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买文档就送您 纸, Q 号交流 11970985 或 401339828 本科毕业设计 (论文 ) 题目 : 液振动压路机传动系统设计 系 别 : 机电信息系 专 业: 机械设计制造及其自动化 班 级: 学 生: 学 号: 指导教师: 2016 年 05 月 买文档就送您 纸, Q 号交流 11970985 或 401339828 液振动压路机传动系统设计 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,而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 动压路机的 整机工作质量、振动频率 、振幅、激振力、发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 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 买文档就送您 纸, Q 号交流 11970985 或 401339828 is a of is in of or at on To an be of is in of of of In of a of is on to of as of so on of 文档就送您 纸, Q 号交流 11970985 或 401339828 文档就送您 纸, Q 号交流 11970985 或 401339828 V 买文档就送您 纸, Q 号交流 11970985 或 401339828 录 摘要 . . 1 章 绪论 . 1 究的背景 . 1 究的意义 . 1 内外相关研究现状 . 1 内 研究情况 . 1 外研究情况 . 2 究的主要内容 . 3 第 2 章 振动压路机设计综述 . 5 动压路机 . 5 动压路机的种类 . 5 动压路机的基本结构和特点 . 6 动压实的基本原理 . 6 动压实的性能特点 . 7 动压实的结构特点 . 7 振动压路机总体设计 . 8 动轮 . 8 压驱动系统 . 9 压振动系统 . 10 压制动系统 . 10 气及操纵系统 . 10 振系统 . 10 第 3 章 总体参数确定及部件设计计算 . 11 动压路机总体参数的确定 . 11 动压路机总体参数的选择依据 . 11 义振幅的选择 . 11 动压路机工作频率的选择 . 12 动压路机部分质量的确定 . 13 动压路机振动加速度的校核 . 16 动压路机工作速度的确定 . 16 振力 振动压路机对地面的作用力 . 18 动轮宽度和直径的确定 . 18 动压路机发动机功率的计算 . 20 驶功率 . 20 向功率 . 20 买文档就送您 纸, Q 号交流 11970985 或 401339828 换向功率 . 21 动压路机的爬坡功率 . 22 动压路机的振动功率 . 23 动压路机的功率组合 . 23 动功率 研究讨论 . 24 第 4 章 振动压路机爬坡能力校核 . 31 坡能力的概述 . 31 牵引力决定的压路机爬坡能力 . 31 附着力决定的压路机爬坡能力 . 32 第 5 章 压路机数学模型和运动方程的建立 . 35 动压路机数学模型的建立原则 . 35 个自由度系统振动压路机的运动方程 . 35 动方程中各个参数的取值 . 38 第 6 章 振动压路机的动态响应 . 41 移 x )和加速度 a )曲线 . 41 振力 0F ) 曲线和振动压路机对土的作用力 ) 曲线 . 42 车质量 2m 对 x 曲线、 0F 曲线和 曲线的影响 . 43 振器刚度 1K 对 x 曲线的影响 . 44 的刚度和阻尼对 x 曲线的影响 . 44 第 7 章 振动压路机液压系统 . 45 压传动性能特点分析 . 45 动压路机行走液压系统 . 