚轮的水平振动位移(m );R 为滚轮半径(m);K S 为介质刚度系数(N /m );C S 为介质阻尼系数(N ∀m /s);F 为激振力(N).其中,该动力学方程中没有考虑机架振动及振动轮滑转的情况.对方程(1)进行拉氏变换得:J 0R 2S 2∀X(S)+C S ∀S ∀X (S)+K S X(S)=F S 2+2J 0R2S 2+C S ∀S +K S X (S)=FS 2+2(2)将等式右边看成一个输出变量,求其传递函数可以得到:G(S)=X (S)R(S)=1J 0R2S 2+C S ∀S +K S(3)本文的仿真参数选取如表1所示.表1 振荡压路机主要参数Table 1 The main parameters of oscillatory roller整机质量/t振荡轮直径/mmK S /(105N ∀m -1)振动频率/Hz C S /(104N ∀m ∀s -1)6.212501.630 1.02.436 1.73.240 3.04.0455.02 振荡压路机力学模型的仿真及分析2.1 振荡频率对振荡轮振幅的影响利用式(3)得到的传递函数,在Matlab /Simulink 模块下,固定整机质量为6.2t,振荡轮直径为1250mm,介质刚度系数为1.6#105N /m 、介质阻尼系数为1.7#104N ∀m /s ,依次输入30,36,40,45H z 的振荡频率,得到仿真图像如图2所示.从图2可以看出,对于单自由度的振荡压路机压实模型,在振荡频率为30H z 时,振幅开始有个跳跃后,在0.6mm 处稳定,随着振荡频率的提高,振幅呈下降趋势,当频率达到45H z 时,振幅稳定在0.4mm 处.因此,在实际生产选择中,可以根据工作要求不同,选择不同的工作频率,实现不同的362东华大学学报(自然科学版)第36卷幅度要求,这对于碾压要求高的面层尤为重要[5].图2 振荡频率对振幅影响Fig.2 The inf luence of oscillatory f requency to amplitude2.2 介质阻尼系数C S 对振荡轮振幅的影响固定整机质量为6.2t,振荡轮直径为1250mm,介质刚度系数为1.6#105N /m ,振荡频率为36Hz,依次输入介质阻尼系数为1.0#104,1.7#104,3.0#104,5.0#104N ∀m /s ,得到仿真图像如图3所示.图3 介质阻尼系数对振幅的影响Fig.3 The influence of damping coefficient to amplitude从图3可以看出,当介质阻尼系数增加时,振幅减小比较快,振幅与阻尼大小呈反比,介质阻尼系数对单自由度的振荡压路机影响比较大,这说明工况的改变对压路机工作的影响较大.因此,在现场施工中要根据实际工况调节压路机参数,使之适应工作需求.2.3 介质刚度系数K S 对振荡轮振幅的影响固定整机质量为6.2t,振荡轮直径为1250mm 、介质阻尼系数为1.7#104N ∀m /s ,振荡频率为36H z,介质刚度系数依次输入1.6#105,2.4#105,3.2#105,4.0#105N /m ,得到仿真图像如图4所示.图4 介质刚度系数对振幅的影响Fig.4 The influence of stiffness coeff icient to amplitude从图4可以看出,随着介质刚度系数的增加,振荡压路机仿真振幅随之减小,对比图3,减小的幅度没有介质阻尼系数对其影响大.因此,在施工中多方面因素影响下,介质阻尼是影响较大的因素.这与文献[3]的研究结果一致.3 结论通过对单自由度振荡轮 土壤(介质)模型的仿真,可以得到以下结论:(1)通过对单自由度振荡压路机模型的模拟,可以较直观地得到振荡频率、介质阻尼和刚度系数对振幅的影响,进而分析压路机的动态响应.(2)振荡压路机的振幅随着振荡频率、介质阻尼系数、刚度系数的增大而减小,介质阻尼系数是影响较大的因素.(3)本模型仿真简化了压路机的移动和滑转,没有对复杂施工的工况仿真,其仿真结果为普通施工条件下的工况改进和工作参数合理选择提供了有价值的参考.参 考 文 献[1] 丁勇强,陈新轩.振荡压实技术在沥青路面施工中的可行性分析[J].筑路机械与施工机械化,2007,24(6):50 52.[2] 韩丁,黄晓明,高英.振动压路机不同参数对土基压实效果的分析[J].公路交通科技,2009,26(8):1 5.[3] 汪水银,郭朝阳,王旭东.振幅对道路材料振动压实效果的影响[J].交通科技,2009,35(5):66 68.[4] 田丽梅,杨春红,王国安.国内外振动振荡压路机动力学模型[J].吉林大学学报:工学版,2003,33(2):100 103.[5] 李自光,展朝勇.公路施工机械[M ].北京:人民交通出版社,2005.。
振动模型2
振荡压路机动力学模型 1.摘要振动压路机是近二十几年来发展起来的一种综合振动压实机械与振荡压实机械优点的新型压实机械。
压路机是高速公路、铁路、水坝和机场等大型工程基础施工中不可缺少的压实机械。
压路机的发展经历了从机械传动到液压传动， 振荡压实的思想起源于20世纪80年代的瑞典。
振荡压实就是利用钢轮的扭转力矩在被压材料上施加交变减压力，即对被压材料产生一个水平揉搓的作用。
这种水平揉搓作用可以提高路面面层的平整度和密实性，防止压坏骨料，并且消耗功率较小，约为振动压实的50%。
2.模型建立与分析震荡压路机的振荡轮动力学模型，如图所示：图1 单自由度振荡压路机振荡轮动力学模型振荡轮的动力学方程为：02i ts s J x c k Fe R ω++= 式中：0J 为 滚轮绕O 点的转动惯量；x 为滚轮水平振动位移；R 为滚轮半径；s k 为介质的刚度，N/m ；s c 为戒指的阻尼，N.s/m设i tx xeω=x为稳态响应的复振幅；系统固有频率0ω==相对阻尼系数ξ；振动微分方程：...220002i t x x x B e ωξωωω++=；静变形F B k=；将i t x xe ω=代入，有()x H F ω= ；()H ω为复频响应函数引入阻尼比：0sωω=；则有()()()222112112i s si H e k k s s θξωβξ-⎡⎤--⎢⎥==⎢⎥-+⎣⎦；其中()s β=；()22a r c t a n1ss s ξθ=-；所以()i t F x e kωθβ-=3.总结该模型简单易懂，并能够对振荡压路机的动态响应进行定性分析，可以很好的解决作用力及振幅的问题。
但是，该模型忽略了振荡压路机的水平位移，在研究时做了大量简化，一些实验现象无法解释。
4.参考文献[1] 李冰.BOMAG 公司第三代压实机械及新技术动态[J].筑路机械与施工机械化，1998，15（3）：39-41[2] 赵云刚.振动振荡压实的技术原理及其应用[J].建筑机械，2001（4）：21-22[3] 孙祖望，魏雪莉，王娟.振荡压实的动力学过程及其响应特性的研究[J].中国公路学报，1998,11（2）：117-126。
基于Simulink振动压路机二自由度模型动力学分析
基于Simulink振动压路机二自由度模型动力学分析曹源文;李孟洵;王荣;樊文胜;樊友伟;黄志福【摘要】为验证目前广泛应用的“振动压路机-沥青路面”系统二自由度动力学模型的可靠性,基于振动压路机的工作原理,以该模型为基础,进行数学建模求解,得到沥青混合料路面呈现线性粘弹性时振动压路机振动加速度、速度、位移的响应值表达式,以及振动压路机系统的固有频率表达式.运用MATLAB/SIMULINK仿真分析,通过分析各参数影响图形变化趋势,对比实际情况中各参数的影响,得出该理论研究与实际情况符合的结论.【期刊名称】《筑路机械与施工机械化》【年(卷),期】2016(033)001【总页数】4页(P106-109)【关键词】振动压路机;二自由度模型;振动加速度;路面刚度【作者】曹源文;李孟洵;王荣;樊文胜;樊友伟;黄志福【作者单位】重庆交通大学机电与汽车工程学院,重庆400074;重庆交通大学机电与汽车工程学院,重庆400074;重庆交通大学机电与汽车工程学院,重庆400074;江西省高速集团抚吉项目办,江西南昌330008;江西交通咨询公司,江西南昌 330008;安徽省交通控股集团有限公司,安徽合肥230088【正文语种】中文【中图分类】U415.52近年来，中国的高速公路建设发展迅速，其中压实度是高速公路建设质量的一个重要指标，因此压实度检测技术至关重要[1-2]。
国内外关于压路机模型的建立方法有以下几种：一是TooTS和SeligET提出的二自由度模型，该模型计算简单，是在完全弹性振动理论的基础上提出的；二是马培新提出的三自由度振动压路机模型，该模型考虑了前后2个振动轮的振动对机架产生的不同影响；三是五自由度振动压路机模型；四是七自由度振动压路机模型[3]。
针对三自由度、五自由度及七自由度的振动压路机模型已有相关数学建模与仿真分析，相比较而言，应用较多的二自由度振动压路机模型数学建模与仿真分析却较少，本文以具有普遍性的现有振动压路机二自由度模型为基础，建立沥青路面粘弹性变形阶段振动压路机振动加速度与路面刚度关系的数学表达式，然后应用MATLAB/SIMULINK进行模拟仿真，参照相关试验参数分析仿真结果，进而验证所采用的二自由度振动压路机模型的实用性。
振荡压路机压实动力学及压实过程控制关键技术的研究的开题报告
振荡压路机压实动力学及压实过程控制关键技术的研究的开题报告开题报告：一、研究背景振荡压路机是一种压路设备，在基础建设中有着广泛的应用。
其通过振动辊筒，将施工现场的松土层、石料层等进行压实，提高结构物的承载能力和稳定性。
在振荡压路机的压实过程中，存在着复杂的动力学问题和压实过程控制问题，需要进行深入的研究和探讨，以提高设备的压路效果和施工质量。
二、研究内容本课题的研究内容包括：1. 振荡压路机的压实动力学：从振荡辊筒的运动学和动力学入手，研究振荡压路机在压实过程中的振幅、频率等动力学特性，探索振荡辊筒与松土层或石料层之间的接触力学关系。
2. 压实过程控制关键技术：从实际施工出发，研究振荡压路机在压实过程中的控制策略和方法，包括工作参数的设定、控制方式和程控系统的设计等。
3. 实验研究和数据处理：通过实验测量和数据采集，对压路机在压实过程中的动态特性、松土层或石料层的变形和压实程度等指标进行测量和分析，从而进一步优化压实过程控制策略。
三、研究意义振荡压路机在现代基础建设中有着重要的应用价值，其良好的压实效果和可控性，可以有效提高工程结构物的承载能力和稳定性。
本研究的深入探讨和系统研究，可以为振荡压路机的设计、生产和使用提供科学依据和技术支持，同时也为相关工程的施工提供技术保障和指导。
四、研究方法本研究采用实验研究和理论分析相结合的方法，从振荡压路机的压实动力学和控制技术出发，进行系统分析和探讨。
通过实验测量和数据处理，获取压路机在压实过程中的动态特性和压实程度等关键参数，从而优化控制策略。
五、预期成果预期的研究成果包括：1. 压路机压实动力学模型的建立和理论分析。
2. 压实过程控制策略和工程实践的现场验证。
3. 压路机压实过程中的动态特性和压实程度等指标的测量和分析结果。
4. 相关技术文件和技术推广成果。
六、参考文献1. 宋中华, 等. 基于数控技术的振荡压路机压路实验研究[J]. 岩土力学, 2011,32(2): 631-636.2. 张明辉, 等. 基于数值模拟的振动压路机压土过程分析[J]. 岩土力学, 2009,30(11): 3491-3496.3. 张贻勤, 等. 振荡压路机压实过程数学模型研究[J]. 湖南大学学报: 自然科学版, 2014, 41(5): 91-99.4. 边玉怀, 等. 基于压实效应的振动压路机压路控制系统研究[J]. 建设机械与设备, 2016, 38(8): 1-4.。
模式可调智能振动压路机动力学特性建模分析
路机经历 了静压 、冲击 、振 动 、振荡 、复合压实 等阶段 ， 目前正朝无人 化 、智能化 、协 同化方 向 发展 。２ ０ 年 ，由福 州大 学与 厦工 集 团三 明重 型机 ０６
器 有 限 公 司 共 同研 制 了 “ 调 模 式 ＹＺ ２ 能 化 可 Ｃ１智 串联 式振 动 压路机 ” ，它 基于 水平 振动 和垂 直振 动 为一 体 的振 动模式 ，根据 道路 的不 同压 实 状况 调整 振动 模式 （ 振 角度 、激 振频 率 、激振 振 幅 ），用 激 于各 种路基 和路 面土 方 的压实 。为 了进 一 步优化 智
图 １ 智 能振 动压 路机 的 工 作原 理
都 集 中在水 平振 荡 或垂 直振 动 的单一 模 式振 动模 型 上 ¨ ，而关 于模 式 可 调 的 智 能 压 实 动 力 学 模 型 研 究 还 处 于 初 始 阶段 ， 。因此 ，基 于 智 能 振 动
根据 其 结 构 和工 作 特 性 ，建 立 如 图２ 所示 的集
（ ３）假 设 被 压 实 的地 面是 具有 一 定 刚 度 和 阻
尼 的弹性体 ，根据垂直方 向和水平方向土壤对振动 轮作用特点的不同 ，振动轮与地面相互作用简化为 法 向刚度系数 为 … 切向刚度系数为 一 的弹簧以 及 法 向阻 尼 系数 为Ｃ 、切 向阻 尼 系数 为Ｃ 的 阻 尼
况 的可 能性 。
［ 关键词 ］ 智能振动压路机 ；激振模式 ；压实力 ；动力学特性 ； ［ 中图分 类号 ］ Ｕ ６ Ｔ ６３ ［ 献标 识码 ］ 文 Ａ ［ 文章 编号 ］１０— ４ Ｘ （ ０２） ２ ０ ６ —７ ０ １５ ４ ２ １ ０ — ０ ９０
Ｄｙ ｍ ｉ ｃ ｒ ｃ ｅ ｉｔｃ ｍ ｏ ｅ ｉ ｆ ｉ ｔ ｌ ｇ ｎｔ ｖ ｂｒ ｔ ｒ ｒ ｌｅ ｔ ｎａ ｃ ｈａ ａ ｔ ｒ ｓｉ ｓ ｄｌ ｎｇ ｏ ｎ ｅ ｌ ｅ ｉ ａ ｏ ｙ ｏ ｌ ｒ ｗｉｈ ｉ
智能振动压路机动力学特性建模分析
Ｄｙｎａ ｉ ａｌｐｒ ｍ ｃ ｏｐｅ ｔ ｏｄ ｌｎｇ ａ ｎａ ｙｓ ｓ ｏｎ ｒｙ ｍ ｅ ｉ ｎｄ ａ ｌ ｉ
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郑 书 河 ， 述 温 林
（ ． 州大学 机械工程及 自动化学院 ， １福 福建 福州 ３ ０ ０ ；２ 福建农林大学 机电工程学院 ，福建 福州 ５１ ８ ． ３０ ０ ） ５ ０ ２
摘要 ：根据智 能振 动压路机激振模式及结构特点 ， 提出一种新 的 ４自由度动力学模 型 ， Ｘ ６ ３ Ｄ型智 能压路 以 Ｇ １３ 机为例 ， 研究了压实进程 中 ， 随土壤的刚度系数增大 ， 阻尼系数 的减 小 ， 动轮及机架 在多模式下 的动力学 响应 振
第 ９卷 第 ４期 ２１ ０ １年 １ ２月
中
国
工
程
机
械
学
报
Ｖｏ ． ． １９ Ｎｏ ４
Ｄｅ ．２ １ ｃ ０１
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智 能 振 动 压 路 机 动 力 学 特 性 建 模 分 析
ｃ ｍｐ ｃ ｉ ｎ ｐ ｏ ｅ ｓ ｗｉｈ ｉ ｃ ｅ ｓｎ ｏ ｌｓ ｉ ｎ ｓ ｎ ｅ ｒ ａ ｉ ｇ ｄ ｍｐ ｅ ｓ ｃ ｅ ｆｃｅ ｔ ， ｈ ｙ ａ ｉａ ｅ ｏ ａ ｔ ｒ ｃ ｓ ｔ ｎ ｒ ａ ｉ ｇ ｓ ｉ ｔｆ ｅ ｓ ａ ｄ ｄ ｃ ｅ ｓｎ ａ ｎ ｓ ｏ ｆｉｉ ｎ ｓ ｔ ｅ ｄ ｎ ｍ ｃ ｌ — ｏ ｆ ｒ ｓ ｏ ｓ ｒ ｐ ｒ ｉ ｓｏ ｉｒ ｔ ｒ ｅ ｌ ｎ ｒ ｍｅ ｒ ｒ ｌｂ ｒ ｔ ｄ ｂ ｓ ｄ ｏ ｌ ｐ ｅ ｍｏ ｅ ． ｔ ｒ ｒ ｓ ｐ ｎ ｅ ｐ ｏ ｅ ｔ ｆｖ ｂ ａ ｏ ｙ ｗｈ ｅ ｄ ｆａ ｗｏ ｋ ａ ｅ ｅ ａ ｏ ａ ｅ ａ ｅ ｎ ｍｕ ｔ ｌ ｄ ｓ Ａｆｅ ｗａ ｄ ， ｅ ａ ｉ ｔ ｅ ｖ ｒａ ｌ ｒｎ ｉ ｌ ｓｏ ｎ ｉｓ ｉ ｃ ｍ ｐ ｃ ｉｎ ａ ｄ ｆ ｉｔｏ ａ ｏ ｃ ｓ ｔ ｗａ ｄ ｉ ｒ ｔ ｒ ｅ ｌ ｒ ｐ ｃ ｌ ｔ ｄ ｈ ａ ｉｂ ｅ ｐ ｉ ｃｐ ｅ ｆ ｔ ｏ ｌ ｏ ａ ｔ ｎ ｃ ｉ ｎ ｌ ｒ ｅ ｏ ｒ ｓｖ ｂ ａ ｏ ｙ ｗｈ ｅ ｅ ｓ ｅ ｕ ａ ｅ ． ａ ・ — ｏ ｒ ｆ ａ
振动轮跳振现象的振动压路机系统的动力学特性分析