46 动液压系 统 . 47 向液压系统 . 47 结论 . 48 参考文献 . 49 致 谢 . 50 买文档就送您 纸, Q 号交流 11970985 或 401339828 1 第 1 章 绪论 究的背景 我国公路建设正处于高速发展的阶段,交通建设一直作为我国国民经济建设的重点投资领域,随着公路总里程的增加和出口量增多,需求量将逐年增长。公路建设的投资为开发面向国内中、高档用户的超重型振动压路机提供了极其广阔的市场空间。目前国内年产量 6000台压路机中,振动压路机不到总产量的 70%,而发达国家为 90%以上,并且国内振动压路机产量 中 14 吨以下的中小吨位压路机仍占有相当比例,按国家有关要求规定,高等级公路建设必须采用 14 吨以上超重型压路机才 能获得施工资格。根据近年来高等级公路建设中使用的压路机已向 20吨发展的情况,开发 20吨超重型压路机市场前景较好阁。 现代公路都是在原始地面基础上,自下而上由自然土石方和各种混合料逐层铺筑起来的各种结构层。这些结构层除了承受上层的重量载荷和车辆的流动变载荷外,还要遭受日晒、雨淋、冰雪、洪水、地震等自然气候灾害的侵蚀与破坏。如果各层材料压实不足,将直接导致道路面层出现沉陷、波浪、裂纹等缺陷。路基和路面的 早期破坏,将降低运输效率、提高运输成本、诱发交通事故、危及行车安全、大幅增加道路养护成本。随着交通流量与大吨位车辆的与日俱增,对道路强度、刚度、平整度和气候稳定性要求越来越高。为了适应这些要求,必须对各铺层材料运用重型压实机械进行逐层压实以达到高标准的密实度。经过良好均匀压实的铺层,材料颗粒间摩擦阻力和内聚力增大,道路强度、刚度和承载能力大大提高;材料内部的空隙减少,颗粒之间结合更加紧密,能抵抗水的渗透,改善道路的水稳定性和抗冰冻的能力;路面获得好的平整度,车辆行驶更舒适、平稳 。工程实践证明,将筑路料的密 实度增加 1%,道路的承载能力会增加 10%15%。尽管压实所需的费用只占总施工预算的 1% 4%,但压实结果对道路的使用寿命是至关重要的。 我国公路建设正逐步采用高的压实标准,为达到这样的标准,国家建设部门规定,只有装备 16 吨级以上重型振动压路机的施工单位才具备参与高等级公路建设的资质。因此,随着每年大量高速公路的开工建设,市场对于重型振动压路机的需求量不断增加。目前国产振动压路机在压实性能、可靠性、液压传动、电器控制等方面与国外产品相比还存在一定的差距,产品系列以中小吨位机械传动方式为主,而性能 优良的全液压重型振动压路机主要依赖于进口。要彻底改变这买文档就送您 纸, Q 号交流 11970985 或 401339828 1 种现状,就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,既能满足市场需求,又能为我国高等级公路建设提供现代化的高效压实装备,确保公路建设的质量。 究的意义 振动压路机是施工工程的重要设备之一,用来压实各种土壤,碎石料,各种沥青混凝土等。在公路施工中,多用在路基,路面的压实,是筑路施工中不可缺少的压实设备。根据压路机工作原理,结构特点,操作方法和用途等的不同,有不同的分类方法。 振动压路机是利用机械自重和激振器产生的激振力,迫使土壤产生垂直振动,急剧减小土颗粒间的内摩擦力,达到压实土壤的目的。振动压实可以根据不同的铺筑材料和铺层厚度,合理地选则振动频率的振幅,提高压实效果,减少压实遍数。振动压路机的压实深度和压实生产率均高于静力压路机,是一种理想的压实设备。振动压路机最适宜压实各种非粘性土(砂、碎石、碎石混和料)及各种沥青混凝土等。是公路、机场、海港、堤坝、铁道等建筑和筑路工程必备的压实设备。 沙中联重工科技发展股份有限公司以建设部长沙建设机械研究院为依托,充分发挥其科技创新优势,瞄准国外压路机先进技术,高起 点研制成功 最新推出的单钢轮全液压自行式压路机。