基金项目国家自然科学基金资助项目(536)作者简介辛丽丽()女,博士生,2x @y 振动轮跳振现象的振动压路机系统的动力学特性分析辛丽丽1,梁继辉2,闻邦椿1(1.东北大学机械工程与自动化学院,辽宁沈阳 110004;2.沈阳理工大学汽车与交通学院,辽宁沈阳 110186)摘要:物料在振动摩擦作用下,其弹性恢复力与位移呈现滞回特性;当物料密实度较高时振动轮在振动工况中产生跳振现象.在考虑前述二者前提下建立具有分段曲线的二自由度系统模型,采用数值方法分析振频、激振力对跳振现象的影响,利用试验结果验证仿真分析的准确性及跳振对压实效果的影响.结果表明:当振频较高或振频接近物料的自身频率且激振力较大时,系统产生跳振现象,在位移频谱中出现次谐波与超谐波成分;随着激振力的增加,振动轮振幅增大,其跳振加剧;合理地利用跳振现象可以提高物料的压实效果.研究结果对振动工况的实时监测及提高物料压实效果具有较好的参考价值.关键词:振动轮;跳振;次谐波;压实中图分类号:O322 文献标识码:A 文章编号:1672-5581(2008)02-0161-06Dynamic propert yanal ysison pulsatin gvibrator yrollerXIN Li 2li 1,LIANGJi 2hui 2,WEN Ban g 2chun 1(1.SchoolofMechanical Engineering&Automation,NortheasternUniversit y,Shen yang110004,China;2.SchoolofAutomobile&TrafficEn gineeri ng,Shen yangLi gongUniversit y,Shen yang110168,China )Abstract :B ya pplyingthevibrationfrictionuponmaterials,theresiliencea gainstdis placementrecealsh ystere 2sis propert y.Whilematerialcom pactnessishi gh,the pulsatin gvibrationis producedthrou ghvibrationroller.Basedonthesenotions,a22DOFs ystemmodelisestablishedintermsofse gmentalcurve.Inthismanner,thevibrationfre quencyandexcitin gforcetowards pulsatin gvibrationisanalyzedvianumericalmethod.After 2wards,atestin gisconductedtoverifytheanal ysisaccurac yonsimulationandthe pulsationim pactoncom 2pactioneffect.Itisfoundthatthepulsatin gvibrationoccursincaseofhi ghvibrationfre quency.Alternativel y,thevibrationfre quency,alon gwithhighexcitin gforce,ise quivalenttotheinherentmaterialfre quency.Fur 2therstudied,thesub 2harmonicandsuper 2harmonicwavesa ppearindis placements pectrum.Withincreaseof excitin gforce,the pulsatin gvibration,to getherwithrollervibrationamplitude,increases.Finall y,itcanbede 2tectedthatthe proper pulsatin gvibrationcanenhancethematerialcom pactioneffect.Therefore,thisa pproach pavesanewvenueforreal 2timemonitorin gonvibrationconditionandeffectim provementonmaterialcom 2pactness.Keywords :vibrator yroller;pulsatin gvibration;sub 2harmonicwave;com paction 在工程领域中普遍存在振动与摩擦现象.振动影响摩擦,摩擦影响振动,虽然二者紧密地联系着,但是与二者相关的学科目前仅有振动学与摩擦学,还没有把2个关联在一起的学科.据此,闻邦椿教授将振动学与摩擦学理论相结合,首次提出“振动摩擦学”.振动摩擦即是研究在振动工况下的摩擦的机理及特性.本文主要根据在振动工况下,物料颗粒间的内摩擦力减小,物料发生弹塑性变形,其弹性恢复力与位移呈第6卷第2期2008年6月中 国 工 程 机 械 学 报CHINESEJOURNALOFCONSTRUCTIONMACHINERY Vol.6No.2 Jun.2008:10720:1981-E mail :ll inss s 现滞回特性这一非线性现象及跳振现象建立系统模型,采用数值法与现场试验,深入了解振动压路机系统的动力学特性.1 振动压路机系统模型的建立振动压路机-物料系统的简化模型如图1所示.1.1 振动轮未跳振时的力学模型当振动轮与物料紧密接触时,系统的力学微分方程如下:m 1x 1+c 1x 1+k 1x 1-c 1x 2-k 1x 2=0m 2x 2+(c 1+c 2)x 2+(k 1+k 2)x 1-c 1x 1-k 1x 1+g (x 2)=F sin ωt (1)图1 振动压路机-物料系统简化模型Fig.1 Simplifiedmodelofvibr ator y r oller 2mater ials 式中:m 1为上车质量;m 2为下车质量;x 1为上车瞬时位移;x 2为下车瞬时位移;c 1为减震器阻尼;c 2为物料的阻尼;k 1为减震器刚度;k 2为物料的刚度;g (x 2)为弹性恢复力;F 为激振力;ω为工作频率.在振动摩擦作用下物料产生可恢复的弹性变形和不可恢复的塑性变形,加载时,物料首先处于弹性变形阶段,而当继续加载至屈服极限时,物料进入塑性变形阶段;卸载时,物料所产生的塑性变形不可恢复,仅发生弹性变形,并且卸荷终止点位移滞后于前次加荷初始点位移,从而再次施加载荷时形成滞回圈.根据弹性恢复力与位移具有非线性和滞后性的特点,建立如下方程式[1～4]:g (x 2)=-A (x 2-∑Δx i -1)2+B (x 2-∑Δx i -1)-D , x 2>0A (x 2+∑x i -1)2+B (x 2+∑Δx i -1)+D , x 2≤0式中:A ,B ,D 为常数;Δx i 为每次加卸载周期滞后的位移差值,i 为循环载荷次数.验证所建模型的正确性及对该模型的解析求解过程详见文献[5].1.2 振动轮产生跳振时的力学模型前文在研究振动压路机的动力学特性时,假设振动轮与地面紧密接触,但在实践中随着物料刚度的增大,振动轮脱离地面,系统产生跳振现象,此时滞回力为零.当振动轮与地面接触时,系统的动力学微分方程可以不计重力影响;当脱离地面时,则重力的影响就不可以忽视了.因此系统的力学微分方程根据系统的跳振发生改变.对于振动压路机当F(m 1+m 2)g ≥3,且振动轮位移及速度均为负(相对于参考方向)时,表明振动轮跳离地面;其他工况时振动轮与物料表面紧密接触.此时力学微分方程式如下:m 1x 1+c 1x 1+k 1x 1-c 1x 2-k 1x 2=m 1gm 2x 2+(c 1+c 2)x 2+(k 1+k 2)x 1-c 1x 1-k 1x 1=F sin ωt +m 2g (2) 在对系统动力学微分方程进行求解时,系统虽然有跳振现象产生,但振动过程仍是连续的.因此将接触响应的结束值作为非接触响应的初始值,而后者的结束值又作为前者的初始值,如此循环下去,对系统进行求解.2 振动轮跳振时的数值仿真分析振动轮跳离地面,对地面产生冲击作用如果系统参数选择合理,则可以利用冲击波提高物料的压实效果;反之,则会将已被压实的物料表面层振散,影响其压实效果[6～]261 中 国 工 程 机 械 学 报第6卷 .8.下面分别讨论系统的振频、激振力对跳振的影响.根据龙格-库塔法对式(1)和式(2)进行仿真与分析.