该机采用现代工业设计方法设计,选用原装进口的优质配置,是一种高品质,高可靠性,环保型的产品。它可广泛用于各种等级的公路,铁路,机场,港口及各种工业场地基础层和中间层的压实施工,特别适宜砾石,碎石,沙石混合料等非粘性土壤的高效压实。 内外相关研究现状 内研究情况 我国工程机械行业起步较晚, 振动压路机的发展源于 1961年西安公路交通学院与西安筑路机械厂联合开发的 3机。目前,国内已初步形成以徐州工程机械厂、洛阳建筑机械厂为主的二十余家压路机生产厂家,能够生产数十种型号规格的压路机产品。 国内压路机生产企业应充分认识到自身产品在技术性能上与国外先进产品存在的 差距,找出自己的不足,认真借鉴和学习国外产品的先进技术,并结合国内市场的需要不断创新。只有奋起直追,才能为提高国产振动压路机 竞争力。 长沙建设机械研究院以及中联重工业科技发展股份有限公司一直致力于振动压路买文档就送您 纸, Q 号交流 11970985 或 401339828 2 机的开发与实验工作并取得了显著的成绩。其中, 1999年, 长沙中联重工科技发展 股份有限公司以建设部长沙建设机械研究院为依托,充分发挥其科技创新优势,瞄准国外压路机先进技术,高起点研制成功了 这 是长沙中联重工科技发展股份有限公司凭籍建设部长沙建设机械研究院几十年从事压路机研究所取得的科研成果和丰富的设计经验 ,在充分吸收借鉴九十年代未国内外最先进的压路机技术的基础上而开发的压路机产品 ,是目前国内作用力最大 ,压实效果最佳的超重型振动压路机 。 该机采用全液压双驱动,驱动桥内装了防止轮胎打滑的差速锁,无级变速,钢轮振动,双频双幅,三级减震,发动机、液压系统和振动 轴承等关键零部件选用世界著名品牌,确保使用可靠。 我国压路机行业生产研制水平与我国经济建设仍不相适应,尤其是重型和超重型振动压路机生产数量和品种依然较少,产品的可靠陛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闹。积极引进国外先进技术,加强技术创新,开发出具有自主知识产权和独特技术的产品,缩小与国外先进生产企业的差距,对国内压路机生产厂家来说迫在眉睫。 设计技术的整体水平还处于经验设计时期,近十多年的压路机技术发展,大部分是通过技术引进实现的。以技术模仿,降低零部件的成本为主;加强科学实验 ,进行技术测试,建设高水平的实验室的进程还处于起步阶段; 限元分析,机电液一体化,动态设计,仿真等现代设计技术还处于应用入门或水平较低的普及阶段。这种状况是导致企业自主开发能力不强,技术创新能力不足,难以与世界先进水平的工程机械企业展开强有力竞争的原因之一。 外研究情况 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, 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 年代静液压传动和液压控制技术在振动压路机上得到应用,出现了采用调频调幅机构的振动压路机,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。 国外超高级路面的振动压实技术,双钢轮自动控制压实系统,水平振动压实技术,增强了压实效果 。为了 提高了压实效率, 国外一些产品还普遍采用超高频振动技术,振动频率超过 4000r/压路机迅速达到所需密实度的高输出力,买文档就送您 纸, Q 号交流 11970985 或 401339828 3 可有效提高压实的速度 。 此外,建立在冲击技术理论上的冲击式压路机由于具有制造简单、成本低廉、作用力均匀、压实效果较好的特点也被 国内外越来越多的企业所采用,其压实深度可达 2 近来国外振动技术更是向着自动化、智能化的方向发展美国 D 一 130 双钢轮串联式振动压路机,在每个振动轮中都有自动反向的偏向装置,可实现 7225 一 16330 吨八种不同的激振力输出,基本上可以满足所有土壤类型路面的碾压需要。 