选取砂土为研究对象.系统参数取为[9]:m1= 1814kg,m2=2903kg,k1=52.5kN cm-1,c1=52.5N s cm-1,A=0.5,B=2.1,D=1.993.2.1 系统振频对跳振现象的影响当ω=60Hz,k2=140.1kN cm-1,c2=500.5N s cm-1,F=20kN时,振动轮的振动如图2～5.图2 位移-时间曲线Fig.2 Rela tionshi pofdis placementandtime图3 速度-时间曲线Fig.3 Relationshi pofvelocityandtime图4 位移频谱Fig.4 Relationshi pofam plitudeandfr equency图5 庞卡莱截面图F i g.5 Poincar esectiondia gr am 由图2～5可知,振动轮做周期5运动.由图5,有一不动点在地面以上,表明有跳振现象产生.由频谱图中可以看到振动过程中有次谐波现象产生.仅改变ω=50Hz,其他参数与上面相同,振动轮的振动如图6～9.图6 位移-时间曲线Fig.6 Rela tionshi pofdis placementandtime图7 速度-时间曲线Fig.7 Relationshi pofvelocit yandtime 由图振动轮做周期运动,幅频曲线有次谐波成分但不动点均为正值,因此此时无跳振现象产生该例与上例对比可知,次谐波成分不是跳振现象的反映,系统在高频振动时有可能发生跳振现象361 第2期辛丽丽,等:振动轮跳振现象的振动压路机系统的动力学特性分析 97..图8 位移频谱Fig.8 Relationshi pofam plitudeandfr equency 图9 庞卡莱截面图F i g.9 Poincar esectiondia gr am2.2 激振力对跳振现象的影响前两小节分别以振动轮的位移、速度曲线进一步反映庞卡莱截面图,在下面分析中,为避免内容冗长,仅以庞卡莱截面图为例说明跳振现象.当振频较高时,振动轮易发生跳振,因此本小节振频取60Hz,F 分别取为260,100,50kN.其他参数如前节,研究激振力对跳振现象的影响.结果如图10a,b,c,d.图10 跳振时的庞卡莱截面图Fig.10 Poinca resectiondia gra minthe pulsatingvibr ation 当激振力为50kN 时,振动轮做周期15运动,其他情况下做周期5运动;随着激振力数值的增大,振动轮位移与加速度的负不动点绝对值增大,说明振动轮跳离地面幅度增大,速度加快.3 试验验证3.1 试验设备及简要概述试验采用YZC1型双钢轮振动压路机和丹麦生产的Br üel&K j •r 测试系统及土压力传感器,物料选用细混合砂.测试数据包括3个通道压实力信号和2个通道的加速度信号.压电传感器分别放在振动轮机架及上车架上,土压力传感器埋在物料层中,如图11和图12.在试验中利用压电传感器将振动轮及机架的振动信号转化为连续的电压信号,通过采集卡采集各通道信号,利用ULS 系统软件对采集到的数据进行处理,得到位移、速度、加速度数据461 中 国 工 程 机 械 学 报第6卷 P E .图11 振动轮试验图Fig.11 Ex per imentdia gr amofvibr ator yroller 图12 Br üel&K j •r 测试设备Fig.12 Teste quipmentofBr üel&K j •r3.2 试验数据及分析由仿真分析可知,当振频较高时,发生跳振的概率较大,但低振频也有可能发生跳振;另外,振动轮的瞬时跳振相当于振动轮给物料层一个冲击力,是否可以利用该力提高物料的压实效果.下面将通过试验分析与验证上述问题.由于细混合砂的自振频率为24.0～24.6Hz,根据压实的共振学说理论,当振频与物料的自振频率较接近时,可以提高其压实效果.因此,在试验中取振频25Hz 和45Hz 来研究系统的动力学特性.试验时,利用振动轮原地振压砂土,根据振动轮的位移、速度数据判断振动轮是否发生跳振.从而提取未跳振前系统的位移频谱.振频为25Hz,激振力为10kN 时未发生跳振,位移频谱如图13a;振频不变激振力为15.6kN时发生跳振,位移频谱如图13b.振频为45Hz 时,激振力为10kN 时发生跳振,位移频谱如图13c;振频不变激振力为15.6kN时发生跳振,位移频谱如图13d.图13 跳振时位移频谱F i g.13 Displacements pectr uminthe jumpvibr ation 由图13a,频谱中有次谐波小量,该现象是由于振动压路机工作时,振动轮的振动对地面及信号的采集所产生的影响而造成的;图13a 与13b 对比可知,当振频相同,激振力较大时,振动轮振幅增大,会发生跳振,频谱中出现超谐波;图3与3对比可知,当振频较大时易发生跳振,同样,激振力越大,振动轮振幅越大,且频谱中出现次谐波由上,仿真结果与试验结果相符根据试验得到振动轮产生跳振与未产生跳振时的压实度与振频的关系曲线,如图压实度为压实561 第2期辛丽丽,等:振动轮跳振现象的振动压路机系统的动力学特性分析 1c 1d ..14.图14 压实度与振频关系曲线Fig.14 Relationshi pofcom pactnessandvibr ationfr e quency后的干密度与标准最大干密度之比,以百分率表示.由图14可知,未跳振时振频在20～42Hz 范围内时,压实效果较好;发生跳振时振频在25～38Hz 范围内压实效果较好;无论跳振与否当振频较高时压实效果均降低,且同时伴有跳振时压实效果更加不好,这是因为振动轮的强烈振动严重破坏了物料表层,降低了压实效果,且高振频振动易使驾驶员产生疲劳,不利于压实工作的进行.4 结论本文在考虑弹性恢复力与位移的滞回特性及振动轮的跳振基础上建立振动压路机系统的动力学模型,对其进行数值求解分析,同时利用YZC1型振动压路机进行现场试验,验证数值分析结果的准确性.试验证明数值分析结果与试验结果相符.分析结果表明当振动轮未跳振时,其位移频谱中没有次谐波与超谐波;当发生跳振时,频谱中出现次谐波成分,个别情况下出现超谐波成分;在特定参数下跳振现象有利于提高物料的压实效果.参考文献:[1] LIUX ,CHENGXH,SCARPASA,et al.Numericalmodellingofnonli nearres ponseofsoil.Part1:constitutivemodel[J].InternationalJour 2nalofSolidsandStructures,2005,42:1849-1881.[2] 杨绍普,申永军.滞后非线性系统的分岔与奇异性[M].北京:科学出版社,2003. YANG Shaopu,SHENYon gjun.Bifurcationandsingularityofh ys t ereticnonlinears ystem[M].Bei j ing:SciencePress,2003.[3] 陈龙珠,叶贵如.基础非线性振动的实用解析分析[J ].振动工程学报,1996,6(9):292-296. CHEN Lon gzhu,YEGuiru.Anal ysisfornonl inearvi brati onoffoundations[J].JournalofVi brati onEn gineering,1996,6(9):292-296.[4] 郑颖人,沈珠江,龚晓南.岩土塑性力学原理[M].北京:中国建筑工业出版社,2002. ZHENG Yingren,SHENZhu jiang,GONGXi aonan.Theor yofrock 2soil plasticmechanics[M].Bei jing:ChinaArchitectureandBuildingPress,2002.[5] XINLi li ,LIANGJihui,LIXiao peng,etal.Nonlineard ynamicsanal ysi sofvibrat ioncom pact ions ystem[J].InternationalConferenceonMe2chanicalEn gineeri ngandMechanics,2007(3):1221-1224.