目前在国外全液压传动、全轮驱动振动压路机成为主流,铰接式转向、三级制动、调频调幅、故障自动报警与调控、静液压传动与控制、压实度随机检测,振动压实动态特性仿真与分析等技术被充分运用到压路机上同。除上述技术特 点之外,国外压实技术在多频率复合振动或混沌振动、超声波技术促使土壤“液化”原理以及新传动技术上也有新的发展。 驾驶室有逐渐向汽车驾驶室标准靠近的趋势 ,整体布置舒适合理,并根据压路机经常需要前后行驶作业的特点,特别注意追求丰裂野宽阔、 1备有换气、空调、暖风、电视监测等设施。计算机、智能化技术在整机的设计中 也 被广泛采用。在德国 典 电脑技术已经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 。 究的主要内容 根据对压路机的主要参数的确定和发动机功率的计算来确定总体设计的参数,校核其爬坡能力。并建立振动压路机的数学模型和运动方程,对其动态响应进行分析研究。结合其他某型号的振动压路机,对 振动压路机的液压系统进行介绍。主要包括: 1. 设计概述(设计的目的,内容和方法); 2. 总体设计参数的确定与计算; 1)主要技术参数的确定; 2)发动机功率计算; 3. 爬坡能力校核; 4. 建立振动压路机的数学模型及运动方程; 5. 振动压路机的动态响应; 6. 振动压路机液压系统介绍; 7. 绘制图纸,其中包括 : (1)压路机总体结构图; (2)前车架; (3)后车架; (4)振动轮及其它结构 图纸。其中,至少有一张 3号图纸应用 件绘 买文档就送您 纸, Q 号交流 11970985 或 401339828 4 出。 8. 编写设计说明书一份; 买文档就送您 纸, Q 号交流 11970985 或 401339828 5 第 2 章 振动压路机设计综述 动压路机 动压路机的种类 振动压路机的类型和特性主要由振动机构决定。因此,可以从振动机构来分 类:常见的振动机构有圆周振动机构、扭矩振动机构、由垂直、水平、倾斜的组 合机构统称为智能振动和复式振动机构。 1. 圆周振动 中型和大型振动压路机的振动机构多采用圆周振动。在一个振动轮内有一个 振动轴,轴 上装有偏心块,振动轴带着偏心块旋转,产生离心力,从而产生振动。 由于离心力(也称激振力)绕圆周旋转,所以称作圆周振动。振动轴每秒钟的转 动次数即为振动频率。这种机构结构简单、工作可靠、压实深度大、压实效果好, 所以得到广泛应用。 2. 扭转振动 在一个振动轮内有两个振动轴,两个振动轴转速、转向相同,但两个振动轴 上的振动块相位差 180,产生的离心力形成一对力矩,从而形成扭矩振动即扭 转振动。这就是通常所说的振荡机构。 振荡压路机产生的扭转振动不会产生冲击,振荡轮也不会离开地面,这样行 驶时可改善对地面的 附着力和表面压实质量。对周围建筑物影响小,可在市内、 桥梁上施工。其主要缺点压实深度小。所以,在双钢轮压路机中与圆周振动组合 使用可获得不同的压实组合作业方式,满足不同的压实工作的需要。 3. 智能振动 德国( 马公司研制的智多星压实控制系统,其中一项就是通过一 油缸改变两偏心块的相位差实现垂直,水平(扭振),倾斜不同振动方向的需要, 这种振动组合机构是实现压实作业过程智能化的基础,因此也称为智能振动。 4. 复式振动 这是日本酒井公司首创的振动方式,这种方式一改过去在圆周方向、径向上 做文章, 而是在轴向产生振动。对多孔性沥青混凝土压实效果好。 5. 混沌振动 混沌振动即主频附近的宽频激振。 6. 冲击振动 买文档就送您 纸, Q 号交流 11970985 或 401339828 6 利用多边凸轮转动时,势能的变化对压实材料有夯碾作用。 动压路机的基本结构和特点 见图 轮胎驱动单钢轮振动压路机的结构简图。振动轮是主要的工作部件,内部设置有高速旋转的偏心轴或偏心块,产生圆周方向的巨大离心力,迫使振动轮产生机械振动,并利用其自身重量,完成对路面的振动压实。振动轮与后轮又是行走部件,在传动系统的作用下,驱动压路机前后行驶。当后轮是主动轮时,则为单驱动; 当后轮与振动轮均为主动轮时,则为全驱动。后轮采用低压宽基轮胎,外形尺寸大,弹性好,能增大接地面积,减小比压,适合在松软的路基上行走,同时滚动阻力小,附着系数大,爬坡能力强,减振性能好。前车架通过两侧的减振器悬挂在振动轮上,以隔离和缓冲高频振动。 图 动压路机外形结构简图 1振动轮(下车); 2前车架(上车); 3驾驶室; 4后轮; 5后车架 动压实的基本原理 振动使被压实材料内产生振动冲击。被压实材料的颗粒在振动冲击的作用 下,由静止的初始状态过渡到运动状态,被压实材料之间的摩擦 力也由初始的静摩擦状态逐渐进入到动摩擦状态。同时,由于材料中水分的离析作用,使材料颗粒的外层包围一层水膜,形成了颗粒运动的润滑剂,为颗粒的运动提供了十分有利的条件。被压实材料颗粒之间在非密实状态下存在许多大小不等的间隙,被压实材料在振动冲击的作用下,其颗粒间的相对位置发生变化出现了相互填充现买文档就送您 纸, Q 号交流 11970985 或 401339828 7 象,即大颗粒形成的间隙由较小颗粒来填充,较小颗粒形成的间隙由水分来填充。被压实材料中空气的含量也在振动冲击过程中减少了。被压实材料颗粒间隙的减少,意味着密实度的增加;被压实材料之间间隙的减少使其颗粒间接触面增大,导致被压 使材料内摩擦阻力增大,意味着其承载能力的提高。无论是水平振动还是垂直振动,压实材料在振动作用下减少空隙率,使其变得更加密实的原理是一致的。 动压实的性能特点 与静作用压路机相比,振动压路机具有以下性能特点: 1. 同样质量的振动压路机比静作用压路机的压实效果好,压实后的基础压 实度高,稳定性好。 2. 振动压路机的生产效率高。当所要求的压实度相同时,压实遍数少。 3. 压实沥青混凝土面层时,由于振动作用,当使面层的沥青材料能与其他集料充分渗透、揉合,故路面耐磨性好,返修率低。 4. 机载压实度计 在振动压路机上的应用,使驾驶员可及时发现施工道路中 的薄弱点,随时采取补救措施,大大减少质量隐患。 5. 可压实大粒径的回填石等静作用压路机难以压实的物料。 6. 压实沥青混凝土时,允许沥青混凝土的温度较低。 7. 由于其振动作用,可压实干硬性水泥混凝土(即 料)。 8. 在压实效果相同的情况下,振动压路机的结构质量为静作用压路机的一半,发动机的功率可降低 30%左右。但是,由于振动压路机的振动作用,给周围环境及人体带来一定公害,限制了它的使用范围。在人口密集地区、危房区、靠近装有精密仪器的建筑物 以及公路桥梁的桥面等处都不宜使用振动压路机进行压实作业。另外,由于振动对人体健康的影响,减振效果不好的振动压路机是不受欢迎的。 动压实的结构特点 不论振动压路机在结构上的差异有多大,任何振动压路机都装有振动器。当振动压路机工作时,振动器产生引起振动的干扰力。在干扰力的作用下,振动压路机的工作部件(振动轮)将产生具有一定振幅和频率的振动。这就是振动压路机在原理上与静作用压路机的根本区别。 通常振动压路机的振动器是由振动轴和安装在振动轴上的偏心块组成。当今,有些公司将液压振动器在振动压路机上使用,由 于液压振动器机构较为复杂,买文档就送您 纸, Q 号交流 11970985 或 401339828 8 尽管具有可以无机调频和调幅的优点,但并未广泛使用。当振动压路机作业时,振动轴带动偏心块高速旋转。因此偏心块产生的离心力形成了“压路机 振动系统的干扰力,振动压路机的下车(振动轮)在这个干扰力的作用下产生强迫振动,强迫振动的频率等于干扰力的频率。此时,振动轮将其振动作用传递到土或其他被压实材料上。压路机的振动轮连同其接触的被压实材料一起产生受迫振动,这就是“压路 振动系统。 振动压路机总体设计 振动压路机主要分为结构件、动力系统、传动系统 (桥箱及液压系统 )、控制系统 (液压及电气系统 )和振动轮等五大部分 。 