[6] DIETER P,WOLFGANGP.Simulat ionofsoil com pactionwi thvibrator yrollers[J].JournalofTerramechanics,1992(6):585-597.[7] RINEHARTV R,MOONEYAM.Instrumentationofarollercompactort omonitorvibrationbehaviordurin gearthworkcom paction[J].Automat ioninConstruction,2008(2):144-150.[8] 闻邦椿,李以农,徐培民,等.工程非线性振动[M].北京:科学出版社,2007. WEN Bangchun,LIYinon g,XUPeimin,etal.Nonlinearvibrat ioninen gineeri ng[M].Bei jing:Sci encePress ,2007.[9] 李冰,焦生杰.振动压路机与振动压实技术[M].北京:人民交通出版社,2001. LI Bing,JIAOShen gjie.Vi brator yrollerandvibrator ycom paction[M].Bei j ing:Peo ple ’sCommunicat ionsPress,2001.661 中 国 工 程 机 械 学 报第6卷 。
国外振动压路机的新型振动技术
第14卷 第4期2006年12月山东交通学院学报JOURNAL OF SHANDONG J I A OT ONG UN I V ERSI TY Vol .14No .4Dec .2006收稿日期:2006-03-01作者简介:聂福全(1972-),男,河南洛阳人,一拖(洛阳)建筑机械有限公司高级工程师.国外振动压路机的新型振动技术聂福全1,杨 晨2,聂 怡3(1.一拖(洛阳)建筑机械有限公司研究所,河南洛阳 471009;2.洛阳水资源勘察设计院修配厂,河南洛阳 471000;3.中南民族大学计算机学院,湖北武汉 430030)摘要:在第八届B I CES 展会上,世界主要压实机械生产厂家展出的一些国外新型振动压路机采用了新型振动技术和振动智能控制技术,代表着世界压实技术应用的潮流和发展趋势。
通过对一些典型机型的分析,介绍了一些新型振动技术的原理和结构设计特点。
关 键 词:振动压路机;新型振动技术;应用中图分类号:U415.52 文献标识码:A 文章编号:1672-0032(2006)04-0025-04近几年,国外振动压实技术得到了快速发展,众多国际知名的工程机械生产制造企业相继推出了一些新型振动技术,并成功应用于其系列产品中,如德国BOMAG 、美国CAT 公司、日本酒井公司等。
2005年11月在北京举行的第八届B I CES 展会上这些先进技术纷纷亮相。
通过对上述企业新型振动技术应用的深入了解可以看出振动技术的发展趋势。
1 高频振动技术对于S UPERP AVE 等使用高粘度粘结剂的沥青混合料路面,要求在摊铺后尽可能在高温区完成碾压,碾压温度在120℃以上,因此要求压路机有很高的碾压速度以减小混合料的温度离析,但这势必使振动轮与路面打击间隔增大,从而造成路面密实度难以达到标准要求。
为解决施工效率与路面质量的矛盾,需要提高振动频率,以保持打击间隔,从而保证密实度。
目前世界上各主要压路机生产企业均开展了这一方面的研制工作。
振荡压实技术在国外道路施工中的应用
）） １ ５ ０ ８１ ２
压 实 曲线， 即用较 少 的碾 压 遍 数 ， 可达 到较好 的压实 效 Ｈａ ｍｍ压 路机 则在 技术 上 进 一步上了一个 台阶， 它是 用 果。 由于振 荡压 实过程 进 展平 缓而无 冲击 ， 因而 不易压 二个偏 心块以相 同方 向运 动从而在 水平方 向产生一个 平 该 也可 碎骨 料、 能防止面层 振松 。 振荡 轮在作 业 过程 中不 离开 缓 的往 复 运 动 ， 运 动 即可 向下传 递 能量 到面层 ，
机 在 施 工 准入 方面 便遇 到 了障碍 。此种 状 况 近 年来 虽 能力 ， 于那 些难 能力 ， 于那 些难 于压 实 的裹 敷碎 石 对 对 有 改善 ， 并不乐 观 。 但 本文 拟通 过 对 振荡压 路机 在 国外 沥青 、 水沥 青、 性沥 青 等路面 则有着 特 殊 的效 果 ， 排 改
今 天 振 动 压 实 与 静 载 压 实 相 比的 优 点 已无 庸 置 疑 ， 荡压 实 系统 也 已证 明 了其 出色 的优 点 ， 振 以前 由
１ 振 荡压 路机的结构特点及压 实优点
振荡压 路机 按 照２ 世 纪 ８ 年 代新发 明 的压 实原 理 ０ ０
振 动 压 路 机 、 轮压 路 机 或静 碾 压 路 机 承 担 的工 作 进行工作 的。 胶 振荡压 路机安 装有两个 同步旋 转 的偏 心轴 现 在 能 够 被 振 荡 压 路 机 出色 地 完 成 。振 荡 压 实 系 统 以使 压 路机滚 轮快 速交替 地前后摆振 运动 ， 其传输 的振 适 合 于 每 一 种 类 型 的 沥 青 混 凝 土 层 。 荡压 路 机 有 动能量 沿着 水平方 向在某 一层面 内传播 ， 实过程 是 一 振 压 着 超 过 其它 压 实 系 统 明 显 的 优 点 ， 别 是 对 于 很 难 部分 通过 压路 机 自身 的重 量 ， 特 另一 部分 是通 过交变 的水
串联式振荡压路机动力学模型及参数优化分析
第7卷第4期2009年12月中 国 工 程 机 械 学 报CH I N ESE JOU RNAL O F CONS TRUCT ION MAC HIN ERY Vol.7No.4 Dec.2009作者简介韩清林(63),男,副教授2z @j 串联式振荡压路机动力学模型及参数优化分析韩清林,刘晓兵,姜 晓(吉林交通职业技术学院,吉林长春130012)摘要:串联式振荡压路机是大型工程施工,尤其是沥青路面施工过程中必不可少的压实机械,它具有碾压平整度高,压实度好,噪音小,不易破坏物料的级配等特点,根据目前发展的串联式压路机,利用分析力学中的拉各朗日方程,建立了四自由度的振荡压路机-土壤系统的动力学模型,并且根据所建立的动力学模型,以土壤吸收的能量最大为目标函数,对振荡压路机的工作参数进行了优化,得到了最佳工作频率ω应比固有频率ωn 稍大,ω/ωn的值为1.1395～1.2778,与实验得到的最佳频率比ω/ωn =1.1～1.4相符,从而确定了动力学模型的正确性以及优化的可行性.关键词:振荡压路机;动力学模型;多自由度;优化中图分类号:O 32;TH 11311 文献标识码:A 文章编号:1672-5581(2009)04-0397-05Dy n am ical mo deli ng a n d p a r a met ri c a nal ysi s ont a n dem oscill at i o n r olle rsHAN Qi n g 2l i n ,L IU Xi ao 2bi ng ,J IAN G Xi ao(Ji lin Vocational and Technical Insti t ut e of Communicati ons ,Changchu n 130012,China )A b s t r act :As a large 2s cale compactio n machi ne ,esp ecially fo r t he asp halt pav ement cons t ructio n ,th e tan 2dem os cillati on rolle r poss es ses such charact erist ics as good rolli ng flat ness ,hig h 2de gree compaction ,low nois e an d low des t ruct ion of mat eri al g radatio n.Refe rrin g t o cu rrent ly 2developed t andem roll ers ,a fo ur 2DO F d ynamical model fo r t he roll er 2s oil s yst em is est ablis hed usi ng th e L agrangian e quatio n.In this regard ,t he maximal soil 2abs orpt ion ene rgy is app lied as t he objective fu nct ion to op timize t he roller w orki ng p a 2ramet ers.To t his end ,i t is revealed t hat t he wo rkin g f requen cy s ho ul d be large r t han t he in here nt fre quen 2cy.In p articular ,the t heoret ically 2calculat ed val ue of ω/ωn s pan nin g f ro m 1.1395to 1.2778is accorded w it h the exp e ri me ntally 2det ect ed value sp an ning f rom 1.1t o 1.4.Therein ,t he model accuracy and op ti mi 2zati on feas ibilit y are vali dat ed.Ke y w or ds :tan dem oscillation rolle r;d ynamical model ;multipl e deg rees of f reedom ;op ti mi zatio n 压路机是高速公路、铁路、水坝和机场等大型工程基础施工中不可缺少的压实机械.串联式振荡压路机是在振动压路机的基础上发展起来的,通过调节工作轮,可以实现由振动向振荡的转换,与振动压路机相比,振荡压路机的碾压具有平整度高,压实性好,噪音小,不易破坏物料的级配等特点.对于目前的公路尤其是高速公路路面的碾压来说,压实度、密实度以及平整度要求极为严格,而振荡压实恰好能够满足这种要求,因此,振荡压路机在近20几年来得到了长足的发展,而研究振荡压路机动力学模型能够使人们了解振荡压路机整机的工作状况、模拟它的工作过程,从而为整机的设计提供准确的设计依据.各国的专家和学者对压路机振荡压实系统的动力学模型都做过深入的研究,如:单自由度振荡压路机-土壤系统动力学模型[1]及分阶段双振荡压路机-土壤系统动力学模型[2]等.但是前述的几种动力学模型主要是针对工:19-.E mail :hao kl l 中 国 工 程 机 械 学 报第7卷 作轮为单振荡轮的小型振荡压路机的,并不适合大功率、高效率的串联式振荡压路机.因此,建立一个适合串联式振荡压路机的多自由度的动力学模型显得十分必要,并且随着计算机技术以及计算软件的快速发展,使得对较为复杂的动力学模型的计算成为可能,另外,根据所建立的动力学模型和不同的土体参数(工况)如何调整振荡压路机激振频率等主要工作参数,使之产生最佳压实效果,对振荡压路机的设计和合理运用具有重要意义.1 振荡压实机理振荡压实的工作过程,其实就是土体吸收能量的过程.振荡轮对土壤的作用伴有横向和旋转两种以上的复合振动.这种振动结果可以看作是增加了土壤质点受激励的机会.当土壤的自振频率与输入的激励频率接近时,质点发生共振.由于激振,土壤颗粒质点将产生惯性力.又由于颗粒体积和密度不会完全相同,因此惯性力也不相同,当颗粒质点间的惯性力之差大于其间的粘聚力时,将产生相对位移,它们互相填充间隙而密实.与此同时,质点又多向受力,产生挤压和剪切等变形.必须指出,振荡压路机亦存在正向压力的作用,即滚轮自重,在压实时反映出多种因素是综合作用结果.因此,土壤吸收的能量越大,那么,土壤质点受激励的机会也会越大,土壤颗粒克服它们之间的内部阻力进行重新排列的机会越大,土壤的压实效果就越好.2 振荡压路机动力学模型的建立振荡压路机是在被压材料上施加一水平方向交变激振力,使被压材料产生振动以达到更好的压实效果.本文只考虑振荡轮与地面连耦情况下建立了四自由度的动力学模型,其物理模型如图1所示.其中:m 1,m 2分别为前后振荡轮的质量,kg ;x 01,x 02分别为前后振荡轮轮心的位移,m ;m s1,m s2为土壤参振质量,kg ;J 1,J 2分别为前后滚轮绕各自质心的转动惯量,kgm 2;k 1,k 2分别为土壤与减振器的刚度,N m -1;c 1,c 2分别为土壤与减振器的阻尼系数,Ns m -1;M 为交变扭矩,N m ;F 1,F 2分别为土壤与振荡轮的摩擦力,N ;r 为振荡轮半径,m ;x 1,x 2分别为前后转轮缘处的位移,m.图1 振动振荡压路机振荡部分动力学模型Fi g.1 Dy na mic model of oscilla tion r olle r 在建立动力学模型时先作假设:振荡轮结构特征对称于振动振荡压路机纵向轴线,振荡压路机-土壤系统因此可简化成平面振动模型;略去机架的水平振动,认为滚轮是通过某种弹性元件连接在相对不动的机架上;认为地面的基础材料只有很少一部分参与振动,它的质量可以略去不记,并通过某种弹性元件连接在固定不动的大地上;滚轮与地面的基础材料之间不是强制耦合,而是一种依靠摩擦力来联系的有条件的耦合[3].根据分析力学中的拉格朗日方程:d 9T 9q 9T9q +9U 9q +9D9q =Q , =,,3,…,()式中T 为系统的动能;q 为广义坐标;U 为系统的势能;D 为系统的消散能量;Q 为系统广义力893d t k -k kkk k 12n1:k k . 第4期韩清林,等:串联式振荡压路机动力学模型及参数优化分析 T =12m 1x 201+12m 2x 202+12J 1θ21+12J 2θ22+12m s1x 21+12m s 2x 22(2)U =12k 2x 201+12k 2x 202+12k 1x 21+12k 1x 22(3)D =12c 2x 201+12c 2x 202+12c 1x 21+12c 1x 22(4) 在不考虑滑转的情况下,振荡轮作纯滚动有x 1=r θ1-x 01,x 2=r θ2-x 02,x 1=r θ1-x 01,x 2=rθ2-x 02(5)式中:θ1,θ2分别为前后轮的转角.将式(5)中各式分别代入式(2)～(4)中,且忽略随振土体的质量,微分后代入式(1),并整理得m 1x 01+(k 1+k 2)x 01-rk 1θ1+(c 1+c 2)x 01-rc 1θ1=0(6)同理得m 2x 02+(k 1+k 2)x 02-rk 1θ2+(c 1+c 2)x 02-rc 1θ2=0J 1θ1+r 2k 1θ1-rk 1x 01+r 2c 1θ1-rc 1x 01=Msi n (ωt )J 2θ2+r 2k 1θ2-rk 1x 02+r 2c 1θ2-rc 1x 02=Msi n (ωt )(7)式中:M 为振动轮的交变扭矩.写成矩阵形式为[M ]{x}+[K]{x}+[C ]{x}={P}(8)式中:[M]为质量矩阵;{x },{x },{x}分别为加速度、速度、位移矢量;[K ]为刚度矩阵;[C]为阻尼矩阵;{P}为外力矩阵.[M ]=m 10000m 20000J 10000J 2(9)[C ]=c 1+c 20-rc 100c 1+c 20-rc 1-rc 10r 2c 100-rc 10r 2c 1(10)[K ]=k 1+k 20-rk 100k 1+k 20-r k 1-r k 10r 2k 100-r k 1r 2k 1(11){x =x 1x 2θ1θ2, {x}=x 1x 2θ1θ2, {x }=x 1x 2θ1θ2(12){p }=0Msin (ωt )Msin (ωt )(13)3 振荡压路机工作参数的优化振荡压路机工作参数的优化是根据土体吸收的能量最大[],即在保证良好路面的基础上,希望用尽可9934 中 国 工 程 机 械 学 报第7卷 能少的压实遍数获得尽可能高的密实度.假设压实一定填料(土体),所消耗能量是一个定值,要在整个压实过程中所需时间最短,必须合理选择工作参数,使振荡压路机在每一遍压实过程中输出的压实功率最大或土壤在单位时间内吸收最大能量,从而达到最佳压实效果.3.1 目标函数的建立在一个周期T 内,土体吸收能量W t 为W t =∮Tc 1x 01d x 1,所以W t =πc 1x 201ω(14)式中:x 01为轮心处的位移,m ;ω为频率,rads -1.