图 动轮 振动轮采用内外圆筒相套结构,内圆筒作为润滑油室,结构受力合理,油室润滑和散热空间大。振动轴承和行走轴承采用进口的单列圆柱滚子轴承。具有激振力超大,工作可靠,轴承使用寿命长等优点。 买文档就送您 纸, Q 号交流 11970985 或 401339828 9 图 振动轮总示意图 1 振动轮 2 悬架 3 偏心块 4 连接座 5 联轴器 6 中间轴 7振动轮行走轴承 8减振器 9振 动马达 压驱动系统 如图 压驱动系统由驱动泵,液压差速及冲洗组合阀,制动阀,驱动马达,调速阀等元件构成。 图 买文档就送您 纸, Q 号交流 11970985 或 401339828 10 1 行走液压泵 2 振动液压泵 3 转向泵 4 桥驱动马达 5钢轮驱动马达 6振动马达 7转向器 8转向油缸 9液压油箱 压振动系统 通过仪表板上的自动 /手动开关,可实现振动的手动操作或自动操作。选择自动操作状态后,当压路机行走速 度达到一定值时,振动就自动开始,在压路机行走速度下降到一定值时,振动将自动停止。 压制动系统 采用工作制动、停车制动和紧急制动三级常闭式制动系统,常闭式制动器内藏于低速大扭矩驱动马达之中。当换向操纵杆移到中间“停止”位置时,驱动泵摆角为零,驱动泵停止向驱动马达供油,常闭式制动器制动,实现工作制动 ;当压路机在坡道上停车,柴油机停止转动后,常闭磨擦片式停车制动器便自动实现停车制动 ;当液压驱动系统出现工作油渗漏或胶管破裂等情况时,紧急制动器便 会自动实现紧急制动。 气及操纵系统 电气系 统主要由发电及起动系统、控制系统、照明系统、讯号系统四个部分组成。电气系统与液压系统紧密相关,振动、驱动、制动液压系统皆是通过电气系统的电液控制来实现的,压路机的关键部件采用电子元件进行监控。在驾驶台的后壁上,集中有液压系统主要压力的测压接口,供调试检测时使用。该机操纵轻便灵活,仪表灯具和故障报警装备配备齐全,便于及时发现和排除故障,避免压路机带病作业网。柴油机、泵、阀、马达、轴承、油封、电器元件、仪表等主要件均采用国际著名公司产品,确保了整机性能优越、质量稳定。 振系统 振动压路机采用三级隔 振系统 : 第一级隔振一 第二级隔振 车架与驾驶台之间即操纵台减振器 ; 第三级隔振一一驾驶员与驾驶台之间即带减振功能的座椅闭 。 买文档就送您 纸, Q 号交流 11970985 或 401339828 11 第 3 章 总体参数确定及部件设计计算 动压路机总体参数的确定 动压路机总体参数的选择依据 1. 根据被压实材料的性质和振动压路机的用途选择参数 振动压路机在压实土壤、回境石、沥青混凝土以及水泥混凝土等不同材料时,对振动轮的工作频率和振幅均有不同要求。当然,用于压实路基和压实路面的振动压路机所要求的振动参数 及总体参数也不尽相同。 2. 根据节能和高效的原则选择振动压路机的参数 希望用尽量少的压实遍数获得尽可能高的压实度和良好的路面质量。例如,用于压实面层的振动压路机,应尽量采用双轮振动、双轮驱动的串联振动压路 机。 3. 振动压路机的参数选择应考虑到驾驶人员具有舒适、良好的工作环境,同时也应考虑机械零部件具有较高的使用寿命。 义振幅的选择 振动压路机工作振幅是指振动压路机在实际工作时的实际振幅,其大小受土壤的刚度影响,而土壤的刚度值是一个随机变化的参数,所以振动压路机的工作振幅也是一个随机 参数。所谓“名义振幅”是指前轮车架用千斤顶或其它支承物架起后,振动轮悬空时测得的振动轮振幅。通常,工作振幅比名义振幅大, 用 0随土的刚度的变化有如下关系 ,由参考文献 7得出下式 : A =( 1 2) (工作振幅 1,按正态分布统计,其结果是 0 (工作振幅是影响压实效果的一个非常重要的参数。振幅增大

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