则目标函数W t →max.3.2 约束条件对振荡压路机来说,由于其产生水平振荡,机架所产生的振动较振动压路机来说很小,可以忽略不计,所以对于它的减振要求不高.并且,由于振荡轮在工作过程中始终和地面保持接触,所以,也不能发生滚轮跳离地面的形式.本文所考虑的是滚轮在工作过程中不发生滑移,即应保证工作轮保持纯滚动,故应使得它的水平激振力小于或等于滚轮与土壤之间的最大静摩擦力,即F s ≤F ma x ,而F m ax =μG z1式中:F max 为最大静摩擦力,kN ;μ为土壤摩擦系数;G z1为振荡轮的静平衡分配重力,kN.图2 压路机静平衡状态受力分析Fig.2 A na lysis of r oller on t he s ta tice quilibr ium st at e振荡轮的静平衡受力状态如图2所示.根据∑MG=0可知G z 1=9.8×10-3N kg-1×m 1l +m 3(l -l 1)+m 4(l -l 2)l其中:m 1,m 2,m 3,m 4分别为前后振荡轮、机架和驾驶室的位移,kg ;l 为前后振荡轮的距离,m ;l 1为机架质心到前振荡轮的距离,m ;l 2为驾驶室质心到前振荡轮的距离,m.3.3 优化结果及讨论选取土的不同参数如表1所示,以徐州工程机械厂生产的YZDC14[5]串联式振动振荡压路机为例,YZDC14型串联式振动振荡压路机的振荡参数荡幅为1.6mm ,是在松软土壤中通过实验得到的,在土壤刚刚碾压的过程中,即在松软土壤的碾压过程中,利用本动力学模型优化出来的荡幅参数与Y ZDC14串联式振动振荡压路机的荡幅参数极为接近.另外,以上的优化结果也表明随着土壤刚度k 1的增大,摩擦系数μ值逐渐减小,说明土体由松变硬,这时,激振频率由小变大,而荡幅却由大变小,即随着被碾压介质密实度的增加,振荡压路机由低频激振、高幅工作向高频激振、低幅工作转换,这一点与实际工作十分相符.通过优化之后,可以看出,最佳工作频率值应比固有频率稍大,ω/ωn 的值为1.1395～1.2778,一般通过实验和经验所得的ω/ωn 的值为1.1～1.4,本优化范围与实验与经验公式所得的优化范围相符.表1 振荡部分优化结果Ta b.1 Opt imiza ti on r esults on oscilla ting p ar tk 1/(MNm -1)50607080μ0.350.300.250.20ωn /(rads -1)135.0885147.6549160.2212169.6460ω/(rad s -1)153.9380169.6460191.6372216.7699ω/ωn1.1395 1.1489 1.1961 1.2778x/m0.00170.00160.00140.0011 结语本文根据振荡压路机的工作特点,建立了适合串联式振荡压路机的动力学模型,并根据振荡压实机044 第4期韩清林,等:串联式振荡压路机动力学模型及参数优化分析 理,采用压实土体吸收的能量最大为目标函数,为振荡压路机的工作参数进行了优化,优化出的工作参数与实际工作情况以及试验和经验值相吻合,为振荡压路机工作参数的选择提供了理论依据,能够达到节约能源,提高路面碾压效果的目的,并且,振荡压路机动力学模型的建立,也为振荡压路机整机的设计提供了理论依据,具有实际指导意义.参考文献:[1] T HURN ER H ,SANDSTR ;M.Qual it y assuranoe in s oil compacti on [C ]∥Proc XIXt h PIARC Wo rl d Road C o ngress.Marrakesh :[s.n.],1991:468-477.[2] 李冰,孙祖望.振荡压路机振荡轮动力学模型初探[C ]∥中国地面机器系统研究会第七届学术年会论文集.西安:[s.n.],1990:1-14.L I Bi ng ,SUN Zuwang.Pri mary in vest igation on kinetic m o del of osci llato ry roll er[C ]∥Seven Ann ual C onference Pro ceeding on Chi na Gro und Machine Syst em Research.Xi ’an :[s.n.],1990:1-14.[3] 孙祖望,卫雪莉,王鹊.振荡压实的动力学过程及其响应特性的研究[J ].中国公路学报,1998,11(2):117-126.SU N Zuwang ,WEI Xueli ,WAN G Que.The dynam i c p rocess of oscil lato ry co m pact ion and it s 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振荡压路机综述
振荡压路机综述
晁宇辉
【期刊名称】《建设机械技术与管理》
【年(卷),期】2015(000)008
【摘要】振荡压路机是一种新型压实机械。
对振荡压实特点的分析，阐述压实原理以及在路面施工中的使用范围、压实效果和振荡压路机与压实材料相互作用的动力学模型以及未来振荡压路机发展趋势。
【总页数】3页(P104-105,106)
【作者】晁宇辉
【作者单位】长安大学工程机械学院
【正文语种】中文
【相关文献】
1.大吨位振荡压路机与振动压路机压实效果对比分析 [J], 刘邦辉;夏磐夫;谢娟娟;孙祖望
2.多棱辊拖式压路机和振荡压路机 [J], 李建达;陶格兰
3.振动压路机和振荡压路机压实效果的比较试验 [J], 李建达
4.振动压路机和振荡压路机压实效果的比较试验 [J], 李建达; 陶格兰
5.振荡压路机与振动压路机对桥面沥青面层压实效果分析 [J], 张伟;张小勇;刘坚;陈琦
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第33卷 第2期吉林大学学报(工学版) Vol.33 No.2 2003年4月Journal of Jilin University(Engineering and Technology Edition) Apr.2003文章编号:1671-5497(2003)02-0100-04国内外振动振荡压路机动力学模型田丽梅1,杨春红2,王国安3(11吉林大学地面机械仿生技术教育部重点实验室,吉林长春 130025;21河南省公路局筑路机械厂,河南郑州 450000;31长安大学工程机械学院,陕西西安 710064)摘 要:振动振荡压路机是近二十几年来发展起来的一种综合振动压实机械与振荡压实机械优点的新型压实机械。
本文介绍了几种典型的振动、振荡压路机的动力学模型以及各个模型的特点;并根据压路机及工作介质的特点,提出建立一种适合串联式、多自由度的振动振荡压路机动力学模型的建议。
关键词:压路机;振动;振荡;动力学模型中图分类号:O32;TH11311 文献标识码:AVibratory and oscillatory roller dynamical modelin domestic and abroadTIA N L i2mei1,YA N G Chun2hong2,W A N G Guo2an3(1.The Key L aboratory f or Terrain2M achine Bionics Engineering,The Minist ry of Education,Jilin U niversity,Changchun 130025,China;2.The Road B uilder Factory of Highw ay B ureau of Henan,Zhengz hou450000,China;3.College of Engi2 neering M achinery,Chang′an U niversity,Xi′an710064,China)Abstract:Vibratory and oscillatory roller is a new kind of press machine which was developed in these two decades.It synthesized the advantages of both vibration presses and oscillation presses.Studying the dynamic model of vibratory and oscillatory roller can make us understand work process of roller.It introduced impor2 tant fatures about several typical dynamic model of vibratory and oscillatory roller,and the characteristics of each model.According to the characteristics of machine and solid,a new viewpoint about a kind of multi2free degree dynamic model which was suited for the vibratory and oscillatory roller was put forward.K ey w ords:roller;vibration;oscillation;dynamic model压路机是高速公路、铁路、水坝和机场等大型工程基础施工中不可缺少的压实机械。
压路机的发展经历了从机械传动到液压传动,由静碾到振动,由振动、振荡到振动振荡相结合的不同阶段。
目前正朝着智能化的方向发展[1]。
振动振荡压路机是在振动压路机的基础上发展起来的一种新型压实机械。
它的突出优点是调节工作轮可以实现由振动向振荡的转换,反之亦然。
研究振动振荡压路机的动力学模型,能够使我们了解振动振荡压路机的工作状况、模拟它的工作过程,从而为整机的设计提供准确的依据。
各国的专家和学者对压路机振动压实与振荡压实系统的动力学模型都进行了深入的研究,本文仅介绍几种具有代表性的动力学模型。
收稿日期:2002210208。
作者简介:田丽梅(1973-),女,吉林长春人,博士研究生。
1 二自由度振动压路机2土壤系统动力学模型T.S.Y oo 和E.T.Seling [2]于20世纪70年代针对振动压路机的振动系统提出了二自由度、线性、集中参数、弹簧2阻尼系统所描述的土壤2压路机系统动力学模型,可称之为经典动力学模型,见图1。
图1 二自由度土壤2压路机系统动力学模型Fig.1 Two free 2degree dynamic model of soil 2vibratory roller其动力学方程为:m 1x ・・1+(c 1+c 2)x ・1+(k 1+k 2)x 2-c 2x ・2-k 2x 2=Fm 2x ・・2+c 2x ・2+k 2x 2-c 2x ・1-k 2x 1=0(1)式中:m 1、m 2分别为振动轮和机架的质量,kg ;x 1、x 2分别为振动轮和机架的质心位移,m ;k 1、k 2分别为土壤和减振器的刚度,N/m ;c 1、c 2分别为土壤和减振器的阻尼,N ・s/m ;F 为激振力,N 。
该模型称之为“二自由度动力学模型”。
它计算简单,为振动压路机动力学参数的选择、研究各参数对振动压路机性能的影响以及合理评价振动压路机性能提供了理论依据。
但利用此模型进行理论分析的结果与实测结果相差较大。
这是因为:①在此模型中,压路机的压实对象具有很大的随机性,该模型将压实对象简化为具有线性变化的弹性体;②有的压路机本身就是一个多自由度的振动体,由于受计算因素的限制,而简化为具有2个自由度的“压路机2土壤”模型,这种处理方法也必然给理论分析带来一定误差,因此不能全面指导整机设计和性能研究等方面的工作。
2 分阶段振动压路机2土壤系统动力学模型同样在20世纪70年代末,法国学者Machet.J.M [3]也对振动压实系统进行了动力学理论分析。
他认为在振动压实过程中,有振动轮与地面的接地工况,也有振动轮跳离地面的工况。
其动力学模型如图2所示。
图2 分阶段振动压路机2土壤系统动力学模型Fig.2 Two 2dynamic model of vibratory roller 2soil system接地振压时的动力学方程为:m 1x ・・1+c 2x ・1+k 2x 1+F s -(m 1+m s )g =Fm s x ・・s +c 1x ・s +k 1x s =F sx s =x 1起跳后的动力学方程为:m 1x ・・1+c 2x ・1+k 2x 1-(m 1+m 2)g =Fm s x ・・s +c 1x ・s +k 1x s =0式中:m s 为随振土体的质量,kg ;x s 为随振土体质心的位移,m ;F s为振动轮对土壤的振动力,N 。
该模型指出:①振压系统有接地振压和跳振振压两种工况;②振动压实系统可近似用一个离耦的2自由度动力学模型描述。
系统的第一阶振型主要反映了机架与减振器的特性,对减振效果影响较大;③系统的第二阶振型主要反映了碾轮与土体的特性,并随土体性质及密实度的不同而变化,对压实效果影响较大。
・101・第2期田丽梅等:国内外振动振荡压路机动力学模型3 单自由度振荡压路振荡轮2土壤系统动力学模型振荡压实的思想起源于20世纪80年代的瑞典。
振荡压实就是利用钢轮的扭转力矩在被压材料上图3 单自由度振荡压路机振荡轮2土壤系统动力学模型Fig.3 Single 2free 2degree dynamic model of oscillatory roller 2soil system 施加交变减应力,即对被压材料产生一个水平揉搓的作用。
这种水平揉搓作用可以提高路面面层的平整度和密实性,防止压坏骨料,并且消耗功率较小,约为振动压实的50%[4]。
由于振动压实与振荡压实工作原理不同,套用振动压路机的动力学模型研究振荡压实的动力学过程显然是不可行的。
为此瑞典的“G eodynamik AB ”公司的H.Thurner 博士[5]建立了振荡压路机的振荡轮动力学模型,转化为“单自由度系统”,如图3所示。
振荡轮的动力学方程为:J 0R 2x ・・+c s x ・+k s x =F sin ωt 式中:J 0为滚轮绕O 点的转动惯量;x 为滚轮水平振动位移;R 为滚轮半径;k s 为介质的刚度,N/m ;c s 为介质的阻尼,N ・s/m 。
该模型简单易懂,并能够对振荡压路机的动态响应进行定性分析。
可以很好地解决作用力及振幅的问题。
但是,该模型忽略了振荡压路机的水平位移,在研究时做了大量的简化,特别是没有考虑振荡轮与地面之间的滑转问题[6,7],因而无法解释在实验中得到的一些重要现象。
4 分阶段振荡压路机2土壤系统动力学模型针对H.Thurner 博士所建的动力学模型,原西安公路学院孙祖望[6]等在实验的基础上,考虑了滑图4 振荡轮与地面相互作用的动力学模型Fig.4 Interation dynamic model of oscillatory roller 2soil system转在滚轮与地面相互作用的动力学过程中的作用,建立了一个“分阶段的动力学模型”。
该模型的最大特点是以有无滑转作为临界条件,将工作轮的动力学模型划分为“连耦2双自由度”模型,当激振力增大至振荡轮与地面间的静摩擦力时,滚轮与地面间发生滑转,而滚轮则继续向同一方向摆动,直至达到最大摆角并开始向反方向摆动时重新与地面连耦。
简化的动力学模型如图4所示。
该动力学模型是一个双自由度的强迫振动系统。
在激振力矩的作用下,迫使滚轮做绕其轴心O 的摆振运动。
这时激振力矩一部分消耗在克服滚轮摆振运动的惯性力矩上,另一部分则使滚轮与其支撑面间产生摩擦力。
这一摩擦力一方面将引起地面的基础材料产生一定的剪切变形,另一方面则作用在滚轮上引起轮心产生一定的水平位移。
在激振力矩很小的情况下,滚轮在激振力和摩擦力的共同作用下将沿着支撑面做无滑转的纯滚动,滚轮与滑板(代表参与振动的基础材料)通过弹性元件与固定不动的机架和大地连成一个统一的振动系统[8]。
随着激振力的增大,摩擦力也随着增加。
当摩擦力增大至它的极限力(静摩擦力)时,滚轮将开始在支撑面上打滑,从而打破了滚轮与地面的固定联系而发生脱耦。
此时,滚轮将在外力的作用下完成某种独立的运动。